智能变电站SCD文件版本的可视化管控研究

王瑞彪，郑文彬

(1.华中科技大学 无锡研究院，江苏 无锡 214174； 2.南瑞集团有限公司，南京 210061)

0 引言

在变电站调试初期，各个厂家模型文件、设计能力不一致，设计虚端子不严谨、不规范，IED设备厂家的私有协议等会导致配置文件需要反复地进行修改验证，可能出现SCD文件离散管理，导致版本众多。当该智能变电站后期运行中需要改建和扩建时，必须更改SCD文件，如果对旧版本不管控，而是根据需要直接更改，则会对其他没有更新的SCD内容带来很大的安全隐患，同时也会影响智能变电站的可靠、稳定运行。

1 SCD文件版本管控现状

SCD文件版本管控一般存在3种方式。

(1)在智能变电站建设初期，SCD配置文件版本管理[5]采用比较原始的方法，通过管理人员对文件进行外部档案编号，按时间编号存储SCD电子文档。

(2)随着智能变电站的推广，人们进一步熟悉SCD配置文件内容，在SCD中加入history因素，主要是写入版本信息。

学校选班主任往往根据该教师的工作情况来选，教师紧缺的学校甚至把刚毕业的大学生选为班主任。选上了就把一班学生直接交给班主任，而没有对班主任培训。这在某种程度上说就是给一个班的学生选了个负责人，这样的情况班主任只能摸着石头过河，或者根据自己学生时期班主任的方法来管。普遍缺少班主任理论学习和班主任管理水平的提高。

(3)在SCD文件中嵌入标志版本号的循环冗余校验码(CRC)，此码值是通过一定的算法随机生成的，只要SCD文件重要信息有变动，CRC码值即发生变化。

以上3种管控方式也是智能变电站的发展历程，管控方式在逐步提高。第1种方式是在外部文件上原始记录版本时间；第2，3种方式有所进步，但需要专业人士打开文件才能看到，由于参与智能变电站建设、运行、维护的人员类型很多，对智能变电站SCD文件掌握程度参差不齐，因此亟须一种简单直观、可通过可视化形式管控的SCD文件版本。

2 SCD文件版本形成

2.1 智能变电站模型文件形成关系

智能装置能力描述(ICD)文件是集成变电站SCD文件之前的某一类IED模型文件，用来描述装置对外的基本服务能力。系统集成商根据变电站实际装置的类型和数量，依据装置厂商提供的ICD文件对全站每个IED进行实例化，并利用系统规格(SSD)文件信息进行智能变电站IED装置模型系统集成，得到全站的配置文件，即SCD文件，进一步可以得到IED实例配置(CID)文件。智能变电站几个模型文件形成关系如图1所示。

图1 智能变电站模型文件形成关系Fig.1 Formation relationship of intelligent substation model file

2.2 智能变电站配置文件版本变化形成因素

2.2.1 智能装置ICD模型文件实例化变化

在智能变电站建设初期，根据智能变电站构成，IED厂家提供给系统集成商需要的ICD模型文件，集成商依据实际装置对此文件进行实例化，直到智能变电站建设投运后，第1次形成SCD版本文件。变电站进行扩建或改建，涉及变电站设计架构改变时，就需要更改原有装置的ICD文件，必然导致SCD文件前后版本中的内容发生变化，因此，通过版本管控，可视化展现SCD不同版本下模型文件差异的详细内容是十分必要的。

2.2.2 智能装置虚端子变化

虚端子是智能变电站配置文件中引进的概念，是智能变电站区别于常规变电站，代替常规变电站实际端子电缆连接，虚构出来的一种二次连线形式和二次装置间的逻辑关系，以符合实际电缆端子连接。

在变电站改扩建或检修时，智能变电站IED之间的关系会发生变化，如母线方式改变，极有可能改变装置之间的虚端子回路连接，从而使SCD文件内容发生变化，引起SCD文件版本变化。如果能够清楚展现虚端子关联及相关属性，也就做到了对虚端子修改前后的变电站配置文件版本的间接管控。

2.2.3 智能装置模型内部配置变化

智能变电站SCD文件是一个变电站的综合配置文件，文件内部调整(如MAC地址变化、IP地址变化、端口分配变化)可能导致SCD文件内容发生变化，形成新的版本。

3 SCD版本管控可视化功能研究

3.1 SCD文件版本列表

对智能变电站所有IED实例化后得到CID文件，且生成了CID文件的CRC，得到所有IED模型的CID集成文件，即SCD文件。若任意IED模型文件的CRC有变化，则表明SCD文件版本有变化。将最终的SCD文件版本进行发布(如图2所示)，可以以表格形式可视化展示每一阶段的SCD版本。

图2 SCD文件形成与发布Fig.2 Formation and publishing of SCD file

3.2 SCD文件差异可视化显示

模型文件的变化会导致智能变电站SCD文件变化，模型文件变化实际发生场景一般是变电站改建和扩建。

变电站改建时，主接线方式的变化可能引起跨间隔设备的变化，如母线主接线由双母线改为双母单分段，母线保护IED的ICD文件需要重新集成，根据需要改变发布数据集、订阅虚端子。当专业人员对这些信息进行更改时，集成工具会告警确认更改，一旦确认更改，即形成新的模型文件，使得SCD发生变化。

智能设备分为本间隔设备和跨间隔设备，本间隔设备即为扩建时新增的智能设备，这些新增设备的模型文件属于SCD文件中新增的内容，跨间隔设备如母线保护等属于已运行设备，扩建时需要增添其与新增设备之间的集成连接，当扩建后的SCD文件中所有新的IED集成后，需要做投运前的回路测试验证，认证通过即得到新的SCD文件。

综合以上两种情况分析，最终将新的SCD文件版本发布，在发布过程中，根据严格算法会判断哪些IED模型文件有变化，给变化后的IED模型文件赋值新的CRC，用来辨识SCD文件版本。

3.2.1 IED模型文件差异内容可视化展示

程序功能设计中，在开始解析两个版本的SCD文件时，以文件中共有装置为基础，获取各装置的CRC，比较对应装置的CRC，建立以共有装置名称为键值、CRC异同标志为Value的哈希表，在输出IED变化的列表中框中按IED所述电压等级和间隔归属分类。搜索哈希表，如果两个版本中对应装置的CRC不同，则将列表框中该装置所在的行进行特殊标注。

在展现IED模型详细内容时，通过选择的IED名，依次在各自版本的配置文件中搜索对应内容块，按照不同的访问点，检索逻辑设备(LD)、逻辑节点(LN)、数据对象(DO)、数据属性(DA)，依次展开各层次进行对应比较，如图3所示。

图3 SCD文件差异详细内容分析Fig.3 Details analysis on SCD file difference

3.2.2 IED模型文件主要差异内容可视化展示

程序解析出两个SCD文件各自包含的IED，凭借IED模型文件的CRC辨识有变化的IED，用特殊色标注列表框中虚端子有变化的IED行的背景色。当选取某IED时，可以列出该IED虚端子的详细差异，包括LD下所有发布的控制块、所有发布控制块关联的发布数据集和订阅虚端子连接关系，程序建立思路如图4所示。

图4 SCD文件主要模块差异分析Fig.4 Analysis on main module differences in SCD file

4 软件开发工具及编码实现

4.1 软硬件环境

编译采用Windows系统平台，编译工具依托开放的Eclipse，使用跨平台的Java语言[6]，硬件为个人计算机(PC)。

4.2 编码实现功能块

4.2.1 SCD文件版本发布

(1)校验ICD模型文件正确性并集成。

(2)校验SCD文件正确性，发布并保存SCD文件。

(3)在发布文件的同时，工具自动算出每个装置模型文件的CRC。

(4)将CRC输入模型文件，以区别标志版本。

4.2.2 SCD文件版本差异可视化展示

(1)启动SCD文件版本信息比较。

(2)建立哈希表，快速搜索匹配出两个SCD文件中有变化的IED模型。

(3)根据XML文件格式，调用函数库，层层比较要展示的内容。

(4)按照IEC 61850-6标准定义，将文件以树枝形式显现，分层展示模型文件详细内容。

(5)根据程序功能选择要求，比较模型主要信息，即获取控制块信息，发布数据集，订阅虚端子，展示主要差异。

图6 SCD文件版本管理Fig.6 SCD file version management

图7 SCD文件中有差异IED内容展示Fig.7 Content display of IED with differences in SCD file

5 SCD文件版本可视化管控功能

5.1 SCD文件版本发布

在智能变电站调试完毕，验收投运后，集成厂家必然要交付给运行方SCD文件，在交付之前，将最终的SCD文件版本进行发布，发布过程中根据严密算法对有变化的装置模型文件形成新的CRC，将此CRC输入SCD文件，形成新的版本，如图5所示。

图5 SCD文件版本发布Fig.5 Publishing of SCD file version

5.2 SCD文件版本管理

集成人员选择“SCD版本管理”，可以直接查看版本要素，如版本号、修改时间、修改人、修改内容、修改原因(如图6a所示)；可以选取SCD列表中的任意版本，查阅该SCD文件所包含的ICD以及当前版本与SCD列表中任意版本的对比(如图6b、图6c所示)。根据装置配置变化生成新的CRC，直接用特殊颜色显示该模型文件IED名称，标志该模型配置已发生变化。

5.3 SCD文件差异可视化功能展示

(1)选择有差异标注的IED，展示该IED模型文件前后两种版本的详细差异，有差异模块用突出色标志出来，如图7所示。

(2)如果选取显示差异项，仅展示发布控制块、发布数据集、订阅虚端子3个模块的变化，如图8所示。

图8 SCD文件有差异IED的主要模块展示Fig.8 Main module display of IED with differences in SCD file

6 试验验证及结论

本文提出的基于智能变电站SCD版本可视化管控技术已在多个智能变电站新建、改建和扩建中使用，极大地方便了各方人员参与SCD文件版本管控。此技术可在智能变电站SCD文件版本管控中推广使用，为智能变电站建设做出应有的贡献。