关于智能变电站模型应用的二次设备建模优化相关思考

李佳懿 宁先承

（国电南瑞南京控制系统有限公司）

0 引言

智能变电站的保护和运维这样的高级应用功能是建立在二次设备的状态和自检等信息基础上的，而这些应用功能包含了大量的输入、输出和参数等配置信息。现在这些配置工作都是靠人工一个一个的去完成，其本身存在配置效率低下，而且很难确保其正确性的缺点。为了提升软件配置的效率和质量，需要实现软件配置的自动化，但当前针对相关领域的研究还存在一定的不足，而且大多是基于具体的应用场景进行配置优化，没有从模型的源头进行系统的解决。要想从根本上解决这个问题，就需要充分地利用智能电子设备对ICD文件的自描述特性。但是，当前二次设备模型中普遍存在着信号语义缺失、信息关联性差等问题，这就造成了二次设备模型不能以此为基础来实现信息语义承载的问题，同时也对变电站后续的运行造成一定的影响［1］。本研究在二次设备建模的基础上提出针对性的优化策略，借助ICD模型构建与优化的优势，综合不同设备之间间隔关联的特点进行节点的构建，以为智能变电站的优化奠定一定的基础，提升整体工作的效率与质量，提升运行的高效性。

1 通信及语义2个层面的互操作

首先，从两个层次上分析智能变电站互操作性的现状，即在两个层次上实现了智能变电站互操作性。图1是欧洲提出的一种智能电网体系结构模型，它将变电站模型、通信、数据、功能和业务相互联系在一起，使人们对通信互操作和语义互操作有了更深刻的认识。当前的智能电网研究重点是通信互操作包括三个层次：信息模型一致性、通信服务一致性、通信服务映射一致性以及通信协议栈一致性，以确保通信层中的设备能够正常收发数据。然而，当前设备间的“语义互操作”能力一般不强，也就是难以在信息层面上实现“语义交互”，从而支持更高层次的功能与服务。

图1 智能电网架构模型

当前，由于缺乏设备之间的语义互操作性功能，应用功能的配置工作主要依赖于系统集成者的手工操作。当前，世界范围内的智能电网专家们对于语义互操作的不足已经取得了一致意见，CIGRE、IEC等国际组织也在积极推动提高设备之间的语义互操作，并且他们认为，为了满足智能电网不断增加的对数据的有效处理与挖掘的要求，还需要在标准化、配置工具、信息综合分析等方面进行大量的工作。但是相对于通讯互操作性，语义互操作性的实现非常困难，与预定的目标之间还存在较大的差距。

2 智能变电站二次设备建模的现状分析

2.1 GGIOLN出现的信号语义缺失问题

在IEC61850标准中提出了数百种具有特殊物理意义的LN，并对定制LN进行了扩展，为模型的自我描述提供了依据。而现阶段我国电网行业对信息中的中文部分进行规范，但其规范的效果与最终的效率还存在较大的差异，无法直观性、系统性的解决自动匹配的问题，也和关联数据之间存在一定的差异。

2.2 模型建模信号关联性较差

当前，我国智能变电站在开展模型建模的过程中所使用的关联信号在节点的分布上存在一定的不足，给高层的应用造成一定的不便［2］。例如：线路保护启动失灵输出端连接到母线保护的失灵启动输入端，线路保护发出跳闸命令后拟利用母线保护系统运行时发生故障，在运行时，基于故障发生时的状态信息，对故障发生后的状态信息进行序列记录，以检验故障发生时系统运行时出现故障的原因。但由于运行时故障发生时输入虚端与相应运行时的故障发生时远端之间没有任何联系，因此这种联系需要人为设置，且工作量较大。

2.3 二次模型关联困难

IEC61850标准对系统的SSD文件进行了定义，并用该文件来承载一次系统的结构和一次和二次设备的模型之间的联系。但是，当前的智能变电站项目中一次设备和二次设备之间的模型关联并不采用SSD文件来实现，而更多的高级应用则需要人工实现一次设备和二次设备之间的信息关联。这样的关联模式不仅容易造成配置的不匹配，同时还需要耗费大量的LN进行关联，给后续SSD文件的应用造成较大的影响。

3 智能变电站模型应用二次设备建模优化

结合当前我国智能变电站模型应用的实际现状，本研究提出智能变电站模型应用二次设备建模优化原则如下。

第一，借助专用LN／DO／DA实现信息语义。在能够携带IEC61850标准专用LN的情形下尽可能使用专用LN，为了最大限度地实现模型语义的自我描述，应避免使用语义模糊的GGIO类LN。当信号找不到IEC61850标准本地化LN或相应的data载体时，LN和DO／data应当按照IEC61850标准的需求进行LN和DO／data的扩充［3］。

第二，建立模型中信号间关联关系。按照IEC61850的LN扩充原理，试图将同样功能的多个LN合并为一个LN。如PDIFLN等标准保护功能不能达到对软硬压板的保护，目前常用的方式都是利用GGIO来承载软硬压板的信息，但是如果直接将软硬压板的属性扩展到标准保护功能LN中，那么就更好地表现出信息之间的相关性。比如：在PDIFLN中已经有enabl这个属性来承载差动保护控制字，那么就可以在PDIFLN中添加Link属性，达到减少配置工作量的目的。

第三，不同接入点应用相同的LN实例名。智能变电站二次设备上设置两个接入点，一个是变电站控制层，另一个是工艺层，两个接入点间的信号存在相关性。例如：当母线保护经过处理层接入点发送一个区间6跳转的信号时这个区间跳转就是由站控层S接入点的相关遥信令信号的变化所反应的。

第四，实现一、二次设备模型自动关联。正如第三节所描述的那样，SSD文件承载着一次系统结构和一次设备和二次设备之间的联系，通过人工来建立一次设备和二次设备之间的联系是非常繁重的。要实现一次设备和二次设备的自动化关联，首先需要建立一条承载关联规则，由于二次设备功能明确后设备模型内LN和相应的一次设备间的联系已基本建立。因此ICD模型文件作为设备的能力描述是最佳的承载关联规则［4］。以两母、两段式主接线母线保护为例，对跨区间式二次装置进行分析得到了两段式二次装置在主线路上的对应关系。对于图2中的主接线系统，在母线保护模式以及各区间模式中，必须告知一次设备与一次设备相关联的母线保护LN，其携带模式相当于SSD文件中的一次设备和二次设备模式携带关系，如图2所示。图2中：在母线1区间内只有母线和变压器装置与母线保护有关，并且这两个装置各自与母线保护有关的LN相对应。

图2 双母双分主接线中各一次设备模型示意图

4 智能变电站模型优化配置

4.1 一、二次设备模型自动关联

第一，在单间隔保护的情况下可以将被保护的一次间隔与保护装置模型相关联。比如，将一次保护模型与相应的一次间隔相关联就可以根据一次和二次模型相关联信息，将一次保护相关LN与相应的一次设备相关联。因此，可以使线路保护装置所采集的模拟量、开关量和其他信号，自动地与有关的电流互感器和断路器等一次设备相对应。

第二，在跨区间保护中将所述一次和二次模型相关信息所对应的区间与实际系统的一次区间相关联，例如：将母线保护中所描述的母线、母联／段、线路、主变等区间与工程中所描述的一次区间相关联，可以根据所描述的一次和二次模型相关信息，将母线保护模型中的每一次区间的相关性LN与相应区间中所描述的一次装置相关联。因此，将所有的母线装置进行信号的模拟能够达到隔断和保护的作用。在变电站集成阶段设备模型关联工作从人工将全站二次设备中的LN逐个关联到各间隔的一次设备，提高到仅需将SSD文件与二次设备ICD文件中相应的一次间隔进行关联，就能实现所有一次、二次设备模型的自动关联，从而将SCD模型关联工作量减少1个数量级，显著提高了工作效率和质量［5］。

4.2 设备高级应用配置的优化

正如第三节中提到的那样，现阶段我国智能变电站中使用的模块都是需要人工进行配置的，这样的配置效率低，质量也不高。因此，为改善这一问题需要将新的信号模型函数构形模板重用机制，以提高构形效率。

第一，构建信号模型引用路径。基于特定LN／DO／DA之资讯模式载体建立辅助装置中各种类型之讯号的记忆模式，并建立模式参考路径。举个例子，A相电流幅度助记符是 IA，对应的 LN 类型是MMXU，其DA是A.phSA.cVal.mag.f。

第二，构建功能板块间隔的配置模板。借助讯号助记忆建立一套适用于不同讯号的组态范本，并解释讯号的设备来源。例如，第一套线路保护（LP1）或者第二套母线保护（BP2）等，从而能够在SCD文件中与对应设备的信号相匹配。同源比对配置模板的输入分别是LP1-IA／IB／IC和LP2-IA／IB／IC，与双重化线路保护A、B、C相采样电流幅值相对应。

第三，重视自动化配置的设计。借助间隔模板配置对其信号装置源进行重新匹配，在不同的设备关联之后对其母线进行保护，选择出指定设备的LN得到对应的DA，即可得到一个新的信号引用路径。综合本研究提出的优化模型的构建，智能变电站配置工作量的比对数据见表。

表智能变电站配置工作量比对数据

5 结束语

本研究从数据模型语义操控的角度分析智能变电站模型二次设备建模优化应用，在传统变电站设备模型薄弱的基础上提出针对性的优化方案，可为智能变电站的运行提供一定的基础。研究得出的结论提示，将二次设备建模优化应用于变电站系统优化当中，可以达到自动关联的效果，提升模型语义自描述的功能。