智能變電站配置文件一體化管控系統的研究與實現

劉海峰，朱維鈞，陳宏

(國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

智能變電站配置文件一體化管控系統的研究與實現

劉海峰，朱維鈞，陳宏

(國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

分析當前智能變電站配置文件管控的工程現狀，結合IEC61850標準及智能變電站的技術特點對當前配置文件管控存在的問題進行深入的剖析，對一體化管控體系的建設和配置文件管控版本控制原則進行詳細的闡述。一體化管控系統基于 B/S體系結構和Struts開發框架，采用JDBC數據庫訪問技術和Tomcat應用服務器等關鍵技術，提出了智能變電站配置文件一體化管控的技術解決方案，并基于JSP.技術與JAVA對系統功能進行了設計和實現，最后針對性地提出了系統硬件部署方案。

智能變電站；Struts框架；SCD文件；一體化管控

與常規變電站相比，智能變電站因采樣數字化、通信網絡化、規約標準化的特點使其二次系統結構和形態發生了革命性的變化。這種變化給智能變電站二次系統的設計、建設、調試、運行、維護及擴建等工作帶來了新的挑戰。尤其是符合IEC61850標準的建模技術，使得全站二次設備基于全站信息配置文件 (Substation Configuration Description，SCD)運行，現場需要將SCD文件導出的IED實例配置文件 (Configured IED Description， CID)下裝到裝置來完成配置。智能變電站的SCD文件相當于常規變電站的設計圖紙，且重要性要高于圖紙。與常規站的圖紙相比，SCD文件是機器語言，需要用專用的軟件工具才能查看、修改。而且二次設備之間基于二次回路構成的邏輯鏈接關系變成了不可見的虛回路。因此，SCD文件配置的正確性，尤其是虛端子及虛回路所涉及到的跳合閘、采樣回路，對智能變電站的安全運行至關重要〔1－5〕。

目前SCD文件管控缺乏有效的技術手段，其版本的唯一性得不到保障，再加之IEC61850標準本身的復雜性，導致了設計、調試、運維、檢修及改擴建等環節處理配置文件存在很多困難〔6－10〕，非常不利于智能變電站的運維及后期改擴建工作。為此，國網公司制定了 《國家電網公司智能變電站配置文件運行管理規定》，要求其管理應遵循 “源端修改，過程受控”的原則，以運維單位為主體，建立智能變電站配置文件管理系統，對配置文件實施統一管理。文中首先分析了智能變電站SCD文件管控方面存在的問題，然后提出了一種智能變電站SCD文件管控系統的架構，并進行了實施。

1 工程現狀

當前國內大部分智能變電站工程配置文件的管控存在如下問題:

1)由于IEC61850標準最早在國內試點和實踐時各大保護設備廠家率先掌握了核心技術，導致智能變電站建設過程中的系統設計與集成過度依賴系統集成商及設備廠家。

2)設備入網檢測執行力度不夠，導致IED能力描述文件 (IED Capability Description，ICD)標準化程度不高，工程現場對ICD的修改非常普遍。

3)SCD文件雖然相當于設計圖紙，但是大部分變電二次設計人員不具備SCD的集成和配置能力，導致設計過程與SCD文件集成工作脫節，設計圖紙與SCD文件不是一體化完成的，難以避免兩者的不一致。

4)工程調試現場的設計變更，尤其是SCD的變更沒有任何管控和支撐手段，SCD版本的唯一性不可控；工程驗收資料移交時對配置文件的正確性、完整性、一致性的驗收缺乏技術手段。

5)變電站技改、大修、改擴建過程中配置文件的流轉、修改無完善的管控機制和技術手段保障。

總之，目前智能變電站的配置文件管控粗放，過程不受控，這種現狀難以適應智能站大規模標準化建設和安全運行的需要。

2 SCD文件管控體系構建

2.1 管控體系的組成

針對目前智能變電站配置文件管控的現狀，需要統籌考慮建立完整的管控體系，覆蓋設備入網、調試、工程驗收和后期的運維及改擴建的智能變電站全生命周期，如圖1所示。

圖1 管控體系

2.1.1 入網管理

對設備供應商提供的ICD模型文件檢測入庫，從中國電科院的入網合格信息庫中直接導入，作為工程現場集成SCD文件用的ICD文件的唯一源頭。

2.1.2 設計管理

負責智能變電站SV及GOOSE虛回路表的設計工作；參與聯調、現場安裝調試，確認虛回路表變更和設計變更，提交工程配置SCD文件。設計管理的關鍵點是設計應用的ICD應該是入網統一發布的版本，設計圖紙 (表)要與SCD集成一致。

2.1.3 調試管理

在調試過程中，對SCD修改是難免的，調試管理的關鍵是做好SCD的變更管理。各設備供應商基于SCD文件生成自己裝置的CID和IED回路實例配置文件 (Configured IED Circuit Description，CCD)并完成下裝。

2.1.4 竣工驗收管理

工程驗收過程中的資料移交是配置文件管控的重要節點，在驗收階段要通過一定的技術手段或管理手段保證移交的資料與現場裝置的一致性。

2.1.5 運維及改擴建管理

投入運行的變電站日常運維過程中消缺、擴建時會對SCD文件進行修改，所以運維過程中嚴格保證SCD文件版本在控，通過相關的簽入簽出流程保證SCD文件的唯一性和一致性。

2.1.6 技術監督管理

技術監督是配置文件管控體系的技術保障，組織對各類配置文件的檢測及其他技術規范標準的管理，并作為整個管控體系實施的技術支撐。

2.2 配置文件的版本管控原則

配置文件的版本管控分系統層面和裝置層面2個部分。其中系統層面的配置文件管控即SCD文件的版本和全站信息CRC校驗碼。裝置層面的配置文件管控依據功能版本、ICD配置版本、CID和CCD實例配置版本3種版本標識對智能裝置中的程序及配置文件進行版本管控。

1)功能版本:代表智能裝置核心功能模塊的軟件版本，通過該標識可唯一確定保護軟件的功能和邏輯，包含功能版本號、生成時間和校驗碼。

2)ICD配置版本:代表智能裝置通信能力描述文件的版本。ICD文件中含有過程層輸入輸出和站控層信息服務描述，包含 ICD配置版本號、配置生成時間、裝置型號、裝置的功能版本。

3)實例配置版本:代表智能裝置實例化配置文件 (CID和CCD)版本。裝置所下裝的CID和CCD文件版本應與所依據的SCD版本相同，包含實例配置版本號和生成時間，便于核對。

3 SCD文件管控系統技術方案

3.1 系統功能

結合管控體系及配置文件版本管控原則的分析，開展智能變電站配置文件一體化管控系統的建設，分為主站和站端，主站圍繞管控體系，主要實現入網、數據、調試、驗收、運維改擴建等過程的管理功能，站端作為主站在站內的功能補充，實現SCD配置、文件的收集與分發、CCD及CID下裝、文檔版本比較、語法語義檢測、配置信息在線獲取等功能，整個系統的功能框架如圖2所示。

圖2 系統功能框架

3.2 技術架構

為適應智能變電站配置文件管控體系的要求，主站和站端的系統結構都采用局域網環境下的B/S結構，即瀏覽器/服務器結構，這種結構只需要維護一個服務器，客戶端采用瀏覽器運行軟件。軟件應用的業務邏輯完全在應用服務器端實現，用戶表現完全在Web服務器實現，客戶端只需要瀏覽器即可進行業務處理，是一種全新的軟件系統構造技術。

對B/S結構的軟件開發，Struts框架比較適合，尤其是對于開發比較大型復雜的Web應用系統。Struts是基于MVC模式應用架構的開源框架，是利用Java Servlet和JSP、XML等方面的技術來實現構建Web應用的一項非常有用的技術，也是基于MVC模式的Web應用最經典框架。

Struts把Servlet，JSP，自定義標簽和信息資源整合到一個統一的框架中，主要由一系列的框架類、輔助類和定制的JSP標記庫構成。開發人員利用其進行開發時不用再自己編碼實現全套MVC模式，極大地節省了時間〔11－13〕。Struts的另一個顯著特點是可擴展的應用框架，即允許開發人員根據實際需要擴展框架，定制客戶化的功能。圖3所示的是Struts框架圖。

圖3 Struts框架

基于Struts框架，系統分為業務訪問層和數據層，業務訪問層負責各個環節的各類配置文件的提交、檢測、下載、查詢服務、流程管理等業務，采用Tomcat應用服務器中間件將每個業務封裝為獨立的EJB組件，實現技術和業務的分離，使系統具有開放體系結構；數據層管理系統的各種數據，包括變電站信息、人員組織機構信息、配置文件版本信息、配置文件檢測信息、站內裝置在線信息等。數據層采用Java數據庫連接技術，是一種執行SQL語句的Java API的技術，可以為多種關系數據庫提供統一訪問，由一組用Java語言編寫的類和接口組成〔14－15〕。系統軟件架構如圖4所示。

圖4 系統軟件架構

3.3 系統部署

主站端系統部署在調度數據網的安全Ⅲ區，見圖5，由3臺服務器組成，分別是Web服務器、數據庫服務器和備份服務器。

站內部署在一體化信息平臺的Ⅱ區綜合應用服務器，經過Ⅱ區數據通信網關機、Ⅱ區縱向加密認證裝置、Ⅱ區與Ⅲ區之間的正反向隔離裝置實現與主站通信。數據通信網關機、地市公司可選配子站系統，系統內用戶通過內網可直接通過Web瀏覽器直接訪問。

圖5 系統部署

4 結語

基于配置文件為主線的智能變電站配置文件一體化管控的研究和應用，明確了智能變電站全生命周期各環節工作深度，實現了各工作環節間的無縫交互，規范了智能變電站二次系統集成的管控，實現配置文件的全過程管理，提高了智能變電站二次系統的設計、調試和運維的工作效率，充分發揮智能變電站的技術優勢，提升了全過程風險管控水平，為智能變電站的改擴建、調度運行以及檢修維護提供安全保障，滿足智能站大規模、標準化、高效率的建設和運行需求。

〔1〕范建忠，馬千里.GOOSE通信與應用〔J〕.電力系統自動化，2007，31(19):85-90.

〔2〕徐成斌，孫一明.數字化變電站過程層GOOSE通信方案〔J〕.電力系統自動化，2007，31(19):91-94.

〔3〕王冬青，李剛，何飛躍.智能變電站一體化信息平臺的設計〔J〕.電網技術，2010，34(10):20-25.

〔4〕殷志良，劉萬順，楊奇遜，等.基于IEC61850的通用變電站事件模型 〔J〕.電力系統自動化，2005，29(19):45-50.

〔5〕李永亮，李剛.IEC 61850第2版簡介及其在智能電網中的應用展 望 〔J〕.電網技術，2010，34(4):11-16.

〔6〕李澄，袁宇波，陸玉軍，等.智能變電站分布式同步采樣組網技術 〔J〕.電網技術，2014，38(1):47-52.

〔7〕王松，宣曉華，陸承宇.智能變電站配置文件版本管理方法〔J〕.電力系統自動化，2013，37(17):14.

〔8〕周春霞，詹榮榮，姜健寧，等.500 kV數字化變電站動模試驗研究 〔J〕.電網技術，2010，34(10):90-92.

〔9〕王計林，黃曉雨.智能變電站信息提取的研究與實現 〔J〕.電力通信技術，2014，12(1):17-21.

〔10〕李仲青，周澤昕，黃毅，等.數字化變電站繼電保護適應性研究 〔J〕.電網技術，2011，35(5):210-215.

〔11〕伍錦群.運用基于MVC模式的Struts框架進行Web應用開發研究 〔J〕.湖南工業大學學報，2008，22(3):50-52.

〔12〕Graig Bery，John Carnel，Matjaz BJuric.實用JEE設計模式編程指南 〔M〕.北京:電子工業出版社，2003.

〔13〕賀武林，汪厚祥，濮心洸.基于Struts框架MVC模式的Web應用的實現 〔J〕.艦船電子工程.2007，27(6):142-147.

〔14〕谷慶華，李成貴.基于Java語言實現數據庫的訪問 〔J〕.計算機技術與發展，2008，18(2):13-16.

〔15〕刁磊，周平安.基于JDBC的數據庫連接池高效管理策略〔J〕.計算機工程與應用，2003，39(30):203-205.

Research and implementation of smart substation configuration file integration management system

LIU Haifeng，ZHU Weijun，CHEN Hong

(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

The current situation of smart substation configuration file management is analyzed，combined with the characteristics of IEC61850 standard and smart substation technology.The construction of integrated management system and the control principle of the configuration file management are introduced in detail.The integration management system is based on B/S system structure and Struts development framework，using JDBC database access technology and Tomcat application server key technology.The idea of smart substation configuration file management integration system construction is proposed，and the system function is designed and realized based on JSP technology and Java.At last the system hardware deployment is suggested.The smart substation configuration file integration control system is the guarantee of construction，operation and maintenance managements.

smart substation；Struts frame；SCD file；integration management

TM63，TM76

B

1008－0198(2016)06－0033－04

10.3969/j.issn.1008－0198.2016.06.009

劉海峰(1980)，男，碩士，高級工程師，主要從事繼電保護專業技術及管理等工作。

2016－04－19 改回日期:2016－09－23

朱維鈞(1982)，男，碩士，高級工程師，主要電力系統繼電保護、智能變電站方面的研究。

陳宏(1974)，男，學士，高級工程師，主要從事繼電保護專業技術及管理等工作。