姜　寧　高　翔　劉孝剛　張　帆　崔運光

（1. 國網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司，南京　210024；2. 上海毅昊自動化有限公司，上?！?01204）

自2009年國網(wǎng)公司智能電網(wǎng)戰(zhàn)略推進(jìn)以來，大量智能變電站進(jìn)入了工程應(yīng)用，我國已經(jīng)成為智能變電站最多的國家[1-3]。智能變電站基于變電站配置文件SCD完成二次系統(tǒng)信號關(guān)聯(lián)的配置，由于SCD采用 XML格式，與常規(guī)綜自系統(tǒng)以硬接線為特征的二次聯(lián)接電纜表現(xiàn)特征有很大差異，二次系統(tǒng)呈現(xiàn)為不可見性，對于現(xiàn)場運行維護(hù)工作帶來了很大困難。

為規(guī)范智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計與工程應(yīng)用，國網(wǎng)公司頒布了 Q/GDW 1161—2014，線路保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)范，及Q/GDW 1175—2013，變壓器、高壓并聯(lián)電抗器和母線保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)范。為智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計與工程應(yīng)用提供了依據(jù)。

本文提出了基于語義強度的 SCD虛回路辨識技術(shù)，通過分層解析SCD文件，判別智能變電站虛回路的關(guān)聯(lián)關(guān)系，為智能變電站工程應(yīng)用提供可靠的技術(shù)支撐。同時明確虛回路語義由標(biāo)簽語義和結(jié)構(gòu)語義構(gòu)成。標(biāo)簽語義在于識別回路標(biāo)識的正確性，結(jié)構(gòu)語義在于識別回路的功能完備性和正確性。而任何語義尤其是標(biāo)簽語義具有不同的強度，這種強度表現(xiàn)為不同層次的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范約束。

1　SCD虛回路應(yīng)用分析

1.1　SCD虛回路描述特征

SCD文件中對于虛回路的描述是間接和隱含的，沒有實現(xiàn)對象化的顯性描述。例如發(fā)送遠(yuǎn)方跳閘令的虛回路，在SCD中的保護(hù)外部關(guān)聯(lián)部分的描述如下：

該回路是由母線保護(hù) PM2201B發(fā)給 PL2201B的遠(yuǎn)方跳閘命令回路。對象化的描述應(yīng)該包含3個部分：①回路名稱；②發(fā)送虛端子；③接收虛端子。

因此，對于虛回路的對象化顯性描述是實現(xiàn)符合保護(hù)設(shè)計原理檢查的重要基礎(chǔ)。

在IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)中對于IED的輸入輸出虛端子描述采用FCDA和ExtRef，因此，建立IED裝置之間的虛回路聯(lián)接關(guān)系取決于FCDA和ExtRef之間的對應(yīng)關(guān)系。FCDA的合法性為：通過FCDA中的LD、LN、DO、DA能否在IED的對應(yīng)LD/LN/DO/DA路徑下找到。

ExtRef和 FCDA的對應(yīng)為：ExtRef中每一組LD+LN+DO+DA能否在其指定 iedName的 FCDA中找到對應(yīng)的LD+LN+DO+DA。

若滿足：①FCDA合法；②ExtRef能夠找到FCDA的對應(yīng)，則虛回路能夠建立，下一步再通過檢查 ExtRef來確定輸入回路的含義是否滿足 1161和1175規(guī)范所需，對于規(guī)范中的輸出回路，可以通過檢查FCDA來實現(xiàn)。

1.2　基于業(yè)務(wù)特征的可視化

由于SCD僅僅是二次系統(tǒng)的功能載體，保護(hù)業(yè)務(wù)管理對象應(yīng)該是二次功能回路，因此，基于SCD的智能變電站實現(xiàn)方案并沒有改變變電站業(yè)務(wù)特征，卻使變電站二次系統(tǒng)演變成了“黑匣子”。因此，基于業(yè)務(wù)特征的 SCD虛回路可視化成為一種基本應(yīng)用需求，如圖1所示。

然而，不同廠家IED基于XML格式描述的SCD二次虛回路存在的一定的差異。

圖1　虛回路可視化

具體如：北京四方公司500kV電壓等級的CSC101線路保護(hù)用于起動發(fā)遠(yuǎn)方跳閘令的 GOOSE虛端子的地址為 PI/GOINGGIO13.SPCS01.stVal, 而其描述是“其他保護(hù)停信”。南瑞繼保PCS931-GM保護(hù)雙重化配置時虛端子的地址為 PIGO/GOINGGIO5。SPCS01.stVal，相應(yīng)的描述卻是“發(fā)遠(yuǎn)方跳閘”。

1.3　工程應(yīng)用發(fā)現(xiàn)的問題分析

在實際工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)了 SCD虛回路的諸多問題，具體如下。

1）缺少失靈起動回路

某220kV智能變電站SCD文件某線路間隔的虛回路缺少失靈起動回路，如圖2所示。

圖2　缺乏失靈起動回路

原因是該變電站擴建時，系統(tǒng)集成商做工程時手工完成相關(guān)回路配置，沒有采用工具配置；等同于常規(guī)站現(xiàn)場二次線更改后，竣工圖沒有修改。

2）二次回路錯線

某變電站 SCD文件中短引線保護(hù)存在二次虛回路錯誤現(xiàn)象，如圖3所示。

圖3　二次回路錯線

SCD文件中對該回路的描述如下：

原因是，該二次刀閘位置回路的輸出虛端子被錯誤的配置到了刀閘變位時間“t”上。

3）未投運的二次設(shè)備回路不完整

變電站建設(shè)一般會分階段進(jìn)行，在某些智能變電站未投運間隔盡管保護(hù)設(shè)備已經(jīng)配置，但在SCD文件中會完全不配置相關(guān)回路，該保護(hù)的二次虛回路完全缺失，如圖4所示。

圖4　二次回路沒有配置

因此，探索SCD虛回路的檢查技術(shù)成為確保智能變電站可靠運行的關(guān)鍵。

2　SCD檢查方案分析

2.1　基于通用設(shè)計規(guī)則的模板庫

國網(wǎng)公司發(fā)布的“變電站通用設(shè)計規(guī)范”定義了變電站二次系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，這些規(guī)范規(guī)定了二次系統(tǒng)的配置原則，結(jié)合變電站一次典型接線方式，可以大體確定 SCD所包含的二次虛回路的聯(lián)接要求?；诖?，構(gòu)成二次系統(tǒng)檢查的規(guī)則庫[4]。

在此基礎(chǔ)上，需要結(jié)合變電站過程層組網(wǎng)方案進(jìn)行檢查，檢查的內(nèi)容包括：①IED之間的功能回路連接，驗證基本的功能回路是否完整以及是否符合二次系統(tǒng)設(shè)計規(guī)則。這種驗證本質(zhì)上是一種結(jié)構(gòu)語義的驗證，其核心是完備性和一致性；②功能回路的網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)的規(guī)范性和正確性，驗證是否存在網(wǎng)絡(luò)參數(shù)錯誤等。這種驗證本質(zhì)上是一種語義標(biāo)簽驗證，其核心是正確性和等價性。

例如，1.3中1）屬于語義標(biāo)簽錯誤；1.3中的2）屬于結(jié)構(gòu)語義錯誤。兩種錯誤的承載對象存在差異：標(biāo)簽語義錯誤的對象是回路對象；而結(jié)構(gòu)語義錯誤的對象是功能，或包含功能的保護(hù)裝置，或包含保護(hù)裝置的變電站。

2.2　基于功能的回路檢查

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)定義的邏輯節(jié)點（logical node,LN）是功能實現(xiàn)的載體和表現(xiàn)，展現(xiàn)和控制與功能實現(xiàn)相關(guān)的輸入、輸出、定值和參數(shù)等，即邏輯節(jié)點可以使：“功能”的所有輸入和定值都是可見和可配置的；“功能”的所有輸出都是可定向和可檢查的。因此，對于二次系統(tǒng)功能的回路檢查可以通過由大到小的方式，沿著電壓等級、等級內(nèi)間隔、間隔內(nèi)裝置、裝置內(nèi)功能的路徑進(jìn)行逐步。如：①功能回路邏輯閉環(huán)的完整性：以線路保護(hù)為例，完整的邏輯閉環(huán)包括模擬量和開關(guān)量采樣、保護(hù)跳閘動作出口等回路；②虛回路連接的正確性：根據(jù)SCD文件中配置的二次虛回路的模型和描述等信息提取回路的類型特征，與規(guī)則庫進(jìn)行匹配和比較，檢查回路連接是否完整[5]。

2.3　基于通信描述機制的檢查

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)對于IED之間的信息傳遞一般通過 GOOSE和 SMV數(shù)據(jù)描述，因此，需要針對SCD中的報告控制塊特征，結(jié)合數(shù)據(jù)集定義、通信參數(shù)等要素，進(jìn)行SCD的虛回路檢查。檢查的內(nèi)容包括：①GOOSE和SMV的報告控制塊的通信地址配置格式和范圍是否合乎規(guī)范；②APPID、MAC地址是否有重復(fù)或者缺失；③IP地址的分配是否合理、是否存在重復(fù)或者缺失等。

智能變電站的集成商在工程現(xiàn)場修改SCD時，一般是通過各自的專用SCD配置工具，由人工配置其中的二次回路連接關(guān)系。雖然某些集成商的工具具備模板類的配置輔助功能，但是保護(hù)和智能設(shè)備之間的多樣性組合仍然對 SCD工程配置的正確性提出很大的挑戰(zhàn)[6-9]。

3　基于語義強度的虛回路辨識技術(shù)

3.1　基于語義強度的虛回路辨識技術(shù)方案

鑒于SCD語義有強弱區(qū)分，可以根據(jù)語義強度對于SCD虛回路實現(xiàn)逐層辨識。具體如：基于IEC 61850-6的要求，進(jìn)行SCD輸入二次虛回路的語義語法結(jié)構(gòu)規(guī)范性辨識；基于國網(wǎng)企標(biāo)《智能變電站配置文件技術(shù)規(guī)范》，進(jìn)行IED裝置與一次系統(tǒng)關(guān)聯(lián)關(guān)系辨識；基于1396標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行IED裝置模型描述規(guī)范性辨識；基于1161、1175設(shè)計規(guī)范，進(jìn)行基于引用路徑及DESC的二次虛回路辨識，如圖5所示。

圖5　基于語義強度的虛回路辨識示意圖

3.2　基于Schema的實現(xiàn)技術(shù)分析

XML Schema是一種在XML中創(chuàng)建模式定義的語言，其以xsd為文件的后綴名。Schema模式文檔自身以 XML語言寫成，且支持 include、import等多種編程形式，使用Schema模式文檔規(guī)定XML文件，可以使其正確性定義結(jié)構(gòu)清晰，含義明確。Schema模式文檔給出了對指定XML文件的語法和語義規(guī)定，檢查則由特定的程序或者軟件完成，程序如 JAVA等語言中的 xml.validation包，軟件如XMLSpy、Oxygen等。

Schema模式語言不僅能夠規(guī)定XML文檔的語法結(jié)構(gòu)，而且可以通過一致性約束做到一定程度的語義檢查。Schema模式語言中使用的一致性約束有兩種，分別為：①惟一性約束，即xs:unique，其作用是指定某個元素的值或?qū)傩栽谝欢ǚ秶鷥?nèi)的唯一性；②關(guān)鍵字約束，即xs:key和xs:keyref，其作用是使用 keyref的一組值或?qū)傩员仨氁闷鋵?yīng)的key這一組值或?qū)傩浴?/p>

變電站中IED之間的連接關(guān)系、二次回路等信息是通過某一個 IED的數(shù)據(jù)集中的 FCDA表達(dá)輸出，另一個IED的inputs中的ExtRef表達(dá)輸入來完成，Schema模式語言只能描述單個元素的值或?qū)傩约s束，無法直接使用 Schema模式文檔描述連接關(guān)系或二次回路等間接信息的正確性定義，因此不能通過Schema模式文檔進(jìn)行SCD虛回路的規(guī)范性檢查。

SCD模型文件自身對連接信息、二次回路的描述機制決定了其不能使用 Schema模式語言直接進(jìn)行約束。但是SCD本身并不缺少變電站中的任何配置信息，只是大量信息耦合在一起難以處理。因此，需要對SCD文件中的信息按類型進(jìn)行信息提取，即對不同類型的信息解耦，由此，實現(xiàn)SCD文件中彼此孤立卻在實際上緊密聯(lián)系的同類信息的整合，并按照利于 Schema模式文檔約束的形式寫入到新的XML文件之后，用Schema模式文檔描述檢查規(guī)則，進(jìn)行SCD虛回路辨識。

3.3　智能變電站設(shè)計規(guī)范特征

由上述可以看出，IEC 61850，1396，1161/1175，是目前分層強度檢查的主要層次框架。但以虛回路的視角看，它們所約束的語義強度側(cè)重點不同：

1）IEC 61850更側(cè)重標(biāo)簽語義，即使是對于結(jié)構(gòu)的約束，也多為通信目的，并非回路結(jié)構(gòu)。因此應(yīng)作為回路檢查的基礎(chǔ)標(biāo)簽語義依據(jù)。

2）1396屬于結(jié)構(gòu)語義的范疇，并細(xì)化了部分標(biāo)簽語義，但結(jié)構(gòu)側(cè)重于變電站通用結(jié)構(gòu)。因此應(yīng)作為回路檢查的加強標(biāo)簽語義，及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)語義依據(jù)。

3）1161/1175，以裝置類型為對象，詳細(xì)的規(guī)定的裝置的輸入/輸出，及模型表達(dá)約束，屬于強結(jié)構(gòu)語義。因此應(yīng)作為回路檢查的加強結(jié)構(gòu)語義依據(jù)。

IEC 61850所提供的Schema模式，雖然僅僅表達(dá)了IEC 61850的約束，但其本質(zhì)是一種詞法/語法/句法的形式化表達(dá)，可作為自動檢查的輸入。所以，無論1396，還是1161/1175中涉及詞法/語法/句法的約束，都可以采用擴充 Schema的方式加以形式化表達(dá)，則自動檢查的強度也隨之加強。

除此之外，1161/1175對回路設(shè)計的規(guī)范約束更具有現(xiàn)實價值。在本文中，屬于最高強度的回路語義依據(jù)。雖然標(biāo)準(zhǔn)的表達(dá)形式主要依靠表格與文字，但其實質(zhì)是語義學(xué)中的詞庫、詞袋、詞向量，作為等價關(guān)系的檢查，目前的技術(shù)已經(jīng)是充分的。參考目前AI技術(shù)和數(shù)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將“等于”這一單一運算，擴展到“大于”、“小于”、“相加”、“相減”等完整的運算體系，則可以近一步給出語義的“距離”，使之與“強度”、“完備”等性質(zhì)對應(yīng)，將使回路語義檢查更具有量化特征。

4　典型工程案例分析

為驗證技術(shù)方案的有效性，選擇了某500kV智能變電站SCD，采用基于語義強度的Schema技術(shù)，逐層對于所選擇的SCD進(jìn)行虛回路規(guī)范性辨識，具體如下。

1）第一步IEC 61850檢查，基于XML的原始SCD文件與IEC 61850-6給出的XSD文件進(jìn)行一致性比較，主要檢查SCD的語法結(jié)構(gòu)是否規(guī)范，檢查結(jié)果如下。

獨立學(xué)院英語專業(yè)學(xué)生目前最大的問題是學(xué)習(xí)比較被動，從實際授課情況看，特別是人數(shù)比較多的班級，課堂氣氛比較沉悶，教學(xué)過程中的絕大部分時間是由教師講授。商務(wù)英語的專業(yè)定位是培養(yǎng)應(yīng)用型人才，這個目標(biāo)只有在學(xué)生具有一定積極性的前提下才有可能實現(xiàn)。因此，在眾多教學(xué)方法中，最適合在獨立學(xué)院教學(xué)需要的首先應(yīng)該是案例教學(xué)法。

（1）第56317行：PB5012B中元素“ExtRef”缺少必須屬性prefix。

（2）第56318行：PB5012B中元素“ExtRef”缺少必須屬性prefix。

（3）第99942行：PL5003B中元素“ExtRef”缺少必須屬性prefix。

（4）第1891953行：PM5001B中元素“ExtRef”缺少必須屬性prefix。

前4條示例差異，缺乏上述屬性，可能會影響SCD二次回路正確性的判斷。

2）第二步基于 SCD技術(shù)規(guī)范的檢查，通過基于SCD技術(shù)規(guī)范的Schema技術(shù)，比對原始SCD文件與XSD文件的一致性。檢查SCD是否滿足SCD規(guī)范附錄J對IED實例化命名的約束要求，具體如下。

（1）SCD文件第 2031857行：裝置命名為IT02A，該命名不正確！

（2）SCD文件第 2036225行：裝置命名為IT02B，該命名不正確！

（4）SCD文件第 2052491行：裝置命名為PT02B，該命名不正確！

（5）SCD文件第 2241564行：裝置命名為ZDTQ01，該命名不正確！

（6）SCD文件第 2245445行：裝置命名為ZDTQ02，該命名不正確！

（7）SCD文件第 2581276行：裝置命名為ythdy，該命名不正確！

上述 7條差異反映 IT02A、IT02B、PT02A、PT02B、ZDTQ01、ZDTQ02和ythdy均不符合SCD技術(shù)規(guī)范附錄J的IED命名方式。命名不規(guī)范會影響對于保護(hù)屬性的正確判斷。

3）第三步IED配置檢查，以Q/GDW 1396—2012《IEC 61850工程繼電保護(hù)應(yīng)用模型》為依據(jù)，采用Schema文件，比對SCD文件與XSD文件的一致性；具體如下。

（1）“PL5003A”的名字為PROT的LDevice中缺少名為PTOC的必選邏輯節(jié)點。

（2）“PT02A”的名字為PROT的LDevice中缺少名為TVTR的必選邏輯節(jié)點。

（3）“PT03A”的名字為PROT的LDevice中缺少名TVTR的必選邏輯節(jié)點。

（4）“PM5001A”的名字為 PROT的 LDevice中缺少名為TCTR的必選邏輯節(jié)點。

檢查結(jié)果體現(xiàn)的4條差異，缺少上述邏輯節(jié)點，則與該 IED相關(guān)的虛回路檢查時，無法直接調(diào)用Q/GDW 1161，線路保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)范；Q/GDW 1175，變壓器、高壓并聯(lián)電抗器和母線保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)范中定義的引用路徑。

4）第四步基于Q/GDW 1161，線路保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)范，及 Q/GDW 1175，變壓器、高壓并聯(lián)電抗器和母線保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)范的二次虛回路檢查，主要采取兩種方式：①基于引用路徑檢查；②基于DO的描述DESC信息的檢查?？紤]到每臺裝置的有效輸出回路會在對端的輸入回路得到體現(xiàn)，所以需要提取 SCD中每一個IED輸入虛回路的本端端子dodesc信息和對端端子dodesc信息，由此可以構(gòu)成二次虛回路體系完整性檢查。具體結(jié)果如下。

（1）“PL2204A”的輸入虛回路中閉鎖重合閘-6不存在，與標(biāo)準(zhǔn)中不符。

（2）“PL2204A”的輸入虛回路中其他保護(hù)動作-6不存在，與標(biāo)準(zhǔn)中不符。

（3）“PL2205A”的輸入虛回路中閉鎖重合閘-6不存在，與標(biāo)準(zhǔn)中不符。

（4）“PL2205A”的輸入虛回路中其他保護(hù)動作-6不存在，與標(biāo)準(zhǔn)中不符。

結(jié)果示例：4條差異缺少標(biāo)準(zhǔn)中必須存在的輸入虛回路，可能會影響對二次回路正確性的判斷。

5　結(jié)論

本文針對智能變電站SCD應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了基于語義強度的SCD虛回路辨識技術(shù)，通過對于工程應(yīng)用中SCD文件的檢查，印證了該技術(shù)方案的有效性。確保SCD文件的正確性是實現(xiàn)智能變電站SCD全壽命周期管理的基礎(chǔ)[10-11]，是落實國調(diào)80號文要求，是實現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)在線監(jiān)測與智能診斷，構(gòu)建智能變電站二次安全預(yù)警系統(tǒng)的前提[12]。本文所提出的解決方式對于智能變電站保護(hù)系統(tǒng)運行安全性具有十分重要的價值，為智能變電站工程實踐推廣提供了可靠的技術(shù)保障。