基于全息扫描的远动信息自适应验收技术研究

张文，尹相国，胡柏华，李海，胡佳佳

（1.国网宁夏电力有限公司超高压公司，宁夏 银川 750011；2.武汉凯默电气有限公司，湖北 武汉 430223）

0 引言

传统“四遥”作为电网调度自动化系统中的核心数据，是数据采集与监视控制系统的重要数据源，是电网调度自动化系统高级应用的基础，“四遥”数据质量的好坏关系到调度控制的安全运行，“四遥”远动功能测试需要对远动总控进行全面测试[1-4]。按传统信息联调的模式，主站自动化人员和厂站调试人员至少需2～3个星期才能完成信号校核工作。调试人员采用现场触发信号、电话核对验收的方式进行四遥信息的测试验收，该调试方式效率低、自动化水平低，且耗费大量人力成本，不符合智能变电站自动化测试的智能运维理念，因此需要一种新的监控信息仿真与校核系统实现变电站四遥信息的自动对点，覆盖过程层数据、站控层数据、调度信息网数据全数据流的联调测试。提高远动信息测试效率，提升智能变电站调试验收的智能化和自动化水平。

1 基于全息扫描的远动信息自适应验收系统

变电站监控信息交互涵盖调度控制主站、变电站站控层、间隔层及过程层等环节，监控信息接入调控主站应满足全回路验证的要求。通过研究基于全息扫描的远动信息自适应验收技术，设计面向IEC61850智能化变电站远动四遥信息自适应验收装置，实现涵盖过程层信号、站控层信号测试验证及四遥信息自适应验收。基于全息扫描的远动信息自适应验收系统如图1所示。

图1 基于全息扫描的远动信息自适应验收系统

远动信息自适应验收装置通过读取智能变电站的变电站配置描述（substation configuration description，SCD）文件中的虚回路信息模拟过程层装置发送通用对象的变电站事件（generic object oriented substation event，GOOSE），并回采站控层制造报文规范（manufacturing message specification，MMS）和远动机IEC104报文，测试信号从过程层到调度端的完整上送流程。对于站控层的MMS报文信号，远动信息自适应验收装置扫描SCD文件中智能电子设备（intelligent electronic device，IED）的MMS数据集中所有信息点，并通过MMS仿真方式依次触发上述信息点信号，同时通过IEC104客户端实时监视通信网关机上送的IEC104信号[5-7]。遥信信号通过报文中的事件顺序记录（sequence of event，SOE）时标对应关系自动关联，遥测信号通过发送报文值对应关系自动关联，实现MMS报文与IEC104报文的关联关系自动判别，从而获取MMS参引与调度点号的对应关系。将测试的对应关系与远动配置描述文件（remote configuration description，RCD）进行自动核对，实现智能变电站的自动对点。

2 远动信息自适应验收技术的设计实现

2.1 站控层全息扫描MMS仿真

站控层全息扫描MMS仿真是基于导入的SCD文件选择待仿真的IED（保护装置、测控装置）数据及通信模型，自动构建MMS对象，并提供相应的MMS服务、模拟保护、测控装置、模拟发送数据集、报告控制块、日志控制块等[8-9]。模拟保护或测控装置时支持与监控后台、远动机等建立通信链接，以MMS报文向站控层设备发送遥测、遥信、告警等数据报文，接收站控层设备的遥控命令并返回相应的报文，实现单个或多个保护或测控装置IED的遥信、遥测数据的同时发送等。

采用QXmlreader方式解析读取SCD文件中相应装置及内部信号，由此形成信号库。信号库中参数包含通道名称、数据对象名、数据类型、最大值、最小值、步长和单位等分项信息，其具体结构如下：

typedef struct MMS_CHN

{

int id;

char name[65]; //通道名称

char ref[65]; //数据对象名

unsigned char type;//数据类型

char strVal[65];

float maxVal; //最大值

float minVal; //最小值

float stepVal; //步长

char unitStr[32]; //单位

}MMS_CHN，*PMMS_CHN。

站控层全息扫描模块从各自的信号库中读取信号，构建信号内存库，完成数据初始化，然后起动各自的通信线程。当收到客户端的通信连接后，装置根据接收到的命令上送数据模型，并接收客户端的报告使能信号，使能本地相应的报告，完成信号上送初始化。

构建用于存放命令的共享内存，所有装置可共同访问该内存，形成一个命令总线，命令总线能使各装置同时接收到各操作命令。一条命令包含了本进程ID、对端进程ID、命令码、命令结果和命令数据等分项信息。其具体结构如下所示：

typedef struct_CMD

{

unsigned short localld;//本进程id

unsigned short remoteId; //对端进程id

unsigned int cmdCode; //命令码

unsigned char reuslt; //命令结果

char data[1024]; //命令数据

}CMD，*PCMD。

站控层全息扫描从信号库中提取出所需信号的具体数值，然后按照MMS信号的格式组成为MMS信号。由于内部信号很多，采用数组检索速度较慢，因此需要事先建立SCD中内部信号变量与MMS报文之间的信号映射表。映射表中各参数包含通道名称、数据对象名、数据类型、最大值、最小值、步长和单位等分项信息，其具体结构与信号库相同。采用哈希表构造该信号映射表，建立快速映射机制，数据发送时，直接访问相应的信号，快速映射为MMS。

2.2 过程层全息扫描仿真

过程层全息扫描仿真模拟过程层装置发送GOOSE和采样值（sampled value，SV）报文给测控装置，并回采测控装置的MMS报文，测试测控装置GOOSE/SV转MMS报文的功能。测试时，通过搜索SCD文件中的所有过程层设备，获取与测控装置有虚回路关系的过程层装置，依据SCD文件中虚端子连接信息模拟过程层装置发送有虚连接关系的GOOSE/SV报文到测控装置，实现过程层信号自动化对点。

测试前，需要将过程层设备的GOOSE/SV数据信息与间隔层设备的MMS数据信息进行关联映射。解析SCD文件中设备之间的虚回路连接关系和IED数据集信息。以设备虚端子订阅方信息为基准解析每个设备的虚回路接收信息，获取发布方端子信息，由发布方虚端子找到发布方的数据集，根据数据集的引用关系定位至发布方设备的控制块信息。控制块的格式为IEDLD/LN.name（GSE control&sampled value control），例如：PL2201APGIO/LLNO$GO$gocb1。

站控层通信数据集信号关联采用“FCDA”元素在“DataSet”属性中定义的方式，实例如下：

“fc”为功能约束，表示数据属性的特性，用于指定服务，例如MX（测量量）、ST（状态量）等。其余元素为该数据集成员的唯一性标识引用，可用于索引该数据集成员的具体数据属性。

IED文件中应配置有逻辑节点GOAlmGGIO，其中配置足够多的Alm用于GOOSE中断告警和GOOSE配置版本错误告警；通信工况数据集中应包含装置GOOSE、SV通信链路的告警信息[10]。通过解析测控装置数据集内逻辑节点进行信号提取，获取信号描述，同时解析与本侧装置存在虚连线的过程层设备发送虚端子信号描述，将过程层设备发送虚端子的信号描述与测控装置的信号描述进行模糊匹配，匹配合格便自动进行关联，从而实现站控层信号与过程层信号的关联映射。

2.3 调度主站仿真

调度主站仿真模块模拟调度主站接收远动网关机的104遥信报文、104遥测报文，向远动网关机发送104遥控报文，并将接收的104报文和站控层仿真模块发送的MMS报文进行自动匹配。MMS客户端可以与IED设备进行链接，接收显示MMS报文，并与过程层全息扫描仿真模块发送的GOOSE报文进行匹配。

调度主站仿真模块解析导入的主站监控信息表作为对点校核的基础数据，现场发送信号，接收并查看104报文的信息，通过时标对应关系，自动分析MMS报文与104报文的对应关系是否符合要求，自动判断监控信息点的正确性，从而实现智能变电站的自动对点。

2.4 智能变电站全信息链路展示

智能变电站全信息包含过程层设备GOOSE/SV信息、站控层设备GOOSE/SV信息、站控层设备MMS信息、远动四遥信息。通过解析SCD文件设备虚回路配置、远动转发配置将过程层GOOSE/SV信号、站控层MMS信号、远动IEC104信号进行信息整合，实现全信息链路展示。全信息链路映射过程如图2所示。

图2 全信息链路映射

（1）解析SCD文件中各过程层设备和站控层设备间的虚回路连接关系，生成虚回路映射表，获取站控层设备与过程层设备的GOOSE/SV描述映射关系，将过程层设备的信号对应到测控过程层数据集中。

（2）解析SCD文件中站控层设备IEC61850模型，生成每个保护、测控装置站控层MMS信号与过程层GOOSE/SV信号的对应关系，将站控层设备过程层信号对应到其MMS数据集中。

（3）解析远动转发配置文件，获取远动IEC104转发四遥信号与保护、测控装置的MMS信号转换关系，将站控层设备MMS信号对应到远动点表中。

基于以上步骤提取智能变电站过程层信息、站控层信息和运动四遥信息的对应关系，并将此信息对应关系进行信息流整合，展示全信息链路信息。通过全息扫描，可自动形成远动点号、站控层信息描述、过程层信息描述、信号参引地址等信息的对应关系。

3 验收系统软硬件设计

3.1 软件设计

为适应智能变电站远动信息与调度系统高精度、多元化、高效率完成监控信息核对任务的要求，设计一款基于全息扫描的远动信息自适应验收软件系统，软件架构如图3所示。系统功能采用模块化设计[11-14]，具备HMI人机交互界面，构建面向应用、安全可靠、资源共享、易于扩展的支持系统。系统应用Windows操作系统，开发语言采用跨平台开发包Qt，数据库采用实时数据库和SQLITE数据库。应用软件功能划分为SCD文件解析、站控层全息扫描仿真、过程层全息扫描仿真、调度主站仿真、远动全信息链路展示、远动自适应验收等。

图3 软件架构

3.2 硬件设计

以国产兆芯核心板为核心设计远动信息自适应验收装置硬件系统，装置硬件架构如图4所示。主要由兆芯核心板、硬盘、显示屏、触摸屏、HDMI、VGA、USB、以太网接口、RS-232、键盘、指示灯、开关键等构成。

图4 硬件架构

装置包含8个以太网接口，支持同时接入间隔层装置数量不少于300个，同时接入网关机数量不少于2个，支持站控层双网数据交互，模型召唤时间小于5 min，模型对比时间小于1 min，装置性能满足实际现场测试需求。

4 现场测试

在宁夏某变电站使用远动信息自适应验收装置进行了现场测试。现场测试系统如图5所示，由自适应验收装置模拟间隔层设备发送MMS报文、模拟IEC104主站接收104报文与远动装置A、B建立通信链路。

图5 测试环境

自适应验收装置导入SCD文件、RCD文件、监控信息点表，模拟间隔层设备发送MMS、模拟IEC104主站接收104报文，模拟发送SCD文件中的设备遥信、遥测信息点，接收104信号后自动建立关联映射关系，并基于RCD文件描述的配置关系自动判断扫描出的映射关系是否正确，根据实际配置描述是否存在，以及配置描述是否一致，可以正确地出具所扫描的信号点映射关系未确认、确认正确、确认错误的结论。

现场闭环测试结果表明，自适应验收装置可以快速对远动配置进行自动测试，全程记录模拟站内装置发送的信号和主站接收的信号对应关系，可快速发现远动配置问题。导入RCD文件后，可以自动判断（包括遥信取反、合成逻辑，遥测系数逻辑等）远动实际配置与RCD文件是否匹配，生成各调试阶段需要的闭环调试报告。

5 结论

针对目前智能变电站四遥信息的联调验收工作中存在的问题，研究了基于全息扫描技术的智能变电站远动信息自适应验收技术，设计了远动信息自适应验收装置，实现了多层面、多阶段的四遥信息自动核对验收，大大提高四遥信息核对验收的调试效率，缩短调试周期。此技术的推广应用可提高变电站内运行维护调试的工作效率和自动化水平，对推动坚强智能电网建设具有重大现实意义。