智能变电站虚拟二次回路在线监测系统

谢 民，王同文，周立军，赵晓东，张 倩

(1.国网安徽省电力有限公司，安徽 合肥 230022;2.国网宿州供电公司，安徽 宿州 234000;3.安徽大学 电气工程与自动化学院，安徽 合肥 230601)

智能变电站[1-3]中的变电站配置 (substation configuration description，简称SCD) 文件描述了智能电子设备(intelligent electronic devices，简称IED)及其通信的配置及变电站一次系统架构等信息.智能变电站有一体化、互动化优点.智能变电站二次回路[4-8]的非可视化,增加了变电站运行的不可控性.由于缺少对智能二次设备、SCD文件、软压板及虚回路有效管控的技术平台，检修过程中，很难避免误操作[9-10].当前需要研究智能变电站二次设备，使虚拟二次回路和光纤回路可视化[11-15]，达到在线监测及智能诊断[6,16-18]的目的，降低智能变电站检修难度.

笔者提出智能变电站虚拟二次回路在线监测系统，此监测系统可实现在线监测诊断、缺陷辅助隔离及安全预警，检修人员可实时观察到变电站虚拟二次回路的变化及SCD文件的变化，对检修人员的工作有很大帮助，也利于变电站稳定运行.

1 智能变电站SCD概述

SCD文件描述了变电站一次系统架构、IED配置信息、IED间信号联系信息、通信访问点的位置及地址等[14-15].SCD文件由信息头(header)、变电站(substation)描述、IED描述、通信(communication)系统描述、数据类型模板(data type templates)5个部分组成.header包含了SCD文件的版本、名称和规定等；substation描述变电站的功能结构、一次设备及一次拓扑结构；IED描述IED配置及其功能；communication描述二次设备通信信息；data type templates描述数据类型模板信息.

目前SCD存在的问题如下：SCD文件管理缺乏统一的标准，不同厂家提供的设备种类、配置工具等存在差异，导致二次系统更加复杂；用光缆取代电缆进行整体连接，使二次回路不能可视化，给检修工作增加了难度；采用SCD离线管理模式之后， SCD文件变动缺少跟踪和记录，且SCD文件的变动依靠人工管理，不得不全站停电检查，影响电网运行.

2 SCD虚回路及光纤回路可视化

从管理人员的角度出发，将SCD配置信息分为单装置、单装置虚回路、单装置逻辑链路，如表1所示.

表1 SCD配置信息分解表

2.1 GOOSE与SV

面向通用对象事件(generic object oriented substation event, 简称GOOSE)是IEC 61850中用于传输IED间重要实时信号的快速报文机制，采样值(sampled value,简称 SV)是用于实时传输数字采样信息的机制.

2.1.1 GOOSE传输机制

GOOSE信息传输过程如图1所示，发送控制块与发送数据信息一一对应，当发送控制块满足特定的触发条件时，该发送控制块就发送GOOSE报文，发布者先将数据信息输入发送缓冲区，订阅者从接受缓冲区读取接收的数据.由于没有特定的接收方，多个逻辑装置会接收报文，但每个逻辑装置仅按规则解析接收的相关数据，忽略无关的报文.

图1 GOOSE信息传输过程

2.1.2 SV传输机制

SV信息传输过程如图2所示，发布者按规定的采样率采样输入信息，将采样的输入信息存入发送侧的缓冲区，订阅者从接受侧的缓冲区读取数据.接收到新的采样值时，接收缓冲区就启动相关功能.

图2 SV信息传输过程

2.2 虚回路可视化

根据IEC 61850标准，与ICD相关的信息通过ICD文件工具解析，按照IED、逻辑设备、逻辑节点、数据集和数据对象等顺序形成树形结构(见图3).

图3 与IED相关信息的树形结构

虚回路可视化步骤如下：(1)选择中心IED，按照虚端子表选择外部IED，选择数据集中心IED的外部信号，将该信号置于虚回路配置表中.(2)在中心IED数据对象中，找出以“GOIN”或“SVIN”为前缀的数据集；再在其中找出与中心IED相对应的内部信号；将这些内部信号置于配置表对应的位置.

中心IED的外部信号与内部信号一一对应，就形成了中心IED与外部IED间的虚回路.虚回路可图像化展示，如图4所示.

图4 可视化的虚回路

2.3 光纤回路可视化

传统变电站的二次电缆回路被光纤回路替代后，智能变电站的装置上出现很多光纤端口，每个光纤端口接收或发送的数据均不相同.当光纤端口信息缺失时，需检查每个端口接收或发送的信息，找到信息缺失的端口，这严重降低了检修人员的工作效率.将虚端子信息与二次设备的起始端口信息绑定，使虚回路信息与光纤回路信息关联，最终实现光纤回路的可视化，可视化的光纤回路如图5所示.

图5 可视化的光纤回路

3 智能变电站SCD文件比对

变电站在运行中产生多种不同版本的SCD文件，这不利于检修人员的工作.针对该问题，提出对不同版本SCD文件进行比对的方法，快捷确定不同版本SCD文件的差异.

SCD文件比对流程如图6所示.

图6 SCD文件比对流程

比对的具体步骤如下：

(1) 第一层次比对：找出与虚回路有关的全部信息，将其生成XML文件，进一步生成唯一的CRC校验码；然后对比所有IED的CRC校验码，确定虚回路配置信息发生变化的装置.

(2) 第二层次比对：针对发生变化的IED，进行链路信息比对，进一步确定有差别的链路.将IED与外接装置间的链路关系用可视化方式展示.

(3) 第三层次比对：比对链路信息变化的数据链路参数，得到链路参数的变化情况；比对虚回路变化的链路虚回路，得到虚回路的变化情况.展示发生变化的IED链路参数和虚回路.

4 SCD工程应用

智能变电站虚拟二次回路在线监测系统，已在试点电站稳定安全运行近两年，在线监测系统如图7所示.

图7 在线监测系统示意图

通过在线监测系统，可实时对虚拟二次回路进行监视.将虚拟二次回路所有信息融合优化，通过相关实时信息关联实现实时监视.检修人员可直观了解整个变电站的二次信息、虚拟二次回路状态，可提高诊断和处理故障的能力，虚拟二次回路实时监视如图8所示.

图8 虚拟二次回路实时监视图

在工程管理中，为了使检修人员更快捷解决变电站存在的问题，需要了解各个版本的SCD文件的差异.SCD文件比对中的链路对比如图9所示，其中 “+”符号表示增加的链路，“×”符号表示减少的链路，“！”符号表示数据发生变化的链路.

图9 链路比对图

5 结束语

笔者提出了智能变电站虚拟二次回路在线监测系统，监测系统使现场工作内容可视化和实时化，满足不同组网方式智能变电站的检修需求，显著提高了工作效率.该系统已应用于多个智能变电站，运行结果表明该系统安全有效，值得大规模推广.