基于全景信息扫描的智能变电站远动装置遥信配置快速校核技术

罗华峰，陆承宇，宣晓华，阮黎翔，丁 峰

（国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，杭州 310014）

0 引言

智能变电站数据通信网关机（即远动装置）作为重要的站控层设备，对下与站内间隔层设备进行通信，对上与各级调控中心进行远动信息的实时交互，为主站系统实现变电站监视控制、信息查询和远程浏览等功能提供数据、模型、图形和文件的传输服务，是支撑智能变电站实现调控一体化运行的关键设备，对电网的安全稳定运行至关重要[1-2]。对远动装置开展功能调试，特别是开展主站端与厂站端之间的调控信息联调工作，是智能变电站监控系统工程调试阶段的重点工作。工程中也将这项工作简述为“信息对点”。

目前，远动装置的调控信息联调工作主要依赖人工在主站端与厂站端之间通过实时通信方式进行，即采用手动逐个对点的方式将主站端收到的信息与厂站端实发信息进行校对。这样的方式技术手段单一，缺乏有效的调试工具，自动化程度低，需耗费大量的人力和时间。为了提升工程调试实施效率，提高调试工作的自动化水平，开展远动信息智能和快速校核技术的研究势在必行。

当前针对智能变电站远动信息联调工作的研究比较少[3-5]。文献[3]提出了一种依靠具备基于IEC 61850标准中MMS（制造报文规范）客户端取代服务功能的调控主站仿真系统给间隔层设备设值，通过比较取代设置的原始值和远动装置上送的值来验证远动装置接收和转发数据的正确性的测试技术，但文中没有说明在调控主站仿真系统中如何实现用于取代服务的基于IEC 60870-5-104传输规约（以下简称104规约）的信息对象和IEC 61850 DO对象的对应，且一般理解下主站应下发104报文，直接利用取代服务去设置间隔层设备的值是否合理有待讨论。文献[4]设计了一套自动对点系统，对远动系统的输入、输出模块进行模拟并记录，通过校对输入、输出信息进行自动校对。但是该系统需要首先在站控层交换机中捕获MMS报文，存入MMS报文存储库，这一过程无法涵盖所有站内对象的MMS报文，无法满足全站调控信息联调的要求。可见当前已有的研究成果未能很好地解决远动配置智能校核的问题，仍需进一步探索能切实提升调控信息联调工作效率的实施方案。

通过讨论远动信息联调工作的核心，认为其本质就是对远动装置的转发配置是否正确的校核工作，进而提出了一种基于全景信息扫描的远动装置遥信配置的快速校核方法。通过软件技术开发了智能站远动信息智能调试系统。经过工程应用实践验证了文中提出的技术手段的可行性，所开发的调试系统有效提高了变电站远动信息核对工作的效率和可靠性。

1 调控信息联调工作解析

1.1 调控信息联调工作的核心

智能变电站监控系统需要采集大量的设备运行状态信息，包括一次设备状态数据、二次设备状态数据和辅助设备数据。这些数据由保护装置、测控装置等间隔层IED（智能电子设备）通过MMS报文的方式发送给站控层设备，如监控主机、远动装置等。远动装置在接收到MMS报文后，根据装置内部配置的104转发表，通过专用的电力数据网以104报文的方式上送远方调度主站[6-7]。这个过程就是基本“四遥”功能中的“遥信”功能，功能示意见图1。

智能站站内信息量达数万个之多，调度主站并不需要其全部。通常调度主站人员会选取站内的1个或几个信息，做一对一或多对一的归并后，形成1个调控信息点，并用唯一的主站信息对象地址（也称104地址）进行标识。所有的调控信息点汇总即形成全站的调控信息对应表，一般以Excel格式呈现。通常1个500 kV的智能变电站分配给“遥信”功能的104地址数目达到几千甚至上万，而“遥控”和“遥测”功能的104地址数目仅占几百个。因此在调控信息对应表中，“遥信”部分所占比重最大，对该部分配置的校核工作是远动信息联调工作的重点，也是文中提出的快速校核技术着重解决的问题。

表1截取了某张典型调控信息对应表的“遥信”部分内容，所展示的内容表明了104地址与对应站内信息之间的关联关系。远动装置的厂家工程人员就是根据这份调控信息对应表对远动装置进行转发配置，其工作的本质是将104地址与变电站SCD（全站系统配置文件）中的某个或多个DO对象的数据路径关联起来。目前这个工作需要远动厂家工程人员手工配置，缺乏相应自动配置的技术，由于数据量大，且存在多个站内信息对应一个104地址的情况（如表1中Y1和Y2两个站内信号都对应234号104地址），这就不可避免得会出现关联出错、漏配、多配等配置错误。远动信息联调工作的重点就是验证远动装置内的104转发表是否配置正确，即104地址与变电站SCD文件中的DO对象数据路径是否关联正确。

表1 典型调控信息对应表“遥信”部分

1.2 模式创新

当前在智能变电站监控系统工程调试阶段，由于技术手段和调试工具的缺失，远动信息联调工作往往通过厂站端调试人员根据调控信息对应表中的内容在变电站内“产生”某个信号，主站端工作人员在远方调度主站收到以某104地址为标识的告警信息，主站、厂站双方实时沟通发出和接收的信号是否一致来校核该信号在远动装置内的转发配置是否正确。这样的调试模式需要逐个校验，主站、厂站工作人员需时刻保持通信，不仅耗费大量的人力和时间，而且依赖现场保护、测控等装置发送实际信号，往往会与厂站端其他调试工作产生冲突，影响校验结果。所以目前信息联调工作需要在站内其他调试工作基本完成后开展，往往安排在工程调试末期，调试周期十分紧张，调试人员极易出现遗漏的情况。

提出的基于全景信息扫描的远动装置遥信配置快速校核技术实现了调试模式上的创新，解决了传统调试模式中存在的弊端，具体体现在以下几个方面：

（1）使远动装置遥信配置校核工作离线化、机器化。依靠智能站远动信息智能调试系统的IED仿真工具，摆脱了现场实际保护、测控等装置的约束，不受厂站端其他调试工作的影响；依靠模拟主站工具，摆脱了主站、厂站两端需要时刻保持通信的枷锁，解放了主站端工作人员的时间。

（2）使远动装置遥信配置校核工作更具完整性。通过IED仿真工具实现全站信息的全景扫描，避免了传统模式中人工核对可能出现遗漏核对的情况。

（3）大大缩短信息联调工作的调试时间，优化调试周期。核对工作的离线化开展模式支持信息联调工作不受其他调试工作的影响，可独立开展，不需要放在工程调试的末期。

由此可见，这样的模式创新可以使远动信息联调工作尽可能摆脱人为因素的干扰，大大解放了人力和时间，提升了工程调试效率。

2 技术方案

提出的智能站远动装置遥信配置快速技术依赖相对成熟的基于IEC 61850标准的通用IED仿真技术以及对IEC 61850 MMS与IEC 104等通信规约的利用实现的。

方案的核心构想是通过全景信息扫描的方式，获取完整的远动装置内已经配置的实际转发关系，通过判断这些转发关系与调控信息对应表中的内容是否一致来完成校核工作。理论上，一次厂站端DO对象的变位通过远动装置可以触发一次对应的104信息传递。通过读取SCD文件获取厂站端全部遥信信号，并模拟在极短时间间隔内逐一产生信号变位，向远动装置和站内监控后台发送带有特定SOE（事件顺序记录）时标的全站MMS信息，加以记录。利用SOE时间、104点号等因子的唯一性使不同数据源的数据紧密关联起来，不但能呈现出远动装置内104地址与对应的61850模型文件中DO对象数据路径的配置关联，还能将调控信息对应表中的对应站内信息与监控后台实际呈现的告警信息描述关联起来，进而通过一致性核对来判断远动装置的配置是否正确。

2.1 技术方案框架

首先梳理整个技术方案的实施路径，整个流程实现对远动装置内全站遥信配置的离线快速校核过程的闭环调试。具体环节如图2所示。

（1）IED仿真工具通过导入SCD文件，仿真所需的数据模型，进行预处理，确定全站所有遥信信号。

（2）IED仿真工具通过站控层网络向监控后台和远动装置按需发送带有特定SOE时标的MMS报文，如进行全站试验时实现全景信息扫描。

（3）IED仿真工具在向客户端发送MMS报文的同时记录下操作记录，形成仿真工具记录文件。

（4）远动装置在收到MMS报文后，根据装置内部配置的遥信转发表，向模拟主站工具转发104报文。

（5）监控后台在收到MMS报文后，存储监控主机数据库配置的实时测点变化记录，形成监控后台记录文件。

（6）模拟主站工具对收到的104报文进行解析并记录104地址、变位情况，形成模拟主站记录文件。

（7）多数据源离线处理工具读取调控信息表、仿真工具记录文件、监控后台记录文件和模拟主站记录文件，根据SOE时标、104地址等要素的唯一性进行信号关联和核对。

（8）多数据源离线处理工具自动出具调试报告，供工程调试人员审核。

（9）多数据源离线处理工具给出经过测试验证的远动装置的实际映射表。

（10）实际映射表可导回至IED仿真工具，为后期站内与调度主站在线核对提供支撑。

2.2 各数据源的关联关系

可以看到技术方案里涉及到了仿真工具记录文件、监控后台记录文件、模拟主站记录文件和调控信息表这几个数据源，下文用f1，f2，f3和f4来代表这4个文件，以d1，d2，d3来表示某一条信息在 f1， f2， f4中的信息描述。 分析 f1， f2， f3和 f4中信息的描述要素，结果如表2所示。

可以发现，通过SOE时标和104地址这两个具有唯一性的要素可以将所有文件串联起来。当然，一切工作的基础就是调控信息对应表（即f4文件）。以某一条信息为例，从f4出发，根据它在f4中的104地址找到相同104地址在f3中的位置，从而确定这条信息的SOE时间；进而根据SOE时间在f1和f2中找到相同SOE时间的信息记录，这样就可以将同一个104地址和同一个SOE时间的信息在 f1， f2， f4中的 d1， d2， d3提取出来进行核对判断了。

由于集成商在制作SCD文件时对对象描述不规范，监控后台数据库测点描述是人工录入的等原因，d1，d2，d3这三者会存在对同一个信号描述不尽相同的情况。而调控信息联调工作的传统模式中，调试人员正是通过人工判断d2与d3是否代表一致的含义来判断远动装置转发是否正确。若某条记录中d2和d3被判出代表一致的含义，则说明该条记录的104地址与SCD中DO对象数据路径已正确关联，这也正是远动信息联调工作的核心。

举一个简单的例子，表3展示的是某次试验后输出的调试报告的一部分。可以看到对于104地址为233的点，d3和d2的描述不对应，说明远动装置对这个点存在错配的情况；而104地址为234的点，按照调控信息表应该有2条站内对应信息，但是经测试发现只关联了一条站内信息，存在漏配的情况。类似的情况是在针对远动装置遥信配置的校核中需要发现的，这些关联不正确的情况应反馈给远动装置厂家工程人员加以修改。

表2 各文件要素分析

表3 调试报告

3 调试系统的设计和实现

为了更好地应用远动装置遥信配置快速校核技术，相应开发了智能站远动信息智能调试系统，系统包含IED仿真工具、模拟主站工具、多数据源离线处理工具等模块。

3.1 IED仿真工具

IED仿真工具通过模拟IEC 61850保护、测控装置站控层数据交互行为，经站控层网络向监控后台、远动装置等客户端发送MMS报文[8-10]。仿真工具设计框架见图3，主要实现以下功能。

（1）导入和解析SCD文件，校核文件的合法性，解析模型文件，依据Q/GDW 1396-2012《IEC 61850工程继电保护应用模型》构造仿真所需的数据模型，确定全站所有信号，为调试系统提供基础数据[11]。

（2）仿真运行管理功能模块可使仿真过程以手动或自动方式开展。自动测试主要实现全站信息的逐点发送，即全景信息扫描模式，保证模型解析出来的所有信号带着工具自动标记的、唯一且具有特点含义的SOE时间以全变0、全变1或自复位变化（先变1再变0）等变位设置按顺序动作一遍；手动测试可自由配置测试策略，满足单点测试、多点测试、批处理、手动定义SOE时间等操作需求。

（3）仿真运行管理功能模块可导入经过全站遥信配置离线核对流程后形成的实际映射表，如2.1节第9点所示，为后期与真实的远方调度主站进行在线核对提供技术支撑。

（4）仿真运行模块根据运行管理功能模块设置的发送策略，使仿真工具的报文输出按订制需求发送报文，且报文可以以非常短的时间间隔（如 30 ms）连续发送。

（5）MMS网络通信模块依据IEC 61850中通信服务标准，保证仿真工具与客户端之间正常的MMS通信。

（6）仿真工具应对所有的MMS交互过程进行记录，并生成仿真工具记录文件。

3.2 模拟主站工具

模拟主站工具主要实现模拟远方调度主站的功能，支持目前主流的电力远动规约（如DL/T 6345104-2009《远动设备及系统第5-104部分：传输规约 采用标准传输协议子集的IEC 60870-5-104网络访问》），具备报文解析和记录存储功能，要求能够实时解析远动装置发出的104报文并将104地址、点号变位情况等存储为模拟主站记录文件[12-13]。当前有关模拟主站的技术和工具已经比较成熟。

3.3 多数据源离线处理工具

多数据源离线处理工具是调试系统的大脑，实现对调试过程中生成的仿真工具记录文件、监控后台记录文件、模拟主站记录文件以及调控中心下发的调控信息表这些数据源间的关联、分析工作。

多数据源离线处理工具能够自动输出两份文档，一份是调试报告，报告中呈现104地址，d1，d2，d3等内容及机器对d1，d2，d3之间匹配度的机器判断结果。另一份是实际映射表，表中呈现104地址和对应信号的数据路径（reference）。

其中，调试报告供工程调试人员审阅，可作为修改远动装置中错误配置的依据，还能同步发现SCD文件中61850对象的描述错误或缺省问题，帮助集成商及时进行SCD的完善。实际映射表可导入到IED仿真工具中，为后期辅助在线信息联调工作提供便利。

4 工程实践

目前，开发的智能站远动信息智能调试系统已经在实验室中验证了技术的可行性和系统的可靠性，并且在浙江某新建的500 kV智能变电站工程调试中实际应用，达到了良好的应用效果。

以该500 kV智能变电站为例，调控信息表中全站的遥信信号有8 000多个，按传统信息联调的模式，主站自动化人员和厂站调试人员需至少花费2～3个星期才能完成信号校核工作；而按本文提出的快速校核技术和调试模式，借助智能调试系统，仅需要3 h就能完成一次对远动装置遥信配置的离线全景扫描和数据处理工作。加上后期人工审核、发现错误配置并修改以及修改后的再次校核等工作，一般2天内能完成该站远动装置遥信配置的校核工作。两者人工成本和时间成本对比见表4。

表4 传统模式和智能模式下成本对比

可以看出，通过开发的智能调试系统实现了远动信息联调工作的离线化、机器化和记录可溯源，使远动信息联调工作摆脱了人工配合、在线开展的工作约束，有效分离了校核工作中的人工作业和自动作业部分，大大减少了这项工作的调试周期和调试人员。

另外，通过复制和备份远动装置和监控主机的配置到离线设备，这套调试系统也可应用于对运行变电站进行配置数据校核。

5 结语

针对智能变电站远动装置的调控信息联调工作按传统调试方法开展存在的弊端，提出了一种基于全景扫描的远动装置全站遥信配置快速校核技术，用耗时短、机器化、全记录的离线核对模式替代原本耗时耗力的人工在线核对模式。研究的技术和开发成果为远动信息智能核对工作提供了良好的技术支撑和调试工具。同时，研究团队将继续深入挖掘相关技术，开展远动装置遥控功能的智能核对、基于语法语义分析实现站内大数据信息的智能匹配等方面的研究工作[14-15]。

此处提出的远动装置遥信配置快速核对技术适合于当前的智能变电站工程调试现状，提升了现有调试技术的水平，促进了智能站一体化监控系统应用技术发展。

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