颜宏文，洪峰

(1.国网湖南省电力公司常德分公司，湖南常德415000；2.国网湖南省电力公司，湖南长沙410004)

智能变电站配置文件自动化设计方法研究

颜宏文1，洪峰2

(1.国网湖南省电力公司常德分公司，湖南常德415000；2.国网湖南省电力公司，湖南长沙410004)

在国家电网公司已有标准的基础上，提出按智能变电站属性分类，整理并固化内在的二次电气量连接关系。通过对软件的开发设计，开展虚端子自动提取、虚回路自动连接和通讯信息自动划分等关键工作，实现配置文件的自动化配置。此系统设计实用性强、稳定可靠，可显著提高智能变电站的设计效率。

智能变电站；配置文件；动态识别；分配策略；自动化配置

近年来，智能变电站已经大规模投运，在坚强电网中发挥着骨干作用。作为变电站全生命周期的重要和关键阶段，如何在设计环节合理、高效地实现全站配置文件的自动化配置已成为亟需解决的问题。目前，设计单位在实际工作开展中主要表现为:1)缺乏集成工具，设计深度不满足，不能出具配置文件；2)采用部分设备商工具进行集成，使用不便捷，效率低下。针对上述问题，有必要设计开发一套从设计人员使用角度出发，方便易用的自动化配置方案。方案依托现行技术标准，通过变电站基本属性配置完成二次设备自动创建；结合相应的电气量传递关系，自动完成虚端子提取、识别和连接工作。同时，二次设备关键通讯参数 (IP/MAC/VLAN)基于规则自动分配。将设计结果按照IEC61850技术体系和国家电网公司技术标准自动集成为智能变电站配置文件 (SCD文件)，可有效解决当前设计效率低下，设计水平参差不起的问题，具备很好的借鉴和推广价值。

1 自动化配置方案简介

由于IEC61850标准的应用，智能变电站网络结构、设备配置、二次设备与一次设备的连接方式与传统变电站均发生了较大变化。智能变电站在功能逻辑上采用分层、开放布局，分为站控层、间隔层和过程层。其二次系统功能逻辑和信息传递绝大部分依赖IEC61850和光缆实现，通过各类配置文件 (SCD，CID，ICD)完成各类装置和系统信息交互。其中SCD文件作为变电站统一的数据源，包含一次系统结构和信息、间隔属性和配置、装置属性和配置和通信配置属性等。由此可见，二次系统设备的虚拟回路连接和参数配置已成为智能变电站二次设计的核心内容。通过对已颁布的设计规范的梳理，整理不同电压等级下典型设计方案对应的一次系统和二次系统的详细信息，归纳二次设备虚端子信息检索及提取规则，提炼二次设备之间电气量传递内容和关系，形成虚回路自动连接方法，总结通讯参数自动分配原则，从而实现智能变电站配置文件自动化配置。

2 自动化配置方案实现

2.1 自动化配置方案体系结构

本配置方案采用分层分布式设计原则，其核心是基于实时数据库的设计方案。利用该方案，设计时可即时、便捷的提取二次设备基本信息，通过内置规则自动化完成对应的设计工作，如集成配置文件、输出虚回路表、光缆清册等。方案共包含4层，从下往上分别为:硬件层、操作系统层、通用中间件层 (支撑平台)和应用软件层，如图1所示。

图1 方案体系结构

2.2 体系结构特点

1)面向设计人员开发，视角准确。应用层设计充分考虑实际设计工作需求，将业务逻辑和日常应用按需设置，具备较高的易用性。同时支持按照用户实际，在客户端定制化部署不同的应用，减少了对服务器的压力。

2)分布式的支撑平台。通过分布式实时数据库的应用，可实现多客户端同时间断面的数据和任务管理，便于高电压等级变电站设计的并行开展。

3)跨平台应用。通过对主流操作系统的支持，可实现最广泛的服务支持，同时实现在不同操作系统中设计数据的衔接和替换，便于用户跨平台应用。

4)安全稳定性。采用组件化思路的应用设计，使系统配置时不需要考虑非常高配置的服务器，符合当前设计单位现状。方案采用主备、双网等冗余配置，以保证系统安全可靠。

2.3 自动化配置实现流程

智能变电站配置文件自动化配置的技术流程如图2所示。

图2 自动化设计流程

步骤一:根据各电压等级下典型设计方案，梳理出各设计方案对应的一次系统主接线形式，二次设备的种类和数量，固化进入方案。

步骤二:根据设备之间的电气连接关系，梳理二次设备之间的信息流内容和走向，固化进入方案。

步骤三:归纳IED能力描述文件中虚端子检索及提取规则。

步骤四:梳理二次设备之间虚端子的连接规则，固化进入方案，但保留人工修改入口。

步骤五:实际设计时，首先通过选择一次参数，通过步骤一可实现二次设备种类和数量的自动设计。

步骤六:设计人员将待设计变电站实际装置的ICD文件导入至系统中。

步骤七:步骤六完成后，基于步骤二，三固化的内容，系统索引实际ICD文件中

步骤八:虚端子的各类信息，实现全站设备之间虚端子的自动化连接。同时保留人工连接虚端子的界面。

步骤九:步骤八完成后，通过系统实现通讯参数的自动分配。

步骤十:上述步骤完成后，完成全站配置文件的自动化集成。

2.4 关键技术阐述

2.4.1 ICD文件虚端子提取技术

解析IED能力描述文件，按照智能装置IED，访问点AccessPoint，服务器server，逻辑设备LD，逻辑节点LN的顺序逐层展开，将输入虚端子映射为数据库中已定义的InSignal模型类，输出端子映射为输出信号OutSignal模型类。同时将外部信号引用ExtRef映射为数据库中已定义Link模型类，描述的是从某IED的输出虚端子到另一IED的输入虚端子的通信关系 (即虚回路)。

考虑到后续环节需要，展示时将ICD模型文件中的信息元素及关键字符进行标注 (数据引用、中文描述、信号类型等)，为下一阶段虚回路的自动连接提供可检索和判别的关键依据。虚端子提取流程如图3所示。

图3 虚端子提取流程

2.4.2 二次设备电气量传递描述技术

在智能变电站中，不论是过程层与间隔层之间的数据交互，还是间隔层与站控层之间的数据交互，电气量传递内容和关系均具有明确的来源及去向，信息流向传输的路径确定，信息流与实体物理设备存在一一对应的关系。

通过已经生成的二次设备配置及二次设备之间确定的电气量流向路径，通过对间隔、设备模型的建立，关联模型之间数据的交互形成电气量流向数据通道，自动生成典型方案的电气量流向图。生成的电气量流向图包含单间隔内的电气量流向图、多间隔间电气量流向图、整个典型方案的电气量流向图。所提取的电气量流向规则展示如下:同间隔内过程层设备向间隔层设备上送SV采样信息；同间隔内过程层设备向间隔层设备上送GOOSE状态信息；同间隔内间隔层设备向过程层设备下送GOOSE跳闸信息；同间隔内间隔层设备向过程层设备下送GOOSE遥控信息；多间隔向公共间隔上送采样信息；公共间隔向多间隔下送跳闸信息。

2.4.3 虚回路连接识别技术

结合确定的电气量传递内容和关系，可实现标准虚回路的程序化设计。以750 kV智能变电站线路间隔为例，通过对设备代码、回路号和虚端子名称三个标识的联合锁定，实现线路保护与线路合并单元的虚回路标准化设计。

根据已经形成的电气量流量图中标示的数据流向确定两端二次设备的输入端与输出端，分类确定SV或者GOOSE信号，同时兼具不同类型信号相连接的禁止功能，即GOOSE信号只能与GOOSE信号自动连接，SV信号只能与SV信号自动连接。

根据流量图包含的信息及信号类型信息确定设备的虚端子路径的LN及DO属性，自动寻找对侧装置相匹配的LN及DO属性，另根据关键字符的筛选，自动完成典型方案虚回路的设计；同时考虑到部分信号的特殊性，保留人工配置界面完成虚回路配置的适当调整。

2.4.4 通信自动化配置

通信自动化配置主要包括三方面内容:IP地址自动配置；组播MAC地址自动配置；Vlan划分。

1)IP地址自动配置。IP地址分配可以根据需要选择B类预留地址 (172.16.∗.∗——172.31.∗.∗)或C类预留地址 (192.168.∗.∗)，按照国内工程实践习惯，采用B类地址作为预留地址。在子网掩码为255.255.0.0的前提下，根据子网掩码可以推算，IP地址中的第二段 (16－31)区分了不同的子网。IP地址的划分过程通过子网开始，要保证接入同一子网的网口分配属于同一网络段的IP地址 (即IP地址第二段相同的地址)。由子网找到与其相关联的所有的网口，分配连续的IP地址。

对于双网独立IP地址的分配，双重化的网络A网、B网分属不同的网段，即不同的子网，其网络号分别是192.168.0.0和193.168.0.0。对于同一个装置的两个端口的冗余方案，采用网段不同，低位IP地址相同的分配方式，以智能装置1为例，两个端口的 IP地址 192.168.0.1，193.168.0.1，低位IP地址相同，如图4所示。

图4 装置双网配置示意

2)组播MAC地址自动配置。IEC 61850中明确定义了采样值传输 (SV)模型和通用面向对象的变电站事件 (GOOSE)模型应用于这两种报文的建模，并提供了相关的抽象通信服务。参照IEC 61850-8-1中建议的多播地址范围，见表1。

表1 地址范围表

系统中多播地址按照装置的控制块进行划分，每个控制块对应一个多播地址。

3)Vlan划分。IEC 61850标准中各种服务类型的报文均使用多播MAC地址。交换机在缺省的情况下会将多播报文全网广播，这虽然能保证报文传输的实时性，也能保证报文能够送达目的装置，但也造成装置收到大量与自身无关的报文，特别是网络中有采样报文时，往往会造成装置CPU过载。需要多播报文过滤，即从大量的网络报文中接收需要的报文，丢弃不需要的报文。目前常用的多播报文技术是虚拟局域网 (VLAN)、GMRP，而变电站多采用基于交换机端口VLAN划分技术，如图5所示。

图5 交换机VLAN划分

3 自动化配置实际应用效果

基于本方案开发的设计软件自投入使用后，取得良好的效果。以典型220 kV变电站和110 kV变电站二次部分配置文件设计为例，采用前后的对比见表2。

表2 自动化配置前后工时对比

方案实现了自动化集成智能变电站系统配置文件 (SCD)，将设计人员从繁琐的拼接、对应和校对的重复性工作中释放出来，显著提高工作效率。设计成品可直接供给智能设备厂家导入智能设备，使设计深度达到可全面指导智能变电站二次设备的安装调试，改变了目前由于设计深度不足导致的边调试边修改的现状，理顺了前后环节的配合关系，缩短建设工期，便于建设、运维工作的开展，实现“最大化工厂工作量，最小化现场工作量”。

4 结论

智能变电站配置文件自动化设计方法具有如下优势:

1)基于国家电网公司变电站设计规范和标准化智能装置开展虚回路设计和配置文件集成，有利于逐步引导各厂家智能装置虚端子定义贴近国网标准化要求。

2)可脱离实际的智能装置，实现变电站整体虚回路预定制。

3)避免设计错误，有利于保证智能变电站配置文件的准确性和完整性。

4)设计工作更加主动，有利于提高智能变电站设计效率，大大减轻设计工作量。

该方法已在不同电压等级多个智能变电站开展实际设计，均取得了良好的实际效果。

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Research on Automatic Design Method of Configuration Files for Smart Substation

YAN Hongwen1，HONG Feng2
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Changde Power Supply Company， Changde 415000， China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation， Changsha 410004， China)

Based on the standard of state Grid corporation，this paper presents attributing the intelligent substation，sorting and curing the internal secondary electrical quantity connection relationship.Through the development of software，automatic extraction of virtual terminals， automatic connection of virtual loop， automatic division of communication information and other critical works， it achieves the configuration file automation configuration.This design of system is practical， stable and reliable.And it can significantly improve the design effectiveness of the configuration files for smart substation.

smart substation； configuration file； dynamic identification； allocation strategy； automation configuration

TM76

B

1008-0198(2017)05-0060-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.05.015

2017-07-27 改回日期:2017-08-21

洪峰(1984)，男，博士，工程师，从事电气工程管理、电力系统自动化分析工作。

吴小忠(1974)，男，硕士，高级工程师，从事电气工程管理工作。