智能变电站联调测试方法研究

董磊超，于士谦，乔彦涛，潘良煜

(许继电气股份有限公司，河南 许昌 461000)

0 引言

随着智能电网建设的迅猛发展，作为智能电网的重要组成部分和关键环节的智能变电站，无论是电压等级还是建设速度都达到了一定的高度。智能电网作为新生事物，是为了把出现的问题尽可能在智能变电站投运前解决，这就需要完善各个生产厂家的产品性能，智能变电站联调就显得尤为重要。

1 联调对象及联调依据

1．1 联调对象

智能变电站联调的对象主要有保护测控装置、合并单元、智能终端、故障录波器、网络分析仪、监控后台及信息子站、对时装置、交换机等。联调涉及较多生产厂家及多种产品类型，这就要求有一个统一协调联调进度的系统集成商，由用户委托系统集成商、第三方验证机构来共同完成联调任务。

1．2 联调依据

智能变电站联调目前的依据主要有IEC 618 50－9－1—2003《变电站通信网络和系统》和国家电网公司颁布的一系列支持和指导智能站建设的标准，比如 Q/GDW 383—2009《智能变电站技术导则》、Q/GDW 441—2010《智能变电站继电保护技术规范》、IEC 61850《工程继电保护应用模型》、国家电网基建〔2011〕58号文《国家电网公司2011年新建变电站设计补充规定》。国网标准是对 IEC 61850－9－1—2003《变电站通信网络和系统》的细化和补充。

图1 联调流程

2 联调内容及项目

2．1 联调流程及联调环境

智能变电站联调流程如图1所示。

智能变电站与传统变电站相比，它可使用面向通用对象的变电站事件GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event)方式进行装置间信息交互和跳合闸出口［1］。GOOSE虚端子连线代替了传统的开入开出端子排，光缆连接代替了传统的二次电缆接线;使用SV方式代替了原先装置的交流回路。与传统变电站相比，全站被划分为:过程层、间隔层和站控层。间隔层与过程层合并单元通信采用IEC 61850－9－2协议;间隔层与过程层智能接口通信采用GOOSE协议;站控层与间隔层保护测控等设备通信使用IEC 618 50－8－1—2004《变电站通信网络和系统特定通信服务映射》协议。除了站控层网外，增加了GOOSE网、SV网，且站控层103协议被MMS协议所取代。因此，联调测试环境也相应发生了变化，主要有如下几个方面:

(1)过程层智能接口GOOSE、合并单元SV性能测试。

(2)间隔层装置间互操作、保护功能测试。

(3)站控层IEC 61850规约MMS信息服务传输测试。

(4)站控层顺序控制、“五防”等测试。

(5)过程层装置异常及各层装置检修配合测试。

2．2 全站系统配置文件配置

作为能反应智能变电站系统配置信息的配置描述文件的全站系统配置SCD(Substation Configuration Description)文件描述了变电站所有智能电力监测装置IED(Intelligent Electronic Device)的实例配置和通信参数、IED之间的逻辑联系等信息。联调内容的正确性及可靠性都取决于SCD文件的正确性和科学性，其重要程度不言而喻。这里就存在着一个蝴蝶效应——一个界面控制文件ICD(Interface Control Document)一次小小的改动也会牵一发而动全身。所以，联调结束后，SCD文件应该确定下来，不允许再有任何改动和修改，以更好地为现场调试缩短投运周期服务，这也正是智能变电站联调的意义所在。所以，要求集成商应充分保证该文件的稳定性、正确性和科学性。SCD文件配置流程如图2所示。

集成商在配置SCD文件之前，需要收集各生产厂家的ICD文件并对其进行合法性检查。这里存在着一个木桶效应——什么时候能够提供一个稳定、准确的SCD文件由最后一个提出修改ICD文件需求的生产厂家决定。所以，ICD文件检查的重要性不言而喻。所谓合法性检查包括模型文件的语法检查和语义检查。ICD文件检查可分为如下步骤进行。

(1)首先检查ICD文件是否符合SCHEMA语法和国家电网公司发布的 Q/GDW 396—2009《IEC 61850工程继电保护应用模型》。SCHEMA语法检查可使用 KEMA软件进行测试。Q/GDW 396—2009 Q/GDW 396—2009《IEC 61850工程继电保护应用模型》检查可使用开发的专用工具软件进行。

图2 SCD文件配置流程

(2)Data Type Templates冲突检验。各个生产厂家ICD文件集中在一块导入SCD配置工具时，都会存在ICD文件模板冲突的问题，这是由于各生产厂家对国家电网公司标准的引用不规范、对生产厂家自己内部定义的信息模板缺乏统一管理造成的。快捷的解决办法是在各模板中统一加上各生产厂家标识前缀。这样会造成SCD文件中各信息的冗余和重复，埋下隐患。最根本的解决办法还是要求各生产厂家对各自模板进行统一管理。

(3)ICD文件功能测试也是所谓的动态测试。主要检查ICD文件支持的各种服务。

以上ICD文件检查工作可放在联调前由权威的第三方验证机构来完成，以充分保障联调进度和质量。

有了正确的ICD文件之后就可以配置SCD文件了。准确地说，配置SCD文件之前，集成商应该拿到全站的SSD文件和所有厂家装置的ICD文件。固态硬盘SSD(Solid－State Driver)文件为智能变电站的单线图的系统规范描述文件。SSD文件主要针对一次部分，ICD文件主要针对二次部分。有了这2个文件之后集成商可以根据全站的一次、二次设备的概况准确定义二次设备的IED名字、IP地址和MAC地址。装置IED名字可按照一定原则命名，以增强可读性。建议采用表1中的规则。

SCD文件属于智能变电站配置描述语言(SCL)文件，SCL文件由5部分组成，分别为Header部分、Substation部分、Communication部分、IED部分及Data Type Templates部分。配置SCD文件时需要配置Header部分、Substation部分、Communication部分。IED部分和Data Type Templates部分均由导入的ICD文件自动生成。IED名称可按照上述规则命名，Date Type Templates部分要在配置SCD文件之前进行模型冲突检查。

表1 规则

(2)Substation部分配置。即智能变电站模型，包含智能变电站功能结构，主要元件电气连接及其相应功能节点。主要在SSD文件中配置，体现为智能变电站的一次主接线图，可供监控后台直接读取画面。

(3)Communication部分配置。工程实际物理通信子网的映射。主要包括 MMS网、GOOSE网和SV网。

1)MMS网网络类型为8－MMS，主要包括站控层IP的配置，IP地址可以由集成商统一分配，IP地址后2位可按顺序依次递增，也可以和IED名字中的装置顺序位绑定，对于站控层GOOSE可以添加到MMS网的GSE下面。

2)GOOSE网网络类型为IEC GOOSE，主要包括所有IED GOOSE控制块的通信参数配置。具体为App Id、mac地址、优先级、Vlan等。IEC 61850标准规定 GOOSE的 App Id范围为 0x0000～0x3fff。mac地址范围为01－0C－CD－01－00－00～01－0C－CD－01－01－FF。App Id可以考虑与mac地址的后2位关联。AppId和mac地址均由系统集成商统一分配以保证唯一性。

3)SV网网络类型为IECSV，主要包括所有IED GOOSE控制块的通信参数配置。通信参数同GOOSE配置。IEC 61850标准规定SV的App Id范围为0x4000～0x7fff。mac地址范围为01－0C－CD－04－00－00～01－0C－CD－04－01－FF。App Id可以考虑与mac地址的后3位关联。App Id和mac地址也是均由系统集成商统一分配以保证唯一性。

(4)IED部分配置。首先要进行各导入ICD文件的描述实例化工作，即根据虚端子图，将各ICD文本中G1访问点下的GOOSE输入和输出部分的dodesc修改为工程的实际描述，这样做的优点是方便虚端子连线，降低出错率。同时修改由过程层映射到间隔层的S1访问点下的GOOSE开入部分的dodesc，保证上送监控后台的信息与工程实际一致性。其次，进行SV连线和GOOSE连线工作。该项工作主要根据工程的虚端子图来完成，工作量比较大，是整个SCD文件的核心部分，间隔层装置的SV和GOOSE通信都由连线决定。间隔层装置之间的互操作也靠连线来完成，所以，应要求集成商工程人员认真细心，保证每条连线的正确性。

2．3 测试项目

(1)单装置保护功能逻辑检验。应参照Q/GDW 441—2010《智能变电站继电保护技术规范》和工程技术协议的要求，完成单装置的保护功能配置和逻辑检验，在联调环境未搭建好之前，可直接采用数字化测试仪来完成。

(2)各间隔层装置的互操作测试和间隔层、过程层装置通信的系统测试。主要考核各间隔层装置之间的失灵配合等。间隔层和过程层采用光纤网络通信，具体通信过程可以由网络分析仪和录波器查看，验证GOOSE数据和SV数据的正确性。

(3)智能终端GOOSE、合并单元SV性能测试。主要包括智能终端的GOOSE跳闸时间测试和合并单元的SV通道额定延时测试、均匀性和连续性及精度测试。智能终端的GOOSE跳闸时间测试和合并单元性能测试均可采用数字化测试仪完成。

(4)站控层MMS信息服务传输测试和“五防”、顺控测试。主要进行通信对点和根据工程实际的“五防”联锁规则及顺控操作票完成跨间隔联锁互锁、顺控操作测试。

(5)过程层装置异常、及各层装置检修配合测试。各过程层装置网络断链、GOOSE异常、SV异常、GOOSE、SV和装置内部配置不一致、SV失步、SV丢帧等考核对间隔层装置的影响。间隔层装置、过程层装置、站控层检修配合测试参照IEC 61850《工程继电保护应用模型》完成。

3 结束语

智能变电站技术已经由理论研究阶段进入到工程应用阶段，传统变电站相比，智能变电站使用GOOSE方式进行装置间信息交互、跳合闸出口，使用SV方式代替了原先装置的交流回路。传统的电缆硬接线被网络数据所取代，大量的接线布线任务转移到

SCD文件虚端子连线配置上来，且有必要将各厂家装置进行互联，这就要求工程投运之前由集成商协调各厂家按照工程实际进行联调测试，把问题暴露在投运之前。在联调实践和采纳目前各智能变电站联调经验的基础上，总结了联调测试的特点、项目及方法，详细讨论了联调流程及SCD文件的配置。

［1］高亚栋，朱炳铨，李慧，等．数字化变电站的“虚端子”设计方法应用研究［J］．电力系统保护与控制，2011(5):120－123．