基于系统描述自动生成二次设备关联配置的方法

舒 鹏，王 松

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

基于系统描述自动生成二次设备关联配置的方法

舒 鹏，王 松

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

针对现有智能变电站二次设备关联配置方法，提出了一种基于系统描述自动生成二次设备关联配置的方法。在智能变电站系统描述文件信息完整规范的基础上，通过解析全站配置文件得到变电站一次设备与逻辑节点的关联库，并结合二次设备标准信息知识库，实现了自动得出智能变电站二次设备关联配置的目标。

智能变电站；二次设备关联；系统描述

0 引言

IEC 61850标准作为智能变电站的重要标准在我国得到了大规模的研究与应用。为了尽量不改变传统变电站的设计模式，减小智能变电站的应用难度，国内目前采用了“虚端子”的设计模式，即在配置中将相关IED（智能电子设备）的输出与输入对应起来，虚拟传统端子的概念。这种做法相比传统变电站并没有体现出智能变电站的优势，在实际工程中仍旧需要人工对所有的“虚端子”进行配置，工作量巨大且容易出错。IEC 61850标准所倡导的面向功能建模的优势没有得到体现，只是当作一种通信规约来使用。

本文提出了基于系统描述自动生成二次设备关联配置的方法，采用标准化的IEC 61850模型及系统描述来确定物理装置之间的联系，充分利用标准模型的优势，减少系统配置的工作量，自动形成二次设备之间的通信连接配置，彻底改变采用端子一一对应的传统二次设备关联方式。

1 现有的二次设备关联配置方法

在IEC 61850标准第一版中，针对工程中不同装置的逻辑节点如何关联输入，标准在第6部分对逻辑节点实例定义了inputs元素，即数据信息输入。inputs元素中包含外部信号的引用路径和内部地址intAddr，我国在此引入了“虚端子”概念，规定厂家事先定义好内部输入模型，即“虚端子”，由设计单位对不同装置进行关联，系统集成商按设计意图将各装置的虚端子按inputs元素的语法进行关联，然后由IED配置工具导出，并下装到装置中。

IEC 61850标准第二版中除了保留第一版第6部分基于SCL语言的工程配置定义，还对逻辑节点增加了InRef和BlkRef 2个可整定的数据对象对输入信号进行“在线”关联。然而，装置可整定的输入模式与传统设计差异更大，需要对来源、内部地址与目的进行分别整定，比采用“虚端子”的方法更加繁琐与复杂。另外，通过InRef和BlkRef 2个整定值从通信层面自动关联相关的信息排序需要采用复杂的GetGoReference或Get-GOOSEElementNumber通信服务来实现，这也是目前几乎所有厂家都不支持的，同时也将带来GOOSE（面向通用对象的变电站事件）通信关联的复杂性，降低通信可靠性。另外，标准没有定义SV（采样值）的相关服务，SV输入不可能通过这种方式实现信号关联。因此，该方案无法在我国应用。

2 基于系统描述自动生成二次设备关联配置的方法

鉴于“虚端子”配置法和逻辑节点连接配置法的复杂与易出错性，本文在现有二次设备关联配置方法的基础上提出了基于变电站系统描述自动进行二次设备关联配置的方法。

使用该方法的前提是变电站系统描述文件对变电站的一次系统及相关关键逻辑接点的配置描述完整、准确，然后根据继电保护标准设计的相关标准建立二次设备标准信息知识库，使用遍历算法对系统描述文件进行关键信息的提取并结合标准信息知识库最终得出智能变电站的二次设备关联配置。

2.1 变电站系统描述文件

根据IEC 61850标准的规定，SCD（变电站配置描述）文件是由各装置厂商提供的ICD（IED能力描述）文件与设计部门提供的SSD（系统规范描述）文件配置生成。

完整、准确的SSD文件应该包括变电站一次设备的结构和拓扑，并将一次设备和逻辑节点按照面向对象的法则联系起来（如图1所示）。

按照面向对象的法则建模的一个完整的LNode（逻辑节点）在具备AccessPoint（接入点）、LDevice（逻辑设备）、Data（数据）等二次功能信息的同时，也应该拥有Substation（变电站）、VoltageLevel（电压等级）、Bay（所属间隔）、ConnectivityNode（连接节点）等一次设备信息，如图1所示。

IEC 61850标准规定，变电站内一、二次设备之间的关联是通过LN（功能逻辑节点）进行有效的连接，通过遍历，在一次设备对象模型中能找到二次功能关键LN配置属性。

图1 SCL对象模型关系示意

2.2 二次设备标准信息知识库

在传统变电站二次设计以及引入IEC 61850标准之后的智能变电站时期，国家电网公司颁布了多个标准化设计规范，变电站二次设备的设计有了明确的规定。从这些标准中提取出相关电压等级的二次设备间的信息交互知识标准形成标准知识库。图2为一个典型线路间隔的二次设备信息联系，从图上可以得出该间隔内智能终端与线路保护、母线保护之间的标准信息交互内容。

对于二次设备名称的识别，要求在系统配置时采用“二次设备类型码+功能码”的方式，构建通用二次设备类型二维命名原则，如保护装置类型码为“P”，合并单元类型码为“M”，线路对应二次设备功能码为“L”，母线对应功能码为“M”，则线路保护的类型标示为“PL”、母线保护的类型标示为“PM”，线路合并单元的类型标示为“ML”，母线合并单元的类型标示为“MM”。依据此命名规则，可以方便地得出相关二次设备的类型。二次设备标准信息知识库以设备1-设备2（信号传输名称）为规则从标准化设计规范中汲取二次设备间的传输信号，规定设备1为信号发出方，设备2为信号接收方。从图2可以得出PL1-ML1（启动失灵）、ML1-PL1（启动远跳，闭锁重合闸）的线路保护与母线保护间的二次设备标准信息知识库。

2.3 基于系统描述自动生成二次设备关联配置

在前文提到的SSD信息文件的基础上，采用以下算法可以自动得出相关二次设备的关联信息：

（1）首先分析遍历SSD元素，基于标准化命名原则找到指定元素。

（2）基于一次设备拓扑关系获得连接节点和端点信息，导出连接信息表。

（3）基于SSD中一次设备所对应的二次设备的功能配置获得二次设备信息，并存储到二次设备关联表的二次设备信息部分。

（4）SSD元素解析完毕，遍历连接信息表ConnectObjectList，得出端点间的关联关系，并将关联关系填入iedRelateList的对应对象中，根据连接信息表和二次设备关联表的二次设备信息部分，最终生成完整的二次设备关联表，并导出二次设备关联关系，其中包含了二次设备的信息和与其他设备关联的信息。

（5）根据二次设备标准化模型导入装置ICD文件，完成SCD文件中IED装置的导入。

（6）根据二次设备标准信息知识库，结合解析出来生成的本站二次设备的二次回路功能逻辑关系，自动完成二次设备二次回路的虚端子自动关联配置，并自动写入SCD文件中IED部分所对应的虚端子关联配置部分。

对SSD解析生成二次设备关联关系的具体实现流程如图3所示，其中对SSD中关键元素的解析包括：

（1）解析Voltagelevel元素，获得母线设备的信息，将母线设备映射为母线保护装置，并根据母线设备中对逻辑节点的实例化信息，即LNode元素，获得对应母线保护装置的逻辑功能信息，母线测控装置的逻辑功能信息。

图2 二次装置之间标准化连接

图3 二次设备关联流程

（2）解析Voltagelevel元素下的Bay元素，获得间隔内的二次设备信息，包括二次设备所属的间隔名称、电压等级，该二次设备涉及的逻辑功能。

（3）解析PowerTransformer元素，获得变压器设备的信息，并根据变压器设备中对逻辑功能的描述，即LNode元素，获得对应变压器保护装置的相关信息，变压器测控装置的相关信息。

（4）解析ConnectivityNode和Terminal元素，获得二次设备间的关联关系：将ConnectivityNode元素的pathName属性存储到ConnectObject连接对象的ConnectNodePath属性中，更新连接信息表ConnectObjectList；解析获得Terminal元素时，遍历ConnectObject连接信息表，根据 Terminal元素的ConnectivityNode属性，查询对应的ConnectObject连接对象，将端点信息放到连接对象中，更新连接信息表ConnectObjectList。

得到二次设备关联列表后，依据前文提到的二次设备标准信息知识库进行相关二次设备的信息关联，最后得到一个关联配置后的全站配置文件，从而实现智能变电站二次设备的自动关联配置。

2.4 配置实例

图4为一个变电站的系统描述实例，图中变压器T1有2个绕组W1和W2分别连接到110 kV和35 kV两个电压等级，变压器差动保护PROT1配置了差动功能模型PDIF1与变压器关联，高低压侧跳闸逻辑模型PTRC1和PTRC2与两侧断路器关联。变压器高压侧智能终端RPIT1配置了断路器功能模型XCBR1与高压侧断路器关联，中压侧智能终端RPIT2配置了断路器功能模型XCBR1与中压侧断路器关联。变压器两侧电流合并单元MU1和MU2各配置了TCTR1与两侧电流互感器关联，两侧电压合并单元MU3和MU4各配置了TVTR1与两侧电压互感器关联。

上述配置通过变电站系统描述部分在SCD文件中进行了准确、完整的描述。通过遍历算法得出一次设备与逻辑节点之间的关系并结合相应的二次设备标准信息知识库得出：PROT1/PDIF1是配置给变压器T1的差动保护，从MU1/TCTR1和MU2/TCTR2中获取变压器两侧的采样值电流；PROT1/PTRC1和PROT1/PTRC2是主变保护PROT1高低压侧的跳闸出口逻辑，发跳闸GOOSE命令给两侧的智能终端RPIT1和PRIT2。

图4 变电站系统描述实例

可以看出，如果SCD文件中变电站系统描述的一次拓扑结构描述正确，功能模型关联清晰，就可以采用本方法自动得到各物理设备之间的实际关联。

与传统配置方法相比，本方法省去了工作量最大的虚端子人工配置（如图5所示），大大减小配置出错的可能，缩短了配置SCD所需时间。

图5 传统配置方法流程

3 结论

现有智能变电站采用的虚端子连接方式完全依赖人工逐条配置，工作量巨大且容易出错，安全运行风险也较大，工程建设效率低下。基于系统描述的二次设备关联配置方法只需要关联一次设备关键逻辑接点，工作量小、不容易出错，并且该方法利用了标准化的IEC 61850模型及系统描述来确定物理装置之间的联系，充分借用标准模型所带来的优势，而不必为繁琐的端子连接困扰，简化智能变电站工程集成配置工作，减少系统配置的工作量。具备系统描述配置的全模型系统配置才是完整意义上的IEC 61850模型配置，可以为电力系统高级应用提供基础信息，而自动生成二次设备关联只是其中一个典型应用。然而，基于全模型的应用对系统描述、二次设备模型的准确性、全面性和标准化要求较高，相关二次设备的模型及关联连接要严格符合标准的定义来配置，可以进一步制定相关标准，实现基于全模型的信息化、自动化和互动化智能变电站。

[1]候伟宏，徐丹露，裘愉涛，等.智能变电站SCD文件可视化研究[J].浙江电力，2016，35（1）:10-14.

[2]刘筱萍，杨冰，王浩.变电站配置工具中SCL文件解析的分析与实现[J].电网技术，2006（S2）:463-466.

[3]Q/GDW 396-2009 IEC 61850工程继电保护应用模型[S].北京：中国电力出版社，2009.

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[5]赵涵，常弘，刘晓晖，等.基于IEC 61850的系统描述工具中的SSD文件生成算法[J].电工电能新技术，2010（1）:67-70.

（本文编辑：赵晓明）

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 鹏（1985），男，主要从事智能电网、电力系统自动化和继电保护技术研究。