智能变电站配置文件管控技术研究

洪梅子，吴 迪，文 博，李 鹏，宿 磊，雷 杨

（1.国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077；2.国网湖北省电力公司，湖北 武汉 430077）

智能变电站配置文件管控技术研究

洪梅子1，吴 迪2，文 博1，李 鹏1，宿 磊1，雷 杨1

（1.国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077；2.国网湖北省电力公司，湖北 武汉 430077）

从智能变电站SCD文件管控现状出发，介绍了智能变电站SCD文件管控系统这一目前有效的管控手段，梳理并总结了配置文件系统功能组成、管控流程等内容，提出了管控策略。

智能变电站；配置文件；SCD文件管控；管控策略

0 引言

随着智能变电站技术的快速发展，智能变电站建设大力推进。与常规变电站相比，智能变电站二次回路由电缆连接变成了光纤的连接，二次电缆回路变成“虚回路”，智能变电站的设计、调试及运维方式等均发生了较大变化。作为智能变电站核心配置文件（Substation Configuration Description，SCD），SCD文件中的虚回路包括采样回路和断路器的跳合闸回路，SCD文件是否正确直接影响继电保护功能是否能正确实现，所以SCD文件配置的正确性对于变电站的安全运行十分重要。智能变电站SCD文件取代二次回路设计图纸成为调试、运维及改扩建的直接依据[1-8]。

目前，大部分地区智能变电站各生产环节缺乏SCD文件流转管控，包括建设单位、电科院、运维单位、调控部门等部门之间配置文件流转、缺陷的处理、缺陷评估等流程管控，配置文件采用个人存储、集成商管理等方式，无法保证智能变电站配置文件的规范、正确和唯一性。针对该问题，智能变电站配置文件管控系统[9-14]通过实现SCD文件的签入签出、校核、审核、归档流程管理，利用差异化比较工具及各厂家配置工具实现CRC校验、SCD标准化检查、SCD差异化比较，查看SCD文件、CID文件修改内容等方式，保证SCD文件的安全性、完整性和一致性，从而保障和提升智能变电站安全运行水平。

文章分析了目前SCD文件管控现状，针对该现状介绍现有的智能变电站SCD管控系统，概述了SCD文件管控流程、管控策略等方面内容，帮助提高智能变电站现场基建、运维管理。

1 SCD文件管控现状

1.1 存在的问题

目前，智能变电站的建设和运维环节都存在着大量的问题：

(1)智能变电站二次系统普遍使用IEC61850标准，国内各厂家水平参差不齐，在消化、理解IEC61850标准和国家电网公司相关规范要求时存在差异，造成配置文件不能够完全符合国家电网公司要求，具备一定的“隐蔽性”，难以通过现场调试发现，给智能变电站运行维护带来隐患。

(2)虚端子之间的连接取代了传统的二次回路，二次回路不如常规变电站那样直观可见，运维检修人员需根据智能变电站配置文件进行调试和检修，智能变电站配置文件可读性差，调控及运维部门未具备和掌握查阅、修改SCD文件的技术手段，造成现场人员作业困难，运维工作（例如，更换个别保护装置、插件或变更虚回路等）过分依赖厂家实施。

(3)智能变电站投运后，随着电网建设的推进，出现的大修、技改、检修等工程涉及图纸及配置文件的修改，造成图档版本过多、现场修改混乱、与设计不一致等问题，给现场工作带来很大困难和困扰。智能变电站配置文件在运维阶段可能发生多次改动，无法确保现场装置实际运行的模型文件来源于最终版本SCD文件，从而无法确保新建及改扩建工程验收后移交的系统配置文件及图纸资料可以真实反映现场，各类资料相互之间能够准印证。

(4)随着智能变电站的大量投入运行，无论调控部门还是运检部门均缺乏对配置文件有效管控的技术手段，缺乏合理的职责分工和体系化管理，造成智能变电站配置文件管理措施不畅，信息不通，工作协同困难等诸多管理困难。

1.2 SCD管控措施

按照国家电网公司相关规范要求，需要对智能变电站SCD模型文件开展备案及标准化评估工作，于每季度将本季度辖区内投产的110 kV及以上电压等级智能变电站SCD模型文件及其校验报告提交模型标准库备案。如果完全依赖人工开展此项工作，费时费力且质量无法得到保障。

现阶段针对配置文件检测的技术工具，国内主要是围绕是否合乎规范进行检测，并没有深入二次系统内在本质联系的检测，有可能出现配置文件通过工具检测但出现信息遗漏或缺失的问题，影响现场调试工作的开展。

建立针对性的智能变电站配置文件管控系统，对于准确了解智能变电站真实情况，精确掌控运行状态有着重要意义。目前，国内部分地区已开展了相关系统建设并投入使用，实际效果显著。

2 SCD管控系统功能组成及管控流程

2.1 SCD管控系统功能组成

SCD管控系统总体结构如图1所示，该系统由两部分组成：SCD采集系统和SCD管控模块。SCD采集系统负责SCD文件的传输和收集；SCD管控模块实现数据接入、存储和处理，提供图形化人机接口，实现对调度范围内的智能变电站SCD文件进行集中管理，并对外提供SCD文件的可视化查看、信息浏览和文件下载等功能。

图1 SCD管控系统总体结构Fig.1 Overall structure of SCD management and control system

智能变电站运维单位向智能变电站配置文件管控系统上传验收后的系统配置文件，智能变电站配置文件管控系统的SCD采集模块首先检查上传的系统配置文件的完整性，然后将完整的系统配置文件提交给管控模块。管控模块负责解析系统配置文件，并对提交的系统配置文件进行语法、语义校验、工程CID、CCD文件与SCD文件一致性检测、工程ICD文件与SCD文件同源性检测。如果校验结果不正确，用户展示模块提示此系统配置文件为无效文件，并返回具体的校验出错信息。如果校验结果正确，由各级负责人审批后归档。

管控模块还可以进行SCD可视化、SCD差异化比对、SCD文件合法性校验、不同版本CID、CCD文件比对。

从功能划分，SCD管控可划分为在线校验和离线校验。

在线校验的目的是检验虚端子（IED）的实际模型是否与智能变电站配置文件一致，在线检验包括智能站过程层校验和站控层校验两部分内容。

过程层校验是通过IED装置的过程层接口实现，接收并解析IED装置发送的SV和GOOSE报文，校验报文的参数、通道数量、以及数据类型是否与SCD文件描述的一致，按照SCD文件的描述向IED发送具有特定报文参数和数据的SV、GOOSSE报文，校验IED能否正确接收解析报文，完成正确的动作响应。

站控层校验通过站内的站控层网络访问IED，主要检查三个方面：模型一致性、数据描述一致性和服务一致性。

离线校验主要是检查智能变电站配置文件描述的模型是否符合相关标准的模型定义，与实际的的工程需要是否一致，不应出现无法施工的错误。

2.2 SCD管控流程

从时间上划分，现有的智能变电站配置文件管控系统的管控流程基本都分为三个阶段：施工调试阶段、工程验收阶段和运行维护阶段。

工程调试阶段：调试单位根据集成商提供的智能变电站配置文件进行调试，在调试的过程中验证智能变电站配置文件是否正确，智能变电站配置文件的更改由调试单位负责管控，保证最终调试的智能变电站配置文件是完好无误的最终版本。调试单位将最终与现场一致的智能变电站配置文件交给运行维护单位。

工程验收阶段：运维单位负责核实调试单位提供的配置文件版本与现场装置实际配置一致；验收过程中的系统配置文件经过建设管理单位、调试单位、设备供应商、运维单位会签配置文件一致性保证书，由运维单位上传至智能变电站配置文件管控系统进行存档。

在运行维护阶段：（1）运维单位负责运行维护阶段的配置文件管理，以工程归档的配置文件及相关资料为依据，保证运维过程中装置实际配置文件与归档的配置文件一致；（2）由缺陷处理、反措要求、技改施工、设备检修等引起的配置文件的变化，运维单位发起变更申请，对智能变电站配置文件进行更改、检验，将配置文件及其变更记录等资料归档管理。由此可见，现有的管控流程可以实现智能变电站配置文件全过程管控。

3 SCD管控策略

利用先进技术，例如可视化技术、CRC校验技术，制定SCD文件的管控策略，对智能变电站配置文件进行管控。目前常用的管控策略有schema检验、信息一致性检测、信息唯一性校验、合法性校验等。

3.1 SCD管控技术原理

SCD管控系统可以进行SCD可视化、SCD差异化比对、SCD文件合法性校验、不同版本CID、CCD文件比对。

3.1.1可视化技术

由于SCD文件可读性差，可视化技术可以解析SCD文件的配置信息，通过友好界面展示智能变电站的配置信息，包括二次回路接线配置、电压等级及间隔信息展示、装置虚回路信号图展示，装置逻辑链路图展示等等，使施工人员、运维人员、调试人员以及调度人员能够清晰的获取变电站的配置信息，给施工、运维、调试及管理都来了极大的便利。

SCD文件的完整性、一致性及正确性是通过比对的方法完成的。由于SCD文件使用的是数字语言，无法直接读取，因此需要借助辅助工具使智能变电站配置文件可视化。

通过SCD可视化工具将ICD、SCD、CID等文件中的网络、对象、对象互操作关系等以子网图、信息流图、虚回路图、虚端子图的方式展示出来，并辅以属性列表方式、文件片段方式将不可见的网络、虚回路变成可见的网络、回路，直观展示SCL文件的配置信息，将无法识别的代码语言转换为调试、运维人员可以理解的设备二次回路。智能变电站配置文件可视化之后，通过比较网络配置、对象名称、对象属性、对象互操作关系等信息，可以比较智能变电站配置文件的详细差异，调试及运维人员还可以通过辅助工具将差异以列表或者图形等方式展示差异内容，从而可以人工判断智能变电站配置文件的完整性、一致性及正确性。

通过将SCD等文件中的网络、对象、对象互操作关系等以子网图、信息流图、虚回路图、虚端子图等方式展示出来，并辅以属性列表方式，将网络、虚回路数据表达为相应的网络结构、二次回路图形，直观展示SCD文件的配置信息。

具体功能包括：

(1)子网信息展示

以图形化方式直观展示各通信子网的基本信息，展示子网中的智能装置以及智能装置与子网的连接信息，如IP地址、MAC地址等。

(2)智能装置互操作关系展示

以图形化方式直观展示智能装置、智能装置包含的控制块，并通过控制块展示智能装置之间的数据收发关系。

(3)虚回路展示

以图形化方式直观展示智能装置之间的虚回路。

(4)虚端子展示

以图形化方式直观展示智能装置的输入、输出端子，并展示端子关联的外部信息。

(5)对象属性展示

以列表方式全面展示SCD文件版本及变更记录、子网属性、智能装置属性、控制块属性、数据集属性信息。

3.1.2 CRC校验技术

目前，智能变电站配置文件校验技术主要应用CRC校验技术，因为CRC校验码是通过提取过程层信息或者是智能变电站配置文件的基本信息形成的唯一的标识码，具有准确性和唯一性，任何配置信息的更改都可以体现在CRC校验码中，所以用CRC校验码来对智能变电站配置文件进行管控，能提高准确率和效率。其他的校验技术例如二维码校验也是以CRC校验为基础。

CRC校验分为两种，一种是将过程层的虚端子的信息提取出来，生成CRC校验码，第二种是将智能变电站系统配置文件的信息提取出来，生成CRC校验码，生成的校验码与系统配置文件的上传时间一起成为版本号，可以及时、准确的掌握系统配置文件的变更时间及变更信息。

以过程层的虚端子生成CRC校验码为例，首先需要以IED装置为单位提取出与该IED装置相关的过程层配置信息，包括发布/订阅的控制块配置信息，GOOSE、SV协议的基本参数和数据结构，控制块与内部变量之间映射的私有地址信息，控制块与装置物理端口之间的配置信息。将这些配置信息以二进制方式表达，然后采用32位CRC生成算法生成唯一的CRC校验码。

CRC校验模块负责计算CRC校验码，并将计算结果返回给管控内核模块，同时由管控内核模块生成虚端子图形，并将生成的虚端子图形文件返回给管控模块。最后，配置文件管控系统生成系统配置文件的版本信息，并连同提交的系统配置文件、CRC校验码、虚端子图形文件存储归档。智能变电站配置文件管控系统通过加入CRC校验流程，可以对系统配置文件的版本、正确性、完整性进行有效控制。

3.2 Schema检验

Schema检验是将SCD采用XML格式描述，检测智能变电站配置文件结构是否正确、信息是否完整。

3.3 信息一致性检测

一致性检测指建立一组测试用例序列，在特定的试验环境下，对被检测对象进行黑盒测试，通过比较输出的结果和预测结果的差异来判断被检测设备对象与协议描述的是否一致。普通的一致性检测由被检测设备和一致性检测软件组成。

信息一致性检测是指进行测试时，对检测的IED模拟特定运行状态,通过分析MV、GOOSE、MMS等报文，对检测的IED的输出结果与预期输出结果进行分析和判断，给出对应的检测结果。

信息一致性检测具体过程如下：首先检测CID文件的IEDName是否与SCD文件中某一IEDName相同，如果不同说明该CID文件与SCD文件配置不一致；如果相同，继续检测CID文件的关键配置信息网络参数配置、虚回路配置是否与SCD文件中某一IED装置配置完全相同（取出关键信息，生成CRC码，比较二者CRC码），如果CRC码完全一致，则说明CID与SCD一致性校验通过。

3.4 信息唯一性校验

校验智能变电站配置文件的某些信息是否唯一，例如虚端子的名称、GOOSE的连接等等，如果信息有重复或者交互现象，会引起保护功能的混乱，所以必须对智能变电站配置文件的信息进行唯一性校验。

3.5 合法性校验

合法性校验分为两步，首先对智能变电站配置文件进行解析，提取相关信息，例如根据IED的名称和描述自动生成间隔信息；根据通道实例化描述提取IED关联信息，然后按变压器、母线、母联、分段、线路等间隔对提取的信息进行分类，为虚端子合法性检查做准备。

合法性校验的内容包括：(1)依据IEC 61850等标准执行文件的合法性校验；(2)CID文件与SCD文件的一致性检测、SCD文件与ICD文件的一致性检测；(3)标准化程度检查，检查结果分错误、警告、提醒三种类型，未发现错误时，才允许签入。

4 结语

随着智能变电站技术不断进步，现场基建、运维管理要求不断提升，在有SCD文件管控工作的同时，要对智能变电站配置文件管控新技术、新原理开展进一步研究，例如优化管控策略，真正实现配置文件有效管控，确保现场智能变电站安全稳定运行。

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Research on Configuration File Management and Control Technology in Smart Substation

HONG Meizi1,WU Di2,WEN Bo1,LI Peng1,SU Lei1,LEI Yang1
(1.State Grid Hubei Electric Power Research Institute,Wuhan Hubei 430077,China;2.State Grid Hubei Electric Power Company,Wuhan Hubei 430077,China）

Based on the current status of configuration file management and control in smart sub⁃station,the function composition of configuration file management and control system in smart sub⁃station are introduced in this paper.The function composition,control flow of the configuration file system are summarized and the control strategy is put forward.

smart substation;configuration file;SCD file control;control strategy

TM63;TM76

B

1006-3986(2016)11-0013-05

10.19308/j.hep.2016.11.003

2016-10-10

洪梅子（1987），女，湖北黄梅人，硕士，工程师。