1 概述

智能变电站是采用先进、可靠、集成和环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化（一次设备智能化，二次设备网络化，设备对象模型化）为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能，同时，具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能的变电站。

智能变电站在进行应用的过程中，与传统的变电站有所不同的地方就是使用工业以太网代替了传统二次接线传递数字和模拟信号。

智能变电站架构由过程层、间隔层和站控层结构组成：

过程层主要包含智能组件、电子互感器、数据采集装置、变压器设备和合并单元，主要实现变电站在线监测、数据采集和故障控制等功能，对变电站运行信息进行采集、调理与存储控制，然后将采集数据上传至站控层的监控服务器中，由信息处理平台对变电站运行状态进行评估和判定。

间隔层主要由二次保护装置、PMU装置和控制单元组成，主要为变电站提供二次保护和状态监控，并承担上层、下层的数据通信传输。

站控层主要由信息处理平台和站控设备组成，其中信息处理平台由测控系统、数据分析系统、配置文件校验系统组成，可以提供信息处理、数据共享以及上层应用支撑等功能。各功能模块之间的通信采用高速光纤网络连接，实时监控变电站电气设备的运行状态及异常节点，并将监控信息传输至主站系统进行数据分析和配置文件对比，操作人员通过可视化设备完成变电站监控、控制管理和交互操作等工作，准确获取变电站电压、负荷和环境温度等异常参数，从而提高变电站运行、维护效率，确保变电站的安全稳定运行。

2 优势

简化二次接线：少量光纤代替大量电缆。

提升测量精度：数字信号传输和处理无附加误差。

提高信息传输的可靠性：CRC校验，通信自检，光纤通信无电磁兼容问题。

可采用电子式互感器：无CT饱和，CT开路，铁磁谐振等问题，绝缘结构简单，干式绝缘，免维护。

一二次设备间无电联系：无传输过电压和两点接地等问题，一次设备电磁干扰不会传输到集控室。

各种功能共享统一的信息平台。

减小变电站集控室面积：二次设备小型化，标准化，集成化，布置灵活。

3 相关术语

智能电子设备IED：一个或多个处理器协调工作的设备，具有从外部源接受和发送数据/控制的能力。

能力描述文件ICD（厂家资料）：厂商提供给集成商，描述IED提供的基本数据模型及服务，但不包含IED实例名称和通信参数。

系统规格文件SSD（设计资料）：系统集成商提供，变电站一次系统的描述文件，包含一次系统的单线图，设备逻辑节点，类型定义等。

全站系统配置文件SCD：系统集成商提供，全站统一数据源，描述所有IED实例配置和通信参数，IED之间通信配置以及一次系统结构。

实例配置文件CID：由厂商根据SCD文件中本IED相关配置生成。

一次设备：指变电站高压电器设备（断路器，隔离开关，变压器）。

二次设备：保护和通信设备。

智能终端：又称智能操作箱，通过设置断路器、隔离开关等设备保护IED传输的信息。通过使用遥感模块、数据处理模块及设备的信息感知模块实现智能系统的基本功能。并通过基于IEC 61850标准的通信接口实现与过程层的通信，将这些模块有机结合实现数据的控制及上传。与一次设备采用电缆连接，与二次设备采用光纤连接。

合并单元：采集多个互感器中的信息然后进行数据合并处理，将信息做到时间同步。处理后的信息将被传至数据模块输出。最终将以统一的IEC61850标准输出到过程总线上。若其电压等级较为特殊，则通过合并单元还能控制信息相应的耦合状态。

过程总线：使用过程总线传输IED数字信号。与传统模拟电缆相比，过程总线的抗干扰能力大大提高，误码率大大降低。因此可仅仅利用几根光缆就能实现信息共享，简化了电缆连接的难度及密度。

交换机：作为二次设备实现网络化的关键，交换机通过保护数据传输来代替传统的电缆交换。交换机有很多不同的标准，其中使用基于IEC61850标准的交换机具有信息流配备不同优先级的分类传输，并且支持虚拟局域网及组播功能，还可利用生成树协议实现网络的重构。

保护/测控装置：为实现高精度的信息传输，实现主机间的数据交换，此装置更关注纵向的、跨间隔的操作功能，以防止错误操作造成的闭锁及符合连切等问题。保护/测控装置不仅可以实现工程师与变电站之间的高效通信，又能实现智能设备间的信息传输，因此此装置具有很强的数据分析处理能力。

虚端子：GOOSE，SV输入输出信号的逻辑连接点。

4 通信网相关

国家智能电网建设遵循IEC61850标准构架和接口方式，智能变电站中的详细数据模型和配置信息，同样采用IEC61850规范中定义的配置描述文件来进行描述，通过配置文件对各设备对象进行相应配置，从而实现变电站与软件系统之间的信息共享。依照IEC61850规范标准，智能电子设备（Intelligent Electronic Devices，IED）所有配置文件都来自于SCD配置描述文件，主要描述了变电站内的一次设备模型、功能视图、IED视图、产品视图、通信配置信息以及数据流等内容，然后通过配置工具和IED实现变电站信息关联配置。

CRC码作为SCD文件为每个装置提取的配置信息，当实际二次装置的CRC校验码发生变化时，表示该装置相关的虚回路发生了改变，此时则认为SCD文件也需要升级。如果实际装置中的CRC校验码与SCD文件中该装置的CRC校验码不一致，则说明SCD文件没有升级或者SCD生成过程中存在错误。若实际二次装置中的CRC校验码与当前站内正在使用的SCD中的CRC校验码不一致，则发出预警信号，将校验结果发送至主站系统进行数据处理，采用网络拓扑图展现全站各IED之间的数据流关系，并通过可视化设备展示出节点连接图和逻辑连接图，使操作人员可以清晰、简化地了解变电站各IED之间的交互信息，帮助对正在运行检修的设备定位故障点，对其状态进行检测及故障定位。

SCD配置文件图形化过程

在智能变电站服务器中获取配置文件，扫描所获取的配置文件并提取IED列表信息，解析每一个IED输入信息和输出信息，在从输入、输出信息中解析IED之间的连接关系，然后分层次进行图形化展示。上述解析IED之间的图形化连接关系，从IED列表中选定某一个IED，图形化展示该IED输入连接关系，根据所述IED列表中某一个选定IED的输出信息，从其余的IED的输入信息源端中查找是否有选定IED的信息；若有选定IED的信息，则显示该选定IED的输出连接关系，从选定的IED输入信息和输出连接关系中过滤掉重复出现的IED，从而形成完备的连接关系。分层次图形化展示包括三层结构：第一层为所有获取的IED列表信息；第二层为以某一选定IED为中心，展示该选定IED和与之具有连接关系的IED的网络拓扑视图；第三层为被选定IED与对端IED的虚端子连接图。系统在主站后台中获取所需的配置文件，将配置文件中信息图形化的展示，使操作人员可以直观地获取所需信息，降低了传统手工查找所带来的错误风险，显著提高了调试和维护水平。

SCD文件（SCL编写）快速解析技术

智能变电站配置文件信息解析技术的实现，由信息处理平台在后台服务器中实时获取配置文件，并提取所需的IED列表信息。配置文件以XML格式记录，其中IED节点记录每个IED的信息，通过遍历所有的IED节点，可以提取出IED列表信息。然后在IED列表信息中解析出每一个IED的输入信息和输出信息。SCD模型文件作为标准的XML格式文件，有相关的XSD文件进行语法约束。因此，本系统采用VTD（Virtual Token Descriptor，虚拟令牌描述符）技术完成对SCD模型文件的快速解析，从一个复杂的XML文件中提取全部数据信息。VTD作为一种开源的XML解析方法，能够在内存中对XML实现快速检查，并提供XPath查询支持。通过VTD技术对智能变电站SCD模型文件进行解析，将解析的所有内容存储到临时的内存数据库中，并根据类别存储在不同表结构作为基础数据，便于系统后期的深入分析和二次处理。