智能变电站SCD文件全模型扩展技术方案研究
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国网福建省电力有限公司、国网福建省电力有限公司电力科学研究院的研究人员郭健生、宋福海、翟博龙、晁武杰、胡文旺，在2019年第4期《电气技术》杂志上撰文指出，随着国网公司智能电网战略的实施，智能变电站SCD文件中二次系统的物理维护对象和操作对象缺乏有效模型描述的问题日益凸显，严重制约着智能变电站面向对象的高级应用的开发和应用。
本文首先分析了现有智能变电站SCD文件的现状，针对目前的问题，提出智能变电站SCD文件全模型扩展技术方案。通过在500kV东岗变的工程应用表明，该方案使得整个智能变电站二次系统具备了基于模型的对象管理的条件，为后期开发可视化运维、一键式安措和二次系统在线监测及智能诊断等高级应用打下坚实基础。
随着国网公司智能电网战略的实施，截至2018年福建已建成投产195座智能变电站。由于智能变电站是基于IEC 61850标准并采用大量光缆替代电缆，使得其二次回路（虚端子、虚回路）变成了“黑匣子”，导致整个二次系统深度依赖于变电站系统配置描述文件（system configuration description, SCD）。
但是在实际工程应用中，SCD文件还存在诸多问题，例如：缺少一次设备的模型和一、二次设备间的关联关系、没有逻辑通道（端口）与物理通道（端口）的对应关系等。这些问题的存在，给智能变电站内面向对象的高级应用的实现带来了很大困难。
因此，本文针对现阶段智能变电站二次系统的特征及存在的问题，分析现有工程SCD文件，提出智能变电站SCD文件全模型扩展技术方案，为实现智能变电站全面支持面向对象的高级应用打下坚实基础，在现阶段具有重大现实意义。
1 智能变电站SCD现状分析
智能变电站与常规变电站的最大区别是其二次系统深度依赖基于IEC 61850标准的SCD文件[4]。而IEC 61850标准采用面向对象的建模思想，体系极为庞大，架构设计及其灵活，理论上可方便的实现不同厂家设备间的互操作性。
鉴于不同厂家对标准的应用和理解存在偏差，国家电网公司组织编写《IEC 61850工程继电保护应用模型》，从继电保护专业领域规范了IED相关模型的应用要求，满足了工程上实现“互操作”的条件。但是IEC 61850标准主要是从通信机制上体现信号关联性，强调逻辑链路，弱化网络设备，从而导致智能变电站二次系统在模型描述机制上存在天然的不完整性，其部分物理维护对象和操作对象缺乏有效的模型描述方式。
目前存在的问题主要包括：①缺少一、二次设备的关联模型；②缺少交换机模型；③缺乏逻辑通道（端口）与物理通道（端口）的对应关系；④没有连接光缆和软压板等模型。这些问题的存在，使得基于模型的面向对象的高级应用功能难以实现。因此，需要根据工程应用实际，从二次系统运行维护、检修操作、故障分析的视角，进一步规范建模原则，研究智能变电站SCD文件全模型扩展技术方案。
2 智能变电站SCD文件全模型扩展技术方案
2.1 一次设备及一、二次拓扑关系建模方案
整体思路是根据国网福建公司发布的《智能变电站SSD建模技术规范（试行）》[10]的要求，首先对智能变电站内的一次设备进行建模，并建立一次设备之间的拓扑关系；然后将一次设备与二次设备进行关联建模形成SSD（system specification description）文件；最终集成到SCD文件中。
1）一次设备建模
结合变电站主接线图，应用间隔模块化图形技术方法，采用人工“组装”单线图的方法，建立一次设备之间的拓扑关系，并生成各类一次设备的模型文件。单线图配置界面如图1所示。
2）一、二次设备关联建模
（1）互感器次级建模
根据一次设备建模确定的互感器模型（包含电压互感器和电流互感器），补充配置互感器次级的详细信息，主要包含互感器次级名称、描述、精度、用途等基本信息。互感器次级建模配置界面如图2所示。
图1 单线图配置界面
图2 互感器次级建模配置界面
（2）互感器次级与合并单元关联建模
互感器次级通过合并单元将采样数据传输给保护等装置。因此，要建立互感器次级与保护等装置的采样信号传输关系，必须先将互感器次级与合并单元SV（sampled value）报文输出的相应采样通道进行一一关联。互感器次级与合并单元关联配置界面如图3所示。
图3 互感器次级与合并单元关联配置界面
（3）断路器与智能终端关联建模
断路器本体位置信息是通过智能终端的GOOSE（generic object oriented substation event）报文传输给保护等装置。因此，要建立断路器与保护等装置之间的位置信号传输关系，必须先将断路器本体位置信息与智能终端的GOOSE报文输出的相应通道进行一一关联。断路器与智能终端关联配置界面如图4所示。
图4 断路器与智能终端关联配置界面
2.2 交换机及通信网络拓扑关系建模方案
1）交换机建模
在智能变电站二次系统中，装置间还需通过大量交换机进行通信。本方案对IEC 61850标准中缺少的交换机模型进行补充建模。交换机建模时，本方案将站内所用交换机区分为过程层中心交换机和过程层间隔交换机。交换机建模配置界面如图5所示。
图5 交换机建模配置界面
2）交换机与交换机连接关系建模
本方案在建立间隔交换机与中心交换机的连接关系时，其连接关系主要包含：①两台交换机有连接关系的两个端口各自的端口编号；②光纤的光纤编号、两台交换机所在的屏柜以及电压等级等基本信息。交换机与交换机连接关系建模配置界面如图6所示。
图6 交换机与交换机连接关系建模配置界面
3）交换机与装置连接关系建模
针对相同的两台交换机与装置间可能存在多个端口连接的情况，结合端口传送信号的特点，本方案先将网络口分类定义为SV口、GOOSE口和SV+ GOOSE混合口3类，再建立交换机与装置之间的连接关系。交换机与装置连接关系建模配置界面如图7所示。
图7 交换机与装置连接关系建模配置界面
4）装置与装置连接关系建模
针对相同的两台装置间可能存在多个端口连接的情况，结合端口传送信号的特点，本方案先将端口分类定义为SV口，GOOSE口和SV+GOOSE混合口三类，再建立装置与装置之间的连接关系，同时定义装置间信号的传送方向（单向或双向）。装置与装置连接关系建模配置界面如图8所示。
图8 装置与装置连接关系建模配置界面
2.3 软压板建模方案
1）GOOSE输出软压板建模
通过解析SCD中IED（intelligent electronic device）装置模型的GOOSE输出软压板信息，并结合SCD文件中的虚回路信息，建立IED装置GOOSE输出回路与软压板之间的对应控制关系。建模配置界面如图9所示。
图9 GOOSE输出软压板建模配置界面
2）GOOSE输入软压板建模
通过解析SCD中IED装置模型的GOOSE输入软压板信息，并结合SCD文件中的虚回路信息，建立IED装置GOOSE输入回路与软压板之间的对应控制关系。建模配置界面如图10所示。
图10 GOOSE输入软压板建模配置界面
3）SV输入软压板建模
通过解析SCD中IED装置模型的SV输入软压板信息，并结合SCD文件中的虚回路信息，建立IED装置SV输入回路与软压板之间的对应控制关系。建模配置界面如图11所示。
图11 SV输入软压板建模配置界面
2.4 屏柜信息建模方案
1）模型设计
由于屏柜信息建模目前尚无任何规范支撑，同时为了保持SCD文件的规范性及考虑SCD文件的大小，本方案将屏柜信息建模为独立的屏柜信息模型文件，并在SCD模型文件中增加屏柜信息模型文件链接，以实现模型文件关联。SCD模型命名空间增加链接调整如图12所示。
图12 SCD模型命名空间
在SCD中扩充私有信息，增加屏柜信息模型文件链接及其CRC校验码信息，如图13所示。
图13 屏柜信息模型信息
本方案的屏柜信息采用XML文件格式进行建模。其中屏柜信息主要包含装置、压板、空开、回路端子等基本信息。具体内容见表1。
表1 屏柜信息内容
2）建模工具
本方案将屏柜信息建模功能集成到原有的SCD模型管理工具上，方便实现屏柜信息模型可视化建模及模型维护管理。系统配置器屏柜信息建模及维护界面如图14所示。屏柜信息模型如图15所示。
图14 系统配置器
图15 屏柜信息模型
本文首先分析了智能变电站SCD文件的现状，针对目前存在的问题，提出了智能变电站SCD文件全模型扩展技术方案，并在福建500kV东岗变实现工程应用。该方案扩展了二次系统模型描述机制，很好地解决了目前智能变电站二次系统中部分物理
维护对象和操作对象缺乏有效模型的问题，使得整个智能变电站二次系统具备了基于模型的对象管理的条件，为后期开发可视化运维、一键式安措和二次系统在线监测及智能诊断等高级应用方面打下了坚实基础。