智能变电站一体化配置工具的研究

周奕帆 叶翔 葛立青

摘要：为了提高智能变电站工程实施效率，改进配置方法，保证配置数据的准确性、完整性、同源性，在分析变电站各专业配置需求和流程的基础上，提出了以SCD模型为核心的、基于插件式软件架构的一体化配置工具。通过对站内完整的一、二次模型和其他业务应用模型的一体化配置，优化了配置流程，提升了软件集成度，提高了操作可靠性，降低了传统分散化配置方式导致的配置错误风险。

关键词：SCD模型;插件式架构;一体化配置

0 引言

随着IEC 61850标准的推广和普及，智能变电站得到了飞速发展和推广应用。与传统变电站相比，智能变电站站内二次系统的设计、实施、调试、验收等各环节有了很大的不同，表现出越来越多的信息技术特征。在配置方面，变电站配置描述文件（Substation Configuration Description，SCD）的重要性日益显现。SCD文件作为站内配置工作的核心，包含了全站二次系统的大部分重要配置信息。一方面，SCD文件结构上的特征——模型结构层次多、智能电子设备（IED）的配置内容分散、可读性差，提高了配置的复杂度。另一方面，站内间隔层通信设备所采集的测点越来越多，相关配置工作量也随之快速增长。同时，随着自动化系统的应用功能不断丰富，工程配置的工作量、维护的复杂度和系统集成的成本也大大增加。

由于智能变电站系统配置环节多、流程复杂，甚至存在大量重复配置的信息，学习成本高;个别配置错误调试时不易暴露，系统运行出现故障时定位困难，甚至会使系统带病运行，增加了检修人员排查问题的成本。因此，简化配置，降低对相关人员的技术要求，规范配置方法，标准化配置流程成为智能变电站越来越迫切的现实需求。

在智能变电站体系架构之下，配置流程、配置工具、配置文件管理等方面的课题研究均获得了良好的进展，但目前的研究主要集中在SCD文件上，对整个自动化系统的配置考虑不多。本文基于上述问题，研究了具有针对性的解决方法，提出了智能变电站一体化配置工具，基于装置模型，进行一体化配置，实现包括智能变电站的监控系统、远动和测控装置等系统的一体化配置。

1 智能变电站配置需求及流程分析

1.1    SCD文件配置

智能变电站的系统配置，根据IEC 61850标准的理念是以SCD文件为基础，SCD文件的内容根据业务归属主要分为：

（1）保护业务：保护事件、保护量测、定值、压板、保护录波、二次虚回路，过程层GOOSE和SV，站控层通信模型（MMS通信设置）。

（2）自动化业务：相关数据集（包括遥信、遥测、参数、告警）、通信网络信息、测控二次虚回路，过程层GOOSE和SV，站控层通信MMS。

（3）一次设备拓扑，一次设备与二次装置的逻辑或功能关联关系，保存在变电站规范模型文件（System Specification Description，SSD）中。

目前站内SCD的配置通常是通过专用的SCD工具完成。

1.2    监控系统配置

智能变电站的监控系统，通过解析SCD文件形成初步的二次设备数据库，并在此基础上对四遥数据的其他应用属性（取反、偏移量、系数、告警方案、铃声、统计功能等）进行设置，根据应用需求进行复合信号的编辑;绘制主接线图，对一次设备拓扑进行层次建模（变电站、电压等级、间隔、设备），建立监控画面的图元和二次测点的关联关系;最后对高级应用进行设置。监控系统的配置通常也依赖于专用工具。

1.3    遠动系统配置

智能变电站的远动机，首先也应导入SCD文件，形成二次设备数据库，并根据需求对四遥点的属性进行设置;接下来配置信道的通信参数，设置规约参数;根据主站需求生成复合逻辑信号（比如事故总信号）;最后配置远传的四遥点表。

1.4    其他配置

测控装置在SCD文件的基础上进行联闭锁逻辑的配置。

保信子站等保护管理系统先导入SCD文件，再完成与保护功能相关的配置。

1.5    配置流程

智能变电站配置流程如图1所示。

（1）智能变电站的配置流程从SCD配置开始，SCD配置通常由系统配置工具和IED配置工具构成。系统配置工具导入二次设备的ICD文件，完成通信配置、过程层/站控层配置后，生成CID和CCD文件，通过装置配置工具下装到具体的装置中。同时，系统配置工具可以导入一次设备拓扑并进行一、二次功能的关联（SSD文件），最终生成全站SCD文件。

（2）生成的全站SCD文件，依次导入监控后台、远动机、保信子站等其他系统的配置工具，进行再配置。

（3）若某IED设备模型发生变化，需通过系统配置工具更新ICD模型，生成CID或CCD文件下装到对应的IED设备，导出更新后的SCD文件;最后依次更新监控后台、远动机、保信子站等系统。

1.6    主要问题

智能变电站的配置方式主要存在以下问题：

（1）整个配置过程依赖一系列独立的工具完成，配置过程零散、烦琐，更新过程自动化程度不高、需要人工干预，易导致配置信息不完整或错误。若SCD文件改变，但未正确地更新到后续系统（或只更新部分系统，譬如只更新监控后台，未更新远动机），将导致整个智能站的数据断面不一致。

（2）存在大量冗余配置和重复配置。譬如，监控后台、远动机、保信子站等系统都需要导入SCD文件，生成二次设备数据库（包含四遥测点库）;监控后台和远动机都有复合逻辑的组态的需求（其中大部分逻辑是相同的）;防误逻辑需要在后台和测控分别配置;最后SCD文件和后台都需要进行主接线图配置，一次设备建模和功能关联。这些大量的重复配置不仅易出错，而且严重降低了智能变电站的实施效率，延长了调试周期。

2 技术方案

2.1    方案说明

针对上述问题，可以采用包含SCL配置、监控后台配置、远动配置、保信子站配置、测控配置的一体化解决方案，即智能变电站一体化配置工具。

一体化配置工具依然以SCD配置为前端和核心，充分采纳源端配置的理念，凡SCD模型中可配置的内容均不在后续模块中重复配置，并纳入SSD的配置。充分发挥SSD在全站一次设备（包括设备拓扑关系，一、二次功能关联）建模方面的重要作用，将监控后台、保护管理系统等后续系统的主接线图绘制、拓扑设置、图元关联等功能前移到SSD配置中。一体化配置工具根据SSD的配置信息，自动生成全站一次设备模型。再对SCD的IED信息进行集成配置，根据配置结果自动更新二次设备模型。在此基础上进一步开展对监控系统、远动机、保信子站、测控联锁等业务功能的配置。由于全站各系统共用同一份数据模型，并通过程序化的方式强制保证了模型的一致性，减少了配置环节的信息交换。利用这种方式可以有效保证变电站各子系统模型的一致性和正确性。一体化配置工具配置流程如图2所示。

2.2    工具框架设计

工具框架采用开放式插件架构，每个配置功能都以獨立插件的形式存在。工具通过加载各功能插件，并管理其交互关系，以累积的方式建构一体化配置工具的系统功能。插件框架的工作流程如图3所示。

工具包含的功能插件如表1所示。

2.3    数据模块设计

数据管理模块管理全站数据结构，对下与数据库接口模块连接，实现应用数据对数据库的存储和访问;对上作为工具各应用功能模块的数据支撑，向各应用提供统一的数据访问接口。

数据库管理模块以单例模式，向处于active状态的应用模块提供数据访问服务，非active状态应用模块切换到active模块时，要进行界面数据的刷新;向下与数据库访问接口保持单连接。

模块内部由多个动态库构成，如图4所示。模块功能概述如表2所示。

2.4    工具对外接口

一体化配置工具完成配置工作后，需要与各业务系统建立通信联系，将当前最新的配置信息发布给业务系统（监控后台、远动机等），业务系统导入配置信息，并将导入的过程和结果反馈给配置工具。配置信息的更新为单向过程。

该工具具体的交互流程如图5所示。

3 结语

本文介绍了一种基于统一框架设计的、集成化的智能变电站配置工具，在实践过程中，其能够严格保证各功能模块数据的同源性、唯一性，可以有效提高配置的集成化水平，提高配置的正确性，降低配置难度。

[参考文献]

[1] 笃峻，叶翔，王长瑞，等.智能变电站设计配置一体化功能规范研究及工具开发[J].电力系统自动化，2014，38（20）：85-89.

[2] 王文龙，胡荣，张喜铭，等.二次一体化框架下变电站站控层体系架构探讨[J].电力系统自动化，2013，37（14）：113-116.

[3] 黄巍，黄春红，张桂阳，等.继电保护信息与远动系统的集成[J].电力自动化设备，2009，29（6）：134-136.

[4] 叶翔，刘辉，周永忠.智能变电站图模一体化设计软件实现方案[J].江苏电机工程，2014，33（3）：41-43.

[5] 祁忠，笃竣，张志学，等.IEC 61850 SCL配置工具的研究与实现[J].电力系统保护与控制，2009，37（7）：76-81.

[6] 胡绍谦，胡荣，张喜铭，等.智能远动机的研制[J].电力系统自动化，2014，38（9）：119-124.

[7] 胡绍谦，李力，朱晓彤，等.提高智能变电站自动化系统工程实施效率的思路与实践[J].电力系统自动化，2017，41（11）：173-180.

收稿日期：2021-04-06

作者简介：周奕帆（1984—），男，安徽芜湖人，工程师，主要从事智能变电站综合自动化、保护信息系统、SCD配置工具方面的研究工作。