智能变电站二次系统物理回路建模及虚实对应的方法

摘要

本发明公开了一种智能变电站二次系统物理回路建模的方法，一种智能变电站二次系统物理回路建模的方法，步骤一：设备厂商设计人员通过配置工具配置物理回路IPCD文件，对IPCD文件中的装置板卡和物理端口进行描述；步骤二：设计单位将IPCD文件实例化成屏柜模型，再设计屏柜间的光缆连接和装置间的光纤连接，完成变电站物理回路SPCD描述文件，实现逻辑回路与物理回路的解耦设计。本发明提供的智能变电站二次系统物理回路建模及虚实对应的方法，在设计出图时再将SCD文件和SPCD文件进行虚实对应，同样实现虚实一体化设计表达，提升了设计效率和准确性，基于实回路模型文件更容易开发和定制多种应用软件，丰富工程现场调试方法，提高施工效率和便利性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能变电站二次系统物理回路建模及虚实对应 的方法，属于智能变电站设计的技术领域。

背景技术

智能变电站的二次回路包括逻辑回路和物理回路，逻辑回路主要 是智能电子设备(IED)之间的信号连接关系，物理回路主要是设备 之间物理端口通过光缆、尾缆、跳纤的连接关系。逻辑回路在物理回 路上传输，物理回路是实现逻辑回路的媒介，逻辑回路和物理回路是 智能变电站二次系统设计的核心部分。国际标准IEC61850-6定义了 智能变电站逻辑回路的建模标准，变电站系统配置描述(SCD)文件 是二次系统逻辑回路的模型表达，设计单位通过SCD文件完成二次 系统逻辑回路设计，工程实施单位根据SCD文件完成二次系统逻辑 回路的配置。但物理回路尚无相关标准定义其模型，设计单位通过光 缆联系图的图纸形式表达物理回路设计，工程实施单位根据光缆联系 图完成二次系统物理回路的施工。

目前，智能变电站二次系统配置设计软件大都具有物理回路设计 功能，物理回路的模型由内部数据库结构实现，但尚未公开具体的数 据结构，也未充分公开物理回路的模型和建模方法，无法在此基础上 开发更高级的功能应用。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种智能变 电站二次系统物理回路建模及虚实对应的方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种智能变电站二次系统物理回路建模的方法，其特征在于：包 括如下步骤：

步骤一：设备厂商设计人员通过配置工具配置物理回路IPCD文 件，对IPCD文件中的装置板卡和物理端口进行描述；所述IPCD文 件描述格式为：SPCL根元素，表示文件的语言格式为物理配置描 述语言；Unit元素，表示物理装置本身，一个SPCL元素只含有一个 Unit元素，Unit的属性有desc1、IEDname、name、type1；desc1 表示物理装置的描述，IEDname表示物理装置的设备名称，name 为屏柜中装置编号，IPCD文件初始为空，type1为装置类型，枚举 值为IED、ODF、SWI，IED表示智能设备，ODF表示光纤配线架， SWI表示交换机；Board元素，表示板卡，一个Unit中可以包含多 个Board元素，Board的属性有desc2、slot：desc2表示板卡的描 述，slot表示板卡的槽位，枚举值为1-20的二十个整数，或横板结 构的ODF和SWI，槽位枚举值为A-Z的二十六个英文字母；Port 元素，表示端口，一个Board可以包含多个Port元素，Port的属性 有desc3、direction、no、plug和type2：desc3表示端口的功能描 述，如MMS、GOOSE/SV、GPS等；direction表示端口的数据流 向，枚举值为Tx、Rx、TxRx，Tx表示发送，Rx表示接收，TxRx 表示发送接收均可；no表示端口排序，枚举值为A-Z的二十六个英 文字母，plug表示插头类型,枚举值为LC、ST、SC、FC、RS485、 RS232、RJ45，type2表示接口类型，枚举值为FOC、100BaseT、 STP；

步骤二：设计单位将IPCD文件实例化成屏柜模型，再设计屏柜 间的光缆连接和装置间的光纤连接，完成变电站物理回路SPCD描 述文件，实现逻辑回路与物理回路的解耦设计；所述SPCD文件描 述格式为：SPCL根元素，表示文件的语言格式为物理配置描述语言； Substation元素，表示变电站，一个SPCL元素只含有一个Substation 元素；Substation的属性有desc4、name2：desc4表示变电站的描 述，name2缺省为空，暂不使用；Region元素，表示变电站的小室， 一个Substation元素可以含有多个Region元素，Region的属性有 desc5、name3：desc5表示小室的描述，name3为小室的标识，由 英文加数字构成；Cubicle元素，表示屏柜，一个Region元素可以 含有多个Cubicle元素，Cubicle的属性有desc6、name4：desc6 表示屏柜的描述，name4为屏柜的标识，由英文加数字构成；Unit 元素，表示物理装置本身，一个Cubicle元素可以含有多个Unit元素， Unit的属性有desc1、IEDname、name5、type3：desc1表示物理 装置的描述，IEDname表示物理装置的设备名称，与SCD文件中的 IEDname相同，非智能设备为空，name5为屏柜中装置编号，type3 为装置类型，枚举值为IED、ODF、GS-NET、SV-NET、GS-SV-NET、 MMS-NET，IED表示智能设备，ODF表示光纤配线架，GS-NET表 示GOOSE交换机，SV-NET表示SV交换机，GS-SV-NET表示 GOOSE/SV交换机，MMS-NET表示MMS交换机；Board元素， 表示板卡，一个Unit中可以包含多个Board元素，Board的属性有 desc2、slot：desc2表示板卡的描述，slot表示板卡的槽位，枚举值 为1-20的二十个整数，或横板结构的ODF和SWI，槽位枚举值为 A-Z的二十六个英文字母；Port元素，表示端口，一个Board可以包 含多个Port元素，Port的属性有desc3、direction、no、plug和type2： desc3表示端口的功能描述，如MMS、GOOSE/SV、GPS等；direction 表示端口的数据流向，枚举值为Tx、Rx、TxRx，Tx表示发送，Rx 表示接收，TxRx表示发送接收均可；no表示端口排序，枚举值为 A-Z的二十六个英文字母，plug表示插头类型,枚举值为LC、ST、 SC、FC、RS485、RS232、RJ45，type2表示接口类型，枚举值为 FOC、100BaseT、STP；IntCore元素，表示屏柜内物理连线，一个 Cubicle可以包含多个IntCore元素，IntCore属性有PortA、PortB、 name6、type4：PortA表示屏柜内物理连线的A端口，PortB表示 屏柜内部物理端口，name6表示屏柜内物理连线名称，type4表示物 理连线类型，枚举值为FJ、STP、100BaseT；Cable元素，表示屏 柜间的物理连线，一个Substation可以包含多个Cable元素，Cable 属性有coresNum、cubicleA、cubicleB、desc7、name8、type5： coresNum表示物理连线的芯数，cubicleA表示物理连线的A屏柜， cubicleB表示物理连线的B屏柜，desc7表示物理连线描述，name8 表示屏柜间物理连线名称，type5表示物理连线类型，枚举值为FC、 FT、FJ、STP、100BaseT；Core元素，表示屏柜间物理连线的内 芯，一个Cable可以包含多个Core元素。Core属性有no2、PortA、 PortB：no2表示光缆的内芯序号，PortA表示屏柜间物理连线的A 端口，PortB表示屏柜间物理连线。

基于智能变电站二次系统物理回路模型的虚实对应的方法，其特 征在于：包括如下步骤：

步骤一：解析SCD文件，提取IED中的Inputs，通过iedName 字段获取对侧IED名称，通过intAddr字段获取接收虚端子以及此虚 回路的接收物理端口；

步骤二：解析SPCD文件，获取小室、屏柜、装置、板卡、装 置的物理端口，通过IntCore元素获取屏柜内部光纤所涉及物理端口 的连接关系，通过Core元素获取屏柜间光缆所涉及屏柜、装置、物 理端口的连接关系；

步骤三：以步骤一中虚回路的接收物理端口为搜索起点，遍历步 骤二中SPCD文件中的物理端口连接关系，物理端口连接关系中包 含两个物理端口，当其中一个端口为所搜索的物理端口时，则将另一 个端口作为下一个搜索起点逐步向前单向搜索，直到搜索的物理端口 所属设备为IED设备或交换机设备；若搜索尽头是IED设备，则判 断此IED名称是否是步骤一中的对侧IED名称，若是，则此物理路 径即为步骤一中虚回路的物理路径；若搜索尽头是交换机设备，则再 以交换机的全部物理端口为新的搜索起点继续向前搜索，最终迭代搜 索到IED设备，则判断此IED名称是否是步骤一中的对侧IED名称， 若是，则此物理路径即为步骤一中虚回路的物理路径。

有益效果：本发明提供的智能变电站二次系统物理回路建模及虚 实对应的方法，在设计过程中，通过分开设计SCD文件和物理回路 文件SPCD，实现逻辑回路和物理回路的解耦设计，两类设计工作相 互没有干扰，逻辑回路或物理回路的改动不会相互影响，实现并行设 计，在设计出图时再将SCD文件和SPCD文件进行虚实对应，同样 实现虚实一体化设计表达。将实回路像虚回路一样模型化，提升了设 计效率和准确性，当图纸需要修改时，仅需修改模型文件而不再需要 修改多张图纸；版本管理相比于图纸将更加方便，一方面更便于电子 化交付和管理，另一方面完全文件化管理更容易读取信息以及比对差 异；现场施工及调试时通过模型文件将更便于查找所需连接信息，不 再需要翻阅多张图纸；此外，基于实回路模型文件更容易开发和定制 多种应用软件，丰富工程现场调试方法，提高施工效率和便利性。

附图说明

图1为智能变电站二次系统物理回路的结构示意图；

图2为虚实应对的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种智能变电站二次系统物理回路建模具体实施例如下：

本发明将参考SCL语言，并根据物理建模特点提出物理模型 IPCD的文件格式。

以线路保护为例，IPCD文件参考如下格式：

文件格式解释说明如下：

1)SPCL根元素，表示文件的语言格式为变电站物理配置描述语 言(Substation Configuration Language)。

2)Unit元素，表示物理装置本身，一个SPCL元素只含有一个 Unit元素。Unit的属性有desc1、IEDname、name和type1： desc1表示物理装置的描述，如"高压线路差动保护PCS931"； IEDname表示物理装置的设备名称，IPCD文件初始名称 TEMPLATE，仅当type1为IED时填写，其他情况为空；name 为屏柜中装置编号，IPCD文件初始为空；type1为装置类型， 枚举值为IED、ODF、SWI，IED表示智能设备，ODF表示光 纤配线架，SWI表示交换机。

3)Board元素，表示板卡，一个Unit中可以包含多个Board元 素。Board的属性有desc2、slot：desc2表示板卡的描述，如 NR1102；slot表示板卡的槽位，枚举值为1、2、3…20。需要 注意的是对于横板结构的ODF和SWI，为方便标示，槽位采用 枚举值为A、B、C…Z。

4)Port元素，表示端口，一个Board可以包含多个Port元素。 Port的属性有desc3、direction、no、plug和type2：desc3 表示端口的功能描述，如MMS、GOOSE/SV、GPS等；direction 表示端口的数据流向，枚举值为Tx、Rx、TxRx，Tx表示发送， Rx表示接收，TxRx表示发送接收均可；no表示端口排序，枚 举值为A、B、C…Z，plug表示插头类型，枚举值为LC、ST、 SC、FC、RS485、RS232、RJ45，type2表示接口类型，枚 举值为FOC(光缆)、100BaseT(百兆网线)、STP(屏蔽双 绞线)。需要注意的是对于横板结构的ODF和SWI，为方便标 示，端口采用枚举值为1、2、3…20。

本发明将参考SCL语言，并根据物理建模特点提出物理模型 SPCD的文件格式，物理建模严格依据物理设备的隶属关系进行建模， 其隶属关系遵循实际的物理层级关系。

如图1所示的一种继保小室的物理联系图为例，描述物理回路的 SPCD文件，格式如下：

文件格式解释说明如下：

1)SPCL根元素，表示文件的语言格式为变电站物理配置描述语 言(Substation Configuration Language)。

2)Substation元素，表示变电站，一个SPCL元素只含有一个 Substation元素。Substation的属性有desc4、name2：desc4 表示变电站的描述，如"220kV海韵变"；name2缺省为空，暂 不使用。

3)Region元素，表示变电站的小室，一个Substation元素可以 含有多个Region元素。Region的属性有desc5、name3：desc5 表示小室的描述，如"220小室"、“户外”等；name3为小室的标 识，由英文+数字构成，如R220。

4)Cubicle元素，表示屏柜，一个Region元素可以含有多个 Cubicle元素。Cubicle的属性有desc6、name4：desc6表示 屏柜的描述，如"线路开关汇控柜A"等；name4为屏柜的标识， 由英文+数字构成，如XLG1A。

5)Unit元素，表示物理装置本身，一个Cubicle元素可以含有多 个Unit元素。Unit的属性有desc1、IEDname、name5和type3： desc1表示物理装置的描述，如"线路1保护A"；IEDname表 示物理装置的IEDname，与SCD文件中的IEDname应该相同， 非智能设备为空；name5为屏柜中装置编号，与图纸中的装置 内部编号相同，如1n；type3为装置类型，枚举值为IED、ODF、 GS-NET、SV-NET、GS-SV-NET、MMS-NET，IED表示智能 设备，ODF表示光纤配线架，GS-NET表示GOOSE交换机， SV-NET表示SV交换机，GS-SV-NET表示GOOSE/SV交换 机，MMS-NET表示MMS交换机。

6)Board元素，表示板卡，一个Unit中可以包含多个Board元 素。Board的属性有desc2、slot：desc2表示板卡的描述，如 NR1102；slot表示板卡的槽位，枚举值为1、2、3…20。需要 注意的是对于横板结构的ODF和SWI，为方便标示，槽位采用 枚举值为A、B、C…Z。

7)Port元素，表示端口，一个Board可以包含多个Port元素。 Port的属性有desc3、direction、no、plug和type2：desc3 表示端口的功能描述，如MMS、GOOSE/SV、GPS等；direction 表示端口的数据流向，枚举值为Tx、Rx、TxRx，Tx表示发送， Rx表示接收，TxRx表示发送接收均可；no表示端口排序，枚 举值为A、B、C…Z，plug表示插头类型,枚举值为LC、ST、 SC、FC、RS485、RS232、RJ45，type2表示接口类型，枚 举值为FOC(光缆)、STP(屏蔽双绞线)、100BaseT(百兆 网线)。需要注意的是对于横板结构的ODF和SWI，为方便标 示，端口采用枚举值为1、2、3…20。

8)IntCore元素，表示屏内物理连线，一个Cubicle可以包含多 个IntCore元素。IntCore属性有PortA、PortB、name6、type4： PortA表示屏柜内物理连线的A端口，如"1n.6.A-Tx"；PortB表 示屏柜内部物理端口，如“2n.A.02-TxRx”；name6表示屏柜内 物理连线名称，如TX01；type4表示物理连线类型，枚举值为 FJ(跳纤)、STP(屏蔽双绞线)、100BaseT(百兆网线)。

9)Cable元素，表示屏柜间的物理连线，一个Substation可以包 含多个Cable元素。Cable属性有coresNum、cubicleA、 cubicleB、desc7、name8、type5：coresNum表示物理连线 的芯数，如4；cubicleA表示物理连线的A屏柜，如" R220.SWP1A"；cubicleB表示物理连线的B屏柜，如 “Outdoor.XLG1A”；desc7表物理连线描述，name8表示屏柜 间物理连线名称，如“SW_GL_183A”；type5表示物理连线类型， 枚举值为FC(光缆)、FT(尾缆)、FJ(跳纤)、STP(屏蔽双 绞线)、100BaseT(百兆网线)。

10)Core元素，表示屏柜间物理连线的内芯，一个Cable可以 包含多个Core元素。Core属性有no2、PortA、PortB：no2 表序号，表示光缆的内芯序号，PortA表示屏柜间物理连线的A 端口，如"1n.6.A-Tx"；PortB表示屏柜间物理连线，如 “2n.A.02-TxRx”。

如图1、图2所示：以线路保护为例，详细说明实现“虚实对应”的方 法过程：

1)解析SCD文件中线路保护Inputs，可以获取以下内容：

A、线路保护作为接收方的外部IED设备：智能终端、母线保护；

B、线路保护作为发送方的外部IED设备：智能终端、母线保护；

C、获取线路保护有效使用的物理端口：6-A、6-B、6-C；

D、物理端口与虚回路对应关系：6-A对应线路保护与智能终端的 收发信息，6-B对应线路保护与母线保护的A网的收发信息，6-C 对应线路保护与母线保护的B网的收发信息；

2)解析SPCD文件中获取物理设备和物理回路连接关系，可以 获取以下内容：

A、小室、屏柜、等装置；

B、装置的物理端口以及各种光缆的连接关系；

3)根据第1步IED设备的逻辑关系包括线路保护和智能终端、 线路保护和母线保护，完成对以上两者的物理路径搜索；

4)线路保护与智能终端的物理路径搜索。依据第2步的物理设备 和光缆连接关系，可以搜索到3条路径，分别是：

A、线路保护6-A——线路保护柜ODF(A-1,A-2)——智能终端柜 ODF(A-1，A-2)——智能终端1-A；

B、线路保护6-B——交换机A柜交换机(A-2，A-1)——交换机A 柜ODF(A-1，A-2)——智能终端柜ODF(A-9，A-10)——智能 终端1-C；

C、线路保护6-C——交换机B柜交换机(A-2，A-1)——交换机B 柜ODF(A-1，A-2)——智能终端柜ODF(A-11，A-12)——智 能终端1-D；

5)根据第1步的物理端口与虚连线关系对3条路径筛选。

通过线路保护接收智能终端的位置连线信息，得到线路保护6-A 为数据获得端口，因此第4步中路径A为线路保护接收智能终端 的唯一路径。

<ExtRef daName＝“stVal”doName＝“Pos”iedName＝“IL2201”

ldInst＝“RPIT”  lnClass＝“XCBR”lnInst＝“1”prefix＝“Q0A”

intAddr＝“6-A:PIGO/GOINGGIO1.DPCSO1.stVal”/>

通过智能终端接收线路保护的跳闸连线信息，得到智能终端1-A

为数据获得端口，因此第4步中路径A为线路保护发送给智能终

端的唯一路径。

<ExtRef daName＝"general"doName＝"Tr"iedName＝"PL2201"

ldInst＝"PIGO"  lnClass＝"PTRC"  lnInst＝"2"  prefix＝""

intAddr＝"1-A:PIGO/GOINGGIO17.Ind3.stVal"/>

6)通过以上步骤完成线路保护与智能终端的“虚实对应”。

7)线路保护与母线保护的物理路径搜索。依据第2步的物理设备 和光缆连接关系，可以搜索到2条路径，分别是：

A、线路保护6-B——交换机A柜交换机(A-2，A-3)——母线 保护10-A

B、线路保护6-C——交换机B柜交换机(A-2，A-3)——母线 保护10-B

8)根据第1步的物理端口与虚连线关系对2条路径筛选。

通过线路保护接收母线保护的远跳连线信息，得到线路保护6-B、 6-C为数据获得端口，因此第7步中路径A、B都为线路保护接 收母线保护的路径。

<ExtRef daName＝"general"doName＝"Tr"iedName＝"PM2201"

ldInst＝"PIGO"  lnClass＝"PTRC"  lnInst＝"2"  prefix＝""

intAddr＝"6-B；6-C:PIGO/GOINGGIO16.Ind3.stVal"/>

通过母线保护接收线路保护的启动失灵连线信息，得到智能终端 10-A，10-B为数据获得端口，因此第7步中路径A、B都为线路 保护发送给母线保护的路径。

<ExtRef daName＝"general"doName＝"Tr"iedName＝"PL2201"

ldInst＝"PIGO"  lnClass＝"PTRC"  lnInst＝"2"  prefix＝""

intAddr＝"10-A；10-B:PIGO/GOINGGIO18.Ind3.stVal"/>

9)通过以上步骤完成线路保护与母线保护的“虚实对应”。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干 改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。