CN109522045B - 一种基于信息流图的智能变电站二次系统快速配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于信息流图的智能变电站二次系统快速配置方法，其包括信息流配置模块，用于对信息流进行管理配置；信息流展示模块，用于在所述信息流配置模块对所述信息流进行管理配置之后，调用所述信息流展示模块对信息流进行可视化的展示；间隔配置模块，用于根据电压等级、接线方式和间隔类型，对变电站的设备配置间隔；模型导入模块，用于对ICD模型文件进行解析和校验；数据匹配模块，用于对所述设备的数据进行匹配；数据校验模块，用于检验所述设备之间的连接情况。本发明具有根据信息流图完成智能变电站二次系统数据的快速配置，并利用信息流图中的保护逻辑对已有配置数据进行正确性、完整性的校验的效果。

Description

一种基于信息流图的智能变电站二次系统快速配置方法

技术领域

本发明涉及一种智能电网设计系统的技术领域，尤其是涉及一种基于信息流图的智能变电站二次系统快速配置方法。

背景技术

随着国家电网智能变电站建设工作的深入推进，传统二次系统设计、调试、运行监视等多个环节技术已无法满足工程应用要求，迫切需要开展基于智能电网运行系统背景下的技术体系研究。智能变电站作为一体化系统的关键组成部分，其设计工作涉及设备制造商、设计院、系统集成商、基建调试单位等众多环节多个交接节点，大大增加了建设过程的错误几率，降低了智能变电站二次专业设计规范化、资源管理信息化和运行维护一体化程度。基于此，2016年，国家电网先后推出《智能变电站二次系统设计及模型配置软件技术规范》、《Q/GDW 11765-2016智能变电站光纤回路建模及编码技术规范》，意在规范和统一当前智能变电站设计标准，以便充分发挥智能变电站技术优势，提升智能变电站设计、建设及运行维护各阶段的技术水平。

早期智能站建设过程中，设计与配置分离：变电站的设计由电力设计单位单独设计，用于指导变电站建设和施工；变电站的配置由集成商负责，用于站内设备调试。二者工作分离，但是在实际变电站建设过程中，二者又相互依赖，导致诸多设计问题只有到变电站调试阶段才能发现，返工率高。随着电力设计规范的先后提出，智能变电站的建设方式正逐渐向设计配置一体化的方向转变。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于信息流图的智能变电站二次系统快速配置方法，具有根据信息流图完成智能变电站二次系统数据的快速配置，并利用信息流图中的保护逻辑对已有配置数据进行正确性、完整性的校验的效果。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于信息流图的智能变电站二次系统快速配置方法，所述基于信息流图的智能变电站二次系统快速配置方法包括：

信息流配置模块，用于对信息流进行管理配置；

信息流展示模块，用于在所述信息流配置模块对所述信息流进行管理配置之后，调用所述信息流展示模块对信息流进行可视化的展示；

间隔配置模块，用于根据电压等级、接线方式和间隔类型，对变电站的设备配置间隔；

模型导入模块，用于对ICD模型文件进行解析和校验；

数据匹配模块，用于对所述设备的数据进行匹配；

数据校验模块，用于检验所述设备之间的连接情况。

通过采用上述技术方案，通过信息流图完成智能变电站二次系统物理回路和虚回路的快速配置。在设计初期，根据信息流图确定设备之间连接关系；在设计末期，根据信息流图完成系统配置的正确性和完整性校验。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.可视化设计：本发明在智能变电站设计的过程中，操作界面基于QT的界面展示系统，具有良好的图形显示能力。在变电站设计之前，可依据信息流程图清楚的查看不同间隔内设备之间的信息走向。

2.自我学习：本发明的工程配置数据根据实际使用进行数据统计，将使用频率高的保护逻辑进行记录，应用到下一个工程数据配置中。

本发明进一步设置为：所述信息流配置模块包括标准装置的建模、标准虚端子的定义、标准虚回路的连接和信息流的提取。

通过采用上述技术方案，通过对信息流进行管理配置的模块，能够构建二次设备之间的信息流并且将信息保存成信息流知识库。

本发明进一步设置为：所述模型导入模块包括模型信息解析、虚端子信号解析和通信控制块解析。

进一步地：所述通信控制模块进行数据解析的步骤包括：

从IED元素进入子元素AccessPoint；

若所述子元素AccessPoint的属性值name为“G”或“M”开头，则对所述属性值name进行解析。

通过采用上述技术方案，通过ICD模型文件对智能电子设备具有的基本能力进行描述，为智能变电站二次系统设计提供了数据输入源。

本发明进一步设置为：所述数据匹配模块对数据进行匹配的方法包括：

工程设备与信息流知识库内的二次设备进行关联；

在所述信息流知识库中，根据信息流查询对应的标准虚回路连接；

根据所述标准虚回路的开入端子和开出端子与所述二次设备关联的所述ICS模型的虚端子进行匹配。

通过采用上述技术方案，在做具体变电站工程二次设计时，工程内二次设备根据设备类型、所属电压、全站接线方式与信息流知识库中的二次设备关联，并继承信息流知识库内二次设备之间的信息流关系，这样可以减少二次设备之间虚回路的配置工作，避免人为配置过程中的错误。

本发明进一步设置为：对变电站二次系统快速配置方法包括如下步骤：

根据实际工程应用创建间隔及间隔内设备；

将所述间隔内设备与模型文件关联，继承搜索模型文件所描述的虚端子信号和定义的端口信息；

获取与所述间隔设备对应信息流图，并将工程设备与所述信息流图内的搜索间隔设备进行一一对应；

获取所述信息流图内的信号关联关系，并将所述信号关联关系实例化到工程信号并进行关联；根据信息流图总结二次设备之间物理端口连接关系；

根据总结的二次设备物理端口连接关系和实际的二次设备物理端口定义，按照规则进行设备端口连接。

通过采用上述技术方案，智能变电站二次系统设计是对智能变电站二次系统内设备进行建模、网络结构设计、物理回路设计、保护逻辑设计等，它是智能变电站建设起点，是变电站建设源端数据的来源。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

通过信息流图完成智能变电站二次系统物理回路和虚回路的快速配置。在设计初期，根据信息流图确定设备之间连接关系；在设计末期，根据信息流图完成系统配置的正确性和完整性校验。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.可视化设计：本发明在智能变电站设计的过程中，操作界面基于QT的界面展示系统，具有良好的图形显示能力。在变电站设计之前，可依据信息流程图清楚的查看不同间隔内设备之间的信息走向。

2.自我学习：本发明的工程配置数据根据实际使用进行数据统计，将使用频率高的保护逻辑进行记录，应用到下一个工程数据配置中。

附图说明

图1是本发明的系统结构图。

图2是本发明所述二次设备标准虚回路连接图。

图3是标准信息流提取示意图。

图4是信息流图示意图。

图5是模型文件结构图。

图6是虚回路自动化匹配过程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

智能变电站二次系统设计是对智能变电站二次系统内设备进行建模、网络结构设计、物理回路设计、保护逻辑设计等，它是智能变电站建设起点，是变电站建设源端数据的来源。

本发明实施的步骤如下：

根据实际工程应用创建间隔及间隔内设备；

间隔内设备与模型文件关联，继承模型文件所描述的虚端子信号和定义的端口信息；

选择对应信息流图，并将工程设备与信息流图内的设备进行一一对应；

将信息流图内信号关联关系实例化到工程信号关联；

根据信息流图总结二次设备之间物理端口连接关系；

根据总结的二次设备物理端口连接关系和实际的二次设备物理端口定义，按照规则进行设备端口连接。

本发明的一种基于信息流图的智能变电站二次系统快速配置方法的技术依据有：

1.利用TinyXml解析库进行可扩展标记语言XML(一种用于标记电子文件使其具有结构性的计算机所能理解的信息符号)文本的解析。

2.根据电力行业变电站配置描述语言SCL(Substation Configuratin DescriptLanguage)的标准结构访问方法实现智能电子设备描述文件ICD(IED ConfigurationDescription)文件的解析功能。

3.信息流图配置采用可缩放矢量图形SVG(Scalable Vector Graphics)格式进行展示和配置。

4.本系统利用QT作为软件开发框架，使用C++作为开发语言进行交互式系统的开发语言。

参照图1，为本发明公开的一种基于信息流图的智能变电站二次系统快速配置方法，包括信息流配置模块、信息流展示模块、间隔配置模块、模型导入模块、数据匹配模块、数据校验模块。

信息流配置模块。本发明所述信息流是设备之间信息流向的示意图，是设计人员进行变电站二次设备保护逻辑设计的依据。信息流配置模块是对信息流进行管理配置的模块，能够构建二次设备之间的信息流并且将信息保存成信息流知识库。二次设计人员在进行变电站二次设备保护逻辑设计前，首先进行信息流设计，以此构建二次设备信息流走向和整体的信息流骨架，在此基础上，根据工程实际用模型文件，进行深入的保护逻辑设计。例如，设计人员在保护逻辑设计时，确定的一条信息流是智能终端到线路保护的位置信号，那么在工程保护逻辑连接时，设计人员会完成智能终端位置发送信号连接到保护设备的位置接收信号上，如此完成保护逻辑的连接。

根据工程应用经验及《Q/GDW 393-2009110kV～220kV智能变电站设计规范》，不同间隔下不同类型设备之间的信息流图基本上能够确定，在实际工程应用时，根据工程应用做适当调整，以满足工程应用的需要。同时通过不断的工程应用经验积累，可将常用信息流进行使用频率统计，作为下次应用的依据。

信息流的配置过程可分为标准装置的建模、标准虚端子的定义、标准虚回路的连接和信息流的提取。

标准装置和任何二次厂家任何型号装置无关的各种类型的装置模板，根据属性区分不同的标准设备，定义的属性包括所属电压等级、主接线形式、设备类型。如110kV合并单元、110kV智能终端、110kV线路保护等。装置模板包含输入或输出虚端子信息的中文描述，不包含虚端子的变量名路径。

虚端子描述了智能电子设备IED(Intelligent Electronic Device，也叫做二次设备)设备的GOOSE(Generic object oriented substation events，面向通用对象的变电站事件)、SMV(SampledValue，采样值)输入、输出信号连接点，等同于传统变电站的屏端子，对于设计人员来说，其包含端子描述和端子引用两个部分。六统一里面已经规定了保护装置的开入开出信息包含中文描述和IEC61850变量引用，这种二次设备虚端子定义的标准化，可屏蔽不同厂家二次设备型号差别，定义以虚端子为中心的标准装置。

设计单位依据设计经验，结合智能变电站规范定义出针对各种应用的各类标准装置的输入、输出端子定义以及端子的命名。在智能变电站装置规范中已经定义的各电压等级的变压器保护、母线保护、线路保护的可用于制作单装置模板。如表1所示是依据六统一规范定义的3/2断路器接线线路保护标准装置GOOSE输入的标准虚端子定义。

表1：3/2线路保护GOOSE输入标准虚端子

参照图2，标准虚回路的连接以设备为中心，进行基于标准虚端子的虚回路连接。不同电压等级下、不同间隔类型内的各设备间的连接关系基本上固定的，与各地方的运行习惯相关可以确定。以220kV双母线接线的线路间隔为例，存在线路保护与智能终端之间的互联关系。将这些存在的实际二次虚回路连接整理成标准二次设备虚回路连接模板。如图2为智能终端与线路保护之间的互联模板。

参照图3，在进行完标准虚回路连接后可根据标准虚回路进行信息流的提取，多条标准虚回路连接可以综合成一条信息流，例如智能终端到线路保护的“A相断路器位置->断路器分相跳闸位置TWJa”、“B相断路器位置->断路器分相跳闸位置TWJb”、“C相断路器位置->断路器分相跳闸位置TWJc”可以综合成一条信息流“位置”，而线路保护到智能终端的“跳断路器A相到保护跳A1”、“跳断路器B相到保护跳B1”、“跳断路器C相到保护跳C1”可以综合成一条信息流“跳闸”，且标准虚端子与信息流之间建立内在联系，当选择信息流时，即同步选择了对应的虚回路连接，其关联如图3所示。

参照图4，信息流展示模块采用QT的OpenGL进行信息流图的绘制，在信息流配置模块配置完设备之间的信息流后，可调用信息流展示模块对信息流进行可视化的展示。其中，以方形框代表设备，方形框内部的文字代表设备名称，设备之间的信息流通过带箭头的线段表示，信息流的描述在线段之上，同一方向的多条信息流可以使用“，”号隔开，如图4所示。

间隔配置模块。间隔是变电站设计中的一个基本的逻辑单位，它以线路、主变、母差等基本的操作单元为对象进行整体的设计。间隔配置根据其电压等级、接线方式、间隔类型不同而配置各不相同，因此间隔在设计的过程中应根据其实际情况进行配置。间隔配置模块是对间隔内的二次设备、交换机、屏柜设备等设备进行创建。间隔内设备创建完毕后与导入的ICD模型文件进行关联，继承ICD模型所描述的电气信号，再根据信息流图，完成二次设备保护逻辑的连接。

参照图5，模型导入模块：模型导入模块对厂家提供的二次设备ICD模型文件进行解析和校验。ICD模型文件即智能电子设备配置描述文件，它描述了智能电子设备所具有的基本能力，包括通信能力、互操作信号等，它是智能变电站二次系统设计的重要数据输入源，其结构如图5。二次设备与ICD模型文件关联后，才具备工程实际物理端口和连接端子，在此基础上才能进行智能变电站二次系统物理回路设计和虚回路设计。

模型信息解析用于解析模型中所定义的访问点、逻辑节点、设备信号、通信控制块信息等。

虚端子信号解析。装置虚端子信号是指装置的GOOSE、SV输入输出信号在网络上传递的变量，此类信息可以根据标准《Q/GDW 1396-2012IEC61850工程继电保护应用模型》从ICD文件解析出来。

虚端子开出信息在LNO节点下的数据集里定义，以dsGoose开头的数据下定义的FCDA是GOOSE虚端子，按照“LD/lnPrfixlnClasslnInst.DO.DA”组合虚端子开出路径变量名；dsSv开头的数据集下定义的FCDA是SMV虚端子，将FCDA的各个属性解析出来，按照“LD/lnPrfixlnClasslnInst.DO”组合虚端子开出路径变量名。虚端子的描述信息在对应的LN下查找。

虚端子开入信息在LN下进行定义：LN的prefix的属性以GOIN开头的为GOOSE开入端子，GOOSE开入端子解析到DA，虚端子描述为name为dU的节点值；LN的prefix的属性以SVIN开头的为SMV开入端子，SMV开入端子解析到DO，虚端子描述为DO的desc属性。

通信控制块解析。通信控制块是二次设备过程层信号发送的物理单元，解析出通信控制块信息便能进行通信控制块参数的配置，通信配置下装到设备后，设备才具备通信能力。通信控制块的解析步骤如下：从IED元素进入子元素AccessPoint，AccessPoint的属性值name若为S开头，表示该访问点属于站控层访问点，不再往下解析；若为G或者M开头，表示过程层信息，则继续往下解析。由AccessPoint元素进入子元素Server，在进入Server子元素LDevice，获取LDevice的inst属性值。再进入LDevice的子元素LLN0，LLN0子节点下面的GSEControl和SMVControl即是具体的通信控制块定义，解析其name、appID、dataSet属性以及完整的父子节点顺序。

二次设备概念模型创建完毕，需要与ICD模型文件关联后才具备厂家设备的信号和电气特性。一个ICD模型可以与多个二次设备关联，多个二次设备便具有相同的电气特性，但是二次设备有且仅能与一个ICD模型文件关联。二次设备与ICD模型关联后，便具备了ICD模型文件所描述的虚端子信息、通信控制信息、端口信息。

数据匹配模块。在做具体变电站工程二次设计时，工程内二次设备根据设备类型、所属电压、全站接线方式与信息流知识库中的二次设备关联，并继承信息流知识库内二次设备之间的信息流关系，这样可以减少二次设备之间虚回路的配置工作，避免人为配置过程中的错误。

参照图6，数据匹配的过程如图6：首先工程设备与信息流知识库内的二次设备进行关联，这种关联可以自动关联也可以手动关联；关联完毕后，根据信息流找到对应的标准虚回路连接，再根据标准虚回路两端的开入开出端子与二次设备实际关联的ICD模型的虚端子进行匹配，完成工程虚回路的连接配置。

数据校验模块：在已完成的工程配置中，设备之间是否存在保护逻辑连接，已关联的虚回路连接是否正确，能够通过信息流图进行校验。例如，在工程配置中，未配置合并单元发送给保护设备的电压电流采集虚回路信息，但在合并单元到保护设备的信息流图中却存在电压电流的采集信号，则说明工程虚回路配置不完善，存在错连漏连的风险。

本发明通过所述各模块的应用构建了一种基于信息流图的智能变电站二次系统快速配置方法，通过信息流图完成工程二次设备虚回路的自动关联，解决智能变电站设计过程中二次系统虚回路连接繁琐的问题。本发明的系统结合国家电网公司相关标准规范，在有效提升智能变电站设计的规范性和正确性，极大提升了智能站二次系统设计效率，具有非常实用的工程应用价值。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于信息流图的智能变电站二次系统快速配置方法，其特征在于，所述基于信息流图的智能变电站二次系统快速配置方法包括：

信息流配置步骤，对信息流进行管理配置，构建二次设备之间的信息流并且将信息流保存成信息流知识库；

信息流展示步骤，在所述信息流配置步骤对所述信息流进行管理配置之后，调用所述信息流展示步骤对信息流进行可视化的展示；

间隔配置步骤，根据电压等级、接线方式和间隔类型，对变电站的设备配置间隔；

模型导入步骤，对ICD模型文件进行解析和校验；

数据匹配步骤，将所述设备的所述ICD模型文件解析的数据与所述信息流知识库中的数据进行关联后进行匹配；

数据校验步骤，检验所述设备之间的连接情况；

具体对变电站二次系统快速配置方法包括如下步骤：

根据实际工程应用创建间隔及间隔内设备；

将所述间隔内设备与模型文件关联，继承搜索模型文件所描述的虚端子信号和定义的端口信息；

获取与所述间隔内设备对应信息流图，并将工程设备与所述信息流图内的搜索间隔内设备进行一一对应；

获取所述信息流图内的信号关联关系，并将所述信号关联关系实例化到工程信号并进行关联；

根据信息流图总结二次设备之间物理端口连接关系；

根据总结的二次设备物理端口连接关系和实际的二次设备物理端口定义，按照规则进行设备端口连接。

2.如权利要求1所述的基于信息流图的智能变电站二次系统快速配置方法，其特征在于，所述信息流配置步骤包括标准装置的建模、标准虚端子的定义、标准虚回路的连接和信息流的提取。

3.如权利要求1所述的基于信息流图的智能变电站二次系统快速配置方法，其特征在于，所述模型导入步骤包括模型信息解析、虚端子信号解析和通信控制块解析。

4.如权利要求3所述的基于信息流图的智能变电站二次系统快速配置方法，其特征在于，所述通信控制块解析进行数据解析的步骤包括：

从IED元素进入子元素AccessPoint；

若所述子元素AccessPoint的属性值name为“G”或“M”开头，则对所述属性值name进行解析。

5.如权利要求1所述的基于信息流图的智能变电站二次系统快速配置方法，其特征在于，所述数据匹配步骤对数据进行匹配的方法包括：

工程设备与信息流知识库内的二次设备进行关联；

在所述信息流知识库中，根据信息流查询对应的标准虚回路连接；

根据所述标准虚回路的开入端子和开出端子与所述二次设备关联的所述ICD模型的虚端子进行匹配。