智能变电站数据源端维护技术方案探讨

祁 忠 ，笃 峻 ，王开宇

(1.南瑞继保电气有限公司，江苏南京211102；2.辽宁省电力有限公司，辽宁沈阳110006)

目前，智能电网是我国电网技术的研究热点和发展趋势，已经上升到国家战略的高度，智能变电站是这一战略的重要一环。变电站实现智能化的关键是实现全站数据统一建模，实现站内二次装置和一次设备属性、能力及行为的统一描述，这样才能使不同智能电气设备之间的信息共享和互操作成为可能，实现真正意义上的智能化变电站。IEC 61850为全站数据提供了完整的建模规范，它规范了数据的命名、属性及行为。采用IEC 61850实现全站数据统一建模使数据源端维护成为可能。目前，大量的数字化变电站都采用IEC 61850统一描述全站数据模型，为数据源端维护技术的发展奠定了工程应用基础。

1 数据源端维护的概念

国家电网公司制定的 《智能变电站技术导则》中对数据源端维护做了如下描述：变电站作为调度/集控系统数据采集的源端，应提供各种可自描述的配置参量，维护时仅需在变电站利用统一配置工具进行配置，生成标准配置文件，包括变电站主接线图、网络拓扑等参数及数据模型。变电站监控系统与调度/集控系统可自动获得变电站的标准配置文件，并自动导入到自身系统数据库中。源端维护中的“源端”是指在变电站端统一配置和维护数据。源端维护的内容包括数据模型、网络拓扑、接线图等。源端维护的目标是调度/集控系统可以直接导入和使用变电站端维护的数据模型。源端维护的意义在于数据模型统一在变电站端进行配置和维护，调度/集控端不需要重复建立数据模型，而是导入源端数据模型直接使用，这样减少了调度/集控端的维护工作量，实现了调度/集控端数据免维护。更重要的是，保证了变电站端与调度/集控端数据模型的一致性，消除因两端数据模型不一致对系统运行带来的潜在风险，提高系统运行的可靠性。

2 数据源端维护的应用现状

目前，随着数字化变电站的普及和推广，IEC 61850规范被广泛应用于变电站的数据建模和维护，利用符合IEC 61850-6标准的变电站配置工具可以生成变电站标准配置文件——SCD文件。SCD文件不仅描述了变电站二次装置的测点信息、通信配置、动作行为等信息，还描述了变电站一次设备的数据模型以及一次设备与二次装置之间的关联关系。SCD文件所包含的丰富的模型和配置信息能够很好地满足数据源端维护的需要，更为变电站内各类应用系统提供了强大的数据支持[1-3]。但在调度端如何利用变电站形成的这些数据模型实现模型拼接及数据免维护是值得探讨的问题。

首先，调度与变电站的业务特点有所不同，变电站关注的是装置-测点信息，一般按照装置-测点来建模，如IEC 61850模型；调度则更加关注一次设备状态信息，一般按照一次设备来建模，如IEC 61970模型。上述差异导致要实现变电站端与调度端的数据模型的无缝拼接还存在难度。其次，变电站端与调度端之间通过远动规约进行通信，如目前广泛应用的IEC 101/104规约，变电站端按点表发送数据，调度端则按点表一一对应接收数据，通信模型与站内数据模型不一致，需要远动机来实现2种模型的转换，存在大量的工程配置和调试对点的工作，导致无法实现调度端数据免维护的目标。上述工程应用现状决定了需要探索出一套在变电站端实现数据源端维护，而在调度端实现数据共享的技术方案，否则将影响和制约智能变电站技术的发展。

3 2种技术方案

要实现变电站端与调度端的数据模型的无缝拼接，无非存在2种思路，一是将变电站端数据模型转换成调度端数据模型IEC 61970，另一则是将调度端数据模型转换成变电站端数据模型IEC 61850。

3.1 基于IEC 61970的技术方案

在变电站端将61850模型转换成61970模型，具体就是利用变电站配置工具将SCD文件转换生成CIM XML格式的文件，将该文件上传至调度端。调度端导入该文件后可直接生成关于该变电站的数据模型。变电站端与调度端之间的通信仍然采用传统的IEC 101/104规约。该方案基于现有的技术条件实现，较为简单。首先，61850模型中关于一次设备模型的描述与61970模型中的相关描述基本一致，就一次设备模型来说61850完全可以无缝转换到61970。其次，远动规约保持不变，仍然采用被广泛认可的IEC 101/104规约，现有变电站内远动机及调度端前置机的技术实现都不需要进行大的改变，这也是广大EMS系统厂家推崇该方案的原因。另外，模型转换工作分散到各个变电站工程中进行，模型维护的工作量与保证模型一致性的责任也由变电站自动化系统集成商及变电站用户来承担，所以调度用户也乐意接受该方案。

但是该方案存在明显的缺陷。首先，常规的IEC 101/104规约只能上送数据，不能上送模型，没有模型的支持，不能实现数据的自描述，需要手工配置变电站端数据上送与调度端数据接收之间的对应关系，两端还需要相互配合进行实际的传动试验以验证数据配置的正确性。对于不同的调度端，需要多次配置多次传动，工程实施和维护的工作量巨大，无法实现调度端数据免维护的目标。其次，IEC 61970的CIM模型以描述电网一次设备为主，基本没有涉及保护功能、故障录波、在线监测等智能二次装置的建模信息，也没有电网一次设备与智能二次装置之间关联关系的相关描述。对于传统的调度端EMS系统业务来说，CIM模型简单实用，能够满足常规的业务需求。但是，随着智能调度电网二次一体化技术的发展，调度端EMS系统越来越强调实现数据共享、系统集成。典型的应用如要求保护信息系统与EMS系统一体化，EMS系统可以利用保护装置动作信息和故障录波文件来对一次开关跳闸进行智能化的分析与推理，给出该次电网故障发生的原因、过程及处理方案，没有二次装置数据模型的支持，仅仅依靠CIM模型可能就不能满足未来智能调度的发展需要了。

3.2 基于IEC 61850的技术方案

变电站端直接将描述全站61850模型的SCD文件上送至调度端，调度端导入该文件转换成61970模型形成关于该变电站的数据模型。变电站端与调度端之间的通信采用IEC 61850规范。该方案最大的优势是调度端能够充分利用变电站SCD文件所包含的丰富信息，包括变电站二次装置的数据模型、一次设备的数据模型以及两者之间的关联关系。随着IEC 61850规范将来在状态监测、风机控制、水利发电等领域的不断扩充及发展，丰富的数据模型为调度EMS系统扩展新的高级应用奠定了数据基础。远动规约也采用IEC 61850规约，使得通信模型与站内数据模型保持一致，避免了模型转换、二次配置、传动试验等一系列的工程实施与维护问题，较完美地实现了调度端数据免维护的目标[4]。

该方案也存在以下问题。相对于基于IEC 61970的技术方案，模型维护和转换的工作放在了调度端进行，对于一个包含很多变电站的较大规模的调度中心来说，每个变电站的工程实施和维护都会带来数据模型的变化，调度端也需要作相应的改变和调整，其模型维护的工作量无疑是巨大的，这是调度用户无法接受的。更为重要的是，对于调度端业务来说，IEC 61850过于详尽地描述了变电站的数据模型，最为典型的是SCD文件包含了各个电压等级的完整的数据，而不同级别的调度中心所关心的内容又是不一样的，如市调关心的是110 kV及以下电压等级的数据，省调关心的是220 kV电压等级的数据，而网调可能只关心500 kV电压等级的数据。如果把描述全站模型的SCD文件整个上传至各级调度中心，要求他们从各个电压等级的海量数据中挑选出自己所需要的数据，显然是不现实的。同样，在通信环节，如果把全站各个电压等级的数据全部上传至各级调度中心，在当前普遍采用2 M带宽的通信条件下，显然也是不现实的。另外，相比较IEC 101/104规约，IEC 61850作为通信规约没有优先级的控制，数据不划分一级数据和二级数据，不能保证重要数据快速传输，如正在周期上送大量遥测数据的同时产生了一个开关变位信息，那么很可能因为通讯带宽原因而不能快速上送至调度[5]。

针对上述变电站上送的SCD文件大而全的问题，可以通过变电站配置工具将SCD文件按照不同级别调度中心所需信息内容进行提取，如针对网调，可以输入“500 kV”或者调度编号等关键字将XXX站.scd文件内容进行过滤和筛选，筛选出网调所需要的500 kV电压等级的相关信息，形成诸如XXX站_500 kV.scd形式的SCD文件上传至网调用于数据建模。在通信环节上，要求远动机更加智能化，远动机对上不再是仅实现透明转发的通信网关机，而是承担数据筛选与重组的服务器，对下将采集到的智能装置的数据根据不同级别调度中心所需信息内容的不同，重新经过过滤、筛选、分组，形成新的上送数据集[6]。如分为500 kV数据集、220 kV数据集及10 kV数据集等，或者分为网调数据集、省调数据集、市调数据集等，向不同级别调度中心发送。针对61850没有优先级控制的问题，目前还没有完美的解决方案，可能的解决思路可以考虑修改目前MMS所提供服务的机制，目标是可以打断正在传输的数据插入优先级更高的数据。

另外，是否可以考虑通过增加通信链路的质量控制或者分通道传输来解决，将重要的开关变位等信息与大量的遥测周期上送等信息分开传输，从而保证重要信息的时效性。这些解决思路都需要通过研发实践来进一步验证。

4 结束语

综上所述，结合目前数字化变电站的工程应用实践，针对目前变电站数据源端维护存在的问题，详细介绍了2种数据源端维护的技术方案及相关细节，比较与分析了各种方案的利弊，给出了每种方案的适用条件。考虑到目前调度数据网的通信条件，基于IEC 61970的技术方案被广大用户和厂商所接受。而基于IEC 61850的技术方案也正在被越来越多地应用于保护信息系统主子站的建设，如浙江金华500 kV芝堰变，绍兴110 kV大侣变等。关于变电站与调度之间61850通信的国际标准也正在制定中。随着变电站与调度之间通信技术条件的不断改善，随着智能变电站及智能调度二次一体化信息系统建设的不断推进，基于IEC 61850的技术方案应该是未来技术发展的趋势。

[1]IEC 61850-7-2.Communication Networks and Systems in Substations Part 7-2:Basic Communication Structure for Substations and Feeder Equipment-Abstract Communication Service Interface(ACSI)[S].2003.

[2]IEC 61850-7-3.Communication Networks and Systems in Substations Part 7-3:Basic Communication Structure for Substations and Feeder Equipment-Common Data Classes[S].2003.

[3]IEC 61850-7-4.Communication Networks and Systems in Substations Part 7-4:Basic Communication Structure for Substations and Feeder Equipment-Compatible Logic Node Classes and Dataclasses[S].2003.

[4]张 结.应用IEC 61850实现产品互操作性的思考[J].电力系统自动化，2005，29(3)：90-94.

[5]IEC 61850-8-1.Communication Networks and Systems in Substations Part 8-1:Specific Communication Service Mapping(SCSM)-Mappings to MMS(ISO 9506-1 and ISO 9506-2)and to ISO/IEC 8802-3[S].2004.

[6]易永辉，曹一家，郭创新，等.基于XML Schema技术的IEC 61850通用网关设计[J].电力系统自动化，2007，31(2)：60-63.