智能变电站SCD文件版本差异化比较研究与应用

智能变电站SCD文件版本差异化比较研究与应用
冯义;张承模;刘宏君;杨庆伟
【摘要】随着智能变电站的大规模建设，越来越多的智能变电站需要扩建，但目
前智能变电站的重要配置文件SCD文件缺少相应的管理办法，导致SCD文件升
级的范围无法有效界定。

为此，分析了标准，在提出了一种SCD文件版本异化比
较方案，方案中将装置的关键信息分成了MMSPub、GOOSEPub、GOOSESub、SVPub、SVSub 5部分，利用CRC校验输出智能变电站的配置升级报告、细节升级报告、母线保护装置报告，从而实现了SCD文件版本比较，有效界定了升级范围，方便智能变电站的调试、运行、维护。

%With the large-scale construction of smart sub-stations, more and more smart substations are to be built. However,the SCD file,an important configuration file of the smart substation lacks the corresponding management methods at
present,leading to failure to define the upgrading scope of the SCD file.
For this purpose,this paper analyzes the related standards and proposes a version comparison method for the SCD file. In the paper,the key information of the device is div-ided into five parts,namely
MSPub,GOOSEPub,GOOSESub, SVPub and GOOSESub,and by using CRC,the configuration upgrading report,the detailed upgrading report and the us-bar protection device report can be quickly put out. These reports help to compare different versions of the SCD file and effecti-vely define the upgrading scope of the file and make debugging operation and maintenance of smart substations easier.
【期刊名称】《电网与清洁能源》
【年(卷),期】2015(000)001
【总页数】6页(P60-64,68)
【关键词】智能变电站;SCD;虚端子;版本差异化;管控
【作者】冯义;张承模;刘宏君;杨庆伟
【作者单位】贵阳供电局，贵州贵阳 550081;贵阳供电局，贵州贵阳 550081;长
园深瑞继保自动化有限公司，广东深圳 518057;长园深瑞继保自动化有限公司，
广东深圳 518057
【正文语种】中文
【中图分类】TM734
从2011年迎来了智能变电站的大规模的建设时期，“十二五”期间智能变电站的数量将突破6 000座。

智能变电站采用三层两网的架构体系，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化作为基本要求。

变电站的过程层以网络通信方式替代大量的二次回路电缆，常规变电站的二次硬回路转变为智能变电站的二次虚回路。

这种转变方式表现为原来以电缆传输单一信号构成的纯电路结构，变成以光缆传输多路信号，再也无法从外部的物理连线分析整个回路[1]。

这些回路配置信息
都保存在智能变电站的唯一配置源文件SCD文件中。

除此之外该文件还描述智能
变电站内所有IED的实例配置和通信参数、IED之间的通信配置以及变电站一次系统结构。

在智能变电站的运行维护过程中，导致SCD文件版本升级的原因有多种，SCD文件虽有历史记录供参考来了解SCD升级的大致变动情况，但是这些历史记
录都是依赖操作人员个人素质，甚至修改过的SCD文件也无历史记录，导致完全失去对SCD文件的管理控制能力。

同时这些历史记录无法精确定位SCD变动的具体内容，也无法定位到升级所影响的范围，以及对应的安措方案。

基于上述问题，本文认真分析了智能变电站的相关技术标准[2-3]，在CRC码的基础上提出了一种SCD版本差异化的比较方案，方便智能变电站的设计人员、运行维护人员使用。

1 SCD文件研究
SCD即智能变电站配置描述文件（substation configuration description）是IEC61850定义的描述智能变电站一次设备、二次设备配置的文件，详细定义了一二次设备的功能映射关系和拓扑关系；描述了二次设备的通讯参数、逻辑联系等信息，完整地描述了各孤立的设备如何连接在一块组成了智能变电站系统，是智能变电站运行的重要配置源。

虽然规范中指出SCD文件由Header、Substation、Communication、IED、DataTypeTemplate 等5 部分组成，但受限国内实际情况，智能变电站目前仅使用了Header、Communication、IED、DataTypeTemplate 四部分，未使用描述一二次设备的功能映射关系和拓扑关系的Substation部分[4-8]。

SCD文件中重要的配置信息如图1绿色部分所示，在Communication部分，MMS部分描述了装置的IP、子网掩码等配置，GOOSE、SV部分分别描述了Gocb、Svcb的组播地址等。

在IED部分，S访问点下的DataSet描述了装置上送给监控后台的信息。

G访问点下的DataSet描述了装置的GOOSE开出信息，GOIN是LN的前缀信息，表示是GOOSE的开入信息。

M访问点下的DataSet 描述了装置的SV开出信息，SVIN是LN的前缀信息，表示是SV的开入信息[4-8]。

图1 SCD文件结构Fig. 1 The structure of the SCD file
2 CRC校验原理
CRC（cyclic redundancy check，循环冗余校验码）是应用广泛的校验码。

早期应用于通信领域，用于校验报文序列有没有被丢失（如无线电波通信受雷电影响）或恶意修改。

随着互联网应用的普及，CRC校验也常用于文件完整性的校验。

简
单来说，CRC校验原理就是在一个P位的二进制序列上添加一个S位的二进制序
列（校验码），从而构成一个总长为L=P+S的二进制序列。

数据序列和校验码形成了一定关系，若数据遭到破坏或篡改，就会破坏该关系，从而就能得知数据是否正确[9]。

3 方案设计
3.1 装置计算信息
为了能得到升级前和升级后两版本的SCD文件的差异性，不仅需要对SCD文件
计算CRC检验码，还需要对内容信息计算。

为了快速得知用户关心的变化部分，
将SCD中装置的信息分为5部分：MMS发送相关参数、GOOSE发送相关参数、GOOSE接收相关参数、SV发送相关参数、SV接收相关参数，分别使用MMSPub、GOOSEPub、GOOSESub、SVPub、SVSub 代表如图2所示。

其中Pub、Sub为public、subscribe的缩写。

图2 装置核心信息分类Fig. 2 The core information classification of devices MMS发送相关参数（MMSPub）:
LLN0下的DataSet的元素参数（含Private元素）：
Data1Ref:相关DAI元素、bType；
GOOSE发送相关参数（GOOSEPub）:
GOCB1路径名（GOCBRef）：
GSEControl元素参数（含Private元素）；
Communication中与GOCB1相关的GSE元素参数（含Private元素）；
GOCB1引用的DataSet元素参数（含Private元素）：
Data1Ref:相关DAI元素、bType；
……
DatanRef:相关DAI元素、bType。

GOCB2路径名（GOCBRef）：同上
……
GOCBn路径名（GOCBRef）：同上
GOOSE接收相关参数（GOOSESub）:
外部GOCB1路径名（GOCBRef）：
GSEControl元素参数（不含Private元素）；
Communication中与GOCB1相关的GSE元素参数（不含Private元素）；外部GOCB1引用的DataSet 元素参数（不含Private元素）：
Data1Ref: bType、intAddr 及相关DAI 元素或NULL；
Data2Ref: bType、intAddr 及相关DAI 元素或NULL；
……
DatanRef: bType、intAddr 及相关DAI 元素或NULL。

外部GOCB2路径名（GOCBRef）：同上
……
外部GOCBn路径名（GOCBRef）：同上
SV发送相关参数（SVPub）:
MSVCB1路径名（MSVCBRef）：
SampledValueControl元素参数（含Private元素）；Communication中与MSVCB1相关SMV元素参数（含Private元素）；MSVCB1引用的DataSet元素参数（含Private元素）：
Data1Ref:相关DOI元素；
Data2Ref:相关DOI元素；
……
DatanRef:相关DOI元素。

MSVCB2路径名（MSVCBRef）：同上
……
MSVCBn路径名（MSVCBRef）：同上
SV接收相关参数（SVSub）:
外部MSVCB1路径名（MSVCBRef）：
SampledValueControl元素参数（不含Private元素）；
Communication中与MSVCB1相关SMV元素参数（不含Private元素）；
该MSVCB引用的DataSet元素参数（不含Private元素）：
Data1Ref: intAddr及相关DOI元素或NULL；
Data2Ref: intAddr及相关DOI元素或NULL；
……
DatanRef: intAddr及相关DOI元素或NULL。

外部MSVCB2路径名（MSVCBRef）：同上
……
外部MSVCBn路径名（MSVCBRef）：同上
3.2 CRC校验码比较原则
为保证针对同一版本的SCD文件，一台装置从SCD中提取来信息形成的XML文件计算出来的CRC校验码一致。

所有提取元素的子元素应与SCD文件中的顺序一致；所有提取元素的属性按字母顺序从a-z的顺序排列；没有子元素和赋值的元素应采用“/>”结尾。

同时需要剔除元素间及属性间的空格、换行符、回车符、列表符后转换成ASCII
码序列。

采用的CRC校验参数为[2]
3.3 报告输出
3.3.1 配置升级报告
配置升级报告见图3。

配置升级报告是描述升级前后SCD文件比对后配置发生变
化的装置、新增装置以及停用删除的装置。

天蓝色的装置表示升级前后没有变化。

图3 配置升级报告Fig. 3 The configuration upgrading report
3.3.2 细节比对报告
细节比对报告是以装置为中心，针对其CRC校验码的变化，展开3部分的内容分析，报告如图4所示。

图4 细节升级报告Fig. 4 The detailed upgrading report
1）装置自身接收虚端子信息差异比对（包括连接变化、位置变化、数量变化、中文描述变化）；
2）装置自身发送控制块描述比对、通讯参数比对、发送端子信息差异比对（包括连接变化、位置变化、数量变化、中文描述变化）；
3）对端装置发送控制块描述比对、通讯参数比对、发送端子信息差异比对（包括连接变化、位置变化、数量变化、中文描述变化）；
3.3.3 母线保护升级报告
母线保护升级报告描述的是在比较了升级前后SCD版本后，再以母线保护装置为
核心，和其相关的发送装置和接收装置的通讯参数的变化情况、虚回路的变化，该报告主要在母线间隔扩建的时候使用。

如果该报告为空就说明原先的装置与母线之间的虚回路没有发生变化，那么在做扩建实验的时候就只需要对新增装置做实验了，
这里以CYSR_BP_01的SUB配置升级报告为例，如图3所示。

3.4 试验智能分析
3.4.1 装置MMS数据变化
MMS数据变化，主要是装置通过MMS报告发给监控后台的信息，根据规范[2-3]，装置站控层的数据信息变化，可以得到表1所示的站控层数据集变化分析。

3.4.2 过程层信息变化
装置过程层信息变化主要是通过GOOSE、SV连接的装置，若装置自身或连接装置的GOOSE、SV的配置有变化，提示需要重新做装置间的互操作实验。

表1 MMS数据集变化分析Tab. 1 The analysis of the MMS data set changes 序号描述1数据集名称dsAin 遥测信息有变2 dsDin 遥信信息有变3 dsAlarm 故障信号有变4 dsWarning 告警信号有变5 dsCommState 通信工况有变6 dsParameter 装置参数有变7 dsTripInfo 保护事件有变8 dsRelayDin 保护遥信有变9 dsRelayEna 保护压板有变10 dsRelayRec 保护录波有变11 dsRelayAin 保护遥测有变12 dsAlarm 故障信号有变13 dsSetting 保护定值有变
4 方案实现
4.1 软件架构
本文提出的SCD版本差异化比较方案基于Qt4.6开发，便于集成到Linux、Windows等平台上。

如图5所示，SCD版本差异化比较方案包含6个模块：解析模块、SCD内存数据库、信息提取模块、CRC计算模块、差异分析模块、报告输出模块。

该方案的输入是升级前后的两个版本的SCD文件，输出是配置升级报告、细节比对升级报告、母线保护升级报告。

图5 系统架构图Fig. 5 The diagrams of the system structure
4.2 流程实现
4.2.1 装置信息提取流程
1）导入SCD，利用tinyXML解析SCD文件。

2）以装置为单位，获取装置的通讯参数信息。

3）以装置为单位，获取装置的虚端子信息。

4）以装置为单位，根据装置数据集的FCDA，获取装置的DO、DA信息。

5）根据装置接收虚端子信息分析发送装置的发送控制块、通讯参数以及数据集等信息。

6）按MMSPub、GOOSEPub、GOOSESub、SVPub、SVSub 5部分。

4.2.2 配置升级报告
配置升级报告是整个SCD版本比对的开始，依次导入升级前后的SCD版本，提
取装置信息，生成CRC校验码。

具体的配置升级报告流程如图6所示。

图6 配置升级报告流程Fig. 6 The design flow diagram of the configuration upgrading report
4.2.3 母线保护升级报告
1）用户选中母线保护装置；
2）以母线保护装置为中心，获取所有和它有关联的装置；
3）判断母线保护装置及其相关的装置是否升级，输出母线升级报告。

4.2.4 细节升级报告
细节升级报告是SCD版本比较的核心部分，它的输出流程如图7所示。

4.3 报告输出
所有报告的输出采用jit开源库，它是基于javascript编写，可以利用自行构建的json数据结构，然后调用对应接构传递该数据，就可以快速生成树形结构等结构。

5 结语
图7 细节升级报告流程Fig. 7 The design flow diagram of the detailed upgrading report
本文所提出的基于CRC的SCD文件版本差异化比较方案，来源于标准，又在标准的基础上扩充了MMS部分，利用CRC校验输出智能变电站的配置升级报告、细节升级报告、母线保护装置报告，从而实现了SCD文件版本比较，方便智能变电站的调试单位、运行维护单位对SCD文件的版本差异化的查看掌握、清楚了解内部升级结构，方便测试实验的展开。

参考文献
【相关文献】
[1] 刘彬，林俊. 数字化变电站虚回路智能检测软件开发与应用[J]. 广西电力，2011，2（34）: 9-11，33.LIU Bin，LIN Jun. Development and application of intelligent software for virtual circuit test in digital substation[J]. Guangxi Electric Power，2011，2（34）: 9-11，33（in Chinese）.
[2] Q/GDW 1396-2012 IEC61850工程继电保护应用模型[S].北京: 国家电网公司，2012.
[3] QGDW695-2011智能变电站信息模型及通信接口技术规范[S]. 北京: 国家电网公司，2011.
[4] IEC 61850-6 Edition 2.0 Communication networks and systems for power utility automation Part 6: configuration description language for communication in electrical substations rela ted to IEDs[S]. 2009.
[5] 祁忠，笃竣. IEC61850 SCL配置工具的研究与实现[J].电力系统保护与控制，2009，37（7）: 76-81.QI Zhong，DU Jun. Research and implementation of IEC61850 SCL configuration tool[J]. Power System Protection and Control，2009，37（7）: 76-81（in Chinese）. [6] 朱二中，傅军栋. 变电站配置语言SCL的分析与研究[J].电力学报，2013，28（4）: 328-331.ZHU Erzhong，FU Jundong. Analysis and research of substation configuration language（SCL）[J]. Journal of Electric Power，2013，28（4）: 328-331（in Chinese）. [7] 郭健生，吴文宣. 基于TinyXML的智能变电站SCD文件的解析[J]. 电力与电工，2011，31（3）: 7-10.GUO Jiansheng，WU Wenxuan. Parse for SCD file of smart substations based on TinyXML[J]. Electric Power and Electrical Engineering，2011，31（3）: 7-10（in Chinese）.
[8] 高磊. IEC 61850 SCL配置文件比对工具的研究与实现[J]. 电力系统自动化，2013，37（20）: 88-91.GAO Lei. Research and implementation of comparison tool for IEC 61850 SCL configuration file[J]. Automation of Electric Power Systems，2013，37（20）:88-91（in
Chinese）.
[9] 王根义. CRC校验码算法的研究与实现[J]. 电子工程设计，2012，20（9）: 38-40.WANG Genyi. Study and implementation of the algorithm of CRC-tested code[J]. Electronic Design Engineering，2012，20（9）: 38-40（in Chinese）.。