解决方案︱基于“六统一”规范的虚端子连线批量自动校验的方法和设计
中国电工技术学会定于2016年9月26~27日在安徽省合肥市举办“2016第五届新能源发电系统技术创新大会”（原“分布式发电与微电网技术大会”），主题为“能源互联网关键技术、储能电站与微电网建设”。
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扬州供电公司、江苏省电力公司经济技术研究院、南京五采智电电力科技有限公司的研究人员石慧、姬慧、李妍、李鹏、刘战朋，在2016年第6期《电气技术》杂志上撰文，针对目前智能变电站在SCD配置阶段缺少虚端子连线离线校验检测，需要现场人员通过大量的试验在线验证连接关系的正确性，本文提出了一种虚端子连线批量的自动校验方法。
该方法基于“六统一”规范，建立了虚端子连接标准模板库，可将SCD文件的虚端子连线与虚端子连接模板库逐个校验比对，并将校验结果展示给客户，将人工经验和人工调试校验端子连线的过程，转换为软件自动校验的过程，提出了一种全新的校验模式和机制，填补了虚端子校验领域的空白，提高了虚端子校验的快速性和准确性。
在二次系统中继电保护的正确动作不仅取决于微机保护本身逻辑算法的正确性，也不仅取决于保护装置本身质量的稳定性，更为重要的是在现场二次回路的接线正确与否，因为保护一经通过入网检测，软件硬件本身都已经经过认证，在当前的技术条件下，量产后产品本身的缺陷率相对较低，带来问题往往是现场的二次回路问题。
智能变电站中，二次回路通过光纤通讯来实现，相比于传统的电气连接，有着天然的优势：减少了长距离电缆和屏间电缆，节省成本和管道面积；解决了信号电缆传输过程中的电磁干扰问题，增加通讯可靠性；可通过网络报文实现信号传输回路自检，实现传输回路状态检修，避免了传统电缆回路接触不可靠时无法自检的缺点。
虽然智能变电站相比于常规变电站的二次回路具有很多优势，但是也存在无法直观校验的问题。智能站中的二次回路是通过虚端子连接来实现的，并通过SCL语言存储在系统配置描述（SCD）文件中，包含了所有设备的运行信息，包括站内各IED的数据信息、数据类型、通信参数、控制块参数、装置间的回路关系尤其是跳合闸、采样等关键的连接关系。
二次连接调试过程如下：一般由设计院完成SCD系统配置（当前实际情况多由集成商完成SCD系统配置，设计院仅提供虚端子连线EXCEL表格），各厂家依据SCD生成配置文件下载至各自装置中，调试人员依据设计院（当前多为集成商）的SCD文件对虚端子连线进行在线验证。
可以看出，智能站调试关键的一步在于需要人工核对虚端子连线的正确与否，如果能在系统配置阶段，离线对SCD的虚端子连线进行校验检查，这将大大减轻或者至少有利于现场的调试工作，但是由于各个厂家的虚端子并不统一，并不方便进行比较校验。
国网公司最新编制的“六统一”规范将智能站保护的虚端子进行了规定[1]，统一了各个设备厂家的二次接口，从而使自动校验虚端子连线成为可能。
1 虚端子连线校验的理论基础
在“六统一”规范之前，各个二次厂家的虚端子数目不统一，类型不统一，描述不统一，由于虚端子的不统一造成了各个设备之间的虚端子连接复杂化、差异化，在二次设备集成过程中，设计人员需要了解各个虚端子的含义才能准确连接，虚端子设计效率和准确性也因此相对低下。基于以上原因，无法完成SCD的虚端子连线自动校验。
国家电网公司2007年对220kV及以上电压等级常规站保护装置进行了输入输出量、压板、端子、报吿和定值的“六统一”规范，同样的，2012年对110kV及以下电压等级进行了“六统一”规范，并在公司系统内得到广泛应用。
随着智能变电站的推广和应用，智能站保护装置也需要进行“六统一”规范，因此国网公司于2012年相继开展了220kV及以上和110kV及以下电压等级的“六统一”规范修订工作。新“六统一”规范针对智能站保护的特点，除对传统的输入输出量进行规定外，也同时对虚端子接口进行了统一，这就为虚端子连线的自动校验提供了理论基础。
以新“六统一”规范中双母线线路保护为例进行说明标准的输入和输出虚端子[1],针对双母线线路保护的特点最大化的设计了输入和输出的虚端子描述，对于输出虚端子还附带了引用名，如图1和图2：
图1 双母线线路保护标准虚输入端子图
图2 双母线线路保护标准虚输出端子图
2 虚端子连线自动校验的软件设计
2.1 总体结构设计
虚端子连线自动校验软件由标准虚端子连线配置部分、SCD解析和虚端子连线校验部分和校验输出结果输出和展示部分组成，如图3所示。
图3 虚端子连线自动校验软件框架图
标准虚端子连线配置包括标准虚端子模板库，虚端子配置模块，虚端子连接模板库。
SCD解析和虚端子校验包括SCD解析模块，IED与模板匹配模块，虚端子校验模块。
校验输出结果和展示主要包括校验输出和展示模块。
2.2 标准虚端子连线配置
标准虚端子的连线配置阶段的操作流程，如图4所示：
图4 标准虚端子连线配置
2.2.1 建立标准虚端子模板库
根据“六统一”规范文件对各类型设备的虚端子接口定义，创建各类型设备的接口定义，每个设备类型包括输出数据集dsGOOSE和dsSV和输入数据集dsGOOSEIn和dsSVIn(输入数据集类似于输出数据集，是所有输入路径的数据集合) [2]，合并输入和输出数据集从而创建标准设备模板，设备标准模板是模板虚端子连接的子元素，因此需要保证与“六统一”规范的描述完全一致，才能确保后续校验的正确性。
2.2.2 虚端子连接配置
标准虚端子连接需要基于上一步完成的标准设备模板进行连接创建，并保存成虚端子连线模板。
2.2.3 建立虚端子连线模板库
（1）虚端子连线模板库的存储方式
虚端子连线模板的存储需要考虑到不同电压等级，不同主接线方式设备虚端子接口的差异性以及带来的虚端子连线差异性将通过3级索引的方式进行存储。
1）电压等级：包括10kV、35kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV等。
2）接线方式：包括单母线、单母分段、单母3分段、双母线、双母线双分段、双母线单分段、3/2接线等。
3）设备类型：包括线路保护、母线保护、变压器保护、断路器保护、短引线保护、母联（分段）保护、电容器保护、所用变（接地变）保护、电抗器保护、合并单元、智能终端等。
举例说明，对220kV双母线线路保护的虚端子连线模板，需要通过220kV\双母线\线路保护3级索引的方式进行存储，存储内容为该设备作为接收方的SV连接和GOOSE连接，在虚端子连接模板的首次创建中需要手动连线完成，因此不断建立和完善标准虚端子连接模板库是后续虚端子连线校验的基础。
（2）标准虚端子连接模板的匹配关键字[3-5]
对于SCD文件各个IED的连线进行批量校验时，如何对每个IED找到相应的模板是最大的难点，本文提出了依据IED描述和IEDname作为关键字进行匹配查找的方式进行解决，关键字的提取是在上一步创建标准连接模板时自动提取的。
举例说明，对220kV双母线线路保护的虚端子连线模板，其虚端子连线需要通过220kV\双母线\线路保护3级索引的方式进行存储，关键字则依靠存储索引自动提取，考虑到工程实际，IED描述提取关键字为：220kV线保护；IEDname提取关键字为：PL22，如果能引入接线方式（第5步完成），那么关键字与路径索引就会形成固定且唯一的对应关系，匹配成功后则会通过路径索引找到对应的虚端子连接模板文件。
2.3 SCD虚端子解析与校验
SCD虚端子解析与校验阶段的操作流程，如图5所示。
图5 SCD虚端子解析与校验
2.3.1SCD文件解析
通过SCD的IED解析模块，获取所有站内的IED列表，解析IED包括IED描述和IEDname。
通过SCD的Inputs解析模块，获取所有站内IED的inputs信息，并根据索引路径找到发送侧和接收侧的描述的映射关系。
2.3.2IED与标准虚端子连接模板的匹配
根据SCD文件中解析的IED列表，包括IED描述和IEDname，通过IED与模板的匹配模块进行依次匹配。匹配原则可以根据用户需要定义，可以优先根据IED描述再根据IEDname匹配，也可以优先根据IEDname再根据IED描述匹配，或者两者同时进行匹配。
（1）优先根据IED描述再根据IEDname匹配
先根据IED描述关键字进行匹配，匹配成功则形成绑定关系；匹配不成功，则根据IEDname进行匹配，匹配成功则形成绑定关系；匹配不成功，则提示未匹配成功信息。
（2）优先根据IEDname再根据IED描述匹配
先根据IEDname进行匹配，匹配成功则形成绑定关系；匹配不成功，则根据IED描述关键字进行匹配，匹配成功则形成绑定关系；匹配不成功，则提示未匹配成功信息。
（3）IED描述与IEDname同时匹配
先根据IED描述关键字进行匹配，匹配成功则对IEDname进行匹配，匹配成功则形成绑定关系；其他情况则认为匹配不成功，提示未匹配成功信息。
举例说明：对PL2201：220kV南琴线保护，根据IED描述关键字“220kV 线保护”和“220kV为双母线接线”，则会完成“220kV南琴线保护”与“220kV双母线线路保护模板”的匹配关系。根据IEDname“PL22”和“220kV为双母线接线”也会完成“PL2201”与“220kV双母线线路保护模板”的匹配关系。
（4）模板匹配的修正
对于模板匹配没有成功或者匹配错误的可通过人工修正环节完成，从而保证模板匹配的准确性。
举例说明：对于PZ1001：10kV备自投保护，未找到对应的模板，自动匹配失败，可通过人工修正的方式与“10kV单母分段备自投模板”匹配。
（5）虚端子连接校验
基于以上步骤，SCD文件中的IED已经与对应的模板建立捆绑关系，可以进行虚端子连接校验。虚端子校验根据描述匹配的原则对所有IED的虚端子连线依次校验，并生成校验结果。
2.4 校验输出结果与展示
对于虚端子校验结果进行直观的界面展示，对差异部分进行颜色标示，展示效果见图6。
图6 SCD虚端子校验输出和展示
3 结论
本文基于“六统一”规范提出了一种智能变电虚端子的校验方法，通过软件和高级语言技术，采用图形化方法将设计规则转换为可执行和可检测软件方式。
虚端子自动校验软件构建了虚端子连接模板库，并可以随时补充和修订，采用比对技术，将SCD文件的虚端子连线与虚端子连接模板库逐个校验并将结果展示给客户，将人工经验和人工调试校验端子连线的过程，转换为软件自动校验的过程，提升虚端子校验的效率和速度，保证了虚端子连接的准确性，从而降低了现场调试的时间和人力成本的浪费。