智能變電站虛端子圖繪制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

邱 艷 王鵬飛

（1、湖北商貿(mào)學(xué)院，湖北 武漢430079 2、武漢國(guó)電武儀電氣股份有限公司，湖北 武漢430073）

智能變電站[1-2]以智能設(shè)備（IED）代替了傳統(tǒng)設(shè)備，以光纖及網(wǎng)線(xiàn)等代替了傳統(tǒng)變電站的電纜。傳統(tǒng)變電站中保護(hù)、測(cè)控等一次和二次設(shè)備的交直流輸入輸出量，通過(guò)端子排，由電纜連接的方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)采集及信息交互。而智能變電站中，裝置的輸入輸出可以通過(guò)能力描述文件ICD（IED Capability Description）來(lái)定義。

在ICD 文件中，描述了裝置之間的數(shù)據(jù)訂閱關(guān)系，即本設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)集及數(shù)據(jù)集條目（例如模擬量、開(kāi)關(guān)量、告警等）和本設(shè)備訂閱哪些裝置的數(shù)據(jù)集條目。智能變電站的所有ICD 文件匯集成SCD[3]文件（Substation Configuration Description）,該文件描述了整個(gè)變電站內(nèi)，各設(shè)備的能力，及相互之間的數(shù)據(jù)交互關(guān)系。智能變電站各設(shè)備的數(shù)據(jù)條目之間的收發(fā)關(guān)系，功能和意義與傳統(tǒng)變電站中的“端子圖”類(lèi)似。因此，為了便于各層次用戶(hù)及設(shè)計(jì)人員的應(yīng)用和理解，虛端子圖在智能變電站中有著廣泛的應(yīng)用。

關(guān)于虛端子圖的研究，文獻(xiàn)[4-5]分別從不同的角度分析了SCD 文件的結(jié)構(gòu)層次，并提出了詳盡的解析方案。文獻(xiàn)[6-7]虛端回路圖的設(shè)計(jì)方法。本文在已有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種智能變電站虛端子圖繪制方案，可由SCD 文件經(jīng)簡(jiǎn)單擴(kuò)展后，自動(dòng)生成SVG 格式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，解決了拓?fù)鋱D繪制繁瑣及內(nèi)容不全的問(wèn)題。

1 系統(tǒng)研發(fā)思路及過(guò)程

1.1 對(duì)現(xiàn)有的SCD 規(guī)范予以擴(kuò)展，添加網(wǎng)絡(luò)定義模塊。此外設(shè)計(jì)SCD 文件解析工具和SVG 拓?fù)鋱D自動(dòng)生成工具，自動(dòng)生成智能變電站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。該拓?fù)鋱D為SVG 格式，包括網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及其級(jí)聯(lián)關(guān)系、IED 及其接入方式、各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的控制塊等信息。采樣該技術(shù)，可依據(jù)SCD 文件自動(dòng)生成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，極大減輕現(xiàn)場(chǎng)配置工作量，并可以生成的SVG 格式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)圖形化的智能變電站網(wǎng)絡(luò)和IED 狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷功能。

1.2 SCD 文件目前已有Communication 段，在該段添加交換機(jī)的定義，包括每個(gè)交換機(jī)的基本信息及各交換機(jī)的級(jí)聯(lián)關(guān)系，修改各IED 及控制塊定義，描述IED 的各控制塊接入的交換機(jī)及端口。

1.3 設(shè)計(jì)一個(gè)SCD 解析工具，功能包括：解析交換機(jī)及其級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)、解析所有IED 及其接入的交換機(jī)、解析各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相關(guān)的控制塊，并將以上信息存入內(nèi)存結(jié)構(gòu)。

1.4 設(shè)計(jì)了一個(gè)SVG 文件自動(dòng)生成工具，根據(jù)內(nèi)存中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，自動(dòng)生成SVG 格式的拓?fù)鋱D。快速生成方法基于SCD文件，并對(duì)擴(kuò)展SCD 文件進(jìn)行擴(kuò)展，加入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系的定義；制定SVG 元素ID 規(guī)范，明確智能變電站用到的元素的ID；運(yùn)用通用的XML 解析工具，解析SCD 文件；設(shè)計(jì)SVG 生成工具，創(chuàng)建SVG 格式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。最終結(jié)果是得到一個(gè)SVG格式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，該文件為標(biāo)準(zhǔn)格式，可使用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器或Adobe SVG Viewer 等工具進(jìn)行渲染，也可用于電力系統(tǒng)監(jiān)控軟件，進(jìn)行識(shí)別和交互。

本文提出的SCD 擴(kuò)展部分和SVG 文件的ID 規(guī)范可作為電力系統(tǒng)行業(yè)或者地方規(guī)范進(jìn)行推廣，如果采納此兩項(xiàng)定義，在工程實(shí)施時(shí)自動(dòng)生成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，可為基于拓?fù)鋱D進(jìn)行直觀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)監(jiān)視及預(yù)警打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，并為智能變電站安全可靠運(yùn)行提供一項(xiàng)技術(shù)支撐。

2 系統(tǒng)功能

2.1 載入和解析SCD 文件。載入并解析全站配置文件（SCD文件），讀取文件中的控制塊和數(shù)據(jù)集定義，讀取數(shù)據(jù)訂閱關(guān)系。SCD 文件為XML 文件，文件較大，且內(nèi)部邏輯較為復(fù)雜，因而解析過(guò)程較長(zhǎng)。為提高軟件運(yùn)行效率，系統(tǒng)支持二進(jìn)制格式存儲(chǔ)解析結(jié)果，便于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)快速載入，避免每次都解析XML 文件。SCD 文件載入完成后，可點(diǎn)擊“保存解析結(jié)果”按鈕，將解析結(jié)果保存在二進(jìn)制文件中。

2.2 構(gòu)建IED 樹(shù)。SCD 載入完成后，根據(jù)讀出的IED 信息，構(gòu)建IED 樹(shù)，如圖1 所示。

圖2 虛端子圖

IED 樹(shù)以IED 為根節(jié)點(diǎn)，包括該IED 下的SV 控制塊、GOOSE 控制塊及相關(guān)數(shù)據(jù)集信息。單擊不同的節(jié)點(diǎn)，右側(cè)區(qū)域?qū)@示節(jié)點(diǎn)有關(guān)的詳細(xì)信息。其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

IED：顯示設(shè)備臺(tái)帳信息，如名稱(chēng)、分類(lèi)、制造廠(chǎng)、型號(hào)等信息；SV 控制塊：顯示APPID、名稱(chēng)、描述及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)集定義；GOOSE 控制塊：顯示APPID、名稱(chēng)、描述及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)集定義；數(shù)據(jù)集：顯示數(shù)據(jù)集名稱(chēng)、描述及各數(shù)據(jù)條目的定義。

2.3 繪制虛端子圖并完成跳轉(zhuǎn)響應(yīng)。系統(tǒng)根據(jù)SCD 解析結(jié)果，生成虛端子圖，如圖2 所示。虛端子圖繪制IED 之間的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)圖像之間的鏈接、跳轉(zhuǎn)，可顯示各數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)條目的對(duì)關(guān)系。單擊“虛端子圖”按鈕，進(jìn)入虛端子圖界面。本界面的IED 樹(shù)按通信子網(wǎng)劃分。選中某一裝置后，將以該裝置為中心，顯示訂閱裝置的設(shè)備和被該裝置訂閱的設(shè)備。

虛端子圖的第一層顯示裝置（和其所包含的控制塊）之間的數(shù)據(jù)訂閱關(guān)系，但并未顯示數(shù)據(jù)具體的對(duì)應(yīng)關(guān)系。以傳統(tǒng)電纜連接類(lèi)比，即只顯示了端子到端子的關(guān)系，未顯示端子針腳之間的連接關(guān)系。數(shù)據(jù)的映射關(guān)系可通過(guò)查看下級(jí)圖形實(shí)現(xiàn)，如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)映射關(guān)系

3 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 基于QT 實(shí)現(xiàn)，跨平臺(tái)運(yùn)行。系統(tǒng)基于跨平臺(tái)的圖形界面組件QT 實(shí)現(xiàn)，可運(yùn)行于Windows、Linux 等常見(jiàn)系統(tǒng)平臺(tái)，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)院、主站、子站、裝置等多種應(yīng)用場(chǎng)景。

3.2 數(shù)據(jù)展示方式。用樹(shù)結(jié)構(gòu)，分級(jí)分類(lèi)展示全站的IED 設(shè)備。選中IED 設(shè)備后，以圖形化方式繪制該IED 與站內(nèi)其它IED 的連接（或數(shù)據(jù)訂閱）關(guān)系。選擇連接后，以圖形話(huà)方式，展示該連接包含的數(shù)據(jù)集條目間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.3 圖形的級(jí)聯(lián)及跳轉(zhuǎn)。選擇虛端子圖中的設(shè)備，可跳轉(zhuǎn)到選中設(shè)備的虛端子圖，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)設(shè)備的相互跳轉(zhuǎn)。

4 應(yīng)用范圍

4.1 應(yīng)用范圍：系統(tǒng)可用于智能變電站二次設(shè)備或自動(dòng)化系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)以圖形化及列表的方式，展示變電站內(nèi)各設(shè)備的數(shù)據(jù)定義以及各設(shè)備之間的數(shù)據(jù)訂閱關(guān)系。

4.2 系統(tǒng)可用于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的插件。系統(tǒng)可作為系統(tǒng)插件，用于智能變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文裝置、智能運(yùn)維的圖形插件，以圖形化的方式，顯示各設(shè)備的邏輯關(guān)系及實(shí)時(shí)狀態(tài)。