智能变电站配置文件一体化管控系统的研究与实现

刘海峰，朱维钧，陈宏

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

智能变电站配置文件一体化管控系统的研究与实现

刘海峰，朱维钧，陈宏

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

分析当前智能变电站配置文件管控的工程现状，结合IEC61850标准及智能变电站的技术特点对当前配置文件管控存在的问题进行深入的剖析，对一体化管控体系的建设和配置文件管控版本控制原则进行详细的阐述。一体化管控系统基于 B/S体系结构和Struts开发框架，采用JDBC数据库访问技术和Tomcat应用服务器等关键技术，提出了智能变电站配置文件一体化管控的技术解决方案，并基于JSP.技术与JAVA对系统功能进行了设计和实现，最后针对性地提出了系统硬件部署方案。

智能变电站；Struts框架；SCD文件；一体化管控

与常规变电站相比，智能变电站因采样数字化、通信网络化、规约标准化的特点使其二次系统结构和形态发生了革命性的变化。这种变化给智能变电站二次系统的设计、建设、调试、运行、维护及扩建等工作带来了新的挑战。尤其是符合IEC61850标准的建模技术，使得全站二次设备基于全站信息配置文件 (Substation Configuration Description，SCD)运行，现场需要将SCD文件导出的IED实例配置文件 (Configured IED Description， CID)下装到装置来完成配置。智能变电站的SCD文件相当于常规变电站的设计图纸，且重要性要高于图纸。与常规站的图纸相比，SCD文件是机器语言，需要用专用的软件工具才能查看、修改。而且二次设备之间基于二次回路构成的逻辑链接关系变成了不可见的虚回路。因此，SCD文件配置的正确性，尤其是虚端子及虚回路所涉及到的跳合闸、采样回路，对智能变电站的安全运行至关重要〔1－5〕。

目前SCD文件管控缺乏有效的技术手段，其版本的唯一性得不到保障，再加之IEC61850标准本身的复杂性，导致了设计、调试、运维、检修及改扩建等环节处理配置文件存在很多困难〔6－10〕，非常不利于智能变电站的运维及后期改扩建工作。为此，国网公司制定了 《国家电网公司智能变电站配置文件运行管理规定》，要求其管理应遵循 “源端修改，过程受控”的原则，以运维单位为主体，建立智能变电站配置文件管理系统，对配置文件实施统一管理。文中首先分析了智能变电站SCD文件管控方面存在的问题，然后提出了一种智能变电站SCD文件管控系统的架构，并进行了实施。

1 工程现状

当前国内大部分智能变电站工程配置文件的管控存在如下问题:

1)由于IEC61850标准最早在国内试点和实践时各大保护设备厂家率先掌握了核心技术，导致智能变电站建设过程中的系统设计与集成过度依赖系统集成商及设备厂家。

2)设备入网检测执行力度不够，导致IED能力描述文件 (IED Capability Description，ICD)标准化程度不高，工程现场对ICD的修改非常普遍。

3)SCD文件虽然相当于设计图纸，但是大部分变电二次设计人员不具备SCD的集成和配置能力，导致设计过程与SCD文件集成工作脱节，设计图纸与SCD文件不是一体化完成的，难以避免两者的不一致。

4)工程调试现场的设计变更，尤其是SCD的变更没有任何管控和支撑手段，SCD版本的唯一性不可控；工程验收资料移交时对配置文件的正确性、完整性、一致性的验收缺乏技术手段。

5)变电站技改、大修、改扩建过程中配置文件的流转、修改无完善的管控机制和技术手段保障。

总之，目前智能变电站的配置文件管控粗放，过程不受控，这种现状难以适应智能站大规模标准化建设和安全运行的需要。

2 SCD文件管控体系构建

2.1 管控体系的组成

针对目前智能变电站配置文件管控的现状，需要统筹考虑建立完整的管控体系，覆盖设备入网、调试、工程验收和后期的运维及改扩建的智能变电站全生命周期，如图1所示。

图1 管控体系

2.1.1 入网管理

对设备供应商提供的ICD模型文件检测入库，从中国电科院的入网合格信息库中直接导入，作为工程现场集成SCD文件用的ICD文件的唯一源头。

2.1.2 设计管理

负责智能变电站SV及GOOSE虚回路表的设计工作；参与联调、现场安装调试，确认虚回路表变更和设计变更，提交工程配置SCD文件。设计管理的关键点是设计应用的ICD应该是入网统一发布的版本，设计图纸 (表)要与SCD集成一致。

2.1.3 调试管理

在调试过程中，对SCD修改是难免的，调试管理的关键是做好SCD的变更管理。各设备供应商基于SCD文件生成自己装置的CID和IED回路实例配置文件 (Configured IED Circuit Description，CCD)并完成下装。

2.1.4 竣工验收管理

工程验收过程中的资料移交是配置文件管控的重要节点，在验收阶段要通过一定的技术手段或管理手段保证移交的资料与现场装置的一致性。

2.1.5 运维及改扩建管理

投入运行的变电站日常运维过程中消缺、扩建时会对SCD文件进行修改，所以运维过程中严格保证SCD文件版本在控，通过相关的签入签出流程保证SCD文件的唯一性和一致性。

2.1.6 技术监督管理

技术监督是配置文件管控体系的技术保障，组织对各类配置文件的检测及其他技术规范标准的管理，并作为整个管控体系实施的技术支撑。

2.2 配置文件的版本管控原则

配置文件的版本管控分系统层面和装置层面2个部分。其中系统层面的配置文件管控即SCD文件的版本和全站信息CRC校验码。装置层面的配置文件管控依据功能版本、ICD配置版本、CID和CCD实例配置版本3种版本标识对智能装置中的程序及配置文件进行版本管控。

1)功能版本:代表智能装置核心功能模块的软件版本，通过该标识可唯一确定保护软件的功能和逻辑，包含功能版本号、生成时间和校验码。

2)ICD配置版本:代表智能装置通信能力描述文件的版本。ICD文件中含有过程层输入输出和站控层信息服务描述，包含 ICD配置版本号、配置生成时间、装置型号、装置的功能版本。

3)实例配置版本:代表智能装置实例化配置文件 (CID和CCD)版本。装置所下装的CID和CCD文件版本应与所依据的SCD版本相同，包含实例配置版本号和生成时间，便于核对。

3 SCD文件管控系统技术方案

3.1 系统功能

结合管控体系及配置文件版本管控原则的分析，开展智能变电站配置文件一体化管控系统的建设，分为主站和站端，主站围绕管控体系，主要实现入网、数据、调试、验收、运维改扩建等过程的管理功能，站端作为主站在站内的功能补充，实现SCD配置、文件的收集与分发、CCD及CID下装、文档版本比较、语法语义检测、配置信息在线获取等功能，整个系统的功能框架如图2所示。

图2 系统功能框架

3.2 技术架构

为适应智能变电站配置文件管控体系的要求，主站和站端的系统结构都采用局域网环境下的B/S结构，即浏览器/服务器结构，这种结构只需要维护一个服务器，客户端采用浏览器运行软件。软件应用的业务逻辑完全在应用服务器端实现，用户表现完全在Web服务器实现，客户端只需要浏览器即可进行业务处理，是一种全新的软件系统构造技术。

对B/S结构的软件开发，Struts框架比较适合，尤其是对于开发比较大型复杂的Web应用系统。Struts是基于MVC模式应用架构的开源框架，是利用Java Servlet和JSP、XML等方面的技术来实现构建Web应用的一项非常有用的技术，也是基于MVC模式的Web应用最经典框架。

Struts把Servlet，JSP，自定义标签和信息资源整合到一个统一的框架中，主要由一系列的框架类、辅助类和定制的JSP标记库构成。开发人员利用其进行开发时不用再自己编码实现全套MVC模式，极大地节省了时间〔11－13〕。Struts的另一个显著特点是可扩展的应用框架，即允许开发人员根据实际需要扩展框架，定制客户化的功能。图3所示的是Struts框架图。

图3 Struts框架

基于Struts框架，系统分为业务访问层和数据层，业务访问层负责各个环节的各类配置文件的提交、检测、下载、查询服务、流程管理等业务，采用Tomcat应用服务器中间件将每个业务封装为独立的EJB组件，实现技术和业务的分离，使系统具有开放体系结构；数据层管理系统的各种数据，包括变电站信息、人员组织机构信息、配置文件版本信息、配置文件检测信息、站内装置在线信息等。数据层采用Java数据库连接技术，是一种执行SQL语句的Java API的技术，可以为多种关系数据库提供统一访问，由一组用Java语言编写的类和接口组成〔14－15〕。系统软件架构如图4所示。

图4 系统软件架构

3.3 系统部署

主站端系统部署在调度数据网的安全Ⅲ区，见图5，由3台服务器组成，分别是Web服务器、数据库服务器和备份服务器。

站内部署在一体化信息平台的Ⅱ区综合应用服务器，经过Ⅱ区数据通信网关机、Ⅱ区纵向加密认证装置、Ⅱ区与Ⅲ区之间的正反向隔离装置实现与主站通信。数据通信网关机、地市公司可选配子站系统，系统内用户通过内网可直接通过Web浏览器直接访问。

图5 系统部署

4 结语

基于配置文件为主线的智能变电站配置文件一体化管控的研究和应用，明确了智能变电站全生命周期各环节工作深度，实现了各工作环节间的无缝交互，规范了智能变电站二次系统集成的管控，实现配置文件的全过程管理，提高了智能变电站二次系统的设计、调试和运维的工作效率，充分发挥智能变电站的技术优势，提升了全过程风险管控水平，为智能变电站的改扩建、调度运行以及检修维护提供安全保障，满足智能站大规模、标准化、高效率的建设和运行需求。

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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

刘海峰(1980)，男，硕士，高级工程师，主要从事继电保护专业技术及管理等工作。

2016－04－19 改回日期:2016－09－23

朱维钧(1982)，男，硕士，高级工程师，主要电力系统继电保护、智能变电站方面的研究。

陈宏(1974)，男，学士，高级工程师，主要从事继电保护专业技术及管理等工作。