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(1.上海交通大學，上海 200240；2.國網(wǎng)上海電力公司，上海 200122)

0 引 言

智能變電站是基于先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能電子設(shè)備(Intelligent Electronic Device，IED)，以變電站信息數(shù)字化、通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、計量、保護、控制和監(jiān)測等功能，實現(xiàn)電網(wǎng)自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的新型變電站[1]。與常規(guī)變電站相比，智能變電站用光信號代替電信號，通過配置文件的形式描述了各智能電子設(shè)備之間信息的流向。傳統(tǒng)的采樣信號、跳閘出口、啟動失靈等模擬信號轉(zhuǎn)而通過GOOSE網(wǎng)、SV網(wǎng)報文的形式進行傳送，傳統(tǒng)二次圖紙變成配置文件的形式，這對變電站運維檢修工作提出了新的要求。

智能變電站配置文件定義了全體智能電子設(shè)備的配置情況、信息通信等信息，是智能變電站二次系統(tǒng)運行的依據(jù)，也是現(xiàn)階段電網(wǎng)運維單位研究的重要內(nèi)容。

1 智能變電站配置文件體系

1.1 IED功能描述文件

智能電子設(shè)備功能描述文件(IED Capability Description, ICD)是智能電子設(shè)備的功能描述文件。IEC61850標準中對ICD文件進行了描述，ICD文件用于在設(shè)備配置工具和智能電子設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)交換，其主要是對智能電子設(shè)備進行功能描述[2]。

1.2 IED實例配置文件

IED實例配置文件(Configured IED Description file, CID)詳細描述了如何對智能電子設(shè)備進行功能配置，它的文件內(nèi)容與ICD文件類似，是智能電子設(shè)備在不同工程中的實例化描述。

1.3 系統(tǒng)規(guī)范描述文件

變電站系統(tǒng)規(guī)范描述文件(System Specification Description, SSD)主要用于描述變電站開關(guān)場一次系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)，以及相關(guān)聯(lián)的邏輯設(shè)備和邏輯節(jié)點。SSD文件通常包含在變電站功能配置文件(SCD)中，為SCD文件提供變電站一次接線等信息[3]。

1.4 變電站功能配置文件

變電站功能配置文件(System Configuration Description, SCD)是智能變電站功能配置文件，它將孤立的智能電子設(shè)備與變電站自動化系統(tǒng)銜接起來，在智能變電站配置文件體系中占據(jù)核心地位。SCD文件包含了智能變電站所有設(shè)備的結(jié)構(gòu)和布局，是智能變電站配置文件管控的關(guān)鍵，也是研究的主要內(nèi)容。

1.5 配置文件流轉(zhuǎn)過程

在工程實例中，智能變電站配置文件流轉(zhuǎn)過程如圖1所示。設(shè)備制造廠商向工程集成商提供智能電子設(shè)備的ICD文件；設(shè)計單位負責根據(jù)變電站一次接線圖等實際需求生成初始SSD文件；集成商通過讀取各智能電子裝置的ICD文件，根據(jù)實際情況對全站通訊信息進行配置，生成系統(tǒng)配置描述文件SCD；各產(chǎn)品制造商拿到統(tǒng)一的SCD文件，從中導(dǎo)出本工程實例化的CID文件，下發(fā)到設(shè)備中。

圖1 智能變電站配置文件流轉(zhuǎn)過程圖

2 智能變電站SCD文件解析

鑒于SCD文件在智能變電站配置文件體系中的重要地位，現(xiàn)有的智能變電站配置文件管控系統(tǒng)主要以SCD文件為管控對象。和其他配置文件一樣，SCD文件本質(zhì)上是通過變電站配置描述語言(Substation Configuration description Language，SCL)編譯的XML格式文件。

IEC 61850-6中對其格式作出了詳細的規(guī)定，SCD文件以一個XML-EBNF元素開始，接著定義了智能變電站二次系統(tǒng)配置和版本信息、變電站描述、智能電子設(shè)備描述、通信系統(tǒng)描述等元素。

2.1 配置版本信息

SCD文件頭文件部分用于標識一個SCD文件的配置和版本信息，規(guī)定了有關(guān)名稱與信號之間的映射關(guān)系。IEC 61850-7中規(guī)定了四個版本參數(shù)用于SCD文件的版本追蹤，分別是配置(CF)屬性變量版本參數(shù)valRev、定值參數(shù)版本參數(shù)paramRev、模型配置版本參數(shù)configRev和通信配置版本參數(shù)confRev[4]，當SCD文件內(nèi)容發(fā)生變更時，對應(yīng)版本參數(shù)將發(fā)生改變。

2.2 變電站描述

變電站部分用于描述一個變電站的功能和結(jié)構(gòu)，同時對一次設(shè)備和它們彼此的電氣連接關(guān)系進行標注，一般包含其邏輯接點、電壓等級、一次設(shè)備等元素內(nèi)容。

2.3 智能電子設(shè)備描述

智能電子設(shè)備部分對智能電子設(shè)備的訪問點、邏輯設(shè)備模型以及邏輯節(jié)點等內(nèi)容進行了定義，實際工程中SCD文件的智能電子設(shè)備描述與站內(nèi)設(shè)備一一對應(yīng)[5]。

與其他字段相比，智能電子設(shè)備部分增加了路由功能。智能電子設(shè)備通過路由功能將不同子網(wǎng)連接起來，時間同步報文、GOOSE報文、SV報文等實時報文可在子網(wǎng)內(nèi)傳播，其他報文可以通過跨網(wǎng)傳播的過程中可能會增加時延。

2.4 通信系統(tǒng)描述

通信系統(tǒng)描述的是智能電子設(shè)備連接至公共子網(wǎng)絡(luò)的配置情況，同時還對變電站過程層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行了定義。

3 虛端子技術(shù)

3.1 虛端子概念

在傳統(tǒng)變電站中，保護裝置上的各采樣值、開關(guān)量、跳合閘出口都與保護屏柜內(nèi)的電流、電壓、開入開出等端子排一一對應(yīng)。保護裝置與一次設(shè)備之間的采樣、跳合閘出口都是通過端對端的電纜實現(xiàn)的。在智能變電站中，合并單元、智能終端的應(yīng)用使得各智能電子設(shè)備的通信轉(zhuǎn)而采用GOOSE、SV報文通過點對點或交換機網(wǎng)絡(luò)形式傳輸，在一根光纖內(nèi)同時傳輸多路數(shù)字信號，原有傳統(tǒng)的實體端子不復(fù)存在。

為了便于形象地理解智能變電站信息交互情況，國內(nèi)在智能變電站工程實例中引入虛端子的概念[6]。虛端子技術(shù)用于標識智能電子設(shè)備二次信息的傳輸路徑，是GOOSE/SV輸入輸出信號及連接點的總稱，等同于傳統(tǒng)變電站的端子排。

3.2 虛端子與IED模型

在SCD文件中，每個智能電子設(shè)備應(yīng)對應(yīng)一個IED模型，智能站二次系統(tǒng)采用組播通信，因此每個IED對象應(yīng)至少包含一個服務(wù)器(server)對象，每個服務(wù)器對象至少包含一個邏輯設(shè)備(LD)對象，每個邏輯設(shè)備對象包含LLN0、LPHD、其他應(yīng)用節(jié)點等至少三個邏輯節(jié)點(LN)對象。

在通信時，GOOSE虛端子連接至數(shù)據(jù)屬性(DA)一級，引用路徑為LD/LN**.DO**.DA；SV虛端子連接至數(shù)據(jù)對象(DO)級，其引用路徑為LD/LN**.DO**[7]。系統(tǒng)配置時，在邏輯設(shè)備對象的LLN0節(jié)點中定義該設(shè)備GOOSE/SV接線，每條接線包含該邏輯設(shè)備內(nèi)部輸入虛端子信號和外部裝置的輸出信號，兩者一一對應(yīng)。

由于智能變電站只是改變了信息傳輸?shù)姆绞剑]有改變保護設(shè)備原理，所以每臺保護裝置的GOOSE/SV傳輸通道與傳統(tǒng)保護之間仍然存在對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)《IEC 61850工程繼電保護應(yīng)用模型》，GOOSE/SV報文引用路徑應(yīng)與兩個IED對象對應(yīng)，每個IED對象至少應(yīng)包含一個邏輯設(shè)備對象[8]。

3.3 虛端子應(yīng)用實例

圖2所示為上海某智能變電站220千伏閔北一線線路保護部分虛端子信息，線路保護為間隔層設(shè)備，既需要接收SV采樣報文，又需要收發(fā)GOOSE網(wǎng)、SV網(wǎng)報文，因此線路保護有PIGO和PISV兩種邏輯設(shè)備。PIGO內(nèi)包含保護裝置GOOSE網(wǎng)過程層接口，用于接收智能終端上傳的開關(guān)、閘刀的位置信息，PISV內(nèi)含過程層SV網(wǎng)接口，用于接收合并單元輸出的電流電壓等采樣信息。

圖2 上海某智能變電站220千伏線路保護單元虛端子信息

4 智能變電站配置文件管控方案

4.1 配置文件管控現(xiàn)狀

智能站配置文件對智能變電站安全運行至關(guān)重要，然而在實際智能變電站工程中，需要頻繁對SCD文件進行修改，往往造成SCD版本與實際運行版本不一致等問題，對SCD文件管理造成很大不便。

經(jīng)過調(diào)研，目前智能變電站配置文件管控主要存在以下問題：

1) 缺乏統(tǒng)一存儲。工程中配置文件普遍存在存放混亂現(xiàn)象，個別工程甚至出現(xiàn)資料丟失等情況；

2) 缺少作業(yè)手段。過分依賴廠商，缺少對配置文件進行查閱、修改等技術(shù)手段；

3) 缺乏安全保障。惡意攻擊、意外刪除、硬盤損壞等問題都有可能造成文件無法恢復(fù)；

4) 多人協(xié)作困難。文件的提交、審核等環(huán)節(jié)缺少規(guī)范化的流轉(zhuǎn)，多人協(xié)作缺乏沖突機制；

5) 檢索效率低下。缺乏有效檢索手段，隨著文件的增多，文件的查詢、調(diào)閱需要花費大量的時間，工作效率低下；

6) 版本管理混亂。配置文件經(jīng)常通過網(wǎng)絡(luò)進行流轉(zhuǎn)，極易引起混亂，版本唯一性得不到保障。

4.2 配置文件管控要求

隨著智能站的大規(guī)模并網(wǎng)運行，配置文件管控變得迫在眉睫。2015年5月，國家電網(wǎng)公司發(fā)布《智能變電站配置文件管理規(guī)定》，對各種配置文件的管理方式進行了規(guī)范。其中要求運維單位應(yīng)對修改人員、時間、目的及修改內(nèi)容等信息進行記錄，修改后的配置文件應(yīng)通過校驗及審核后方能歸檔，配置文件下裝時,應(yīng)進行相應(yīng)驗證,并履行相關(guān)手續(xù)等[9]。

4.3 基于虛端子技術(shù)的配置文件校驗

前文已經(jīng)介紹了智能變電站虛端子技術(shù)，基于虛端子技術(shù)的配置文件校驗通過對虛端子生成CRC校驗碼，進而判斷不同配置文件的虛端子變化情況。循環(huán)冗余校驗碼(CRC)是利用循環(huán)碼的誤碼檢測特性進行誤碼檢測的一種檢測技術(shù)[10]。CRC技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信和數(shù)據(jù)處理軟件中，其特點是檢錯能力強、消耗資源少。通過對虛端子進行CRC驗證，可以發(fā)現(xiàn)不同文件中虛端子變化情況。

根據(jù)智能站自動化分層分區(qū)概念，虛端子配置CRC碼分為IED CRC編碼和全站SCD CRC編碼，分別用于智能電子設(shè)備配置管理和SCD文件配置管理，其關(guān)系如圖3所示。每個智能電子設(shè)備對應(yīng)一個IED CRC碼，該CRC碼只與裝置虛端子連接和參數(shù)配置有關(guān)，當其他不相連設(shè)備虛端子發(fā)生變化時，本裝置CRC碼不發(fā)生變化。全站CRC碼反應(yīng)全站智能設(shè)備虛端子配置，當站內(nèi)任何設(shè)備虛端子發(fā)生變化時，該CRC碼就會發(fā)生改變，從而保證智能站配置文件前后一致性。

圖3 智能變電站CRC校驗碼關(guān)系圖

利用CRC技術(shù)生成虛端子循環(huán)冗余校驗碼可以實現(xiàn)對智能變電站配置文件虛端子的離線管理，其中虛端子循環(huán)冗余校驗碼只與虛端子配置有關(guān)，其他修改不會影響虛端子CRC碼。其具體操作方式如圖4所示。

圖4 SCD文件CRC校驗流程圖

首先，運維人員將初始版本SCD文件上傳至管理模塊，管理模塊對SCD文件進行解析，并完成完整性分析、語義、語法校驗等工作，然后將SCD文件中虛端子信息轉(zhuǎn)換成二進制形式；

其次，選擇CRC生成多項式及對應(yīng)算法。多項式可選擇標準32位多項式，如x32+x26+x23+…+x2+x+1等，將CRC生成多項式與二進制信息應(yīng)用到算法中，得到對應(yīng)的CRC校驗碼。與系統(tǒng)中原IED中的CRC校驗碼進行比對；

最后，實現(xiàn)CRC結(jié)果入庫和SCD文件上傳保存。

5 結(jié) 語

基于虛端子技術(shù)的配置文件管控方案實現(xiàn)了智能變電站配置文件的靜態(tài)管理，但是當智能電子設(shè)備配置信息發(fā)生變化時無法實現(xiàn)二次設(shè)備運行狀態(tài)的在線監(jiān)測。IEC 61850第二版中對裝置輸出配置文件等功能進行了規(guī)定，未來智能變電站MMS網(wǎng)可以在站控層實時查看裝置配置信息，隨著規(guī)范的應(yīng)用和更新，未來智能變電站的配置文件管理將更加透明和可控。

參考文獻:

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[10] 廖海紅. 通信系統(tǒng)中的CRC算法的研究和工程實現(xiàn)[D]. 北京:北京郵電大學, 2006.