一种基于61850的智能化变电站拓扑五防实现方法

摘要

本发明公开了一种基于61850的智能化变电站拓扑五防实现方法，包括以下步骤：1、变电站设备连接关系的分析与提取：将SSD文件中的设备连接关系进行的分析和提取，设备之间的连接关系是由连接点和设备端点共同描述的；2、基于设备连接关系的拓扑模型构建：将设备连接关系抽象成“图”，连接点和设备分别映射成图的顶点和边，构成完整的“无向图”；3、设备操作规则的抽象化表达：将设备的操作规则总结归纳后转化成计算机识别的表达式；4、设备操作规则的推理与运算：根据无向图利用拓扑算法匹配设备的抽象规则，运算设备抽象规则获得一个值，该值即为防误判断结果。实现了防误闭锁逻辑免配置和自适应，减少了建设及维护工作量，降低了使用复杂度，防止误操作。

说明书

技术领域

本发明涉及智能化变电技术领域，具体指一种基于61850的智能化变电站拓扑五防实现方法。

背景技术

在电力生产中存在的诸多不安全因素中，人的错误或疏忽是一个最复杂、最难以控制的重要因素。因而使变电站误操作事故具有成因复杂，偶然性、随机性高，预防和控制难度大的特点。

电力系统的“五防”是指：①防止误分、合断路器 ②防止带负荷分、合隔离开关 ③防止带电合地刀（挂接地线）④防止带地线（接地刀闸）合断路器 ⑤防止误入带电间隔，防误操作闭锁系统历经多年研发，目前已广泛采用，是以防止运行人员误操作为目的重要技术措施。但由于受到各种主客观条件的限制，目前已有的各类防误系统还远未达到理想的程度。实际上，现有的防误系统并不能解决防误操作的所有问题。它只是针对防误操作中频繁、多发的主要问题，在防误的要求与简单可靠的要求两者之间取得平衡的一个产物。其局限性甚至是负面效应也是十分明显的。特别是目前电网的运行模式发生了很大的变化，变电站的无人值班、多变电站远程监控业已成为主流，由此产生的新的需求也是传统防误操作系统所难以适应的。

目前的变电站微机防误是由维护人员直接定义设备间的操作闭锁关系，每个设备都要人工编写防误逻辑不仅工作量大且容易出错，而且由于闭锁逻辑是预先写死，所以灵活性比较差，当设备变动或变电站改扩建时，受影响的闭锁逻辑需要重写，维护工作量大。

随着网络技术的高速发展，基于IEC61850规约基础上的智能化变电站已由技术研制阶段进入工程试用阶段，智能变电站已成为变电站自动化建设的发展方向。目前基于61850的系统描述文件SSD已普遍实现自动生成，其对变电站一次设备及其连接关系描述为实现一种免配置、自适应的防误操作闭锁系统提供了必要的基础。

发明内容

本发明所要针对传统五防系统存在的以上不足，提供了一种根据SSD文件和设备操作规则自动实现五防闭锁的方法，用于变电站防止电气误操作，做到了防误闭锁逻辑免配置和自适应，减少了维护工作量，降低了使用复杂度，但却没有降低可靠度和严密性。

一种基于61850的智能化变电站拓扑五防实现方法，主要包括以下步骤：

（1）变电站一次设备连接关系的分析与提取：将SSD文件中的一次设备连接关系进行有效的分析和提取，一次设备之间的连接关系是由连接点（ConnectivityNode）和设备端点（Terminal）共同描述的，因此需要将连接点和端点信息提取出来固化到文件或数据库中，作为后面的建立拓扑模型的基础；

（2）基于一次设备连接关系的拓扑模型构建：将一次设备连接关系抽象成“图”，连接点和设备分别映射成图的顶点和边，构成一个完整的“无向图”，利用图算法中的邻接矩阵、深度优先、广度优先等算法可以将一个现实问题转化为一个数学问题以便于求解；

（3）设备操作规则的抽象化表达：将设备的操作规则总结归纳后转化成一种可以由计算机识别的表达式，每一类设备总结一个表达式。例如：地刀的合操作规则可以表达为“地刀（地线）连接点所有方向的刀闸都为分”。之所以称之为抽象化表达，是因为该表达中涉及的“地刀”或“刀闸”并没有具体到某一个设备，需要有具体的实例时才会被具体化；

（4）设备操作规则的推理与运算：根据上述无向图利用拓扑算法匹配设备的抽象规则，运算设备抽象规则获得一个值，该值即为防误判断结果。当某一设备需要操作时首先根据其类型匹配一个抽象规则，然后通过推理和计算获得该规则的值（真或假），从而判断该设备的操作规则是否满足，进而达到防止误操作的目的。

附图说明

图1 拓扑五防系统原理图。

图2为一次接线图示例。

图3为图2所示一次接线图的拓扑结构图。

图4为图3所示拓扑结构图的邻接矩阵。

图5 设备操作规则推理运算流程图。

具体实施方式

一种基于61850的智能化变电站拓扑五防实现方法，主要包括以下步骤：

（1）变电站一次设备连接关系的分析与提取：将SSD文件中的一次设备连接关系进行有效的分析和提取，一次设备之间的连接关系是由连接点（ConnectivityNode）和设备端点（Terminal）共同描述的，因此需要将连接点和端点信息提取出来固化到文件或数据库中，作为后面的建立拓扑模型的基础；

（2）基于一次设备连接关系的拓扑模型构建：将一次设备连接关系抽象成“图”，连接点和设备分别映射成图的顶点和边，构成一个完整的“无向图”，利用图算法中的邻接矩阵、深度优先、广度优先等算法可以将一个现实问题转化为一个数学问题以便于求解；

（3）设备操作规则的抽象化表达：将设备的操作规则总结归纳后转化成一种可以由计算机识别的表达式，每一类设备总结一个表达式。例如：地刀的合操作规则可以表达为“地刀（地线）连接点所有方向的刀闸都为分”。之所以称之为抽象化表达，是因为该表达中涉及的“地刀”或“刀闸”并没有具体到某一个设备，需要有具体的实例时才会被具体化；

（4）设备操作规则的推理与运算：根据上述无向图利用拓扑算法匹配设备的抽象规则，运算设备抽象规则获得一个值，该值即为防误判断结果。当某一设备需要操作时首先根据其类型匹配一个抽象规则，然后通过推理和计算获得该规则的值（真或假），从而判断该设备的操作规则是否满足，进而达到防止误操作的目的。

本发明主要包括一次设备连接关系提取模块、拓扑模型构建模块、设备操作规则库、运算推理引擎等部分组成。

首先，根据变电站配置工具输出的标准的SSD文件导出一次设备及其连接关系，并固化形成拓扑数据库（以后当变电站需要扩建或结构发生变化，只需重新导出更新此拓扑数据库即可，无需其他变动）；然后，拓扑模型构建模块读取并分析拓扑数据，根据无向图建模需要对其中的数据进行必要的加工后载入形成完整的拓扑模型；总结设备操作规则，对规则进行计算机语言的抽象化处理形成设备操作规则库；程序运行时运算推理引擎将拓扑模型和设备操作规则库结合，接收外部的五防校验命令后进行必要的规则匹配和逻辑运算工作，并将运算结果返回给调用者。

变电站一次设备连接关系的分析与提取

       标准的SSD文件将一次设备的连接关系表示为如下形式：

<Substation name="金南变"> 

<VoltageLevel name="110KV-1">

<Bay name="1#内桥">

<ConductingEquipment type="DIS" name="隔刀5001"> 

<Terminal name="Term1" cNodeName="N41" ... />  

<Terminal name="Term2" cNodeName="N40" .../> 

</ConductingEquipment>

<ConnectivityNode name="N40" pathName="金南变/110KV-1/1#内桥/N40"/>  

<ConnectivityNode name="N41" pathName="金南变/110KV-1/1#内桥/N41"/>

</Bay>

</VoltageLevel>

</ Substation>

每一个设备下有若干个端点（Terminal），每个端点连接到一个连接点（ConnectivityNode）上，可以使用两张数据表存储这些连接关系，一张是连接点表，包含了一次接线图上所有的连接点信息（包含连接点名称和编号），另一张表是设备端点表，包含了所有一次设备的端点信息（包含端点名、关联的连接点名、所属设备等）。导出的数据用以下结构存储。

struct Terminal 　/ / 端点的信息

{

char szTerminalName[32] ; 　   / / 端点名

char szEquipmentName[128] ; 　 / / 所属设备名

char szConnectivityNode[32] ;   / /关联的连接点名

};

struct ConnectivityNode　/ / 连接点的信息

{

char szConnectivityNodeName[32] ; 　   / / 连接点名

char szConnectivityNodePath[128] ; 　   / / 连接点路径

int nVoltageLevel;                                / /电压等级 

};

基于一次设备连接关系的拓扑模型构建

把变电站一次设备连接关系抽象成一个无向图(undirected graph)，即由顶点集与边集构成的二元组，其中连接点映射成顶点，设备映射边。图中的顶点进行统一编号（从0开始），顶点的属性即为该连接点的属性，这些连接点可能为进线、出线、大地、普通连接点等；图中的边为对应的两个连接点之间的设备，这里所说的设备是指断路器、隔离刀闸、地刀等具有分合状态的开关设备，其属性即为边的属性。

根据边的信息创建邻接矩阵，具体方法为：创建一个二维数组graph[n][n]（n为顶点个数即为形成邻接矩阵的阶数），遍历每个开关设备，取设备对应边的两个顶点号i和j，矩阵中i行j列的元素标记为1，即graph[i][j]=1。如此即可生成邻接矩阵。

根据邻接矩阵创建邻接关系表，邻接关系表主要用于深度优先和广度优先遍历图的算法中，具体方法为：遍历邻接矩阵为每个连接点创建一个链表存储与之有连通关系的连接点，该链表即为邻接关系表。邻接关系表是拓扑模型构建的重要组成部分，是拓扑算法的基础。

设备操作规则的抽象化表达

根据长期的五防应用经验设备操作规则可以抽象的表达为：

（1）开关的拓扑五防规则

开关以模拟操作的正确结果作为开放操作的条件，这里不作考虑。

（2）隔离刀闸（含小车）的拓扑五防规则

合规则：①隔离刀闸直接相连的开关必须为分，如果没有直接相连的开关则深度搜索其间接相连的开关，搜索到的所有开关都应在分位。

②由本刀闸两侧导线向各方向延伸至所有刀闸为止所构成的电气接线内没有地线或接地刀合位。其间如有开关、变压器、电流互感器、串联电抗器等设备仍视为导线连通。

分规则：隔离刀闸直接相连的开关必须为分，如果没有直接相连的开关则深度搜索其间接相连的开关，搜索到的所有开关都应在分位。

例外情况：隔离刀闸两侧经站内其它闭合的开关、刀闸连接为一个导通回路的（即分合刀闸之前两侧是等电位的）可以操作。

（3）接地刀闸（接地线）的拓扑五防规则

合规则：接地刀闸（接地线）非地端连接点所有方向的隔离刀闸都在分位，其间有开关、变压器、电流互感器、串联电抗器等设备仍视为导线相连。

分规则：无。

设备操作规则的推理与运算

将上述设备的合规则和分规则作为判据在建好的拓扑模型上进行推理和运算，如果合规则判据成立，则表示该设备允许合操作，如果分规则判据成立，则表示该设备允许分操作，空判据一律视作允许操作，推理运算过程如图5。

本实施例与现有技术相比实现了防误闭锁逻辑免配置和自适应，减少了建设及维护工作量，降低了使用复杂度，防止误操作等优点。