一种应用于智能变电站的系统配置描述文件配置方法

张勇志 汤晓晖 吴乾江 王风光 吕 航

一种应用于智能变电站的系统配置描述文件配置方法

张勇志1汤晓晖1吴乾江1王风光2吕 航2

（1. 广东电网有限责任公司中山供电局，广东 中山 528400；2. 南京南瑞继保电气有限公司，南京 211102）

变电站配置描述（SCD）文件的正确性是智能变电站安全可靠运行的基础。针对SCD文件配置工作量大、人工参与度过高的问题，提出一种SCD文件配置方法，包含智能化二次设备站控层、过程层通信地址自动配置、过程层虚端子装置级配置及SCD文件远景配置三个方面，可减少SCD文件配置工作量，提高SCD文件配置的自动化水平，缩小变电站改扩建过程中SCD文件频繁修改对二次设备的影响范围，从而保证智能变电站的安全可靠运行。

变电站配置描述（SCD）文件；智能变电站；过程层；站控层

0 引言

智能变电站是由智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化二次设备分层（过程层、间隔层、站控层）构建，建立在IEC 61850标准和通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。在智能变电站中，智能化一、二次设备之间主要通过光缆进行通信，一次设备将电流、电压等模拟量信息，以及刀开关、断路器位置等开关量信息转化为数字量，二次设备通过光缆获取这些数字量信息，并实现相应功能[1]。

在传统变电站中，二次设备主要通过电缆来获取电流、电压等模拟量信息及刀开关、断路器位置等开关量信息，二次设备所接入的电缆与所需的模拟量、开关量一一对应，用户“看得见、摸得着”。与传统变电站相比，智能变电站中的光缆代替了传统变电站中的电缆，一根光缆芯所传递的信息可包含多根电缆芯所传递的信息，光缆构建的虚回路代替了传统变电站中电缆构建的实回路，二次设备之间信息的发布及订阅基于变电站系统配置描述（substation configuration description, SCD）文件来实现[2-4]。

SCD文件描述完整的变电站站控层配置及过程层配置信息，涵盖整个变电站二次设备的数据模型信息、实例化配置信息、通信参数及虚回路连接关系，是二次设备间信息交互的基础，SCD文件的正确性是智能变电站安全可靠运行的基础。为保证SCD文件的正确性，国家电网及南方电网公司为保护、测控、智能终端、合并单元等二次设备制定了标准化设计规范，规范了设备的技术原则、设计准则、信息规范及虚端子等，提高了SCD文件配置的标准化水平，在一定程度上降低了SCD文件配置错误的风险。但是，配置工作量大、人工参与度过高是目前SCD文件配置工作中普遍存在的问题，亟须解决。此外，因为各厂家二次设备的过程层面向通用对象的变电站事件（generic object oriented substation events, GOOSE）/采样值（sampled value, SV）数据集不一致，导致在变电站改扩建时需要对SCD文件进行多次修改，修改后的SCD文件对跨间隔设备如母线保护装置的影响难于评估，增加了现场验证的工作量[5-8]。

本文首先介绍当前SCD文件配置的流程，并提出SCD文件自动化配置技术，包含站控层、过程层通信地址自动配置、过程层虚端子装置级配置及SCD文件远景配置三项技术，以减少SCD文件配置的工作量，提高SCD文件配置的自动化水平，缩小变电站改扩建过程中SCD文件修改对二次设备的影响范围，从而保证智能变电站安全可靠运行。

1 SCD文件配置流程

SCD文件是基于各厂家智能化二次设备的IEC 61850模型文件进行集成配置的，配置工作主要包含二次设备实例化命名，站控层、过程层通信地址分配，站控层报文重新命名，以及虚端子连线等，这些工作均基于智能变电站SCD文件配置工具完成，SCD文件配置流程如图1所示[9-12]。

图1 SCD文件配置流程

集成商配置SCD文件的第一步是对导入SCD工具的各二次设备的IED（intelligent electronic device）name重新命名。根据DL/T 1873—2018《智能变电站系统配置描述（SCD）文件技术规范》定义的IED name命名原则，采用5层结构命名，包括设备类型、归属间隔类型、电压等级、间隔编号、套别编号。二次设备命名原则见表1。

表1 二次设备命名原则

IED Name由上述5个部分的不同分类按照现场实际自由组合而成，如将220kV第二套线路保护命名为P_L2201B[13-17]。

在完成二次设备的重新命名后，进行二次设备的站控层通信地址、过程层GOOSE及SV组播地址配置工作，配置示例分别如图2～图4所示。

图2 二次设备站控层通信地址配置示例

图3 二次设备过程层GOOSE地址配置示例

图4 二次设备过程层SV地址配置示例

以一个中等规模的220kV变电站为例，二次设备数量超过100个，逐一为二次设备命名及配置站控层通信地址的工作量较大。

下一步工作是配置二次设备之间的过程层虚端子连线。二次设备的虚端子基于IEC 61850规范设置，一个输入（输出）虚端子对应一个输入（输出）信号的引用路径，虚端子连线即按照功能需求完成输入信号与输出信号的关联。

图5为线路保护GOOSE虚端子连接配置示例，内部信号为线路保护输入虚端子，外部信号为智能终端和母线保护的输出虚端子。

图5 线路保护GOOSE虚端子连接配置示例

图6为母线保护SV虚端子连接配置示例，内部信号为母线保护SV输入虚端子，外部信号为各合并单元的SV输出虚端子。

图6 母线保护SV虚端子连接配置示例

接下来对站控层报文进行实例化命名，以便运检人员更直观地了解装置报警信息，如将“GOOSE链路1断链”修改为“接收110kV浙大线智能终端GOOSE断链”。完成上述所有工作后，SCD文件配置工作基本完成，可以通过SCD文件配置工具导出并下装各二次设备的CID（configured IED description）/ CCD（configured circuit description）文件。

综上所述，在智能变电站SCD文件的配置工作中，各二次设备重新命名及站控层报文重新命名是必不可少且无法简化的工作。但是，站控层、过程层通信地址分配及虚端子连线这两项工作的人工参与度、配置工作量均比较大，若能对这两项工作进行简化，减少人工参与，则可以大大简化SCD文件的配置工作量。

2 SCD文件配置方法

SCD文件配置方法包含以下三方面内容：

1）站控层、过程层通信地址自动配置，最大化降低人工参与度。

2）过程层虚端子装置级配置代替端子级配置，减少过程层虚端子连线工作量，降低错误发生概率。

3）SCD文件远景配置，减少变电站改扩建过程中SCD文件的修改次数，缩小SCD文件修改对二次设备的影响范围。

2.1 站控层、过程层通信地址自动配置

根据DL/T 1873—2018《智能变电站系统配置描述（SCD）文件技术规范》定义的IED name命名原则，变电站内各二次设备的实例化命名是唯一的，站控层、过程层通信地址也是唯一的，所以可根据各二次设备的实例化命名，自动形成各装置的站控层、过程层通信地址。

站控层通信地址即IP地址，多为IPV4格式，即“a.b.c.d”格式，对于变电站内的二次设备来说，其IP地址的前三段设置，即a、b、c的设置完全相同，不同的仅d段。

过程层通信地址主要包含组播地址及网络标识（application ID, APPID），均为16进制格式。如图3和图4所示，GOOSE及SV组播地址均为a-b-c- d-e-f格式，且a、b、c、e字段完全相同，GOOSE组播地址的d字段固定为01，SV组播地址的d字段固定为04，e字段根据装置数量从01开始递增。网络标识为4位数字或字母，GOOSE的APPID从0001开始递增，SV的APPID从4001开始递增。

GOOSE/SV通信地址格式见表2。由表2可以发现：变电站二次设备的站控层、过程层通信地址均只有一个字段是唯一的，所以在完成二次设备的唯一实例化命名后，SCD文件配置工具即可很方便地统计出变电站内的各电压等级二次设备数量，根据设备数量可按照统一规则一键自动生成各二次设备的站控层、过程层通信地址，完全不需要人工参与。

表2 GOOSE/SV通信地址格式

以220kV变电站为例，具体规则如下：

1）根据各电压等级的二次设备数量，为各电压等级二次设备分配站控层通信地址中的d字段范围，如220kV设备的d字段范围为1～50，110kV设备的d字段范围为50～100，35kV设备的d字段范围为100～150。

2）根据二次设备总数量，为各二次设备分配GOOSE/SV组播地址的f字段，从01开始递增。

3）根据二次设备总数量，为各二次设备分配APPID，从0001开始递增，APPID序号应与组播地址号保持一致。

2.2 过程层虚端子装置级配置

智能变电站内的二次设备主要包含保护控制装置、合并单元及智能终端等。目前，各二次设备间的过程层虚端子连线均需要端到端手工配置，如图5和图6所示。虚端子配置的信息流包含电流、电压等模拟量信息，刀开关、开关等位置信息，跳闸、远跳、闭重等跳闸信息等，配置工作量巨大。

为实现过程层虚端子装置级配置，需满足以下要求：

1）尽量采用IEC 61850原生逻辑节点（logic node, LN）承载装置信号。对于相关信息可以承载于IEC 61850专用逻辑节点的情况，应尽量采用专用逻辑节点，以准确表达其物理含义。避免采用不明语义的通用过程I/O（generic GOOSE input/output, GGIO）逻辑节点，以最大限度地实现模型语义的自描述。

2）不同类型二次设备的同一类型输入输出信号应采用相同的逻辑节点，并应保证LN实例号相同。逻辑节点类型见表3。

表3 逻辑节点类型

3）对于母线保护、主变保护等跨间隔二次设备，采用标准间隔名作为前缀，以区分不同间隔LN。母线保护采用BUS、BAY（=1, 2,…）标准间隔名前缀表示母线或支路间隔，如BUS1-PDIF1、BAY1-PTRC1等；主变保护采用H、M、L、PTR标准间隔名前缀表示高、中、低压各侧及变压器本体，如H-PTOC1、M-PTRC1等。

4）SCD文件配置工具应具备二次设备关联界面，以完成各间隔二次设备的装置级配置，如图2所示。关联界面以间隔名（BAY1、BAY2、…）为关联基准。工具还能根据各二次设备的IED name确定各间隔与变压器各侧二次设备的对应关系，如220kV变电站的主变2203间隔对应变压器高压侧二次设备，而500kV变电站的主变5003间隔对应变压器高压侧二次设备。装置级关联见表4。

表4 装置级关联

完成装置级配置后，SCD文件配置工具可按照表5的LN关联模版完成不同类型二次设备间的过程层虚端子自动配置。

表5 LN关联模版

对于母线保护、主变保护等跨间隔设备来说，由于涉及同一设备需要关联多个二次设备的情况，故应基于LN前缀字母进行区分，如母线保护根据间隔序号BAY（=1, 2, …）进行区分，主变保护根据电压等级（H、M、L）进行区分。

表5的LN关联模版只到LN级，应保证各类型虚端子所对应LN的数据（digital object, DO）及数据属性（digital attribute, DA）一致，比如电流为TCTR.Amp，电压为TVTR.Vol，刀开关位置为XSWI.Pos.stVal，开关位置为XCBR.Pos.stVal等。

2.3 SCD文件远景配置

智能变电站改扩建过程涉及二次设备的增加或原有二次设备的更换，两种情况均会影响跨间隔设备如母线保护装置的过程层配置。所以，需要对原有的SCD文件进行修改，SCD文件修改完成后需要重新生成母线保护装置的过程层配置文件，并下载至母线保护装置中。因为母线保护装置重新下载了过程层配置文件，且不好评估对母线保护装置过程配置的影响范围，所以一般需要对母线保护装置的所有间隔逐一进行过程层通信验证，工作量巨大。

SCD远景配置是解决上述问题的一个比较好的方法，主要针对跨间隔设备如母线保护装置，即母线保护装置在投运前按照最大可接入间隔数量进行过程层配置，保证远期改扩建间隔时不需要重新为母线保护装置下载过程层配置文件。

根据Q/GDW 11471—2015《智能变电站继电保护工程文件技术规范》的要求，智能变电站二次设备的过程层配置文件应具备循环冗余校验（cyclic redundancy check, CRC）码，以方便评估过程层配置文件是否发生变化，便于过程层配置文件的管理。

为实现改扩建间隔不影响母线保护装置的过程层配置文件的CRC码，需要满足以下条件：①各厂家二次设备的过程层发送数据集的控制块路径完全一致；②各厂家二次设备的过程层发送数据集的成员个数完全一致；③各厂家二次设备的过程层发送数据集的成员顺序完全一致；④各厂家二次设备的过程层发送数据集的成员定义完全一致。

在满足上述四个条件的前提下，可以将任一厂家的二次设备ICD（IED capability description）文件设定为模版ICD文件，以便对智能变电站中母线保护装置过程层配置文件进行远景配置。对于本期不存在的间隔，可以采用二次设备模版ICD文件进行替代，后期改扩建时再使用实际二次设备的ICD文件替换模版ICD文件，ICD文件的替换不会对母线保护装置的过程层配置文件产生影响。

2.4 小结

采用本文所提SCD文件配置方法后，SCD文件配置人员的主要工作内容为修改各二次设备的实例名、配置各二次设备的装置级关联关系及修改各二次设备的站控层报文名称等。改进后的SCD文件配置流程如图7所示。

图7 改进后的SCD文件配置流程

与图1所示SCD文件配置流程相比，改进后的配置工作量大大减少，同时也大大降低了SCD文件出错的风险。此外，因为采用SCD文件远景配置技术，所以实现了变电站远期改扩建过程中，母线保护装置不需要重新下装CCD/CID文件的目标，节省了调试时间，缩短了改扩建工期。以一个中等规模的220kV变电站为例，传统配置方法及本文所提配置方法的工作耗时对比见表6。

表6 SCD文件配置工作耗时对比 单位：人·日

3 结论

智能变电站中各二次设备间的信息交互均是基于SCD文件来实现的，所以SCD文件的正确性是智能变电站安全稳定运行的基础。提高SCD文件配置的标准化、自动化水平是保证SCD文件正确性的一个重要手段。本文所介绍的SCD文件配置方法，将智能二次设备的过程层虚端子配置工作由端子级配置层面提高到装置级配置层面，大大减少了过程层配置的工作量，通过SCD文件远景配置实现了母线保护装置的CCD/CID文件在变电站改扩建过程中保持不变的目标，减少了调试工作量，缩短了改扩建工期。

该SCD文件配置方法需要各厂家二次设备的过程层虚端子所对应的LN类型及实例号完全一致，以及GOOSE/SV发送数据集完全一致。GOOSE/SV发送数据集完全一致的要求比较容易实现，目前二次厂家主流的保护设备、智能终端及合并单元已可满足这一要求，从而达到SCD文件远景配置的目标。但是，过程层虚端子所对应的LN类型及实例号完全一致的要求，对现有二次设备的IEC 61850模型文件提出了更高的标准化要求，后期还需讨论制定相关的技术规范，以提供有力的技术支撑。

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A system configuration description file configuration method applied to intelligent substation

ZHANG Yongzhi1TANG Xiaohui1WU Qianjiang1WANG Fengguang2LÜ Hang2

(1. Zhongshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co., Ltd, Zhongshan, Guangdong 528400; 2. NR Electric Co., Ltd, Nanjing 211102)

The correctness of substation system configuration description (SCD) files is the basis for the safe and reliable operation of intelligent substation. In order to solve the problems of heavy workload and excessive manual participation of SCD file configuration, automatic configuration technology of SCD file is proposed. It includes three technologies of automatic configuration technology of station and process communication addresses of intelligent secondary devices, device-level configuration of process virtual terminal of intelligent secondary devices, and maximization configuration of SCD file, which reduces the workload of SCD file configuration, improves the automation level of SCD file configuration, reduces the scope of influence of frequent modification of the SCD file on the secondary devices during the modification and expansion of the substation, and ensures the safe and reliable operation of the intelligent substation.

substation configuration description (SCD) files; intelligent substation; process level; station level

2024-01-06

2024-02-01

张勇志（1980—），男，广东省中山市人，本科，主要从事电力系统继电保护技术工作。

广东省电力公司重点科技项目（GDKJXM20230712）