基于SCD文件風險現(xiàn)狀的管控策略體系研究與應用

徐東偉，李富強，張貴中，薛爾益，呂 毅

（國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315010）

基于SCD文件風險現(xiàn)狀的管控策略體系研究與應用

徐東偉，李富強，張貴中，薛爾益，呂 毅

（國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315010）

智能變電站的SCD（配置描述）是全站虛回路體系關(guān)鍵配置文件，其正確與否、有無變動直接影響了繼電保護功能的正確性。智能變電站大規(guī)模成熟應用及后期運維改擴建給配置描述文件的風險管控帶來了新的挑戰(zhàn)。分析了現(xiàn)有SCD文件管理方法及其風險現(xiàn)狀，提出了區(qū)域智能變電站SCD文件管控策略體系。在此基礎(chǔ)上完成區(qū)域智能變電站配置文件管控平臺建設，使得不同參與者在設計、調(diào)試、維護及改擴建等全生命周期內(nèi)各個環(huán)節(jié)均能對SCD文件進行有效地管理。從而確保SCD文件的唯一性和有效性。

智能變電站；SCD；管控單元；管控策略

0 引言

隨著智能化相關(guān)技術(shù)的日益完善，智能變電站逐步進入大規(guī)模成熟應用及運維擴建階段[1-2]。智能變電站遵循IEC 61850并深度依賴于變電站SCD（配置描述）文件，SCD文件通過描述模型中的邏輯節(jié)點LN、數(shù)據(jù)DO、數(shù)據(jù)屬性DA以及ACSI服務來實現(xiàn)智能設備信息交換、互聯(lián)互通。

全站的SCD文件代替設計圖紙成為調(diào)試、運維及改擴建的直接依據(jù)，是智能化變電站系統(tǒng)繼電保護功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)，SCD文件配置正確與否、有無變動直接影響了繼電保護功能的正確性，保證文件的唯一性和有效性變得尤為重要。

針對SCD文件重要性及現(xiàn)有管控措施的風險現(xiàn)狀研究了管控策略體系，主要從二維碼校驗技術(shù)和虛回路可視化工具兩方面來實現(xiàn)SCD文件管理。并提出建設區(qū)域智能變電站管控平臺，保證了SCD文件的唯一性和有效性，提高智能變電站的安全運行水平。

1 SCD文件管控現(xiàn)狀

1.1 SCD文件管控流程

現(xiàn)有SCD文件管控流程的技術(shù)措施，主要依靠位于一體化監(jiān)控系統(tǒng)的綜合應用服務器屏內(nèi)的管控單元在線功能實現(xiàn)[3-4]，管控單元通過過程層GOOSE網(wǎng)在線獲取所有二次設備的虛回路配置循環(huán)冗余校驗（CRC）碼、虛回路配置下裝時間、裝置過程層通信鏈路狀態(tài)、過程層裝置運行狀態(tài)、裝置檢修態(tài)等實時信息；通過站控層制造報文規(guī)范（MMS網(wǎng)）在線獲取保護功能軟壓板狀態(tài)、SV/GOOSE壓板狀態(tài)、GOOSE出口軟壓板狀態(tài)和母差、隔離開關(guān)強制位置軟壓板狀態(tài)。其管控流程如圖1所示[5]。

圖1 管控單元SCD文件的管控流程

1.2 SCD文件的管控風險

目前SCD文件在管理和應用中還存在風險，主要有以下幾個方面：

（1）管控中心在線功能雖然能有效地避免SCD與CID之間錯誤下裝或者不匹配等原因?qū)е碌腎ED運行問題，但是不能實現(xiàn)區(qū)域智能變電站內(nèi)多個SCD文件之間的管理。

（2）IEC 61850標準中定義SCL語言為變電站配置描述語言，采用這種語言編寫的SCD文件閱讀性差給SCD文件解析、比對帶來不便。雖然開發(fā)設計了基于智能比對軟件來對不同版本SCD文件下的SCL語言進行比較分析[6-8]，但這僅能校驗SCD文件的SCL語言語法語義的正確性，無法完成對SCD內(nèi)容正確性的校驗。

（3）針對SCL語言的閱讀性差設計開發(fā)了SCD文件的解析工具[9-10]，用圖、表等形式將虛擬二次回路進行可視化，方便人工審查SCD文件內(nèi)容，但是這種方式效率既低又不可靠。

2 SCD文件管控策略體系

2.1 二維碼校驗技術(shù)

現(xiàn)有的SCD文件管控技術(shù)措施主要有SCD文件語義語法校驗比對工具、循環(huán)冗余校驗碼（CRC碼）等，在現(xiàn)有技術(shù)措施的基礎(chǔ)上提出SCD文件的二維碼校驗技術(shù)。

SCD文件通過描述模型中的邏輯節(jié)點LN、數(shù)據(jù)DO、數(shù)據(jù)屬性DA以及ACSI服務來實現(xiàn)智能設備信息交換、互聯(lián)互通，因此SCD文件可以抽象為邏輯節(jié)點的集合。智能變電站SCD文件二維校驗碼校驗方法，是結(jié)合了集合、函數(shù)、映射和變量（元素、實例）的比較方法，對邏輯節(jié)點的各數(shù)據(jù)屬性進行比較，即通過對SCD文件中的IED、邏輯節(jié)點、邏輯設備的數(shù)據(jù)屬性比較，得出SCD文件的比較結(jié)果。

智能變電站SCD文件二維碼校驗方法，即采用對SCD文件中各組成部分二維定位的方法，對SCD文件各組成部分的行、列條目進行編碼、賦值，行號m統(tǒng)計元素個數(shù)，列號n統(tǒng)計元素的數(shù)據(jù)屬性個數(shù)，由行號和列號唯一確定的數(shù)據(jù)屬性的實際值作為校驗量Zmn的賦值。行值校驗該條目（變量、實例）自身的屬性（可靠性、變化性、規(guī)范性），列值校驗條目所在的集合（函數(shù)，或映射）的屬性（可靠性、變化性、唯一性、規(guī)范性），通過校驗Zmn的值，以及對行值m、列值n的校驗及數(shù)學運算，即可校驗該條目和集合的屬性。

具體地說，就是將 SCD文件各組成部分（IED部分）抽象為集合，將各組成部分的條目（如IED中的Inputs）抽象為函數(shù)Im，將各條目的數(shù)據(jù)（如Inputs的External IED Name）抽象成變量Zmn，再將數(shù)據(jù)（External IED Name）的數(shù)據(jù)屬性實際值（External IED Name的實際值）賦給變量Zmn，然后對條目m、變量個數(shù)n、變量Zmn值域進行統(tǒng)計、校驗、計算的過程。從而得出SCD文件各組成部分的校驗結(jié)果及SCD文件的總體校驗結(jié)果、比較智能變電站不同版本SCD文件之間的各組成部分的差異性。

其中，對SCD文件的Header部分校驗精確到版本編號及修改次數(shù)，對Communication部分校驗精確到子網(wǎng)數(shù)目及子網(wǎng)描述，對IED部分校驗精確到Data Set的元素及通用變電站事件[11]（GSE）Control/SMVControl，對虛端子校驗精確到虛端子數(shù)目及外部/內(nèi)部信號描述，確保了IED裝置的實例配置文件、虛端子聯(lián)線等內(nèi)容的正確性、一致性，準確、可靠地檢驗了SCD文件內(nèi)容的差異性，而且二維碼校驗的方式對于不同部門和人員的技術(shù)水平門檻較低，也大大提高了這種技術(shù)手段的可操作性。具體校驗流程如圖2所示。

圖2 SCD文件二維碼校驗流程

2.2 虛回路可視化流程管理工具

現(xiàn)有的虛回路可視化軟件工具針對不同使用者的不同要求和使用環(huán)境分別開發(fā)應用，主要有設計/系統(tǒng)集成工具、IED工具和調(diào)試診斷工具。

雖然這些工具軟件都以包含虛回路SCL模型標準為依據(jù)，圍繞著SCD文件工作，但是不同使用者在管理使用SCD文件時，沒有明確的流程約束，不能有效地銜接管理不同版本配置文件，不能滿足區(qū)域內(nèi)多個智能變電站配置文件管理要求，管控策略體系提出在一個平臺內(nèi)使用可視化工具在不同的SCD文件版本之間進行流程管理，而不是簡單地在不同參與者之間進行SCD文件拷貝傳遞。

3 SCD文件管控平臺

3.1 管控平臺必要性分析

現(xiàn)有SCD文件的管控流程主要依靠位于一體化監(jiān)控系統(tǒng)的綜合應用服務器屏內(nèi)的管控單元在線功能實現(xiàn)，只能保證運行中的SCD在線管控。管控中心的離線管理功能過于粗放，反復的人工校驗確認來確定SCD版本，一旦設備停役，SCD文件在發(fā)生更改的過程中，沒有有效的安全管控手段來保證改動后的SCD文件與實際二次系統(tǒng)相對應，人為因素的隨機性和不可控性導致的錯誤在所難免，增加了SCD文件的管控風險。

通過管控平臺增加離線功能，可以記錄設備停役期間SCD文件詳細變動情況，保證SCD文件的每次更改都是根據(jù)實際二次設備的變動而來。與現(xiàn)有管控單元的功能相互交叉互補，增加SCD文件安全冗余度。

例如在智能變電站改擴建時，SCD文件的修改會造成全站IED的通信結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，需要對多個IED進行重新配置，現(xiàn)有的SCD文件版本控制方法過于簡單，SCD文件的升級內(nèi)容難以界定，不能完整描述升級的細節(jié)，且工作人員技術(shù)水平參差不齊，需要在改擴建時采用輔助工具或平臺對工作進行流程管理。

建設區(qū)域智能變電站SCD文件管控平臺，既能實現(xiàn)單一智能變電站SCD文件全生命周期管控，也可以對區(qū)域內(nèi)多個智能變電站SCD文件進行管理。

3.2 管控平臺總體架構(gòu)

管控平臺共包括3個模塊：文件管理模塊、二維碼校驗模塊和可視化展示模塊。

文件管理模塊實現(xiàn)多個不同智能變電站及同一個站內(nèi)不同版本SCD文件的上傳、下載、存儲及輸出的基本功能，并賦予不同入口不同的角色管理權(quán)限來實現(xiàn)角色管理的高級應用功能。從技術(shù)上杜絕各部門在SCD文件管控中由于職責不明確、任務不清晰造成SCD文件管控混亂、甚至存在管理空白等問題。

二維碼校驗模塊整合CRC碼校驗過程層關(guān)鍵信息的功能，提取不同版本的SCD文件中差異化內(nèi)容，結(jié)合SCD版本所處階段狀態(tài)輸出各個階段的升級報告。

可視化展示模塊提供管控平臺的交互界面，將二維碼校驗模塊的差異化結(jié)果用圖表等可視化載體顯示，并提示告警及告警內(nèi)容的文檔輸出。多種輸出方式方便用戶選擇。其總體架構(gòu)及功能實現(xiàn)如圖3所示。

圖3 管控平臺總體架構(gòu)及功能實現(xiàn)

4 結(jié)論

基于SCD文件管控風險現(xiàn)狀，重點提出改進管控SCD文件的二維碼校驗技術(shù)，賦予不同管理入口權(quán)限來實現(xiàn)各部門的管理職能，通過搭建區(qū)域智能變電站SCD文件管控平臺，管理區(qū)域智能變電站內(nèi)多個SCD文件，增加SCD文件的安全冗余度，進一步提高智能變電站的安全運行水平。

[1]IEC 61850-6，Communication Networks and Systems in Substations:Part 6 Configuration Description Language for Communication in Electrical Substations Related to IEDs[S].2003.

[2]Q/GDW 383-2009智能變電站技術(shù)導則[S].北京：中國電力出版社，2009.

[3]Q/GDW 679-2011智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)建設技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2011.

[4]Q/GDW 678-2011智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)功能規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2011.

[5]孫一民，劉宏君，姜健寧，等.智能變電站SCD文件管控策略完備性分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2014，38（16）:105-109.

[6]高磊.IEC 61850 SCL配置文件比對工具的研究與實現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，46（37）:21-29.

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

[8]常弘，茹鋒，薛鈞義.IEC 61850語義信息模型的實現(xiàn)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（12）:39-42.

[9]苗斌，童曉陽，鄭永康，等.基于IEC 61850的智能變電站圖形化系統(tǒng)配置器原型設計[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，37（7）:82-87.

[10]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(tǒng)自動化，2013，37（17）:95-98.

[11]IEC 61850-8-1.Communication Networks and Systems in Substations:Part8-1 Specific Communication Service mapping（scsm）–mappings to MMS（ISO 9506-1 and ISO 9506-2）and to ISO/IEC 8802-3[S].2003.

[12]張沛超，姜健寧，楊漪俊，等.智能變電站配置信息的全生命周期管理[J].電力系統(tǒng)自動化，2014，38（10）:85-89.

（本文編輯：楊 勇）

Research And Application of Control Strategy System Based on SCD File Risk Status

XU Dongwei，LI Fuqiang，ZHANG Guizhong，XUE Eryi，LTU Yi
（State Grid Ning Bo Power Supply Company，Ningbo Zhejiang 315010，China）

Substation configuration description（SCD）of the intelligent substation is the key configuration file of virtual circuit system in the whole station，and its correctness or change has direct impact on the correctness of the relay protection function.The large-scale application and the successive extension and maintenance of intelligent substation bring new challenges to the risk control of SCD file.This paper analyzes existing SCD file control method and risk status，and puts forward the regional intelligent substation SCD file control strategy system.On the basis，the paper completes regional intelligent substation configuration file management and control platform construction，enabling different participants to effectively manage SCD file in various links such as design，commissioning，maintenance and expansion segment to ensure the uniqueness and effectiveness of SCD file.

intelligent station；SCD；control unit；control strategy

TM769

B

1007-1881（2016）06-0017-04

2016-02-19

徐東偉（1986），男，工程師，主要研究方向為智能變電站運維及自動化。