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智能变电站测控功能集中式后备技术的研究和应用 孙一民1，刘永新2,章立宗2,许伟国2(1.长园深瑞继保自动化有限公司, 2.浙江省电力公司)摘要 智能变电站测控装置目前没有后备，测控装置故障或异常时，相应电气间隔将失去测控功能。测控装置双重化方案曾进行过一些试点，实现技术已趋于成熟，但另增一套测控装置的成本过高阻碍了其推广应用。采用测控功能的集中式后备技术，可以较低的成本解决测控装置无后备难题。本文详细描述了集中式后备所使用的虚拟测控装置的模型辨识技术、一致性验证技术，以及集中式后备解决方案。关键词 智能变电站、虚拟测控装置、模型辨识、一致性验证中图分类号：TM 734 文献标志码：A 学科代码：4704054Research and application of centralized backup technology for measurement and control functionin smart substation Sun YiMin1，Liu YongXin2，Zhang LiZong2，Xu WeiGuo2 （1.CYG SUNRUI CO.,LTD，2.ZHEJIANG ELECTRIC POWER CORPORATION）ABSTRACT: In smart substation without any reserve for measurement and control device, when measurement and control device being abnormal or in maintenance status, relevant bay will lose measuring and control function. Though doublecontroldevice in mutual standby statesolution has some trial operation and mature realizationtechnology, but the cost of adding copy of device impedesthespreadand application of this solution. Centralized backup technology used in measurement and control function cuts down the cost of solving the problem of measurement and control device without reserve. This paper describes in detail the centralized backup technology include model identification technology, consistency verification technology, and the solution also. KEY WORDS: smart substation, virtualized measurement and control device, model identification , consistency verification . 0 引言网络替代二次硬接线，使得过程层信息可以通过网络共享，为高性能嵌入式装置同时实现多个间隔的测控功能奠定了基础1、2、3，出现了集中式测控装置4的试点应用，但集中式测控装置存在运行维护不方便，功能软件模块异常影响范围大等缺点4。文献5 基于现有的IEC61850标准和即插即用技术,提出了在线评估与动态重构冗余备用的技术方案。集中式后备测控装置借鉴了集中式测控装置的技术，采取了后备即插即用的思想。不同之处在于采用了面向间隔的设计，将实体测控装置虚拟化，并确保虚拟测控装置与实体测控装置等价，在实体测控装置故障或异常时，以远程操作方式将作为其后备的虚拟测控装置投入运行，解决实体测控装置待检修过程中相应间隔无测控功能的问题。本文详细描述了测控功能的集中式后备技术，包括模型继承、模型辨识和一致性验证等。对于虚拟测控装置的参数配置、后备切换等功能的实现也进行了详细的阐述。1集中式后备原理集中式后备技术由集中式后备测控装置实现，集中式后备测控装置可同时运行多个虚拟测控装置，虚拟测控装置是实体测控装置的冷后备，只在实体测控装置故障或异常时投入运行。虚拟测控装置使用实体测控装置的ICD模型、CID配置、联闭锁规则和运行参数。虚拟测控装置启动运行时，使用被后备实体测控装置的通讯参数，例如IP地址、组播地址、过程层GOOSE控制块的APPID等，如此与其通讯的客户端会将其视为原来的实体测控装置。目前虚拟测控装置可作为线路、母联、母设和主变四类测控装置的后备，暂不考虑公共测控装置的后备。集中式后备测控装置与测控装置在智能变电站自动化系统中所处的层次和位置相同6、7。虚拟测控装置属于智能变电站间隔层的二次设备，过程层基于SV网和GOOSE网进行信息共享是其基本运行条件。2集中式后备测控装置的设计集中式后备测控装置采用了网络分析仪硬件平台，具有很强的网络接入能力， 全站测控功能后备只需一台装置。如图1所示，集中式后备测控装置的过程层采取了集中处理策略，以降低同时运行多个虚拟测控装置时过程层任务调度的耗时。按照一体化监控系统标准的要求，采用面向间隔的设计思想设计虚拟测控装置，虚拟测控装置使用实体测控装置的CID文件，并与实体测控装置一一对应。集中式后备测控装置具有全站SCD文件和每个实体测控装置的CID文件。图1 集中式后备测控装置的设计Fig.2 Design of centralized backup device with measurement and control function1）过程层网络对于实时性要求不同的过程层SV报文和GOOSE报文的处理，采取了模块独立的策略。集中式后备测控装置设计了过程层接收分发器，采取接收报文统一处理，再分发至虚拟测控装置的策略。集中式后备测控装置设计了过程层发送集中器，集中处理虚拟测控装置发送的GOOSE报文。综合应用GMRP、VLAN技术，以及多端口实现流量控制、报文过滤，提高网络报文的接入和处理能力。2）间隔层网络采用一个端口绑定多个IP地址的技术，虚拟测控装置从冷备用状态切换为运行态时将使用被后备测控装置的IP地址。为了防止IP地址冲突，集中式后备测控装置通过SNMP协议关闭故障或异常测控装置所连接的交换机的端口，将其从网络隔离。 3）同期智能插件集中式后备测控装置的硬件平台采用了双核CPU，并由linux2.6操作系统将其转化为4个逻辑CPU核。由于其实时性无法满足同期功能的要求，为此在机箱内增加了同期智能插件，满足同期合闸对于导前角的精度和实时性要求。3 关键技术虚拟测控装置必须满足测控装置的标准规范，作为实体测控装置故障或异常时的备用是其核心价值，不需要长期带电运行，因此对于虚拟测控装置运行和维护的要求可以适当降级，例如将运行和维护要求的一些硬压板转化为软压板。虚拟测控装置与实体测控装置的一致性包含功能等价、模型等价和配置等价三个方面。等价的实现技术和一致性验证技术是测控功能集中式后备技术的核心和关键。就功能等价而言，采用实体测控装置虚拟化思想，将集中式测控装置分解为若干面向间隔的测控装置没有技术门槛，本文不作为重点论述。模型等价意味着虚拟测控装置使用实体测控装置的ICD模型，配置等价则表示虚拟测控装置使用实体测控装置的运行参数、虚端子联系表和联闭锁规则。 3.1 模型及配置等价实现技术虚拟测控装置的信息容量大于实体测控装置是实现模型等价的必要条件。作为后备的虚拟测控装置只需短暂运行，其测控功能所涵盖的信息主要包括遥测、遥信和遥控。虚拟测控装置的运行参数和定值由一次系统决定，例如CT、PT变比、额定值、死区等，可通过人机界面配置。定值主要考虑同期合闸功能。虚拟测控装置需要使用实体测控装置的CID文件，依据CID文件建立LN、DO和GOOSE发送控制块，并从CID文件获取IP地址、组播地址、APPID等通讯参数，以及虚端子联系表。建立CID文件中的变量与虚拟测控装置的内存变量映射关系的过程，就是实现模型等价的过程，理论上这一过程可以完全通过人工修改CID文件中的短地址实现。建立映射关系需要解决以下几个问题8，9：1)国网企标9未完整规范测控装置过程层虚端子与间隔层MMS变量的对应关系，以及此对应关系的描述方式。完全依靠人工辨识存在困难，需要测控装置研发人员的协助。2)厂家未公开测控装置的过程层虚端子与MMS变量的对应关系。图2描述了本项目研发的ICD模型辨识和一致性验证系统，用于ICD模型辨识时，虚拟测控装置不接入。辨识/验证主机采用了网络分析仪硬件平台，可同时接入站控层、过程层GOOSE网、过程层SV网。辨识/验证主机导入SCD文件，通过仿真合并单元触发变化遥测，辨识SV虚端子和MMS遥测变量的对应关系；通过仿真智能终端触发变化遥信，辨识GOOSE虚端子和MMS遥信变量的对应关系；通过发送遥控命令，辨识开出虚端子、开入虚端子与MMS遥控变量的对应关系。通过计算机辅助辨识和映射，极大地提高了修改CID文件短地址的效率和正确率。可辨识率达到90%以上，通过辨识出的对应关系，按虚拟测控装置的建模要求自动修改CID文件中的短地址。不能辨识的部分提供清单，以人工方式修改短地址。目前不能辨识的部分主要包括计算遥测、合成遥信和同期合闸遥控。图2 测控装置的模型辨识和一致性验证系统Fig.2 Model identification and consistency verification system for measurement and control device模型辨识过程简述如下：1） 输入SCD文件，分解出虚端子联系表2） 仿真外部二次设备，例如合并单元和智能终端，触发变化的交流量和信号量，解析实体测控装置的间隔层DOI（即MMS变量）和过程层变量的对应关系。3） 触发遥控分、合命令，解析实体测控装置的间隔层DOI和过程层变量的对应关系。4） 根据实体测控装置的间隔层DOI变量的数据属性，例如：单点、双点、整型等，和应用属性，例如：遥测、遥信、遥控等，选择虚拟测控装置匹配的内存变量，记录并保存此对应关系。5） 基于实体测控装置的CID文件和4）中对应关系记录，修改CID文件中间隔层DOI的内存变量映射关系短地址sAddr的修改，输出虚拟测控装置可以使用的CID文件。3.2 映射关系建立如下XML片段，取自虚拟测控装置的CID文件。片段分为过程层定义和间隔层定义两个部分。（1）过程层定义单点开入0010（2）间隔层定义单点遥信001通过上述两个XML片段，我们可以看到虚拟测控装置对于单点遥信sAddr的定义方法。GOOSEPin_EN_KI_YX和RDYXKR_32_Y是虚拟测控装置自定义的两个映射函数，通过GOOSEPin_EN_KI_YX将外部虚端子单点开入001定义为SPCS01.stVal，并映射到内存变量001;通过RDYXKR_32_Y将过程层DOI：SPCS01.stVal映射到间隔层DOI：Ind01.stVal。3.3其他配置等价实现技术虽然虚拟测控装置具有合成遥测、合成遥信的功能，但合成遥测的计算公式，合成遥信的合成逻辑，在CID文件中没有描述，需要实体测控装置厂家技术人员公开上述信息，通过人工配置的方法进行合成配置，同期定值和同期遥控的对应关系建立采取相同的办法。CT变比、PT变比、额定值、死区等运行参数需依据实体测控装置进行人工配置，需人工配置的还有联闭锁逻辑等。4 一致性验证技术虚拟测控装置配置完成后，在图2所示的一致性验证系统中，同时接入实体测控装置和作为其后备的虚拟测控装置，基于数据比对和报文比对两种方法进行虚拟测控装置和实体测控装置的一致性验证。验证系统从工程SCD文件中提取虚端子联系表，将虚端子联系表下装到仿真合并单元，由仿真合并单元顺序触发变化遥测数据，实时比对两个装置的遥测数据，出现较大偏差时在差异表中实时显示并记录，供人工检查原因。将虚端子联系表下装到仿真智能终端，由仿真智能终端触发变化遥信，实时比对两个装置的遥信状态，出现差异时，在差异表中实时显示并记录。基于CID文件对实体测控装置和虚拟测控装置的相同遥控对象进行操作，比对两个装置的GOOSE发送报文，判断遥控操作的一致性。联闭锁逻辑的一致性验证，通过仿真合并单元和智能终端的自动触发，结合人工置数和人工变位的方法进行验证。5结语虚拟测控装置在工程应用前，必须采用工程实际的SCD文件进行一致性验证。集中式后备测控装置具有全部虚拟测控装置的CID文件、参数配置、合成计算公式、合成逻辑和联闭锁规则。监控主机具有集中式后备测控装置的操作面板，在测控装置故障或异常时，迅速投入后备虚拟测控装置，在测控装置更换或检修后退出后备虚拟测控装置。本文所述集中式后备测控装置已在试点工程进行了应用，模型辨识和一致性验证系统有效提高了集中式后备技术实现和验证的效率，有利于该技术的推广和应用。参 考 文 献1 国家电网公司. Q/GDW679-2011智能变电站一体化监控系统建设技术规范2 国家电网公司. Q/GDW678-2011智能变电站一体化监控系统功能规范3 樊陈,倪益民,窦仁晖,姚志强,王永福,叶海明. 智能变电站一体化监控系统有关规范解读J.电力系统自动化,2012,36(19):1-5.FAN Chen，NI Yimin，DOU Renhui，YAO Zhiqiang，WANG Yongfu，YE Haiming. Interpretation of Relevant Specifications of Integrated Supervision and Control Systems in Smart SubstationsJ.Automation of Electric Power Systems,2012,36(19):1-5.4 熊剑,刘陈鑫,邓烽.智能变电站集中式保护测控装置J.电力系统自动化,2013,37(12):100-103.XIONG Jian,LIU Chenxin and DENG Feng.Centralized Protection and Monitoring Devices of Smart SubstationJ.Automation of Electric Power Systems,2013,37(12):100-1035 张海东,陈爱林,倪益民,窦仁晖,任 辉,杨 青.智能变电站智能电子设备在线评估及动态重构J .电力系统自动化,2014,38(5):122-126.6 倪益民,杨宇,樊陈,郭艳霞,窦仁晖,黄国方.智能变电站二次设备集成方案讨论J.电力系统自动化,2014,38(3):194-199.NI Yimin,YANG Yu,FAN Chen,GUO Yanxia,DOU Renhui and HUANG Guofang.Discussion on Integration of Secondary Devices in Smart SubstationsJ.Automation of Electric Power Systems,2014,3