智能变电站监控信息自动传动验收方法研究

时间：2024-07-28

夏立萌宋巍郭飞王翀李世群

(国网冀北电力有限公司检修分公司北京 102488)

1 引言

智能变电站一体化监控系统实现了站内全景数据的采集、处理、监视、控制与运行管理，数据通信网关机通过直采直送的方式提供面向调度主站的实时数据交互，实现变电站远方集中监控[1-3]。在电网调度自动化系统中，遥信、遥控、遥测和遥调四类通用功能是SCADA系统的核心功能，关乎调度自动化系统的安全稳定运行，而“四遥”数据的质量很大程度上依赖于变电站监控信息传动验收工作[4-5]，因此探究变电站监控信息快速精准的传动验收方法具有重要的实用价值。

变电站监控信息常规传动验收模式为变电站调试人员依据监控信息表，就地操作设备，逐个触发信号，验收人员依据监控后台告警信息、画面等判断站端监控信息的正确性；待站端监控信息验收完毕且调度数据网通道具备后，变电站调试人员依照调度主站调控信息序位表再次操作设备、触发信号，调度主站接收并显示数据通信网关机转发而来的监控信息，主站人员与变电站人员电话联系，通过调度主站系统告警信息、画面等确认调度主站监控信息是否正确[6-8]。常规方法依赖于调度数据网通道具备与否且需要多次操作设备；验收之前缺少配置校核环节，把工程组态的配置缺陷延迟到与调度主站传动验收环节，导致监控信息传动验收工作任务重、效率低、工期长。

智能变电站二次设备采用统一的 IEC61850通信协议与数据通信网关机进行数据交互，因此便于实现监控信息基于IEC61850标准的统一建模[9-12]。文献[13]提出智能变电站二次系统仿真测试和集成调试的新模式，利用对各应用功能的采集输入和执行输出的外部特性进行等效仿真，支撑各应用功能集成调试，以提高各应用功能调试效率。文献[14]提出一种智能变电站监控信息快速校验方法，利用模拟主站，与远动装置实时通信，对远动装置转发功能进行验证，实现调度主站与变电站就地联调。文献[15]提出一种基于模拟子站的智能电网调度控制系统集成调试方法，利用模拟子站模拟变电站各种类型设备的实时数据及信息，对调度主站系统数据库配置、模型建立、图形画面关联是否正确进行调试。这些方法均利用模拟仿真与集成调试技术，针对监控信息传动验收的某一个环节进行改善，以达到自动化、集成化处理的目的，但未能实现对变电站监控信息传动验收全过程的自动校核，传动验收工作的准确性与快捷性有待提升。

本文提出以智能变电站系统配置描述文件(System configuration description，SCD)、远动配置描述文件(Remote configuration description，RCD)和变电站监控信息表(Substation supervisory and control information table)为基础，研究开发变电站监控信息自动验收系统，对变电站监控信息全过程进行自动校核，提高传动验收工作的效率，实现对常规验收方法的改进与创新。

2 监控信息自动验收装置

变电站监控信息自动验收装置作为自动验收系统核心部分，其设计采用面向服务的体系架构(Service oriented architecture，SOA)，如图 1 所示。软件功能模块化设计，具备HMI人机交互界面，根据用户需求灵活配置到系统不同节点，构建面向应用、安全可靠、资源共享、易于扩展的支持系统。

装置应用Linux操作系统，开发语言采用跨平台开发包Qt，数据库采用实时数据库和SQLITE数据库。整个软件架构以实时数据库以及SQLITE数据库为核心，应用软件功能模块化分为SCL文件解析模块、xlsx处理模块、MMS通信模块、IEC104通信模块、全景扫描模块、报告管理模块等。

实时数据库主要存储SCD文件解析后的数据，是模块数据交互的基础；SQLITE数据库具有使用方便、数据处理速度快，轻量级等优势，主要负责中间数据的临时存储、配置信息存储、报告存储。考虑到自动验收装置需要同时仿真多个 IED，为了程序的稳定性，对每一个通信模块采用独立的进程设计，每一个进程都与数据库进行交互，MMS通信模块支持多实例方式与监控后台与远动装置同时通信，支持遥信、遥测数据的突变、周期、总召、品质变化数据上送服务，支持报告实例号监视及报告ID编辑。IEC104通信模块用于与调度主站通信，实现主站前置配置信息静态校核、监控信息自动验证及监控画面动态验证等功能。遥信全景扫描模块用于扫描远动装置所收到的 MMS信息与转发的IEC104信息之间的转发关系，对应关系的查找以SOE时间为基准，基于发送的MMS报文，转发的IEC104报文同一个信号将拥有同样的SOE时间。

3 监控系统配置校核

监控信息自动验收系统可向导式导入监控信息点表、RCD文件、SCD文件，对三个文件进行语法语义、合规性检查，以及文件一致性校核，确保数据通信网关机工程配置零缺陷，为后续自动传动工作开展奠定基础。

配置校核主要包含四个环节：RCD文件校核、SCD模型校核、监控信息表与RCD文件一致性校核、RCD文件动态校核。

3.1 RCD校核

将相应工程的 Excel格式监控信息表导入自动验收装置，并填写遥信/遥测/遥控在Excel文件中的标签页码、点号对应列、描述对应列等信息，进行RCD配置；配置后，选择相应工程的RCD文件检查其有效性，对RCD文件进行语法与语义校核，以保证数据通信网关机配置文件的规范性，并以报告形式给出校核结论；如有配置错误，需要整改后重新校核，RCD文件校核工程实例如图2所示。

3.2 SCD模型校核

将SCD 文件导入自动验收装置，从SCD文件中抽取IED地址信息、报告控制块信息及报告控制块引用的数据集信息。对所有IED进行SCL模型检查，确认IED模型是否满IEC61850-6标准并给出校核结论；如果存在IED 模型无效，则给出详细信息，供参考整改重新校核，SCD模型校核工程实例如图3所示。

3.3 监控信息点表与RCD文件一致性校核

监控信息点表和 RCD文件导入自动验收装置后，对监控信息点表和RCD进行一致性校核，检查监控信息描述、点号数量等是否一致，监控信息点表与RCD文件一致性校核工程实例如图4所示。

当SCD、RCD和监控信息表三者信息校核出现异常时，需提交校核结论进行整改，整改后的文件再次按照以上步骤进行校核，直至没有任何配置错误。当SCD、RCD和监控信息点表三者校核通过后，表示配置文件静态校核完成，可以进行数据通信网关机的工程配置闭环动态校核。

3.4 RCD文件动态校核

数据通信网关机模型动态校核原理如图 5所示，通过导入SCD文件提取全站IED设备的模型文件，监控信息自动验收装置模拟全站IED设备发送MMS报文，通过闭环组网，数据通信网关机实时接收MMS报文，监控信息自动验收装置同时接收数据通信网关机发出的 IEC104报文，通过数据通信网关机和监控信息自动验收装置的闭环动态测试，可验证数据通信网关机转发配置表正确与否，实现RCD文件动态校核。

RCD文件动态校核可获取 MMS发送记录文件、IEC-104报文接收记录文件、监控后台历史事件记录文件三个文件；导入监控信息表后，通过以上文件，根据SOE时间唯一性，提取主站描述及站内对应描述，形成完整的RCD文件动态校核报告。

4 监控信息自动传动验收

监控信息自动验收方法通过监控信息自动验收装置，将变电站和调度主站的紧密配合工作进行解耦，即在变电站端引入监控信息自动验收装置，利用其模拟主站功能，与监控后台同步完成站内监控信息验收、远动转发功能验收工作；再利用其模拟子站功能，与集成于电网调度控制系统的主站监控信息自动验收模块通信，与调度主站进行程序化的自动联调，实现前置配置信息静态校核、监控信息自动验证及监控画面动态验证等功能。

4.1 模拟主站与监控后台同步传动验收

模拟主站与监控后台同步验收原理如图 6所示。将数据通信网关机直连到自动验收装置，并分别对自动验收装置和数据通信网关机进行系统配置、网络配置和通道配置。依据变电站监控信息表，调试人员现场实际操作一次/二次设备遥信、遥测信息，接收遥控、遥调信息，验收人员既可以对站端监控后台进行传动验收，又可利用自动验收装置的模拟主站功能对数据通信网关机转发信息表配置进行逐一校核，实现一次操作、同步验收的便捷性，确保监控后台监控信息、通信网关机工程组态配置与变电站一次/二次设备实际操作的一致性。模拟主站与变电站监控系统同步验收工程实例如图 7所示，传动结束后，可一键导出传动记录，自动形成信息传动报告。

4.2 模拟子站与调度主站自动传动验收

在调度数据网通道具备后即可开展主站监控信息传动验收工作，将调度主站监控信息自动验收模块安装于主站智能电网调度技术支持系统内，所有监控信息参数和数据均直接从主站前置获取。

模拟子站与调度主站自动传动验收原理如图 8所示，将数据通信网关机的下行数据网络接口直连到验收装置的网络接口，启用自动验收装置的模拟子站功能，并将校验无误的SCD文件、RCD文件、监控信息表等导入自动验收装置，对自动验收装置进行相关系统配置和网络配置；调度主站开启监控信息自动传动验收模块，配置监控信息表。

主站、子站配置完成后一键起动，自动验收装置按照监控信息表自动触发遥信、遥测信号传动给数据通信网关机，响应调度主站下发的遥控、遥调信息，与主站自动验收模块实时进行智能程序化自动验收，主站自动接收监控信息并记录，可方便地对主站监控信息、光字牌、图形等配置错误进行修改。模拟子站与调度主站自动传动验收工程实例如图 9所示，传动结束后，导出传动记录形成传动报告。