智能變電站將常規(guī)變電站復(fù)雜的二次接線轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了二次回路數(shù)字化，這一變化導(dǎo)致常規(guī)的二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法發(fā)生了質(zhì)的改變。針對(duì)典型的變電站一次主接線設(shè)計(jì)，常規(guī)變電站可以復(fù)用典型設(shè)計(jì)方案的工程圖紙，指導(dǎo)變電站二次回路施工，而智能變電站的二次回路已實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，更利于復(fù)用二次系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)方案。

但是，目前智能變電站的工程設(shè)計(jì)及實(shí)施過(guò)程未充分利用這一優(yōu)勢(shì)，仍在重復(fù)集成工作，沒(méi)有繼承已有智能站工程配置成果，導(dǎo)致智能變電站集成標(biāo)準(zhǔn)化水平偏低、集成效率及質(zhì)量較差，迫切需要研究智能變電站集成優(yōu)化方案。

近年來(lái)我國(guó)變電站標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范日趨完善，為提高二次設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化水平，國(guó)家電網(wǎng)公司及南方電網(wǎng)公司已經(jīng)發(fā)布了保護(hù)、測(cè)控、智能終端、合并單元等二次設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范，規(guī)范了設(shè)備的技術(shù)原則、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、信息規(guī)范及虛端子等，這些規(guī)范的制定為智能變電站配置文件模板的標(biāo)準(zhǔn)化復(fù)用機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

目前國(guó)內(nèi)智能變電站配置優(yōu)化研究工作主要集中在基于設(shè)計(jì)規(guī)范的虛回路自動(dòng)配置，并未涵蓋系統(tǒng)配置描述（substation configuration description, SCD）文件配置全環(huán)節(jié)。鑒于此，本文提出一種基于模板復(fù)用的智能變電站SCD文件自動(dòng)配置方案，基于各典型變電站設(shè)計(jì)方案配置全站間隔層及過(guò)程層設(shè)備，完成設(shè)備通信配置及虛端子連線，形成不同變電站典型設(shè)計(jì)方案對(duì)應(yīng)的SCD文件模板。根據(jù)實(shí)際工程選取SCD文件模板并導(dǎo)入實(shí)際工程配置的二次設(shè)備模型，再基于標(biāo)準(zhǔn)化虛端子名稱(chēng)更新虛端子連線關(guān)系，即完成SCD配置。

本文首先分析智能變電站SCD配置的主要工作，在此基礎(chǔ)上針對(duì)性地提出基于SCD模板復(fù)用的自動(dòng)配置方案，并結(jié)合工程示例說(shuō)明具體實(shí)施方案，最后給出方案評(píng)價(jià)及工作展望。

1 SCD配置工作分析

首先，分析智能變電站SCD配置需要做的主要工作，作為后續(xù)制定自動(dòng)配置方案的依據(jù)。智能變電站工程集成工作主要包含通信子網(wǎng)的劃分、二次設(shè)備命名、站控層、過(guò)程層通信地址分配、虛端子連線等。

1）通信子網(wǎng)配置

通信子網(wǎng)配置示例如圖1所示。通信子網(wǎng)配置與變電站的網(wǎng)絡(luò)方式相關(guān)，如采用數(shù)字采樣、數(shù)字跳閘方案的變電站，除配置站控層制造報(bào)文規(guī)范（manufacturing message specification, MMS）網(wǎng)絡(luò)外，還需配置面向通用對(duì)象的變電站事件（general object oriented substation event, GOOSE）及采樣值（sampled value, SV）網(wǎng)絡(luò)。而如果采用常規(guī)采樣、數(shù)字跳閘方案，則無(wú)需配置SV網(wǎng)絡(luò)。所以，確定了變電站二次設(shè)備采樣跳閘方式，就基本可以確定通信子網(wǎng)配置。

圖1 通信子網(wǎng)配置示例

根據(jù)變電站各電壓等級(jí)主接線方式，按設(shè)計(jì)規(guī)范確定相關(guān)二次設(shè)備配置方案，然后按實(shí)際工程設(shè)備具體配置情況導(dǎo)入各智能電子設(shè)備（intelligent electronic device, IED）模型，二次設(shè)備的實(shí)例化工作包括IED命名、站控層及過(guò)程層通信地址配置。

2）二次設(shè)備命名

根據(jù)DL/T 1873—2018《智能變電站系統(tǒng)配置描述（SCD）文件技術(shù)規(guī)范》定義的IED Name命名原則，采用5層結(jié)構(gòu)命名：IED類(lèi)型、歸屬設(shè)備類(lèi)型、電壓等級(jí)、歸屬設(shè)備編號(hào)、間隔內(nèi)同類(lèi)裝置序號(hào)。IED Name由上述5個(gè)部分按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況自由組合而成，如將220kV第二套線路保護(hù)命名為PL2201B。

3）通信地址分配

在此基礎(chǔ)上分別進(jìn)行二次設(shè)備的站控層IP地址、過(guò)程層GOOSE及SV組播地址配置工作，分別如圖2、圖3和圖4所示。

圖2 二次設(shè)備站控層通信地址配置示例

圖3 過(guò)程層GOOSE組播地址配置示例

以一個(gè)中等規(guī)模的220kV變電站為例，二次設(shè)備數(shù)量超過(guò)100個(gè)，逐一為二次設(shè)備命名及配置站控層通信地址工作量較大。

圖4 二次設(shè)備過(guò)程層SV組播地址配置

4）虛端子連線

下一步工作是配置二次設(shè)備的虛端子連線，這也與二次設(shè)備采樣跳閘方式有關(guān)，需要按照設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行保護(hù)間、保護(hù)與合并單元（數(shù)字采樣方式）及智能終端（數(shù)字跳閘方式）間的虛端子連線，圖5為線路保護(hù)GOOSE虛端子連接配置示例，內(nèi)部信號(hào)為線路保護(hù)輸入虛端子，外部信號(hào)為智能終端和母線保護(hù)的輸出虛端子。

圖5 線路保護(hù)GOOSE虛端子連接配置

圖6為母線保護(hù)SV虛端子連接配置示例，內(nèi)部信號(hào)為母線保護(hù)SV輸入虛端子，外部信號(hào)為各合并單元的SV輸出虛端子。

圖6 母線保護(hù)SV虛端子連接配置

與前述工作相比，虛端子連線工作最為繁瑣而且易錯(cuò)，配置完成后需要按連線關(guān)系逐一驗(yàn)證。目前，在智能變電站工程的實(shí)施過(guò)程中，每個(gè)工程都在重復(fù)上述集成工作，而沒(méi)有充分利用已有典型智能變電站配置成果。

綜上所述，將智能變電站工程集成工作主要相關(guān)因素總結(jié)如下：1）通信子網(wǎng)配置。與二次設(shè)備采樣跳閘方式相關(guān)；2）二次設(shè)備配置及命名。與系統(tǒng)電壓等級(jí)、主接線方式、設(shè)計(jì)原則及設(shè)備命名原則相關(guān)；3）站控層、過(guò)程層通信地址分配。具體IP或組播地址分配無(wú)固定原則，一般避免重復(fù)即可；4）虛端子連線?；诙位芈吩O(shè)計(jì)規(guī)范。

2 SCD自動(dòng)配置方案

根據(jù)第1節(jié)的分析，智能變電站工程集成工作主要與變電站一次設(shè)計(jì)方案、二次設(shè)備配置方案及二次回路設(shè)計(jì)方案相關(guān)，目前國(guó)內(nèi)國(guó)網(wǎng)和南網(wǎng)一、二次設(shè)計(jì)基本已經(jīng)做到標(biāo)準(zhǔn)化，所以完全有條件復(fù)用已有典型智能變電站配置成果。

基于SCD模板復(fù)用的智能變電站自動(dòng)配置方案主要采用如下幾個(gè)步驟。

1）根據(jù)典型系統(tǒng)主接線方式及二次回路設(shè)計(jì)方案配置全站間隔層及過(guò)程層設(shè)備，為各間隔二次設(shè)備配置站控層及過(guò)程層通信地址，并完成二次設(shè)備間虛端子連線，形成SCD文件模板。

選擇作為SCD配置文件模板的工程時(shí)需要注意以下兩點(diǎn)：①推薦選擇采用典型設(shè)計(jì)方案的變電站，系統(tǒng)一次主接線、二次設(shè)備及回路配置方案等都應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行；②推薦選擇系統(tǒng)規(guī)模較大的變電站，以能夠涵蓋多數(shù)同類(lèi)型變電站SCD配置信息。

2）根據(jù)實(shí)際工程系統(tǒng)主接線方式、二次設(shè)備及回路設(shè)計(jì)方案，選取SCD文件模板。

SCD文件模板涉及變電站一次系統(tǒng)、二次設(shè)備配置方案及采樣跳閘方式等因素，這些因素組合眾多，專(zhuān)門(mén)為各種組合配置SCD文件模板工作量很大，建議結(jié)合實(shí)際智能變電站工程，不斷完善SCD文件模板庫(kù)。

3）在SCD文件模板基礎(chǔ)上，按實(shí)際系統(tǒng)規(guī)模刪減多余間隔的二次設(shè)備，按實(shí)際工程配置并導(dǎo)入各間隔二次設(shè)備能力描述（IED capability description, ICD）模型文件。

如前所述，SCD文件模板一般選擇規(guī)模較大的智能變電站，故應(yīng)刪除實(shí)際工程多余間隔所對(duì)應(yīng)的二次設(shè)備。如果結(jié)合實(shí)際智能變電站工程做的SCD模板確實(shí)無(wú)法滿足新工程的要求，也可以在原有模板基礎(chǔ)上新增間隔，并將此SCD文件替代對(duì)應(yīng)的原有SCD文件模板，以不斷增強(qiáng)SCD文件模板庫(kù)的適應(yīng)性。

4）保留SCD文件中已有二次設(shè)備IED命名、站控層及過(guò)程層通信地址配置，完成間隔二次設(shè)備通信配置。

如第1節(jié)所分析，所有IED的命名及通信地址配置工作量較大，按實(shí)際工程設(shè)備配置情況對(duì)應(yīng)導(dǎo)入二次設(shè)備模型文件，SCD工具只需保留模板中原有的設(shè)備命名及通信配置即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配置。

5）基于標(biāo)準(zhǔn)化虛端子名稱(chēng)更新虛端子連線關(guān)系，應(yīng)將SCD文件模板中間隔二次設(shè)備虛端子引用路徑更新為實(shí)際工程配置二次設(shè)備的虛端子引用路徑，完成間隔二次設(shè)備間虛端子連線。

國(guó)網(wǎng)、南網(wǎng)的二次設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范已經(jīng)規(guī)范了二次設(shè)備的輸入輸出虛端子描述，這為SCD文件模板中的虛端子連線復(fù)用奠定了基礎(chǔ)。在導(dǎo)入二次設(shè)備模型時(shí)，SCD工具保留原有虛端子連線關(guān)系，根據(jù)連線中兩側(cè)設(shè)備虛端子描述，在導(dǎo)入的IED模型中找到對(duì)應(yīng)虛端子描述的DO/DA模式，并據(jù)此更新虛端子引用路徑即可。

至此，在選定的SCD文件模板基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)應(yīng)導(dǎo)入實(shí)際工程配置的二次設(shè)備模型，由改進(jìn)的SCD配置工具實(shí)現(xiàn)了智能站SCD文件自動(dòng)配置，下面通過(guò)一個(gè)工程示例說(shuō)明具體實(shí)施方案。

3 SCD自動(dòng)配置工程示例

3.1 創(chuàng)建SCD文件模板

以某地區(qū)典型220kV變電站為例，變電站最大規(guī)模配置3臺(tái)主變壓器，220kV采用雙母主接線，10回220kV線路，1回220kV母聯(lián)；110kV采用雙母主接線，15回110kV線路，1回110kV母聯(lián)；35kV采用單母分段主接線，18回35kV線路，3臺(tái)電容器，1臺(tái)站用變，1回35kV分段。

按該系統(tǒng)規(guī)模配置全站間隔層及過(guò)程層設(shè)備，包括各電壓等級(jí)線路保護(hù)、主變保護(hù)、母線保護(hù)、母聯(lián)保護(hù)、饋線保護(hù)、電容器保護(hù)、站用變保護(hù)、分段保護(hù)及各間隔測(cè)控裝置和安自裝置等，為這些二次設(shè)備配置站控層及過(guò)程層通信地址，并按二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范完成二次設(shè)備間虛端子連線，將該SCD文件作為該地區(qū)該類(lèi)220kV變電站SCD配置文件模板。

3.2 SCD模板選取及裁剪

根據(jù)實(shí)際工程系統(tǒng)主接線方式及二次回路設(shè)計(jì)方案，選取SCD文件模板，在SCD文件模板基礎(chǔ)上，按實(shí)際系統(tǒng)規(guī)模刪減多余間隔的二次設(shè)備。以該地區(qū)某220kV變電站工程為例，該站主接線方式與3.1節(jié)中所述典型220kV變電站類(lèi)似，變電站實(shí)際規(guī)模為配置2臺(tái)主變壓器，220kV采用雙母主接線，5條220kV線路，1個(gè)220kV母聯(lián)；110kV采用雙母主接線，8條110kV線路，1個(gè)110kV母聯(lián)；35kV采用單母分段主接線，12條35kV線路，2臺(tái)電容器，1臺(tái)站用變，1個(gè)35kV分段。

故在3.1節(jié)所述SCD文件模板基礎(chǔ)上，刪除模板中多余的5條220kV線路、7條110kV線路、6條35kV線路及1臺(tái)電容器相關(guān)間隔的二次設(shè)備，形成該工程裁剪版SCD文件。

3.3 模型導(dǎo)入及設(shè)備配置重用

在該工程裁剪版SCD文件基礎(chǔ)上，針對(duì)該變電站220kV線路間隔1，導(dǎo)入實(shí)際工程配置的雙套線路保護(hù)、合并單元、智能終端及測(cè)控裝置等設(shè)備ICD模型文件，保留SCD文件中這些二次設(shè)備IED命名及站控層和過(guò)程層通信地址配置，完成220kV線路間隔1的二次設(shè)備通信配置。

3.4 虛端子連線重用

由SCD配置工具基于標(biāo)準(zhǔn)化虛端子名稱(chēng)，將SCD文件模板中某間隔二次設(shè)備虛端子引用路徑更新為實(shí)際工程配置二次設(shè)備的虛端子引用路徑，完成該間隔二次設(shè)備間虛端子連線。

以220kV線路間隔1線路保護(hù)跳A相虛端子連線為例，根據(jù)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范，線路保護(hù)跳A相的輸出虛端子標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)為“跳斷路器A相”，智能終端跳A相的輸入虛端子標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)為“保護(hù)跳A1”。SCD文件模板中220kV線路間隔1線路保護(hù)“跳斷路器A相”輸出虛端子引用路徑為PIGO/PTRC1.Tr. general，智能終端“保護(hù)跳A1”輸入虛端子引用路徑為
RPIT/GOINGGIO1.SPCS01.stVal，虛端子連線為PL2201A/PIGO/PTRC1.Tr.general—>IL2201A/RPIT/ GOINGGIO1.SPCS01.stVal。

基于3.3節(jié)導(dǎo)入實(shí)際工程線路間隔1配置的線路保護(hù)及智能終端ICD模型，220kV線路間隔1線路保護(hù)“跳斷路器A相”輸出虛端子引用路徑為PIGO/TAPTRC1.Tr.general，智能終端“保護(hù)跳A1”輸入虛端子引用路徑為RPIT/GOINGGIO5.SPCS01. stVal，保持IED命名不變，將模板中對(duì)應(yīng)虛端子連線兩端更新為實(shí)際設(shè)備的虛端子引用路徑，完成虛端子連線更新。虛回路引用路徑更新示例如圖7所示。

圖7 虛回路引用路徑更新示例

近年來(lái)隨著智能變電站保護(hù)運(yùn)維應(yīng)用的推廣，為實(shí)現(xiàn)虛回路可視化等運(yùn)維功能的實(shí)用化，在工程實(shí)施環(huán)節(jié)經(jīng)常需要按實(shí)際工程情況修改虛端子描述，比如線路保護(hù)的“跳斷路器A相”按實(shí)際情況修改為“XX線路跳斷路器A相”，這可能導(dǎo)致在SCD文件模板中匹配不到對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)虛端子描述。

為解決此問(wèn)題，建議在配置SCD文件模板時(shí)，僅修改虛端子及遙信遙測(cè)等描述的中文描述desc，而不修改屬性賦值dU，這樣就可以通過(guò)匹配dU實(shí)現(xiàn)虛端子連線復(fù)用，同時(shí)不影響運(yùn)維應(yīng)用功能實(shí)現(xiàn)。

3.5 完成SCD自動(dòng)配置

重復(fù)3.3節(jié)和3.4節(jié)工作，直至完成所有間隔實(shí)際工程配置的二次設(shè)備模型導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)各間隔二次設(shè)備命名、通信參數(shù)配置及二次設(shè)備間虛端子連線，從而完成全站SCD文件自動(dòng)配置。

4 結(jié)論

目前該方案已在試點(diǎn)站進(jìn)行了工程實(shí)施，一個(gè)中等規(guī)模的220kV智能變電站由SCD工具基于模板自動(dòng)生成SCD配置文件，其SCD配置時(shí)間由3天左右減少為半天以?xún)?nèi)，按現(xiàn)場(chǎng)工程驗(yàn)收規(guī)程進(jìn)行充分的測(cè)試驗(yàn)證，證實(shí)了由自動(dòng)配置生成SCD文件導(dǎo)出的全站二次設(shè)備IED實(shí)例配置文件（configured IED description, CID）及IED回路實(shí)例配置文件（configured IED circuit description, CCD）的正確性。

本文提出的基于模板復(fù)用的智能變電站SCD文件自動(dòng)配置方案充分利用了智能變電站二次設(shè)備模型和回路的數(shù)字化優(yōu)勢(shì)，有效提高了智能變電站集成標(biāo)準(zhǔn)化水平，可顯著提升智能變電站集成效率及質(zhì)量。目前，該方案已經(jīng)在湖州某110kV智能變電站實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用，后續(xù)將在站內(nèi)二次設(shè)備信號(hào)實(shí)例修改等方面繼續(xù)研究改進(jìn)。

本文編自2022年第3期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“基于模板復(fù)用的智能變電站系統(tǒng)配置描述文件自動(dòng)配置方案”，作者為朱長(zhǎng)銀、呂航 等。