智能變電站虛擬回路自動化校核技術的研究

侯亮，馮亮，楊慶偉（長園深瑞繼保自動化有限公司，廣東深圳518057）

智能變電站虛擬回路自動化校核技術的研究

侯亮，馮亮，楊慶偉
（長園深瑞繼保自動化有限公司，廣東深圳518057）

隨著智能變電站的大規模建設，變電站配置描述文件中虛回路配置的正確性及其與現場設備運行的一致性，對智能變電站的安全運行至關重要。為此認真研究了SCD文件的配置信息，在總結大量工程經驗的基礎上歸納提出了對虛擬回路亦靜亦動的自動校核方法：靜態校核依次分別進行SCD文件的schema、虛回路語義校驗和配置校驗，而動態校核則利用故障模擬系統，實現虛回路的閉環測試。所提出的校核方法采用動靜結合，可有效保障虛回路的正確性和一致性，快速提高智能變電站的調試效率和運維便利性。

智能變電站；二次虛擬回路；靜態自動校核；動態自動校核

智能電網作為未來電網的發展方向，滲透到發電、輸電、變電、配電、用電、調度、通信信息各個環節。在這些環節中，智能變電站無疑是最核心的一環。與常規變電站不同，智能變電站的過程層以網絡通信方式替代大量的二次回路電纜，常規變電站的二次硬回路轉變為智能變電站的二次虛回路，虛擬回路配置的正確性和與現場設備運行的一致性[1]，對智能變電站的安全運行至關重要。

目前，關于虛擬回路配置自動化校核的研究較少，且現階段智能變電站SCD設計和配置脫節導致無法根據工程設計要求實現自動化配置，更無法保證虛回路配置的完全正確，二次設備投運前必須進行大量的人工校核和手動調試來驗證，但校核和調試的工作量大且容易出錯，且對調試人員的專業水平和調試經驗的要求較高，缺乏自動調試工具將嚴重影響了設計、調試、運維的效率和進度，甚至危及繼電保護系統的安全和穩定運行。

本文通過分析虛回路配置信息，提出采用基于關聯知識庫的虛回路靜態自動校核方法，驗證虛回路設計配置的正確性；并結合故障模擬系統實現虛擬回路的動態自動校核，確保虛回路配置與現場設備運行的一致性，快速提高智能變電站的調試效率和運維便利性。

1　虛回路研究

智能變電站中，一、二次設備配置、網絡配置等重要配置信息都保存在SCD（Substation Configuration Description，智能變電站配置描述文件），它包含了全站的IED設備、通信參數、參數集、各類控制塊、CF及描述（DC）屬性值等，還包含了裝置虛回路配置等[1]。文獻[]分析了SCD文件結構，本節重點研究SCD文件中的虛回路配置。

在SCD文件中從根結點進入IED結點，再進入G或M訪問點（G代表GOOSE訪問點，M代表SV訪問點），再進入LD結點的LLN0結點，繼續往下查找到inputs結點，inputs結點信息即是存在SCD文件虛回路配置信息。

圖1　SCD文件虛回路配置結點Fig.1The virtual circuit node of SCD file

iedName="IL2205A"ldInst="RPIT2"lnClass="GGIO"

lnInst="1"prefix="Mst"

intAddr="TRIP/GOINGGIO7.SPCSO1.stVal"/>

iedName="IL2205A"ldInst="RPIT2"lnClass="GGIO"

lnInst="1"prefix="Mst"

intAddr="TRIP/GOINGGIO8.SPCSO1.stVal"/>

iedName="PM2211A"ldInst="PI"lnClass="PTRC"

lnInst="4"prefix="Bus"

intAddr="TRIP/GOINGGIO11.SPCSO1.stVal"/>

在inputs結點中，每個ExtRef即表示一條虛回路連接信息。以為例，它的含義為本裝置的“TRIP/GOINGGIO7.SPCSO1.stVal”的開入虛端子，連接了裝置IL2205A的LD為RPIT2，LN的lnClass為GGIO，實例號為1，前綴為Mst，DO為Ind12，DA為stVal的開出虛端子。

由于變電站虛回路配置信息被平面化地保存在單一文件中，而這些文件的體量都非常大，一般可達20~100 MB，現階段虛回路配置的校核一般采用人工比對二次回路設計圖紙或虛端子聯系表和SCD配置文件中SV和GOOSE虛回路配置參數的方法實現，校核的工作量大且容易出錯，缺乏自動校核工具將嚴重影響設計、調試的效率和進度。

2　基于關聯知識庫的虛回路靜態自動校核方法

靜態校核主要從離線的角度通過檢查SCD文件配置信息達到檢查虛回路正確性的目的，靜態校核從3個角度校驗：1）schema校驗；2）虛回路語義校驗；3）虛回路配置信息校核。

Schema校驗主要是依據IEC 61850標準的SCL.xsd、SCL_BaseSimpleTypes.xsd、SCL_BaseTypes.xsd、SCL_Communication.xsd、SCL_DataTypeTemplates.xsd、SCL_Enums、SCL_IED.xsd、SCL_SubStation.xsd等文件shema驗證SCD內部數據的有效性。如何利用xsd文件展開schema驗證，文獻[3-6]有詳盡的描述，本文不在贅述。

虛回路語議校驗主要校驗虛回路的通信參數和命名的一致性檢查、虛端子連線配置檢查、工程配置規范化檢查、數據類型模板重復定義檢查等，具體的檢查方法參照《QGWD 11156-2014智能變電站二次系統信息模型校驗規范》[7]進行語義校核，本文不再贅述。本節在歸類整理靜態校驗的基礎之上，提出利用關聯知識庫校驗虛回路的靜態技術手段。

2.1概念裝置建立

隨著智能變電站的發展，IEC61850標準在國內的推廣應用，豐富的實踐經驗完善了智能變電站的標準。本節以國網公司進六統一裝置標準化設計規范為指導，利用其對裝置功能配置、ICD文件中的發送端子、接收端子對應的描述都做了明確的規定，提取概念裝置。

概念裝置屬性由電壓等級、所屬間隔類型、設備類型。裝置虛端子信息由輸入輸出虛端子中文描述、虛端子引用路徑、軟壓板組成，如表1所示。

利用規范構建完成概念裝置，需要從概念裝置從提取能準確標識裝置虛端子的關鍵字。關鍵字的提取是根據概念裝置中的標準中文描述或引用路徑，以語義為拆分單位組成關鍵字，最終關鍵字的組合要能準確表達虛端子含義，為精簡關鍵字數量，提高程序運行效率，可以刪除無用、重復字。表2即是根據表1利用語義拆分形成的關鍵字表。

表1　線路保護虛端子Tab.1The virtual terminals of the line protection equipment

表2　概念裝置虛端子關鍵字符Tab.2The key-character of the concept equipment

2.2關聯知識庫的構建

隨在相同電壓等級下，保護裝置與智能終端、保護裝置與合并單元、合并單元與智能終端、合并單元與測控裝置、智能終端與測控裝置之間的虛擬二次回路連接關系是固定的，因此可以整理不同電壓等級下某兩種類型裝置之間的虛擬二次回路連接關系模板，如表3所示，根據虛回路連接關系模板自動校驗裝置之間的虛回路的正確性。

表3　虛端子關聯知識庫Tab.3 The virtual terminals of the associated knowledge base

2.3靜態校驗應用

再對SCD文件校驗完schema、虛回路語義校驗后，利用概念裝置構建的關聯知識庫，展開虛回路配置信息校驗，校驗流程如圖2所示。

圖2　關聯知識庫校核流程圖Fig.2The check design flow diagram of the associated knowledge base

1）從SCD文件中依次解析出虛端子連接信息，包含開入開出裝置名字類型、間隔信息等，還包含虛端子的開入開出中文描述和引用路徑。

2）利用開入裝置信息和開入虛端子信息在關聯知識庫中檢索，主要匹配中文描述關鍵字和引用路徑的關鍵詞。若能查找到轉至3，查找不到直接進行下一條虛端子分析。

3）再利用關聯知識庫中的對應開出關鍵字，匹配開出虛端子信息，若能匹配上，表示虛端子連接完全正確，若匹配不上則提示告警信息，提示用戶檢查。

3　基于故障模擬系統的虛回路動態自動校核方法

由于基于標準化設計的二次虛回路連接關系模板來驗證虛擬回路配置正確性屬于靜態可視化管理，只能驗證虛回路配置的一致性和正確性，無法實現缺陷的定位和虛擬回路完整性的驗證，仍然需要人工測試查找缺陷，因此，輔之以大容量虛回路配置動態校核和過程層數據校核技術的研究變得尤為必要。

3.1理論實踐依據

IEC 61850標準為不同生產廠商的智能電子設備（IED）之間法實現互操作性和系統無縫集成提供了途徑[8]。近年來，國網公司進行了一系列的標準化的工作，各廠家二次裝置對外接口已實現了統一規范，為實現虛回路動態自動校核提供了基礎。

可基于標準化設計及模型，利用專家知識，研究需測試信號的產生機理，分析測試裝置虛回路信號輸入、輸出信號對應關系，確定測試信號的測試方法，并總結出可重用性的測試用例。

一個完整的典型間隔虛回路測試用例包括故障量輸入和預期結果輸出兩部分。故障量輸入包括裝置和故障參數的設定，如定值、壓板、故障類型、虛回路配置文件等；預期結果輸出包括動作信號、遙信變位、保護出口等；利用動態測試系統，通過檢測被校驗間隔的輸出與預期結果是否一致，實現單、多間隔虛回路的動態校核和閉環測試，其動態測試系統框架結構如圖3所示。

圖3　虛回路動態測試系統結構Fig.3Structure of the automatic test system

3.2系統流程設計

基于故障模擬系統的虛回路動態自動校核測試可分為準備和執行兩部分工作。

準備階段：在間隔網絡搭建和裝置配置文件下裝完畢的條件下，調取相似間隔測試用例，根據被測試間隔的虛回路連接情況，使用IED配置工具從SCD文件中導出測試用例所需的虛回路配置文件，實現測試用例的再編輯，并錄入至動態測試系統中，即可完成所有測試準備工作，如圖4所示。

執行階段：首先，在測試開始前，需核對測試用例的規范性和測試條件的完整性，在通過檢查后，利用測試儀客戶端控制測試儀模擬故障量輸入，并且檢測被校驗設備輸出與預期結果是否一致，當自動測試完畢后，系統會自動生成詳細的測試報告，輔助判斷虛回路配置和網絡搭建的正確性，大大提高了智能變電站二次設備安裝調試和運行維護的工作效率。其動態測試流程情況如圖5所示。

圖4　動態測試前準備Fig.4Preparation for the dynamic test

圖5　動態測試流程Fig.5The dynamic testing process

4　結論

文中分析了現階段智能變電站工程實踐過程中二次虛擬回路調試所反映的問題，提出了基于關聯知識庫的虛擬回路靜態自動校核和基于故障模擬系統的虛擬回路動態自動校核方法，可廣泛地應用在廠內調試和現場調試中，可以減少調試過程中因人員因素造成的遺漏或錯誤，有效保障了智能變電站二次虛擬回路的配置的正確性和與現場設備運行的一致性，可快速提高變電站的建設效率和運維便利性。

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[7]Q/GDW 11156-2014，智能變電站二次系統信息模型校驗規范[S].北京:國家電網公司，2014.

[8]Q/GDW 1396-2012，IEC61850工程繼電保護應用模型[S].北京:國家電網公司，2012.

（編輯徐花榮）

Research of Smart Substation Virtual Circuit Automatic Checking

HOU Liang，FENG Liang，YANG Qingwei
（CYG SUNRI Co.，Ltd.，Shenzhen 518057，Guangdong，China）

With the large-scale construction of smart substations，correctness of the substation specification description（SCD）file and its consistency with the on-site equipment operation become crucial to the safe operation of the smart substation，especially to the virtual circuit between intelligent electronic devices in the SCD file.Based on a large number of engineering experience and research on SCD file configuration information，this paper puts forward a virtual circuit automatic checking method.The method includes both static verification and dynamic verification.The static verification is completed by the SCD file schema，virtual circuit verification and semantic configuration check.The dynamic verification is based on the fault simulation system，and the automatic test system can realize the closed-loop test virtual circuit.The method can effectively guarantee the correctness and consistency of the virtual circuit，and rapidly improve debugging efficiency and operation convenience of smart substations.

smart substation；virtual secondary circuit；static automatic checking；dynamic automatic checking

1674-3814（2015）06-0044-05

TM411

A

2015-02-17。

侯亮（1982—），男，工程師，研究方向電力系統自動化；

馮亮（1985—），男，工程師，研究方向電力系統自動化；

楊慶偉（1985—），男，碩士，研究方向電力系統自動化。