基于模板复用的智能变电站系统配置描述文件自动配置方案

朱长银 吕 航 丁 杰

基于模板复用的智能变电站系统配置描述文件自动配置方案

朱长银1,2吕 航1,2丁 杰1,2

（1. 南京南瑞继保电气有限公司，南京 211102；2. 智能电网保护和运行控制企业国家重点实验室，南京 211102）

目前，在智能变电站工程实施中，未充分发挥二次设备模型及回路数字化优势，未重用已有智能变电站工程配置成果，导致智能变电站集成标准化水平偏低，集成效率及质量较差。本文提出一种基于模板复用的智能变电站系统配置描述（SCD）文件自动配置方案，首先建立典型变电站SCD文件模板库，然后根据实际工程情况选取SCD文件模板并导入实际工程的各二次设备模型，再基于标准化虚端子名称更新虚端子连线关系即完成SCD配置。本文分析智能变电站集成的主要配置工作，针对性地提出一种基于模板复用的SCD文件自动配置方案，并结合工程示例说明具体实施过程，该自动配置方案的应用可显著提升智能变电站集成效率及质量。

智能变电站；SCD文件；模板复用；自动配置

0 引言

智能变电站将常规变电站复杂的二次接线转变为通信网络，实现了二次回路数字化，这一变化导致常规的二次系统设计方法发生了质的改变[1-3]。针对典型的变电站一次主接线设计，常规变电站可以复用典型设计方案的工程图纸，指导变电站二次回路施工，而智能变电站的二次回路已实现数字化，更利于复用二次系统典型设计方案。但是，目前智能变电站的工程设计及实施过程未充分利用这一优势，仍在重复集成工作，没有继承已有智能站工程配置成果，导致智能变电站集成标准化水平偏低、集成效率及质量较差，迫切需要研究智能变电站集成优化方案。

近年来我国变电站标准化设计规范日趋完善，为提高二次设备标准化水平，国家电网公司及南方电网公司已经发布了保护、测控、智能终端、合并单元等二次设备的标准化设计规范[4-7]，规范了设备的技术原则、设计准则、信息规范及虚端子等，这些规范的制定为智能变电站配置文件模板的标准化复用机制奠定了基础。

目前国内智能变电站配置优化研究工作主要集中在基于设计规范的虚回路自动配置[8-14]，并未涵盖系统配置描述（substation configuration description, SCD）文件配置全环节。鉴于此，本文提出一种基于模板复用的智能变电站SCD文件自动配置方案，基于各典型变电站设计方案配置全站间隔层及过程层设备，完成设备通信配置及虚端子连线，形成不同变电站典型设计方案对应的SCD文件模板。根据实际工程选取SCD文件模板并导入实际工程配置的二次设备模型，再基于标准化虚端子名称更新虚端子连线关系，即完成SCD配置。

本文首先分析智能变电站SCD配置的主要工作，在此基础上针对性地提出基于SCD模板复用的自动配置方案，并结合工程示例说明具体实施方案，最后给出方案评价及工作展望。

1 SCD配置工作分析

首先，分析智能变电站SCD配置需要做的主要工作，作为后续制定自动配置方案的依据。

智能变电站工程集成工作主要包含通信子网的划分、二次设备命名、站控层、过程层通信地址分配、虚端子连线等。

1）通信子网配置

通信子网配置示例如图1所示。通信子网配置与变电站的网络方式相关，如采用数字采样、数字跳闸方案的变电站，除配置站控层制造报文规范（manufacturing message specification, MMS）网络外，还需配置面向通用对象的变电站事件（general object oriented substation event, GOOSE）及采样值（sampled value, SV）网络。而如果采用常规采样、数字跳闸方案，则无需配置SV网络。所以，确定了变电站二次设备采样跳闸方式，就基本可以确定通信子网配置。

图1 通信子网配置示例

根据变电站各电压等级主接线方式，按设计规范确定相关二次设备配置方案，然后按实际工程设备具体配置情况导入各智能电子设备（intelligent electronic device, IED）模型，二次设备的实例化工作包括IED命名、站控层及过程层通信地址配置。

2）二次设备命名

根据DL/T 1873—2018《智能变电站系统配置描述（SCD）文件技术规范》定义的IED Name命名原则，采用5层结构命名：IED类型、归属设备类型、电压等级、归属设备编号、间隔内同类装置序号。IED Name由上述5个部分按照现场实际情况自由组合而成[15]，如将220kV第二套线路保护命名为PL2201B。

3）通信地址分配

在此基础上分别进行二次设备的站控层IP地址、过程层GOOSE及SV组播地址配置工作，分别如图2、图3和图4所示。

图2 二次设备站控层通信地址配置示例

图3 二次设备过程层GOOSE组播地址配置示例

以一个中等规模的220kV变电站为例，二次设备数量超过100个，逐一为二次设备命名及配置站控层通信地址工作量较大。

图4 二次设备过程层SV组播地址配置示例

4）虚端子连线

下一步工作是配置二次设备的虚端子连线，这也与二次设备采样跳闸方式有关，需要按照设备设计规范进行保护间、保护与合并单元（数字采样方式）及智能终端（数字跳闸方式）间的虚端子连线，图5为线路保护GOOSE虚端子连接配置示例，内部信号为线路保护输入虚端子，外部信号为智能终端和母线保护的输出虚端子。

图5 线路保护GOOSE虚端子连接配置示例

图6为母线保护SV虚端子连接配置示例，内部信号为母线保护SV输入虚端子，外部信号为各合并单元的SV输出虚端子。

图6 母线保护SV虚端子连接配置示例

与前述工作相比，虚端子连线工作最为繁琐而且易错，配置完成后需要按连线关系逐一验证。目前，在智能变电站工程的实施过程中，每个工程都在重复上述集成工作，而没有充分利用已有典型智能变电站配置成果。

综上所述，将智能变电站工程集成工作主要相关因素总结如下：

1）通信子网配置。与二次设备采样跳闸方式相关。

2）二次设备配置及命名。与系统电压等级、主接线方式、设计原则及设备命名原则相关。

3）站控层、过程层通信地址分配。具体IP或组播地址分配无固定原则，一般避免重复即可。

4）虚端子连线。基于二次回路设计规范。

2 SCD自动配置方案

根据第1节的分析，智能变电站工程集成工作主要与变电站一次设计方案、二次设备配置方案及二次回路设计方案相关，目前国内国网和南网一、二次设计基本已经做到标准化，所以完全有条件复用已有典型智能变电站配置成果。

基于SCD模板复用的智能变电站自动配置方案主要采用如下几个步骤。

1）根据典型系统主接线方式及二次回路设计方案配置全站间隔层及过程层设备，为各间隔二次设备配置站控层及过程层通信地址，并完成二次设备间虚端子连线，形成SCD文件模板。

选择作为SCD配置文件模板的工程时需要注意以下两点：①推荐选择采用典型设计方案的变电站，系统一次主接线、二次设备及回路配置方案等都应严格按设计规范执行；②推荐选择系统规模较大的变电站，以能够涵盖多数同类型变电站SCD配置信息。

2）根据实际工程系统主接线方式、二次设备及回路设计方案，选取SCD文件模板。

SCD文件模板涉及变电站一次系统、二次设备配置方案及采样跳闸方式等因素，这些因素组合众多，专门为各种组合配置SCD文件模板工作量很大，建议结合实际智能变电站工程，不断完善SCD文件模板库。

3）在SCD文件模板基础上，按实际系统规模删减多余间隔的二次设备，按实际工程配置并导入各间隔二次设备能力描述（IED capability description, ICD）模型文件。

如前所述，SCD文件模板一般选择规模较大的智能变电站，故应删除实际工程多余间隔所对应的二次设备。如果结合实际智能变电站工程做的SCD模板确实无法满足新工程的要求，也可以在原有模板基础上新增间隔，并将此SCD文件替代对应的原有SCD文件模板，以不断增强SCD文件模板库的适应性。

4）保留SCD文件中已有二次设备IED命名、站控层及过程层通信地址配置，完成间隔二次设备通信配置。

如第1节所分析，所有IED的命名及通信地址配置工作量较大，按实际工程设备配置情况对应导入二次设备模型文件，SCD工具只需保留模板中原有的设备命名及通信配置即可实现自动配置。

5）基于标准化虚端子名称更新虚端子连线关系，应将SCD文件模板中间隔二次设备虚端子引用路径更新为实际工程配置二次设备的虚端子引用路径，完成间隔二次设备间虚端子连线。

国网、南网的二次设备标准化设计规范已经规范了二次设备的输入输出虚端子描述，这为SCD文件模板中的虚端子连线复用奠定了基础。在导入二次设备模型时，SCD工具保留原有虚端子连线关系，根据连线中两侧设备虚端子描述，在导入的IED模型中找到对应虚端子描述的DO/DA模式，并据此更新虚端子引用路径即可。

至此，在选定的SCD文件模板基础上，通过对应导入实际工程配置的二次设备模型，由改进的SCD配置工具实现了智能站SCD文件自动配置，下面通过一个工程示例说明具体实施方案。

3 SCD自动配置工程示例

3.1 创建SCD文件模板

以某地区典型220kV变电站为例，变电站最大规模配置3台主变压器，220kV采用双母主接线，10回220kV线路，1回220kV母联；110kV采用双母主接线，15回110kV线路，1回110kV母联；35kV采用单母分段主接线，18回35kV线路，3台电容器，1台站用变，1回35kV分段。

按该系统规模配置全站间隔层及过程层设备，包括各电压等级线路保护、主变保护、母线保护、母联保护、馈线保护、电容器保护、站用变保护、分段保护及各间隔测控装置和安自装置等，为这些二次设备配置站控层及过程层通信地址，并按二次系统设计规范完成二次设备间虚端子连线，将该SCD文件作为该地区该类220kV变电站SCD配置文件模板。

3.2 SCD模板选取及裁剪

根据实际工程系统主接线方式及二次回路设计方案，选取SCD文件模板，在SCD文件模板基础上，按实际系统规模删减多余间隔的二次设备。以该地区某220kV变电站工程为例，该站主接线方式与3.1节中所述典型220kV变电站类似，变电站实际规模为配置2台主变压器，220kV采用双母主接线，5条220kV线路，1个220kV母联；110kV采用双母主接线，8条110kV线路，1个110kV母联；35kV采用单母分段主接线，12条35kV线路，2台电容器，1台站用变，1个35kV分段。故在3.1节所述SCD文件模板基础上，删除模板中多余的5条220kV线路、7条110kV线路、6条35kV线路及1台电容器相关间隔的二次设备，形成该工程裁剪版SCD文件。

3.3 模型导入及设备配置重用

在该工程裁剪版SCD文件基础上，针对该变电站220kV线路间隔1，导入实际工程配置的双套线路保护、合并单元、智能终端及测控装置等设备ICD模型文件，保留SCD文件中这些二次设备IED命名及站控层和过程层通信地址配置，完成220kV线路间隔1的二次设备通信配置。

3.4 虚端子连线重用

由SCD配置工具基于标准化虚端子名称，将SCD文件模板中某间隔二次设备虚端子引用路径更新为实际工程配置二次设备的虚端子引用路径，完成该间隔二次设备间虚端子连线。

以220kV线路间隔1线路保护跳A相虚端子连线为例，根据装置设计规范，线路保护跳A相的输出虚端子标准名称为“跳断路器A相”，智能终端跳A相的输入虚端子标准名称为“保护跳A1”。SCD文件模板中220kV线路间隔1线路保护“跳断路器A相”输出虚端子引用路径为PIGO/PTRC1.Tr. general，智能终端“保护跳A1”输入虚端子引用路径为RPIT/GOINGGIO1.SPCS01.stVal，虚端子连线为PL2201A/PIGO/PTRC1.Tr.general—>IL2201A/RPIT/ GOINGGIO1.SPCS01.stVal。

基于3.3节导入实际工程线路间隔1配置的线路保护及智能终端ICD模型，220kV线路间隔1线路保护“跳断路器A相”输出虚端子引用路径为PIGO/TAPTRC1.Tr.general，智能终端“保护跳A1”输入虚端子引用路径为RPIT/GOINGGIO5.SPCS01. stVal，保持IED命名不变，将模板中对应虚端子连线两端更新为实际设备的虚端子引用路径，完成虚端子连线更新。虚回路引用路径更新示例如图7所示。

图7 虚回路引用路径更新示例

近年来随着智能变电站保护运维应用的推广，为实现虚回路可视化等运维功能的实用化，在工程实施环节经常需要按实际工程情况修改虚端子描述，比如线路保护的“跳断路器A相”按实际情况修改为“XX线路跳断路器A相”，这可能导致在SCD文件模板中匹配不到对应的标准虚端子描述。为解决此问题，建议在配置SCD文件模板时，仅修改虚端子及遥信遥测等描述的中文描述desc，而不修改属性赋值dU，这样就可以通过匹配dU实现虚端子连线复用，同时不影响运维应用功能实现。

3.5 完成SCD自动配置

重复3.3节和3.4节工作，直至完成所有间隔实际工程配置的二次设备模型导入，实现各间隔二次设备命名、通信参数配置及二次设备间虚端子连线，从而完成全站SCD文件自动配置。

4 结论

目前该方案已在试点站进行了工程实施，一个中等规模的220kV智能变电站由SCD工具基于模板自动生成SCD配置文件，其SCD配置时间由3天左右减少为半天以内，按现场工程验收规程进行充分的测试验证，证实了由自动配置生成SCD文件导出的全站二次设备IED实例配置文件（configured IED description, CID）及IED回路实例配置文件（configured IED circuit description, CCD）的正确性。

本文提出的基于模板复用的智能变电站SCD文件自动配置方案充分利用了智能变电站二次设备模型和回路的数字化优势，有效提高了智能变电站集成标准化水平，可显著提升智能变电站集成效率及质量。目前，该方案已经在湖州某110kV智能变电站实现工程应用，后续将在站内二次设备信号实例修改等方面继续研究改进。

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Automatic configuration scheme of substation configuration description files in smart substation based on template reuse

ZHU Changyin1,2LÜ Hang1,2DING Jie1,2

(1. NR Electric Co., Ltd, Nanjing 211102; 2. State Key Laboratory of Smart Grid Protection and Control, Nanjing 211102)

At present, the implementation of smart substation projects does not take advantage of the digitization of secondary equipment and secondary circuit, and does not make full use of the existing smart substation configuration description (SCD), resulting in low level of standardization, poor integration efficiency and low quality in project implementation. This paper proposes a scheme for automatic configuration of SCD files for smart stations based on template reuse. Firstly, the typical SCD file template library of smart substation is established. Then the SCD file template is selected according to the actual project configuration and the actual secondary equipment models is imported. And the virtual terminal connection is updated based on the standardized virtual terminal name to complete the SCD configuration. The paper analyzes the configure work of smart station, proposes an automatic configuration scheme based on SCD template reuse, and provides engineering examples to illustrate specific implementation schemes. The application of this automatic configuration scheme can significantly improve the efficiency and quality of smart station integration.

smart substation; substation configuration description (SCD) files; template reuse; automatic configuration

2021-09-13

2021-10-11

朱长银（1980—），男，硕士，高级工程师，研究方向为电力系统保护控制平台及量测系统的研究与开发。