基于系統描述自動生成二次設備關聯配置的方法

舒 鵬，王 松

（國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

基于系統描述自動生成二次設備關聯配置的方法

舒 鵬，王 松

（國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

針對現有智能變電站二次設備關聯配置方法，提出了一種基于系統描述自動生成二次設備關聯配置的方法。在智能變電站系統描述文件信息完整規范的基礎上，通過解析全站配置文件得到變電站一次設備與邏輯節點的關聯庫，并結合二次設備標準信息知識庫，實現了自動得出智能變電站二次設備關聯配置的目標。

智能變電站；二次設備關聯；系統描述

0 引言

IEC 61850標準作為智能變電站的重要標準在我國得到了大規模的研究與應用。為了盡量不改變傳統變電站的設計模式，減小智能變電站的應用難度，國內目前采用了“虛端子”的設計模式，即在配置中將相關IED（智能電子設備）的輸出與輸入對應起來，虛擬傳統端子的概念。這種做法相比傳統變電站并沒有體現出智能變電站的優勢，在實際工程中仍舊需要人工對所有的“虛端子”進行配置，工作量巨大且容易出錯。IEC 61850標準所倡導的面向功能建模的優勢沒有得到體現，只是當作一種通信規約來使用。

本文提出了基于系統描述自動生成二次設備關聯配置的方法，采用標準化的IEC 61850模型及系統描述來確定物理裝置之間的聯系，充分利用標準模型的優勢，減少系統配置的工作量，自動形成二次設備之間的通信連接配置，徹底改變采用端子一一對應的傳統二次設備關聯方式。

1 現有的二次設備關聯配置方法

在IEC 61850標準第一版中，針對工程中不同裝置的邏輯節點如何關聯輸入，標準在第6部分對邏輯節點實例定義了inputs元素，即數據信息輸入。inputs元素中包含外部信號的引用路徑和內部地址intAddr，我國在此引入了“虛端子”概念，規定廠家事先定義好內部輸入模型，即“虛端子”，由設計單位對不同裝置進行關聯，系統集成商按設計意圖將各裝置的虛端子按inputs元素的語法進行關聯，然后由IED配置工具導出，并下裝到裝置中。

IEC 61850標準第二版中除了保留第一版第6部分基于SCL語言的工程配置定義，還對邏輯節點增加了InRef和BlkRef 2個可整定的數據對象對輸入信號進行“在線”關聯。然而，裝置可整定的輸入模式與傳統設計差異更大，需要對來源、內部地址與目的進行分別整定，比采用“虛端子”的方法更加繁瑣與復雜。另外，通過InRef和BlkRef 2個整定值從通信層面自動關聯相關的信息排序需要采用復雜的GetGoReference或Get-GOOSEElementNumber通信服務來實現，這也是目前幾乎所有廠家都不支持的，同時也將帶來GOOSE（面向通用對象的變電站事件）通信關聯的復雜性，降低通信可靠性。另外，標準沒有定義SV（采樣值）的相關服務，SV輸入不可能通過這種方式實現信號關聯。因此，該方案無法在我國應用。

2 基于系統描述自動生成二次設備關聯配置的方法

鑒于“虛端子”配置法和邏輯節點連接配置法的復雜與易出錯性，本文在現有二次設備關聯配置方法的基礎上提出了基于變電站系統描述自動進行二次設備關聯配置的方法。

使用該方法的前提是變電站系統描述文件對變電站的一次系統及相關關鍵邏輯接點的配置描述完整、準確，然后根據繼電保護標準設計的相關標準建立二次設備標準信息知識庫，使用遍歷算法對系統描述文件進行關鍵信息的提取并結合標準信息知識庫最終得出智能變電站的二次設備關聯配置。

2.1 變電站系統描述文件

根據IEC 61850標準的規定，SCD（變電站配置描述）文件是由各裝置廠商提供的ICD（IED能力描述）文件與設計部門提供的SSD（系統規范描述）文件配置生成。

完整、準確的SSD文件應該包括變電站一次設備的結構和拓撲，并將一次設備和邏輯節點按照面向對象的法則聯系起來（如圖1所示）。

按照面向對象的法則建模的一個完整的LNode（邏輯節點）在具備AccessPoint（接入點）、LDevice（邏輯設備）、Data（數據）等二次功能信息的同時，也應該擁有Substation（變電站）、VoltageLevel（電壓等級）、Bay（所屬間隔）、ConnectivityNode（連接節點）等一次設備信息，如圖1所示。

IEC 61850標準規定，變電站內一、二次設備之間的關聯是通過LN（功能邏輯節點）進行有效的連接，通過遍歷，在一次設備對象模型中能找到二次功能關鍵LN配置屬性。

圖1 SCL對象模型關系示意

2.2 二次設備標準信息知識庫

在傳統變電站二次設計以及引入IEC 61850標準之后的智能變電站時期，國家電網公司頒布了多個標準化設計規范，變電站二次設備的設計有了明確的規定。從這些標準中提取出相關電壓等級的二次設備間的信息交互知識標準形成標準知識庫。圖2為一個典型線路間隔的二次設備信息聯系，從圖上可以得出該間隔內智能終端與線路保護、母線保護之間的標準信息交互內容。

對于二次設備名稱的識別，要求在系統配置時采用“二次設備類型碼+功能碼”的方式，構建通用二次設備類型二維命名原則，如保護裝置類型碼為“P”，合并單元類型碼為“M”，線路對應二次設備功能碼為“L”，母線對應功能碼為“M”，則線路保護的類型標示為“PL”、母線保護的類型標示為“PM”，線路合并單元的類型標示為“ML”，母線合并單元的類型標示為“MM”。依據此命名規則，可以方便地得出相關二次設備的類型。二次設備標準信息知識庫以設備1-設備2（信號傳輸名稱）為規則從標準化設計規范中汲取二次設備間的傳輸信號，規定設備1為信號發出方，設備2為信號接收方。從圖2可以得出PL1-ML1（啟動失靈）、ML1-PL1（啟動遠跳，閉鎖重合閘）的線路保護與母線保護間的二次設備標準信息知識庫。

2.3 基于系統描述自動生成二次設備關聯配置

在前文提到的SSD信息文件的基礎上，采用以下算法可以自動得出相關二次設備的關聯信息：

（1）首先分析遍歷SSD元素，基于標準化命名原則找到指定元素。

（2）基于一次設備拓撲關系獲得連接節點和端點信息，導出連接信息表。

（3）基于SSD中一次設備所對應的二次設備的功能配置獲得二次設備信息，并存儲到二次設備關聯表的二次設備信息部分。

（4）SSD元素解析完畢，遍歷連接信息表ConnectObjectList，得出端點間的關聯關系，并將關聯關系填入iedRelateList的對應對象中，根據連接信息表和二次設備關聯表的二次設備信息部分，最終生成完整的二次設備關聯表，并導出二次設備關聯關系，其中包含了二次設備的信息和與其他設備關聯的信息。

（5）根據二次設備標準化模型導入裝置ICD文件，完成SCD文件中IED裝置的導入。

（6）根據二次設備標準信息知識庫，結合解析出來生成的本站二次設備的二次回路功能邏輯關系，自動完成二次設備二次回路的虛端子自動關聯配置，并自動寫入SCD文件中IED部分所對應的虛端子關聯配置部分。

對SSD解析生成二次設備關聯關系的具體實現流程如圖3所示，其中對SSD中關鍵元素的解析包括：

（1）解析Voltagelevel元素，獲得母線設備的信息，將母線設備映射為母線保護裝置，并根據母線設備中對邏輯節點的實例化信息，即LNode元素，獲得對應母線保護裝置的邏輯功能信息，母線測控裝置的邏輯功能信息。

圖2 二次裝置之間標準化連接

圖3 二次設備關聯流程

（2）解析Voltagelevel元素下的Bay元素，獲得間隔內的二次設備信息，包括二次設備所屬的間隔名稱、電壓等級，該二次設備涉及的邏輯功能。

（3）解析PowerTransformer元素，獲得變壓器設備的信息，并根據變壓器設備中對邏輯功能的描述，即LNode元素，獲得對應變壓器保護裝置的相關信息，變壓器測控裝置的相關信息。

（4）解析ConnectivityNode和Terminal元素，獲得二次設備間的關聯關系：將ConnectivityNode元素的pathName屬性存儲到ConnectObject連接對象的ConnectNodePath屬性中，更新連接信息表ConnectObjectList；解析獲得Terminal元素時，遍歷ConnectObject連接信息表，根據 Terminal元素的ConnectivityNode屬性，查詢對應的ConnectObject連接對象，將端點信息放到連接對象中，更新連接信息表ConnectObjectList。

得到二次設備關聯列表后，依據前文提到的二次設備標準信息知識庫進行相關二次設備的信息關聯，最后得到一個關聯配置后的全站配置文件，從而實現智能變電站二次設備的自動關聯配置。

2.4 配置實例

圖4為一個變電站的系統描述實例，圖中變壓器T1有2個繞組W1和W2分別連接到110 kV和35 kV兩個電壓等級，變壓器差動保護PROT1配置了差動功能模型PDIF1與變壓器關聯，高低壓側跳閘邏輯模型PTRC1和PTRC2與兩側斷路器關聯。變壓器高壓側智能終端RPIT1配置了斷路器功能模型XCBR1與高壓側斷路器關聯，中壓側智能終端RPIT2配置了斷路器功能模型XCBR1與中壓側斷路器關聯。變壓器兩側電流合并單元MU1和MU2各配置了TCTR1與兩側電流互感器關聯，兩側電壓合并單元MU3和MU4各配置了TVTR1與兩側電壓互感器關聯。

上述配置通過變電站系統描述部分在SCD文件中進行了準確、完整的描述。通過遍歷算法得出一次設備與邏輯節點之間的關系并結合相應的二次設備標準信息知識庫得出：PROT1/PDIF1是配置給變壓器T1的差動保護，從MU1/TCTR1和MU2/TCTR2中獲取變壓器兩側的采樣值電流；PROT1/PTRC1和PROT1/PTRC2是主變保護PROT1高低壓側的跳閘出口邏輯，發跳閘GOOSE命令給兩側的智能終端RPIT1和PRIT2。

圖4 變電站系統描述實例

可以看出，如果SCD文件中變電站系統描述的一次拓撲結構描述正確，功能模型關聯清晰，就可以采用本方法自動得到各物理設備之間的實際關聯。

與傳統配置方法相比，本方法省去了工作量最大的虛端子人工配置（如圖5所示），大大減小配置出錯的可能，縮短了配置SCD所需時間。

圖5 傳統配置方法流程

3 結論

現有智能變電站采用的虛端子連接方式完全依賴人工逐條配置，工作量巨大且容易出錯，安全運行風險也較大，工程建設效率低下。基于系統描述的二次設備關聯配置方法只需要關聯一次設備關鍵邏輯接點，工作量小、不容易出錯，并且該方法利用了標準化的IEC 61850模型及系統描述來確定物理裝置之間的聯系，充分借用標準模型所帶來的優勢，而不必為繁瑣的端子連接困擾，簡化智能變電站工程集成配置工作，減少系統配置的工作量。具備系統描述配置的全模型系統配置才是完整意義上的IEC 61850模型配置，可以為電力系統高級應用提供基礎信息，而自動生成二次設備關聯只是其中一個典型應用。然而，基于全模型的應用對系統描述、二次設備模型的準確性、全面性和標準化要求較高，相關二次設備的模型及關聯連接要嚴格符合標準的定義來配置，可以進一步制定相關標準，實現基于全模型的信息化、自動化和互動化智能變電站。

[1]候偉宏，徐丹露，裘愉濤，等.智能變電站SCD文件可視化研究[J].浙江電力，2016，35（1）:10-14.

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[3]Q/GDW 396-2009 IEC 61850工程繼電保護應用模型[S].北京：中國電力出版社，2009.

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[5]趙涵，常弘，劉曉暉，等.基于IEC 61850的系統描述工具中的SSD文件生成算法[J].電工電能新技術，2010（1）:67-70.

（本文編輯：趙曉明）

An Automatic Generation Method of Secondary Equipment Association Based on System Description

SHU Peng，WANG Song
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

This paper introduces a method of the secondary equipment association which is automatically generated based on system description in accordance with secondary equipment association in existing intelligent substations.On the basis of complete and standard system description file of intelligent substation，an association base of the substation primary equipment and logic nodes is concluded by substation configuration description files analysis；besides，in combination with standard information knowledge base of the secondary equipment，the automatic secondary equipment association of intelligent substation is implemented.

intelligent substation；secondary equipment association；system description

TM76

：B

：1007-1881（2016）07-0012-04

2016-03-14

舒 鵬（1985），男，主要從事智能電網、電力系統自動化和繼電保護技術研究。