智能變電站一體化配置工具的研究

摘

要：為了提高智能變電站工程實(shí)施效率，改進(jìn)配置方法，保證配置數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性、同源性，在分析變電站各專業(yè)配置需求和流程的基礎(chǔ)上，提出了以SCD模型為核心的、基于插件式軟件架構(gòu)的一體化配置工具。通過(guò)對(duì)站內(nèi)完整的一、二次模型和其他業(yè)務(wù)應(yīng)用模型的一體化配置，優(yōu)化了配置流程，提升了軟件集成度，提高了操作可靠性，降低了傳統(tǒng)分散化配置方式導(dǎo)致的配置錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)。關(guān)鍵詞：SCD模型；插件式架構(gòu)；一體化配置0

引言隨著IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的推廣和普及，智能變電站得到了飛速發(fā)展和推廣應(yīng)用。與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站站內(nèi)二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施、調(diào)試、驗(yàn)收等各環(huán)節(jié)有了很大的不同，表現(xiàn)出越來(lái)越多的信息技術(shù)特征。在配置方面，變電站配置描述文件（SubstationConfigurationDescription，SCD）的重要性日益顯現(xiàn)。SCD文件作為站內(nèi)配置工作的核心，包含了全站二次系統(tǒng)的大部分重要配置信息。一方面，SCD文件結(jié)構(gòu)上的特征——模型結(jié)構(gòu)層次多、智能電子設(shè)備（IED）的配置內(nèi)容分散、可讀性差，提高了配置的復(fù)雜度。另一方面，站內(nèi)間隔層通信設(shè)備所采集的測(cè)點(diǎn)越來(lái)越多，相關(guān)配置工作量也隨之快速增長(zhǎng)。同時(shí)，隨著自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用功能不斷豐富，工程配置的工作量、維護(hù)的復(fù)雜度和系統(tǒng)集成的成本也大大增加。由于智能變電站系統(tǒng)配置環(huán)節(jié)多、流程復(fù)雜，甚至存在大量重復(fù)配置的信息，學(xué)習(xí)成本高；個(gè)別配置錯(cuò)誤調(diào)試時(shí)不易暴露，系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)定位困難，甚至?xí)瓜到y(tǒng)帶病運(yùn)行，增加了檢修人員排查問(wèn)題的成本。因此，簡(jiǎn)化配置，降低對(duì)相關(guān)人員的技術(shù)要求，規(guī)范配置方法，標(biāo)準(zhǔn)化配置流程成為智能變電站越來(lái)越迫切的現(xiàn)實(shí)需求。在智能變電站體系架構(gòu)之下，配置流程、配置工具、配置文件管理等方面的課題研究均獲得了良好的進(jìn)展，但目前的研究主要集中在SCD文件上，對(duì)整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的配置考慮不多。本文基于上述問(wèn)題，研究了具有針對(duì)性的解決方法，提出了變電站一體化配置工具，基于裝置模型，進(jìn)行一體化配置，實(shí)現(xiàn)包括智能站的監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)和測(cè)控裝置等系統(tǒng)的一體化配置。1

智能變電站配置需求及流程分析1.1

SCD文件配置智能變電站的系統(tǒng)配置，根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的理念是以SCD文件為基礎(chǔ)，SCD文件的內(nèi)容根據(jù)業(yè)務(wù)歸屬主要分為：（1）保護(hù)業(yè)務(wù)：保護(hù)事件、保護(hù)量測(cè)、定值、壓板、保護(hù)錄波、二次虛回路，過(guò)程層GOOSE和SV，站控層通信模型（MMS通信設(shè)置）。（2）自動(dòng)化業(yè)務(wù)：相關(guān)數(shù)據(jù)集（包括遙信、遙測(cè)、參數(shù)、告警）、通信網(wǎng)絡(luò)信息、測(cè)控二次虛回路，過(guò)程層GOOSE和SV，站控層通信MMS。（3）一次設(shè)備拓?fù)?，一次設(shè)備與二次裝置的邏輯或功能關(guān)聯(lián)關(guān)系，保存在變電站規(guī)范模型文件（SystemSpecificationDescription，SSD）中。目前站內(nèi)SCD的配置通常是通過(guò)專用的SCD工具完成。1.2

監(jiān)控系統(tǒng)配置智能變電站的監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)解析SCD文件形成初步的二次設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)四遙數(shù)據(jù)的其他應(yīng)用屬性（取反、偏移量、系數(shù)、告警方案、鈴聲、統(tǒng)計(jì)功能等）進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行復(fù)合信號(hào)的編輯；繪制主接線圖，對(duì)一次設(shè)備拓?fù)溥M(jìn)行層次建模（變電站、電壓等級(jí)、間隔、設(shè)備），建立監(jiān)控畫面的圖元和二次測(cè)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)關(guān)系；最后對(duì)高級(jí)應(yīng)用進(jìn)行設(shè)置。監(jiān)控系統(tǒng)的配置通常也依賴于專用工具。1.3

遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)配置智能變電站的遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)，首先也應(yīng)導(dǎo)入SCD文件，形成二次設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)，并根據(jù)需求對(duì)四遙點(diǎn)的屬性進(jìn)行設(shè)置；接下來(lái)配置信道的通信參數(shù)，設(shè)置規(guī)約參數(shù)；根據(jù)主站需求生成復(fù)合邏輯信號(hào)（比如事故總信號(hào)）；最后配置遠(yuǎn)傳的四遙點(diǎn)表。1.4

其他配置測(cè)控裝置在SCD文件的基礎(chǔ)上進(jìn)行聯(lián)閉鎖邏輯的配置。保信子站等保護(hù)管理系統(tǒng)先導(dǎo)入SCD文件，再完成與保護(hù)功能相關(guān)的配置。1.5

配置流程智能變電站配置流程如圖1所示。（1）智能變電站的配置流程從SCD配置開(kāi)始，SCD配置通常由系統(tǒng)配置工具和IED配置工具構(gòu)成。系統(tǒng)配置工具導(dǎo)入二次設(shè)備的ICD文件，完成通信配置、過(guò)程層/站控層配置后，生成CID和CCD文件，通過(guò)裝置配置工具下裝到具體的裝置中。同時(shí)，系統(tǒng)配置工具可以導(dǎo)入一次設(shè)備拓?fù)洳⑦M(jìn)行一、二次功能的關(guān)聯(lián)（SSD文件），最終生成全站SCD文件。（2）生成的全站SCD文件，依次導(dǎo)入監(jiān)控后臺(tái)、遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)、保信子站等其他系統(tǒng)的配置工具，進(jìn)行再配置。（3）若某IED設(shè)備模型發(fā)生變化，需通過(guò)系統(tǒng)配置工具更新ICD模型，生成CID或CCD下裝到對(duì)應(yīng)的IED設(shè)備，導(dǎo)出更新后的SCD文件；最后依次更新監(jiān)控后臺(tái)、遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)、保信子站等系統(tǒng)。1.6

主要問(wèn)題智能變電站的配置方式主要存在以下問(wèn)題：（1）整個(gè)配置過(guò)程依賴一系列獨(dú)立的工具完成，配置過(guò)程零散、煩瑣，更新過(guò)程自動(dòng)化程度不高、需要人工干預(yù)，易導(dǎo)致配置信息不完整或錯(cuò)誤。若SCD文件改變，但未正確地更新到后續(xù)系統(tǒng)（或只更新部分系統(tǒng)，譬如只更新監(jiān)控后臺(tái)，未更新遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)），將導(dǎo)致整個(gè)智能站的數(shù)據(jù)斷面不一致。（2）存在大量冗余配置和重復(fù)配置。譬如，監(jiān)控后臺(tái)、遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)、保信子站等系統(tǒng)都需要導(dǎo)入SCD文件，生成二次設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)（包含四遙測(cè)點(diǎn)庫(kù)）；監(jiān)控后臺(tái)和遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)都有復(fù)合邏輯的組態(tài)的需求（其中大部分邏輯是相同的）；防誤邏輯需要在后臺(tái)和測(cè)控分別配置；最后SCD文件和后臺(tái)都需要進(jìn)行主接線圖配置，一次設(shè)備建模和功能關(guān)聯(lián)。這些大量的重復(fù)配置不僅易出錯(cuò)，而且嚴(yán)重降低了智能變電站的實(shí)施效率，拖長(zhǎng)了調(diào)試周期。2

技術(shù)方案2.1

方案說(shuō)明針對(duì)上述問(wèn)題，可以采用包含SCL配置、監(jiān)控后臺(tái)配置、遠(yuǎn)動(dòng)配置、保信子站配置、測(cè)控配置的一體化解決方案，即智能變電站一體化配置工具。一體化配置工具依然以SCD配置為前端和核心，充分采納源端配置的理念，凡SCD模型中可配置的內(nèi)容均不在后續(xù)模塊中重復(fù)配置，并納入SSD的配置。充分發(fā)揮SSD在全站一次設(shè)備（包括設(shè)備拓?fù)潢P(guān)系，一、二次功能關(guān)聯(lián)）建模方面的重要作用，將監(jiān)控后臺(tái)、保護(hù)管理系統(tǒng)等后續(xù)系統(tǒng)的主接線圖繪制、拓?fù)湓O(shè)置、圖元關(guān)聯(lián)等功能前移到SSD配置中。一體化配置工具根據(jù)SSD的配置信息，自動(dòng)生成全站一次設(shè)備模型。再對(duì)SCD的IED信息進(jìn)行集成配置，根據(jù)配置結(jié)果自動(dòng)更新二次設(shè)備模型。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開(kāi)展對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)、保信子站、測(cè)控聯(lián)鎖等業(yè)務(wù)功能的配置。由于全站各系統(tǒng)共用同一份數(shù)據(jù)模型，并通過(guò)程序化的方式強(qiáng)制保證了模型的一致性，減少了配置環(huán)節(jié)的信息交換。利用這種方式可以有效保證變電站各子系統(tǒng)模型的一致性和正確性。一體化配置工具配置流程如圖2所示。2.2

工具框架設(shè)計(jì)工具框架采用開(kāi)放式插件架構(gòu)，每個(gè)配置功能都以獨(dú)立插件的形式存在。工具通過(guò)加載各功能插件，并管理其交互關(guān)系，以累積的方式建構(gòu)一體化配置工具的系統(tǒng)功能。插件框架的工作流程如圖3所示。工具包含的功能插件如表1所示。2.3

數(shù)據(jù)模塊設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理模塊管理全站數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)下與數(shù)據(jù)庫(kù)接口模塊連接，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)和訪問(wèn)；對(duì)上作為工具各應(yīng)用功能模塊的數(shù)據(jù)支撐，向各應(yīng)用提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口。數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊以單例模式，向處于active狀態(tài)的應(yīng)用模塊提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)，非active狀態(tài)應(yīng)用模塊切換到active模塊時(shí)，要進(jìn)行界面數(shù)據(jù)的刷新；向下與數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)接口保持單連接。模塊內(nèi)部由多個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)構(gòu)成，如圖4所示。模塊功能概述如表2所示。2.4

工具對(duì)外接口一體化配置工具完成配置工作后，需要與各業(yè)務(wù)系統(tǒng)建立通信聯(lián)系，將當(dāng)前最新的配置信息發(fā)布給業(yè)務(wù)系統(tǒng)（監(jiān)