基于人工智能的智能變電站圖模一體化自動配置研究現狀及技術原理研究

朱辰 劉文昕 王罡 孟令健

摘要：在智能變電站的集中建設及樞紐變電站智能化改造過程中，基于SCL語言的多種配置描述文件發揮著舉足輕重的作用，為此國內外對于智能變電站圖模配置開展了大量研究。本文通過對國內外研究現狀的分析比較，決定研究基于人工智能的智能變電站圖模一體化自動配置技術。

關鍵詞：智能變電站;圖模一體化;自動配置

引言

“十三五”規劃將我國智能電網的建設已經上升至國家戰略層面的高度，隨著電力系統邁入智能時代步伐的加快，智能變電站建設所涉及的新技術、新設備、新工藝，已經成為推動智能技術創新發展的關鍵。

2009年國網公司啟動智能變電站試點建設，2011年全面推廣建設智能變電站，2012年提出研究與建設新一代智能變電站。截至目前，共有智能站4900余座。智能變電站圍繞系統高度集成、結構布局合理、裝備先進適用、經濟節能環保等方向取得了一定成效。主要采用了合并單元、智能終端、交換機、智能匯控柜、一體化監控等設備;取消了傳統的二次接線，用 SCD 文件（全站系統配置文件）決定設備間邏輯關系和數據流向;使用光纜，減少了電纜的使用。

1國內研究現狀

現階段，國內智能變電站虛端子連接工作主要依靠設計院人員手動完成，工作量大，時間長且容易出錯，對智能變電站的安全運行造成隱患。因此采用計算機自動連接智能變電站 IED 間的虛端子成為了當前的研究方向。由于智能變電站內的 IED 種類型號繁多，不同設備生產廠家對同一類型的虛端子表示形式不一，而且虛端子連接的規則十分復雜，使用傳統的字符串匹配方法實現虛端子自動連接存在巨大的困難。隨著機器學習技術的發展和實際運行的智能變電站數量的增加，為使用機器學習方法學習智能變電站虛端子連接規則創造了條件。國內對智能變電站二次系統虛端子的連接方法進行了大量的研究，根據具體實現方式主要分為三種：1、表格結合拖動的方法;2、基于圖形化模型的可視化設計方法;3、自動連接方法。

國內學者針對SCD文件也開展了大量研究，主要包括：采用基于位置的文本比較算法查找SCD文件的變化內容;綜合運用裝置過程層配置CRC碼在線管控、SCD文件虛回路配置信息比對和SCD文件虛回路可視化校驗等方法;利用二次回路文件比對生成差異文件。在運維過程中，過程層網絡基于VLAN劃分的配置需要運維人員根據SCD 文件手工配置，且變電站改擴建后的配置仍需人工完成。

對于變電站圖紙的生成，國內思源電氣公司的系統配置工具EASY50和南瑞繼保公司的SCL Configurator內嵌了SSD生成工具，采用基于IEC61850的圖模一體化建模方法，一次設備模型及之間的拓撲連接關系根據繪制的主接線圖自動生成，全站只需維護一套圖形和一套變電站模型。此外，國內部分廠家正在推廣和開發的基于AutoCAD的圖形化模型設計工具軟件，以AutoCAD二次開發、圖模一體化設計為手段，實現設計和配置的一體化。此實施方法，主要為設計單位提供符合其使用習慣的配套工具，突出設計單位的設計、集成、配置一體功能。但上述設計的軟件具有根據私有的數據庫文件自動出圖的功能，但完全依賴公開的規范文件，對SCD和SPCD文件進行自動出圖尚沒有進行研究。

2 國外研究現狀

相比于國內在智能變電站方面火熱的研究與工程實踐，國外相關的研究發展相對滯后，國外針對智能變電站研究與工程實踐不多。

首先，國外智能變電站的虛連接沒有專門的設計單位，也沒有虛端子的概念。國外如法國等電力公司采用設備廠商成套設計模式，不需要額外的設計部門，其智能變電站SCD文檔的設計主要依靠廠商通過配置工具完成。其中較為著名的SCD 配置工具包括SCL Manager和Visual SCL for IEC 61850 等。國外SCD設計采用如下流程：首先由設備廠商使用設備配置工具生成設備的ICD文件;同時根據智能變電站主接線圖及功能配置，生成系統規格描述文件SSD;系統集成商從設備廠商獲得裝置的ICD文件，并導入到系統配置工具，完成所有裝置的實例配置和連接，得到全站配置文件SCD;設備廠商將配置好以后的SCD文件設備導入到設備配置工具中，生成裝置配置描述文件CID，并下載到裝置中，完成裝置配置。

此外，國外的設備廠商在智能變電站二次設備的虛連接和互操作上積累了大量經驗。國際上的大型電力設備公司，如ABB、西門子等，作為IEC61850標準的制定者，早期就進行了各個廠家設備間的互操作實驗，并且研制了配套設備，在實際現場中進行了試用。例如，1998年-2000年，ABB、西門子和ALSTOM共同在德國完成了間隔層設備和主控站之間的互操作試驗。試驗中通過在以太網上實現IEC61850-8-1，ABB使用主控站完成了ABB、ALSTOM和西門子的設備間的相互連接。2001年ABB和西門子在加拿大進行了使用GOOSE信號控制間層設備的試驗。試驗中西門子的保護將跳閘開入信號發送給ABB的斷路器模擬器，收到信號后ABB的斷路器模擬器進行跳閘，同時向網絡廣播開關打開的 GOOSE信號，ABB保護接收信號后向斷路器發出重合命令。2002年1月，ABB和西門子在美國使用SV網絡進行互操作試驗，同年9月，這兩家公司又實現了設備間的跳閘和采樣值互操作性，都取得了成功。目前，國外61850研究主要集中在61850體系下的通信性能和繼電保護可靠性、建模技術、二次系統設計和多廠商設備工程集成軟件應用等方面。

綜上所述，國內外關于智能變電站圖模配置的研究主要是通過繪制主接線圖形成SSD文件和通過SSD文件繪制主接線圖，對于一次、二次融合的應用研究較少。在SCD配置過程中提出過間隔復制，批量復制，圖形化連接，表格連接等方面，并未曾提出過以建立模板庫的方式實現自動化配置SCD文件的方法。而物理回路的設計方式依然為手動方式設計，自動化程度不高。

因此，為了更加有效的提升變電站全景模式設計和校驗過程中的效率問題，本項目將基于人工智能技術對智能變電站圖模一體化配置開展深入研究。

2基于人工智能的智能變電站圖模一體化自動配置技術原理

本項目首先建立了虛端子連接模板庫，在邏輯回路模板庫研究的基礎上，引入RKR-GST算法和中文分詞技術解決模板自動創建及學習的問題，使模板庫具有人工智能的屬性，實現自動學習、自動整理和自動完善。其次，對虛端子連接模板庫進行分類處理，通過解析變電站SSD文件獲取變電站的電壓等級和主接線方式，再匹配到合適的邏輯回路模板文件，實現對SCD文件虛回路的自動設計和校驗。進一步地，在模板庫中創建物理間隔，存放通用物理設備，并根據各間隔設備的物理關系連接信息邏輯，在模板庫快速連接SPCD時，通過映射關系將模板庫中的設備映射到實際工程中，邏輯信息根據模板庫中物理端口所存在的信息同樣映射到實際工程端口中，實現快速設計SPCD文件。最后，開發SPCD文件和SCD文件生成設計軟件的私有數據庫，實現智能變電站自動出圖。

3結束語

綜上所述，國內外關于智能變電站圖模配置的研究主要是通過繪制主接線圖形成SSD文件和通過SSD文件繪制主接線圖，對于一次、二次融合的應用研究較少。在SCD配置過程中提出過間隔復制，批量復制，圖形化連接，表格連接等方面，并未曾提出過以建立模板庫的方式實現自動化配置SCD文件的方法。而物理回路的設計方式依然為手動方式設計，自動化程度不高。因此，本文基于人工智能技術對智能變電站圖模一體化配置開展深入研究可以有效的提升變電站全景模式設計和校驗過程中的效率問題，降低智能變電站建設與設計成本，促進智能變電站改造升級，并推動我國制造業的發展，能產生較高的社會效益，具有重要的應用價值。

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