王瑞彪，鄭文彬

(1.華中科技大學(xué) 無錫研究院，江蘇 無錫 214174； 2.南瑞集團(tuán)有限公司，南京 210061)

0 引言

在變電站調(diào)試初期，各個廠家模型文件、設(shè)計(jì)能力不一致，設(shè)計(jì)虛端子不嚴(yán)謹(jǐn)、不規(guī)范，IED設(shè)備廠家的私有協(xié)議等會導(dǎo)致配置文件需要反復(fù)地進(jìn)行修改驗(yàn)證，可能出現(xiàn)SCD文件離散管理，導(dǎo)致版本眾多。當(dāng)該智能變電站后期運(yùn)行中需要改建和擴(kuò)建時，必須更改SCD文件，如果對舊版本不管控，而是根據(jù)需要直接更改，則會對其他沒有更新的SCD內(nèi)容帶來很大的安全隱患，同時也會影響智能變電站的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 SCD文件版本管控現(xiàn)狀

SCD文件版本管控一般存在3種方式。

(1)在智能變電站建設(shè)初期，SCD配置文件版本管理[5]采用比較原始的方法，通過管理人員對文件進(jìn)行外部檔案編號，按時間編號存儲SCD電子文檔。

(2)隨著智能變電站的推廣，人們進(jìn)一步熟悉SCD配置文件內(nèi)容，在SCD中加入history因素，主要是寫入版本信息。

學(xué)校選班主任往往根據(jù)該教師的工作情況來選，教師緊缺的學(xué)校甚至把剛畢業(yè)的大學(xué)生選為班主任。選上了就把一班學(xué)生直接交給班主任，而沒有對班主任培訓(xùn)。這在某種程度上說就是給一個班的學(xué)生選了個負(fù)責(zé)人，這樣的情況班主任只能摸著石頭過河，或者根據(jù)自己學(xué)生時期班主任的方法來管。普遍缺少班主任理論學(xué)習(xí)和班主任管理水平的提高。

(3)在SCD文件中嵌入標(biāo)志版本號的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)，此碼值是通過一定的算法隨機(jī)生成的，只要SCD文件重要信息有變動，CRC碼值即發(fā)生變化。

以上3種管控方式也是智能變電站的發(fā)展歷程，管控方式在逐步提高。第1種方式是在外部文件上原始記錄版本時間；第2，3種方式有所進(jìn)步，但需要專業(yè)人士打開文件才能看到，由于參與智能變電站建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)的人員類型很多，對智能變電站SCD文件掌握程度參差不齊，因此亟須一種簡單直觀、可通過可視化形式管控的SCD文件版本。

2 SCD文件版本形成

2.1 智能變電站模型文件形成關(guān)系

智能裝置能力描述(ICD)文件是集成變電站SCD文件之前的某一類IED模型文件，用來描述裝置對外的基本服務(wù)能力。系統(tǒng)集成商根據(jù)變電站實(shí)際裝置的類型和數(shù)量，依據(jù)裝置廠商提供的ICD文件對全站每個IED進(jìn)行實(shí)例化，并利用系統(tǒng)規(guī)格(SSD)文件信息進(jìn)行智能變電站IED裝置模型系統(tǒng)集成，得到全站的配置文件，即SCD文件，進(jìn)一步可以得到IED實(shí)例配置(CID)文件。智能變電站幾個模型文件形成關(guān)系如圖1所示。

圖1 智能變電站模型文件形成關(guān)系Fig.1 Formation relationship of intelligent substation model file

2.2 智能變電站配置文件版本變化形成因素

2.2.1 智能裝置ICD模型文件實(shí)例化變化

在智能變電站建設(shè)初期，根據(jù)智能變電站構(gòu)成，IED廠家提供給系統(tǒng)集成商需要的ICD模型文件，集成商依據(jù)實(shí)際裝置對此文件進(jìn)行實(shí)例化，直到智能變電站建設(shè)投運(yùn)后，第1次形成SCD版本文件。變電站進(jìn)行擴(kuò)建或改建，涉及變電站設(shè)計(jì)架構(gòu)改變時，就需要更改原有裝置的ICD文件，必然導(dǎo)致SCD文件前后版本中的內(nèi)容發(fā)生變化，因此，通過版本管控，可視化展現(xiàn)SCD不同版本下模型文件差異的詳細(xì)內(nèi)容是十分必要的。

2.2.2 智能裝置虛端子變化

虛端子是智能變電站配置文件中引進(jìn)的概念，是智能變電站區(qū)別于常規(guī)變電站，代替常規(guī)變電站實(shí)際端子電纜連接，虛構(gòu)出來的一種二次連線形式和二次裝置間的邏輯關(guān)系，以符合實(shí)際電纜端子連接。

在變電站改擴(kuò)建或檢修時，智能變電站IED之間的關(guān)系會發(fā)生變化，如母線方式改變，極有可能改變裝置之間的虛端子回路連接，從而使SCD文件內(nèi)容發(fā)生變化，引起SCD文件版本變化。如果能夠清楚展現(xiàn)虛端子關(guān)聯(lián)及相關(guān)屬性，也就做到了對虛端子修改前后的變電站配置文件版本的間接管控。

2.2.3 智能裝置模型內(nèi)部配置變化

智能變電站SCD文件是一個變電站的綜合配置文件，文件內(nèi)部調(diào)整(如MAC地址變化、IP地址變化、端口分配變化)可能導(dǎo)致SCD文件內(nèi)容發(fā)生變化，形成新的版本。

3 SCD版本管控可視化功能研究

3.1 SCD文件版本列表

對智能變電站所有IED實(shí)例化后得到CID文件，且生成了CID文件的CRC，得到所有IED模型的CID集成文件，即SCD文件。若任意IED模型文件的CRC有變化，則表明SCD文件版本有變化。將最終的SCD文件版本進(jìn)行發(fā)布(如圖2所示)，可以以表格形式可視化展示每一階段的SCD版本。

圖2 SCD文件形成與發(fā)布Fig.2 Formation and publishing of SCD file

3.2 SCD文件差異可視化顯示

模型文件的變化會導(dǎo)致智能變電站SCD文件變化，模型文件變化實(shí)際發(fā)生場景一般是變電站改建和擴(kuò)建。

變電站改建時，主接線方式的變化可能引起跨間隔設(shè)備的變化，如母線主接線由雙母線改為雙母單分段，母線保護(hù)IED的ICD文件需要重新集成，根據(jù)需要改變發(fā)布數(shù)據(jù)集、訂閱虛端子。當(dāng)專業(yè)人員對這些信息進(jìn)行更改時，集成工具會告警確認(rèn)更改，一旦確認(rèn)更改，即形成新的模型文件，使得SCD發(fā)生變化。

智能設(shè)備分為本間隔設(shè)備和跨間隔設(shè)備，本間隔設(shè)備即為擴(kuò)建時新增的智能設(shè)備，這些新增設(shè)備的模型文件屬于SCD文件中新增的內(nèi)容，跨間隔設(shè)備如母線保護(hù)等屬于已運(yùn)行設(shè)備，擴(kuò)建時需要增添其與新增設(shè)備之間的集成連接，當(dāng)擴(kuò)建后的SCD文件中所有新的IED集成后，需要做投運(yùn)前的回路測試驗(yàn)證，認(rèn)證通過即得到新的SCD文件。

綜合以上兩種情況分析，最終將新的SCD文件版本發(fā)布，在發(fā)布過程中，根據(jù)嚴(yán)格算法會判斷哪些IED模型文件有變化，給變化后的IED模型文件賦值新的CRC，用來辨識SCD文件版本。

3.2.1 IED模型文件差異內(nèi)容可視化展示

程序功能設(shè)計(jì)中，在開始解析兩個版本的SCD文件時，以文件中共有裝置為基礎(chǔ)，獲取各裝置的CRC，比較對應(yīng)裝置的CRC，建立以共有裝置名稱為鍵值、CRC異同標(biāo)志為Value的哈希表，在輸出IED變化的列表中框中按IED所述電壓等級和間隔歸屬分類。搜索哈希表，如果兩個版本中對應(yīng)裝置的CRC不同，則將列表框中該裝置所在的行進(jìn)行特殊標(biāo)注。

在展現(xiàn)IED模型詳細(xì)內(nèi)容時，通過選擇的IED名，依次在各自版本的配置文件中搜索對應(yīng)內(nèi)容塊，按照不同的訪問點(diǎn)，檢索邏輯設(shè)備(LD)、邏輯節(jié)點(diǎn)(LN)、數(shù)據(jù)對象(DO)、數(shù)據(jù)屬性(DA)，依次展開各層次進(jìn)行對應(yīng)比較，如圖3所示。

圖3 SCD文件差異詳細(xì)內(nèi)容分析Fig.3 Details analysis on SCD file difference

3.2.2 IED模型文件主要差異內(nèi)容可視化展示

程序解析出兩個SCD文件各自包含的IED，憑借IED模型文件的CRC辨識有變化的IED，用特殊色標(biāo)注列表框中虛端子有變化的IED行的背景色。當(dāng)選取某IED時，可以列出該IED虛端子的詳細(xì)差異，包括LD下所有發(fā)布的控制塊、所有發(fā)布控制塊關(guān)聯(lián)的發(fā)布數(shù)據(jù)集和訂閱虛端子連接關(guān)系，程序建立思路如圖4所示。

圖4 SCD文件主要模塊差異分析Fig.4 Analysis on main module differences in SCD file

4 軟件開發(fā)工具及編碼實(shí)現(xiàn)

4.1 軟硬件環(huán)境

編譯采用Windows系統(tǒng)平臺，編譯工具依托開放的Eclipse，使用跨平臺的Java語言[6]，硬件為個人計(jì)算機(jī)(PC)。

4.2 編碼實(shí)現(xiàn)功能塊

4.2.1 SCD文件版本發(fā)布

(1)校驗(yàn)ICD模型文件正確性并集成。

(2)校驗(yàn)SCD文件正確性，發(fā)布并保存SCD文件。

(3)在發(fā)布文件的同時，工具自動算出每個裝置模型文件的CRC。

(4)將CRC輸入模型文件，以區(qū)別標(biāo)志版本。

4.2.2 SCD文件版本差異可視化展示

(1)啟動SCD文件版本信息比較。

(2)建立哈希表，快速搜索匹配出兩個SCD文件中有變化的IED模型。

(3)根據(jù)XML文件格式，調(diào)用函數(shù)庫，層層比較要展示的內(nèi)容。

(4)按照IEC 61850-6標(biāo)準(zhǔn)定義，將文件以樹枝形式顯現(xiàn)，分層展示模型文件詳細(xì)內(nèi)容。

(5)根據(jù)程序功能選擇要求，比較模型主要信息，即獲取控制塊信息，發(fā)布數(shù)據(jù)集，訂閱虛端子，展示主要差異。

圖6 SCD文件版本管理Fig.6 SCD file version management

圖7 SCD文件中有差異IED內(nèi)容展示Fig.7 Content display of IED with differences in SCD file

5 SCD文件版本可視化管控功能

5.1 SCD文件版本發(fā)布

在智能變電站調(diào)試完畢，驗(yàn)收投運(yùn)后，集成廠家必然要交付給運(yùn)行方SCD文件，在交付之前，將最終的SCD文件版本進(jìn)行發(fā)布，發(fā)布過程中根據(jù)嚴(yán)密算法對有變化的裝置模型文件形成新的CRC，將此CRC輸入SCD文件，形成新的版本，如圖5所示。

圖5 SCD文件版本發(fā)布Fig.5 Publishing of SCD file version

5.2 SCD文件版本管理

集成人員選擇“SCD版本管理”，可以直接查看版本要素，如版本號、修改時間、修改人、修改內(nèi)容、修改原因(如圖6a所示)；可以選取SCD列表中的任意版本，查閱該SCD文件所包含的ICD以及當(dāng)前版本與SCD列表中任意版本的對比(如圖6b、圖6c所示)。根據(jù)裝置配置變化生成新的CRC，直接用特殊顏色顯示該模型文件IED名稱，標(biāo)志該模型配置已發(fā)生變化。

5.3 SCD文件差異可視化功能展示

(1)選擇有差異標(biāo)注的IED，展示該IED模型文件前后兩種版本的詳細(xì)差異，有差異模塊用突出色標(biāo)志出來，如圖7所示。

(2)如果選取顯示差異項(xiàng)，僅展示發(fā)布控制塊、發(fā)布數(shù)據(jù)集、訂閱虛端子3個模塊的變化，如圖8所示。

圖8 SCD文件有差異IED的主要模塊展示Fig.8 Main module display of IED with differences in SCD file

6 試驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)論

本文提出的基于智能變電站SCD版本可視化管控技術(shù)已在多個智能變電站新建、改建和擴(kuò)建中使用，極大地方便了各方人員參與SCD文件版本管控。此技術(shù)可在智能變電站SCD文件版本管控中推廣使用，為智能變電站建設(shè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。