智能变电站中的虚端子设计方法研究
2014-09-26
(安徽省电力设计院,安徽 合肥 230601)
1 前言
常规变电站设计中二次设备间的连接主要通过电缆与端子排来实现，接线接单、直观，调试时易操作。而智能变电站中全站所有装置的信息均为数字信息，保护及测控装置间均采用光缆通过IEC61850规约连接，网络中的虚拟数字信息取代了常规的物理电气信号，光缆连接无法描述实际装置接的功能性关系，因此在智能变电站的设计中引入了“虚端子”的设计方式。
2 智能变电站虚端子设计现状
2.1 装置的模型文件
智能变电站信息包括GOOSE、SV信息，其中GOOSE心包括开关位置信息、跳合闸、装置的故障信息等，SV信息包括电流、电压等采样值。变电站遵循IEC61850标准配置语言SCL(Substation Configuration Languae)实现各装置的数据对象模型。
主要包括四种类型：
SSD：系统描述文件。描述了一次系统结构和拓扑关系。
ICD：IED设备能力描述文件。描述了IED的性能，一般作为IED的模板文件。
SCD：系统配置文件。包括变电站一次系统结构、拓扑联系；所有IED设备的实例化配置信息；通信配置信息。
CID：IED的实例化配置文件。
2.2 虚端子设计方法
现阶段由于设计单位不具备智能变电站模型文件的建立、解析及生成能力，主要依靠二次设备厂家将装置的ICD文件转化成简单的EXCEL表格后，根据相应工程配置虚端子，主要由以下两种方式：
(1)表格法
设计单位建立虚端子表格，将各装置的属性及虚端子号导入表格并建立相应的映射关系，调试时再将相应的映射关系导入装置的模型文件并重新生成ICD文件，完成装置的虚端子设计工作。
图1 变电站对象模型
图2 虚端子设计表格示例
(2)绘图法
与常规变电站类似，采用绘图的方式表示装置间的端子映射关系，区别在于以虚端子号代替常规变电站中的端子排，调试时同样需要重新生成ICD文件。
3 存在的问题
上述两种设计方式一定程度解决了智能变电站中的装置间功能连接的配置需求，但仍存在以下问题：
(1)设计方法简单、机械，绝大多数依旧依赖人工完成，而虚端子量较大，出现差错概率极高。
(2)设计单位无法直接提供可直接用于施工的图纸，调试时仍需进行二次配置，工作效率低下。
(3)同一个装置虚端子的设计需要保护、自动化等专业的共同配合才能完成，专业间接口较多，后期修改工作量较大。
(4)设计单位无法掌控实际调试内容，由于最终生成均为SCD模型文件，后期工程扩建时仍需重新导出，增加了不必要的工作量。
(5)装置间的内在逻辑联系无法在设计流程中体现，智能变电站“数字平台、信息共享”的优越性在设计环节未能得到充分利用，提供给客户的设计成品也无法最大可能的提供丰富的数字信息。
基于以上应用现状，迫切需要改变现有的智能变电站虚端子设计模式，应开发一套可视化的虚端子设计工具，实现从设计到工程配置、从IED配置到系统配置的一体化集成。
图3 虚端子设计接线图示例
4 可视化的虚端子设计方法
4.1 功能要求
针对上述问题，提出采用可视化的配置工具实现虚端子的设计，主要功能有：
(1)基于IEC61850标准定义的对象模型，通过在一次系统图配置功能的方式，实现与二次设备的关联关系。通过可视化配置工具生成的SVG标准图形文件可以实现与CAD工具的互操作。
(2)基于一次系统图及厂家提供的ICD模型文件，通过软件实现各二次设备之间GOOSE和SV信号联线，并生成SCD文件、CID文件及CAD图形文件。
(3)配置工具应具备IED设备模型合法性效验、装置CID文件与SCD文件一致性检查等模型校验功能。
4.2 设计流程
(1)由设备厂商提供ICD模型文件及常规设计图纸给设计单位。
(2)设计单位利用可视化配置工具完成虚端子设计，分别生成SCD/SSD文件、CID文件及CAD图纸。
(3)其中SCD/SSD文件提供给集成商及运行单位，由集成商完成全站配置。
(4)CID文件返回给设备厂商，由设备厂商完成装置配置。
(5)包含全站网络及设备安装接线图的CAD图纸提供给安装施工单位，进行全站施工及调试。
图4 虚端子设计流程图
目前安徽新建变电站绝大部分均为智能变电站，在采用可视化的虚端子配置工具后，有效的提高了设计效率。
5 结语
通过可视化的虚端子设计方法，将设计人员从繁琐的手工配线工作中解放出来，从而大大提高了生产效率，简化现场工作量，减少差错，方便运行维护；并强化了设计单位在智能变电站建设工作中的职能，有利于智能变电站的改建、扩建，提高了智能变电站的建设质量。
[1] 高亚栋，朱炳铨，李慧，等.数字化变电站的“虚端子”设计方法应用研究[J].电力系统保护与控制，2011，39(5).
[2] 修黎明，高湛军，黄德斌，等.智能变电站二次系统设计方法研究[J].电力系统保护与控制,2012，40(22).
