基于Web的智能变电站SCD文件管控系统

电子设计工程
Electronic Design Engineering
第28卷Vol.28第24期No.242020年12月Dec.2020
收稿日期：2020-02-14
稿件编号：202002057
基金项目：国家自然基金青年基金（21406135）
作者简介：张永伍（1980—），男，河北唐山人，硕士，高级工程师。

研究方向：电力系统自动化、继电保护。

随着智能变电站系统的优化和升级，SCD 电力文件配置与管理模式得到了快速推广，基于SCD 文件管理控制方式，能够实现对电能传输监控、电气拓扑设计、电网调试等过程的数字化描述和控制，还可以更精确、更合理地实现对电力文件的配置管理，提高变电站和整个电网的智能化水平。

对于保证电力系统的安全、稳定运行具有重要的现实意义[1-3]。

但现有的变电站SCD 文件管理系统的智能化水平及网络化水平不高，多基于局域网和以太网进行模块和软件控制流程的设计[4-5]，无法实现跨区域、长距离的远程监控和调整，给变电站的维护和电网数据监控带来困难。

针对现有智能变电站SCD 文件管理系统存在的不足，基于Web 服务器设计开发了一种新型SCD 文件管控系统，旨在提高电力系统文件管理的网络化水平和智能化水平，并实现对变电站运转状况的远程监控，提高智能变电站和电网系统
的稳定性。

1SCD 文件管控系统框架设计
随着全球互联网的发展及网络协议、软件系统的迭代升级，Web 服务器的应用场景越来越多[6]。

Web 服务器能够拓展XML 系统，具有嵌入式和结构
基于Web 的智能变电站SCD 文件管控系统
张永伍1，马红祥1，王洋1，韩辉2，孙玉杨2
（1.国网天津市电力公司，天津300010；2.山东容弗新信息科技有限公司，山东济南250100）摘要：针对现有智能变电站SCD 文件管控系统在文件上传、下载、存储、共享时存在的耗时长、故障高等问题，该文利用Web 服务器设计了一种管控系统。

该系统主要包括嵌入式Web 文件管理模块、可视化交互模块、SCD 文件同步处理模块和资源整合模块。

分别阐述各模块的功能、系统的控制程序。

实验结果表明，文中系统在大规模数据传输时总体耗时较短，且SCD 文件在电力数据上传时错误率较低。

关键词：Web ；SCD 文件；嵌入式；可视化交互模块；共享传输中图分类号：TP949
文献标识码：A
文章编号：1674-6236（2020）24-0081-04
DOI：10.14022/j.issn1674-6236.2020.24.017
SCD file management and control system of intelligent substation based on Web
ZHANG Yongwu 1，MA Hongxiang 1，WANG Yang 1，HAN Hui 2，SUN Yuyang 2
（1.State Grid Tianjin Electric Power Company ，Tianjin 300010，China ；2.Shandong Rongfu New
Information Technology Co.，Ltd.，Jinan 250100，China ）
Abstract:In view of the existing intelligent substation SCD file control system in the file upload ，download ，storage ，sharing when the time ⁃consuming ，high ⁃fault problems ，this paper uses the Web server to design a control system.The system mainly includes embedded Web file management module ，visual interaction module ，SCD file synchronization processing module and resource integration module.The function of each module and the control program of the system are expounded respectively.The experimental results show that the system is time ⁃consuming in large ⁃scale data transmission ，and the error rate of SCD files is low when power data is uploaded.
Keywords:Web ；SCD file ；embedded ；visual interaction module ；stransport
《电子设计工程》2020年第24期
化的设计标准，高兼容性的数据交换通用格式；其次在Web 模式下采用SOAP 对象存取协议规范作为基础层，并基于HTTP 和SMTP 设计信息监控和信息传递的基础性框架[7]；Web 服务器通常采用UDDI 系统文件查找机制，并基于此建立高扩展性的远程服务平台。

利用Web 总线服务器设计基础网络层次结构，如图1
所示。

图1Web 的基础网络层次结构
Web 服务器通过UDDI 获得变电站服务基础源
数据，具有更好的互操作性、更长的网络寿命及更低的系统维护成本。

针对电力系统中的各类数据，Web 服务器提供了更为完善的云端存储功能，使得
变电站系统中电力数据的安全性得到保证。

此外，Web 服务器还提供面向组件的服务语言和工具，改善系统程序代码的可部署性，更符合智能变电站系统的发展趋势。

为进一步提升Web 服务器的操作性及交互性，服务器协议集中包含了SOAP 协议与WSDL 协议[8]，这是一种经过标准化处理的不完全加密信息列表，可提高Web 服务器的适用性和系统兼容性。

智能变电站SCD 文件管控系统的总体框架结
构图，如图2
所示。

图2
基于Web 的SCD 管控系统总体框架
Web 总线服务器在变电站SCD 智能管控系统中
发挥核心作用，实现后台调度中心与前端传感器、控
制器的连接[9]。

2SCD 文件管控系统硬件设计
2.1
嵌入式Web 文件管理模块
该模块是智能变电站SCD 文件管控的核心模块。

其充分利用Web 服务器功能，改善变电站SCD 文件处理和传递效率。

主要功能包括基于Web 的变电站系统监控、文件操作、空间管理、文件上传下载传递、文件的在线阅读与编辑等[10-13]。

嵌入式Web 文件管理模块被划分为4个子模块，模块的结构与功能如图3
所示。

图3嵌入式Web 文件管理模块功能
2.2
SCD 文件控制模块
SCD 文件控制模块也是系统核心模块之一，该
模块具体构成如图4
所示。

图4基于Web 的SCD 文件控制模块构成
SCD 文件控制模块利用Web 总线服务器实现
对智能变电站系统电力数据的存储、校验、分析、对比、可视化显示及远端数据的共享。

整个智能电网系统中包含多个智能变电站，每个变电站SCD 文件
汇总到文件管控系统后，再经过解压、校验、对比后直接显示，并保存和上传到文件共享中心。

SCD 文
件控制模块增加对用户管理权限的控制功能，只有经过系统管理员授权，并经过身份验证的用户才能进行相应文件管理与控制操作，提高电力网络系统的安全性[14]。

3SCD 文件管控系统软件设计
基于Web 的SCD 文件管控按照通用型ICE61548国际通用准则实施[15-16]，管控程序如图5
所示。

图5
基于Web 的SCD 文件管控流程
在智能变电站SCD 文件系统建设之初，需要保留完整系统虚拟段子回路图，在运行中通过实时展示原始资料中回路的变化情况，观测出后续SCD 文件管控系统出现的异常。

基于Web 的SCD 文件管控系统中的CRC 校验过程，用于判断虚拟的回路所发生的变化情况，CRC 校验过程的主要步骤如表1所示。

表1
CRC 校验过程的处理步骤
序号1234567
处理步骤描述
采集智能电网范围内的SCD 文件，包括站控层的
文件和各种不同类型过程文件
利用Web 网络分配CRC 校验码
将二进制规则在智能变电站SCD 文件与CRC 校验码
之间进行匹配
确认CRC 校验码的真实性和准确性
形成系统报文资料
对比IED 中CRC 值与SCD 中CRC 值，分析匹配程度
完善系统回路图和系统中与之相关的数据
SCD 文件管控系统中包含多个校验结构点，将智
能变电站SCD 文件的各个访问点分别接入MMS 和SMV 网络，文件管控系统内包含虚拟端子信息和模型
信息。

虚拟端子的部分核心提取算法，如下所示。

搜索SCD 文件，找到<M1SSVLD 0>搜索<Input>遍历<all EXTREF>提取intaddr ，虚拟端子记录搜索</Input>
不同智能变电站SCD 文件在格式或CRC 值的匹
配方面存在差异，按照虚拟端子之间的关联性形成系统报文信息，并以FTP 文件的格式再次进行校验。

系统为用户提供更为直观的数据差异识别方式，其可视化水平较高，数据的交互能力较强。

Web 总线服务器的加入，使各智能变电站之间的连接与数据交互更为紧密，在日常监控和电网发生故障时能够更好地保证电网系统的安全。

4系统测试
4.1
实验环境与参数
实验以我国中部地区Z 市的智能电网系统为研究对象，该市从2019年初陆续开始对本区域范围内的智能变电站推广基于Web 总线服务器的SCD 文件管控系统。

以辖区内的智能变电站SCD 文件的管控
系统为例，分析系统的各项功能和性能。

本次实验选取的样本文件大小为100M~1700M 。

4.2实验结果分析
系统性能测试主要从不同规模SCD 文件的传输
共享耗时、文件上传错误率指标进行综合分析，同时将同等条件下基于以太网建设的SCD 文件管控系统的同类指标与之对比，能更清晰地展示出文中系统的优势。

4.2.1不同规模SCD 文件共享传输耗时分析
为了验证文中方法的可行性，实验分析了文中
系统和现有系统的传输耗时，实验结果如图6
所示。

图6不同规模SCD 文件共享传输耗时对比
分析图6可知，当SCD 文件的规模较小时，两种系统数据传输的性能相近，当传输数据规模超过1200M 时，受到网络带宽的影响，现有系统的数据传输耗时增加，文中系统在大数据传输方面的优势较为明显，当数据规模超过较大时，文中系统能够节省近一半的传输时间。

4.2.2不同系统文件上传错误率分析
在SCD 文件管控系统不同规模数据下，实验分
张永伍，等基于Web 的智能变电站SCD 文件管控系统
《电子设计工程》2020年第24期析了文件上传错误率，实验结果如表2所示。

表2变电站SCD文件上传错误率
文件规模/M 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600测试次数
260
260
260
260
260
260
260
260
文件上传的错误率（%）
Web服务器
0.13
0.13
0.14
0.13
0.15
0.20
0.22
0.23
传统系统
0.14
0.16
0.35
1.23
2.53
3.25
3.94
5.07
当SCD文件的规模逐渐扩大时，现有系统文件上传错误率明显增加，这主要是由于现有网络系统存在延迟，传输大规模数据时会出现个别数丢失，验证了文中系统的稳定性更好[17-19]。

5结论
基于现阶段智能变电站SCD文件系统运行的实际情况，该文利用Web服务器优化变电站系统的功能和文件处理性能。

数据分析结果表明，文中提出的管控系统设计在大规模数据上传、下载、存储时的稳定性及性能表现要优于当前系统，信息配置的安全性更高，具有一定的实际意义。

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