隨著國網公司智能電網戰略的實施，截至2018年福建已建成投產195座智能變電站。由于智能變電站是基于IEC 61850標準并采用大量光纜替代電纜，使得其二次回路（虛端子、虛回路）變成了“黑匣子”，導致整個二次系統深度依賴于變電站系統配置描述文件（system configuration description, SCD）。

但是在實際工程應用中，SCD文件還存在諸多問題，例如：缺少一次設備的模型和一、二次設備間的關聯關系、沒有邏輯通道（端口）與物理通道（端口）的對應關系等。這些問題的存在，給智能變電站內面向對象的高級應用的實現帶來了很大困難。

因此，本文針對現階段智能變電站二次系統的特征及存在的問題，分析現有工程SCD文件，提出智能變電站SCD文件全模型擴展技術方案，為實現智能變電站全面支持面向對象的高級應用打下堅實基礎，在現階段具有重大現實意義。

1 智能變電站SCD現狀分析

智能變電站與常規變電站的最大區別是其二次系統深度依賴基于IEC 61850標準的SCD文件[4]。而IEC 61850標準采用面向對象的建模思想，體系極為龐大，架構設計及其靈活，理論上可方便的實現不同廠家設備間的互操作性。

鑒于不同廠家對標準的應用和理解存在偏差，國家電網公司組織編寫《IEC 61850工程繼電保護應用模型》，從繼電保護專業領域規范了IED相關模型的應用要求，滿足了工程上實現“互操作”的條件。但是IEC 61850標準主要是從通信機制上體現信號關聯性，強調邏輯鏈路，弱化網絡設備，從而導致智能變電站二次系統在模型描述機制上存在天然的不完整性，其部分物理維護對象和操作對象缺乏有效的模型描述方式。

目前存在的問題主要包括：①缺少一、二次設備的關聯模型；②缺少交換機模型；③缺乏邏輯通道（端口）與物理通道（端口）的對應關系；④沒有連接光纜和軟壓板等模型。這些問題的存在，使得基于模型的面向對象的高級應用功能難以實現。因此，需要根據工程應用實際，從二次系統運行維護、檢修操作、故障分析的視角，進一步規范建模原則，研究智能變電站SCD文件全模型擴展技術方案。

2 智能變電站SCD文件全模型擴展技術方案

2.1 一次設備及一、二次拓撲關系建模方案

整體思路是根據國網福建公司發布的《智能變電站SSD建模技術規范（試行）》[10]的要求，首先對智能變電站內的一次設備進行建模，并建立一次設備之間的拓撲關系；然后將一次設備與二次設備進行關聯建模形成SSD（system specification description）文件；最終集成到SCD文件中。

1）一次設備建模

結合變電站主接線圖，應用間隔模塊化圖形技術方法，采用人工“組裝”單線圖的方法，建立一次設備之間的拓撲關系，并生成各類一次設備的模型文件。單線圖配置界面如圖1所示。

2）一、二次設備關聯建模

（1）互感器次級建模

根據一次設備建模確定的互感器模型（包含電壓互感器和電流互感器），補充配置互感器次級的詳細信息，主要包含互感器次級名稱、描述、精度、用途等基本信息。互感器次級建模配置界面如圖2所示。

圖1 單線圖配置界面

圖2 互感器次級建模配置界面

（2）互感器次級與合并單元關聯建模

互感器次級通過合并單元將采樣數據傳輸給保護等裝置。因此，要建立互感器次級與保護等裝置的采樣信號傳輸關系，必須先將互感器次級與合并單元SV（sampled value）報文輸出的相應采樣通道進行一一關聯。互感器次級與合并單元關聯配置界面如圖3所示。

圖3 互感器次級與合并單元關聯配置界面

（3）斷路器與智能終端關聯建模

斷路器本體位置信息是通過智能終端的GOOSE（generic object oriented substation event）報文傳輸給保護等裝置。因此，要建立斷路器與保護等裝置之間的位置信號傳輸關系，必須先將斷路器本體位置信息與智能終端的GOOSE報文輸出的相應通道進行一一關聯。斷路器與智能終端關聯配置界面如圖4所示。

圖4 斷路器與智能終端關聯配置界面

2.2 交換機及通信網絡拓撲關系建模方案

1）交換機建模

在智能變電站二次系統中，裝置間還需通過大量交換機進行通信。本方案對IEC 61850標準中缺少的交換機模型進行補充建模。交換機建模時，本方案將站內所用交換機區分為過程層中心交換機和過程層間隔交換機。交換機建模配置界面如圖5所示。

圖5 交換機建模配置界面

2）交換機與交換機連接關系建模

本方案在建立間隔交換機與中心交換機的連接關系時，其連接關系主要包含：①兩臺交換機有連接關系的兩個端口各自的端口編號；②光纖的光纖編號、兩臺交換機所在的屏柜以及電壓等級等基本信息。交換機與交換機連接關系建模配置界面如圖6所示。

圖6 交換機與交換機連接關系建模配置界面

3）交換機與裝置連接關系建模

針對相同的兩臺交換機與裝置間可能存在多個端口連接的情況，結合端口傳送信號的特點，本方案先將網絡口分類定義為SV口、GOOSE口和SV+ GOOSE混合口3類，再建立交換機與裝置之間的連接關系。交換機與裝置連接關系建模配置界面如圖7所示。

圖7 交換機與裝置連接關系建模配置界面

4）裝置與裝置連接關系建模

針對相同的兩臺裝置間可能存在多個端口連接的情況，結合端口傳送信號的特點，本方案先將端口分類定義為SV口，GOOSE口和SV+GOOSE混合口三類，再建立裝置與裝置之間的連接關系，同時定義裝置間信號的傳送方向（單向或雙向）。裝置與裝置連接關系建模配置界面如圖8所示。

圖8 裝置與裝置連接關系建模配置界面

2.3 軟壓板建模方案

1）GOOSE輸出軟壓板建模

通過解析SCD中IED（intelligent electronic device）裝置模型的GOOSE輸出軟壓板信息，并結合SCD文件中的虛回路信息，建立IED裝置GOOSE輸出回路與軟壓板之間的對應控制關系。建模配置界面如圖9所示。

圖9 GOOSE輸出軟壓板建模配置界面

2）GOOSE輸入軟壓板建模

通過解析SCD中IED裝置模型的GOOSE輸入軟壓板信息，并結合SCD文件中的虛回路信息，建立IED裝置GOOSE輸入回路與軟壓板之間的對應控制關系。建模配置界面如圖10所示。

圖10 GOOSE輸入軟壓板建模配置界面

3）SV輸入軟壓板建模

通過解析SCD中IED裝置模型的SV輸入軟壓板信息，并結合SCD文件中的虛回路信息，建立IED裝置SV輸入回路與軟壓板之間的對應控制關系。建模配置界面如圖11所示。

圖11 SV輸入軟壓板建模配置界面

2.4 屏柜信息建模方案

1）模型設計

由于屏柜信息建模目前尚無任何規范支撐，同時為了保持SCD文件的規范性及考慮SCD文件的大小，本方案將屏柜信息建模為獨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鏈接，以實現模型文件關聯。SCD模型命名空間增加鏈接調整如圖12所示。

圖12 SCD模型命名空間

在SCD中擴充私有信息，增加屏柜信息模型文件鏈接及其CRC校驗碼信息，如圖13所示。

圖13 屏柜信息模型信息

本方案的屏柜信息采用XML文件格式進行建模。其中屏柜信息主要包含裝置、壓板、空開、回路端子等基本信息。具體內容見表1。

表1 屏柜信息內容

2）建模工具

本方案將屏柜信息建模功能集成到原有的SCD模型管理工具上，方便實現屏柜信息模型可視化建模及模型維護管理。系統配置器屏柜信息建模及維護界面如圖14所示。屏柜信息模型如圖15所示。

圖14 系統配置器

圖15 屏柜信息模型

結論

本文首先分析了智能變電站SCD文件的現狀，針對目前存在的問題，提出了智能變電站SCD文件全模型擴展技術方案，并在福建500kV東崗變實現工程應用。該方案擴展了二次系統模型描述機制，很好地解決了目前智能變電站二次系統中部分物理

維護對象和操作對象缺乏有效模型的問題，使得整個智能變電站二次系統具備了基于模型的對象管理的條件，為后期開發可視化運維、一鍵式安措和二次系統在線監測及智能診斷等高級應用方面打下了堅實基礎。