廠站圖模和點表自動生成及信息校核方法

李 娜，李 寬，李玉敦，梁正堂，黃強

（國網山東省電力公司電力科學研究院，山東 濟南 250003）

0 引言

廠站監控后臺、調度主站的接線圖及設備監控信息作為運行管理人員監視控制、運行維護的重要依據，其完整性、正確性和直觀度是電網運行調度、異常處置及事故處理等工作的基礎。目前監控后臺、調度主站的電網一次接線圖基本通過人工繪制，具體步驟包括：基于數據庫建立一次設備模型信息，基于離線廠站圖紙在系統中完成繪制，最后通過檢索器關聯數據庫設備對象模型和設備圖元，完成新建廠站圖模庫維護［1-2］。同時，主廠站監控點表信息由廠站人員根據圖紙設計和現場實際提報，調度審核后填入主站，各廠站信息及命名差異較大，人工維護工作量大、容易出錯［3］，且主站與廠站間存在著嚴重的信息重復錄入、重復校核的問題。

隨著電網規模不斷增大，廠站數據日益增多，主站運維壓力劇增，亟須開展自動化手段提高主站運維效率和信息正確性。同時伴隨著數字化變電站建設和信息化水平的提高，各類自動化、數字化工具和方法也陸續出現。目前，國內外對相關內容進行了不少的研究［4-12］，但工程實際應用較少，以南瑞科技為代表的大型供應商在變電站自動成圖及信息校核開展了一定研究和嘗試，但成熟度和實用性還有待提高；或在一定程度上能夠減少工作量，但多基于當前主廠站運維模式，存在模型適配等問題。

改變傳統運維模式，提出了主站側圖模及點表自動生成的方法。首先基于圖模庫一體化的存量廠站圖形進行特征識別、提取，并建立存量圖形特征庫，新站投運時，根據新建廠站接線圖拓撲特征，自動完成廠站接線圖的生成與繪制，生成更加實用化和人機交互性較高的監視界面。同時基于典型設備信息模板，自動觸發設備遙測、遙信、遙控和遙調（以下簡稱“四遙”）信息，在主站端直接根據監視、控制需求實現一次設備監控點表信息自動生成。站端采用主站生成點表完成“四遙”轉發配置后，主站召喚站端數據通信網關機配置描述文件進行點表信息校核閉環，確保主廠站信息一致，提高維護效率和正確性。

1 圖模庫一體化

公共信息模型（Common Information Model，CIM）提供一種用對象類和屬性及他們之間的關系來表示電力系統資源的標準方法。在CIM 模型中ConductingEquipment 通過ConnectivityNodes 相互連接的Terminals建立連接關系。主站調度控制系統采用基于CIM 的圖模庫一體化技術，實現設備圖元與數據模型一一對應。

數據庫基于IEC 61970 CIM 對象模型建立，模庫存在一一對應關系。CIM 模型與圖元一體化通過CIM/G［13-14］描述。CIM/G 定義了CIM 模型中電力設備圖形繪制方式及基于XML 文件格式的存儲方式。通過XML 標簽直接描述CIM 模型，實現CIM 模型與電力圖形對象的一一映射關系。CIM/G 定義文件中電力系統圖形元素名稱就是CIM 模型中類名稱，并通過全局設備資源ID 與CIM 模型關聯。在CIM/G中，電力系統圖元可以通過他們的連接點直接關聯或通過連接關系圖元相連。基于CIM/G 可以提取廠站設備及連接關系，還原廠站接線圖。圖形描述的模型內容可保存為CIM/E 模型描述文件，包含監控信號和圖模關系。

2 建立存量圖形特征庫

2.1 圖形特征建模

同類型同電壓等級的變電站中，其設備種類和數據、一次設備布局、連接線部署、廠房布置等方面均類似，接線圖特征模型按照電壓等級、接線方式、間隔、設備分層創建。

第一層為電壓等級。不同電壓等級的接線方式和設備不同，因此將電壓等級作為建模第一步，涉及1 000 kV、500 kV、220 kV、110 kV、35 kV、10 kV 等。分別針對每個電壓等級建模，如表1所示。以500 kV變電站為例，500 kV 電壓側多采用一個半斷路器接線；220 kV 多采用雙母線接線，并根據連接元件數量裝設分段斷路器；35 kV 側多為低容、低抗等無功補償設備，且均采用單母線接線方式。

表1 電壓等級建模

第二層為接線方式。電氣主接線是廠站電氣設計的主要部分，其一次結構由變電站所處電網位置、中轉傳輸容量、出線/開關/變壓器/低抗/低容數量及一次設備特點決定，并綜合考慮了電網發展規范帶來的改擴建問題及運行維護操作靈活性的要求。包括內橋、外橋、角接等無匯流母線接線方式和單母、雙母、雙母單分段、雙母雙分段、母線帶旁路、二分之三接線等有匯流母線接線方式。各類接線方式建模如表2所示。

表2 接線方式建模

第三層為間隔。間隔是一組設備的集合，其定義較為靈活，通常以一個間隔僅包含一個主要設備的原則進行創建，典型間隔包括3/2接線的斷路器與該斷路器直接相連的隔離開關、接地隔離開關等構成的開關間隔以及不同元件與該元件直接相連的斷路器、隔離開關等構成的元件間隔，如進出線間隔、主變壓器間隔、輔助間隔（電容器、電抗器、串補等具有獨立功能的設備間隔）等。對各類型間隔建模如表3所示。

表3 間隔類型建模

第四層為間隔設備。針對開關間隔和元件間隔中的設備圖元類型和個數建立間隔特征量。同類型間隔所含設備圖元類型和個數基本一致，少數情況會出現不同。為了降低基建成本，有時會在保證系統安全可靠運行前提下減少一個隔離開關或斷路器。對各類型設備圖元建模如表4所示。

表4 設備圖元建模

2.2 存量圖形特征提取

目前各級調度主站多采用圖模庫一體化技術［15-16］，繪制圖形進行圖形聯庫及節點入庫操作后生成連接點號。兩設備圖元間的關系可描述為：電氣圖元A、設備ID_A、連接點A1、連接線、連接點B1、設備ID_B、電氣圖元B。因此可采用遍歷法建立存量圖形特征庫。具體步驟如下。

1）定位變壓器，以變壓器隔離出各電壓等級。變電站中往往包括多個電壓等級，各電壓等級通過變壓器進行電壓變換，每個變壓器在其相連的兩個電壓等級中均有對應繞組和編號，通過連接線實現與各電壓等級其他設備相連。因此將變壓器作為各電壓等級的分界和連接，提取圖中每個電壓等級的特征模型。

2）各電壓等級分塊處理，均以母線為中心開始遍歷，逐一獲取連接節點及連接設備圖元，按路徑獲取各間隔特征，并建立對應的間隔數組。根據間隔數組能夠確定接線方式和間隔特征量。根據母線個數與母線間最短路徑可辨識接線方式，以某省廠站常見接線方式為例，如表5所示。

表5 常見接線方式

3）根據母線到其他各類設備對應圖元之間的路徑可獲得相應的間隔數組及間隔類型，包括母線與線端或負荷間路徑數組、母線與變壓器節點路徑數組、母線與其他輔助設備（電容、電感、接地等其他單端設備）路徑數組等。

4）建立存量圖特征量。根據間隔數組獲取間隔特征量為

式中：Cbay為間隔特征量；TB為間隔類型編號；TEi為本間隔第i類設備圖元類型編號；ni為本間隔第i類設備圖元類型個數；m為本間隔設備圖元類型數。

電壓等級特征量為

式中：CV為本電壓等級特征量；TC為本電壓等級接線方式編號；Cbayj為本電壓等級第j個間隔的間隔特征量；p為本電壓等級所含間隔類型數。

將圖中各電壓等級特征量求和得到圖形特征量為

式中：CG為接線圖特征量；TVk為接線圖第k個電壓等級編號；CVk為接線圖第k個電壓等級特征量；q為接線圖中電壓等級類型數。

5）基于存量圖形建立各類型標準間隔。針對各類型間隔路徑和特征量，選取占比最大的間隔形式作為標準樣式。

3 建立典型信息庫

3.1 一次設備典型信息庫

基于監控信息管理規范建立變電站設備典型監控信息庫。以斷路器設備為例，典型信息包括量測數據、位置狀態等運行數據、動作信息、告警信息和控制命令等，如表6 所示。典型信息庫可按照電壓等級及設備類型分類創建，用于設備“四遙”信息的自動觸發。

表6 斷路器設備典型信息

3.2 二次設備存量信息庫

存量廠站二次設備信息等同所關聯設備圖元做增減和替換，屏蔽一次設備命名后，作為存量信息庫，用于除典型信息庫外的補充校核模板，用于點表信息的完整性校核。

4 圖模自動生成

基于目標圖形特征匹配存量特征庫，自動生成新廠站圖，可大大降低工作量，并符合本地監視及作圖習慣。同時基于典型信息表，自動觸發設備相關“四遙”信息，實現一次設備相關點表信息的自動生成。

自動成圖前須提供目標廠站圖形文件的拓撲特征信息，包括廠站涉及電壓等級、各電壓等級接線方式、各母線所連間隔類型及個數、特殊間隔及對應設備圖元等。確定目標圖形特征后，按照各類型標準間隔計算圖形特征量，并逐層與模型特征庫進行匹配，依次選擇各層最接近的圖形文件作為目標圖生成源，自動組合成圖。如有特殊連接再做個別人工調整。具體流程如下。

1）計算圖形特征量。如間隔為標準間隔，則按照式（1）標準間隔數組計算間隔特征量，特殊間隔按照提供的設備圖元類型和數量計算間隔特征量；按照式（2）計算各電壓等級特征量；按照式（3）將各電壓等級求和計算圖形特征量。

2）逐層匹配。按照圖形特征量進行匹配，選擇特征量最相近的圖形，作為基圖1，此圖與目標圖包含的電壓等級相同。

讀取基圖1 和目標圖各電壓等級特征量，首先比對接線方式，相同則繼續比對間隔特征量。如不同，則搜索選擇該電壓等級特征量相近的圖形作為基圖2，將相應電壓等級圖形替換為基圖2 中對應部分。再比較間隔特征。比對間隔類型及數量在當前基礎上進行同間隔的復制增加或減少，完成間隔匹配。

基于圖模庫一體化，對自動生成的圖形和圖元進行設備規范化命名和屬性填庫，完成新建站圖模庫的新增維護。

5 點表自動生成及校核

基于設備典型信息庫，實現“四遙”信息的自動觸發和建模，完成新建站點表信息的自動生成，同時保證點表滿足電網監視控制對一次設備的信息需求和信息規范化命名要求。站端數據通信網關機按照主站導出的點表信息進行規范配置，并按不同主站需求增加二次設備遙測、遙信信息，二次設備信息關聯的一次設備采用主站導出點表的規范化命名。

5.1 運動配置描述文件

站端數據通信網關機完成點表及通信配置后導出遠動配置描述（Remote Configuration Description，RCD）［17］文件，用于點表配置校核。數據通信網關機的RCD 文件采用E 格式描述及UTF-8 編碼方式，至少包括數據通信網關機的基本信息、版本信息、合并信號信息、遙測轉發信息、遙信轉發信息、遙控轉發信息、遙調轉發信息等內容，以RCD遙新轉發信息為例，信息內容如表7所示。

表7 RCD遙信轉發信息屬性

針對數據通信網關機每個遠動通道對應一個RCD 文件。因此，獲取RCD 文件可對站端“四遙”信息配置進行核查。

5.2 配置校核

基于數據通信網關機RCD 文件，實現廠站端點表信息配置校核。基于主廠站現有硬件設備資源及通道條件下，主站可通過DL/T 634.5104 規約擴展方式［18］或DL/T 476 規約方式經遠程瀏覽［19-20］通道獲取站端數據通信網關機的RCD 文件，并將RCD 文件內容按信息類型與主站典型信息庫進行匹配，完成配置校核。具體校核方式為：

1）一次設備信息校核。基于所提出的運維方式，站端一次設備“四遙”轉發信息應與主站自動觸發的一次設備信息一致，包括點號及中文描述。基于信息類型規范性、點號唯一性、一次設備監視、控制信息完整性和一次設備命名規范性，分別按“四遙”信息分類比對校核，并給出校核結果。

2）二次設備信息校核。二次設備信息按照主站業務需求各有差異，采用靈活表達式匹配校核方式，以表達式搜索校核對象，再針對搜索到的對象進行規則檢查。根據校核需求不同，配置不同校核規則和優先級。基于表達式的二次設備信息校核規則如表8所示。

表8 二次設備信息校核規則

校核通過后的點表實現信息主廠站一致，且與主站圖模庫一致。

6 結語

基于圖模庫一體化技術，通過對已投運的存量廠站接線圖特征及信息模型進行提取，形成本地圖形特征庫，利用圖形特征實現廠站圖模的自動生成；基于典型信息庫，實現設備點表自動生成并作為站端遠動信息配置依據，實現主站圖模庫和點表一致；站端完成配置后，遠程召喚RCD文件，實現點表規范性校核，完成圖模庫和點表的閉環維護。基于此類方法，一方面能夠基于特征提取和分析，建立符合本地建模習慣和方式的標準模型庫，可通過建立映射關系即可快速實現與其他模型的轉換和信息的修改；另一方面，針對一些特殊連接，運行系統中已有足夠的存量圖模可提供符合指定特征的圖元和信息選擇，同時基于典型信息表自動生成監控點表，在滿足廠站監視需求的同時，保證主站圖模庫和點表的一致性，能夠大大提高運維工作效率和正確性。