一种有机关联智能化变电站一二次系统连接图的方法

摘要

本发明公开了一种有机关联智能化变电站一二次系统连接图的方法，它包括以下过程：建立变电站的一次系统模型；建立变电站的二次系统模型；将二次系统模型与一次系统模型进行关联；展示关联后的变电站主接线图。本发明通过一次主接线图绘制过程进行间隔的划分和对二次IED模型按照电压等级进行间隔划分，通过测量参数和开关参数的配置将一次系统模型与二次系统模型进行关联，极大的缩小了关联配对选定IED设备的范围，大大提高了一、二次系统关联的速率，使关联过程变的更加高效和简洁。

说明书

技术领域

本发明涉及一种变电站一、二次设备关联方法，具体地说是一 种有机关联智能化变电站一二次系统连接图的方法，属于电力系统 自动化技术领域。

背景技术

智能变电站是在数字化变电站基础上发展起来的，是智能电网 环境下对变电站技术形态的最新要求。网络化信息共享是智能变电 站的重要特征，一次系统和二次系统功能的优化整合及设备形态的 演变都以信息自由共享为前提。数字化网络通信实现多路信息复用， 少量光纤替代了传统变电站的大量电缆，但是，与此同时，由于硬 件回路不复存在，导致传统的基于设备和回路的一系列设计、施工、 运行、检修等方面的做法和工具都不再适用，而基于信息交互的分 布式变电站功能不会消失，因此迫切需要建立智能变电站网路化设 备间信息和功能的互动模式。

配电网分布广、设备多，维护单位多，在建立配电网模型时需 要多人协同维护当前的电网模型。传统的单一维护模型技术已经不 能满足电网企业的日常工作需求。

目前由于国内厂商提供的智能变电站SCD文件中缺少针对变电 站一次设备模型的描述，IEC61850标准所倡导的面向功能建模的 优势没有体现，模型在GOOSE和SV通信层面上完全没有意义。事实 上我们只是应用了61850标准的通信服务，模型只是形同虚设，没 有充分体现标准的优势，因此存在着变电站一、二次系统脱节的现 象。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种有机关联 智能化变电站一二次系统连接图的方法，其能够解决主接线图中测 量参数和开关参数的配置问题，建立一、二次设备数据闭环技术体 系，并基于此实现智能站高可视化的关联分析调试功能。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种有机关联智 能化变电站一二次系统连接图的方法，其特征是，包括以下过程：

建立变电站的一次系统模型：该一次系统模型包括一次设备静 态参数模型、一次设备运行参数模型和电网拓扑模型；一次设备静 态参数模型至少包括：设备名称，设备编号，设备生产厂家，设备 生产日期，设备安装日期，设备安装地点和设备实物图片；一次设 备运行参数至少包括：设备电压等级，设备容量，以及各个具体设 备的技术参数，例如变压器的变比、容量和实验参数；电网拓扑模 型用于描述电力一次设备之间的相互连接关系；

建立变电站的二次系统模型：解析SCD配置文件获取变电站的 二次系统基础信息，并建立变电站的二次系统模型，该二次系统模 型包括与一次系统模型相适应的智能测控设备模型和保护设备模 型；

将二次系统模型与一次系统模型进行关联：将IED设备进行层 级划分，并将二次系统IED中的数据集与一次系统参数进行一对一 的参数及通道配置；

展示关联后的变电站主接线图：在一次系统模型的基础上进行 仿真操作，展示关联二次系统模型后的变电站主接线图。

进一步地，所述建立变电站的一次系统模型的过程包括以下步 骤：

1)绘制一次系统接线图：采用SVG基本成图原理，对一次设备 按间隔划分进行还原绘制，所述一次设备至少包括开关、母线、刀 闸和断路器；

2)配置一次设备参数：对变电站所有一次设备的参数进行配置；

3)生成关联配置文件：对板卡号和通道号以从小到大的顺序生 成计算数据文件，给电网实时仿真ADPSS系统提供模型支撑和计算 依据，ADPSS系统会生成仿真模拟各类一次设备正常或故障情况下 的电量信息和设备状态信息；

4)将一次系统模型进行可视化展示：使用系统提供的绘图工具 绘制现场一次设备主接线图，并对照变电站一次系统接线图，绘制 某间隔，通过母线拓展网络结构并将主接线图和模型统一起来。

进一步地，所述绘制一次系统接线图的过程包括以下步骤：

11)在编辑界面中设置间隔结构，将该间隔按照实际名称命名， 并在数据库中创建间隔信息台账；

12)在间隔内绘制一次设备图元，这些图元按照实际名称命名， 并在数据库中创建相应电气一次设备的信息台账。

进一步地，所述绘制现场一次设备主接线图的过程包括以下步 骤：

1)采用电气基元中提供一次设备的图元，将某种一次设备与其 它一次设备连接，然后设置该种一次设备的间隔归属；

2)对该种一次设备进行属性设置，属性设置包括名称、参数类 型和参数的设置；

3)生成该种一次设备的关联配置文件，ADPSS系统对一次系统 模型进行计算，将二次设备数据与该种一次设备深度融合形成一个 整体。

进一步地，所述获取变电站的二次系统基础信息的过程为：利 用VTD-XML技术对SCD配置文件进行解析，将SCD配置文件中与信 息流有关的逻辑设备、逻辑节点、数据对象和数据属性参数为代表 的IEC61850模型抽取出来，并将解析的所有内容存储到临时的内存 数据库中，根据解析后的元素类别放到不同的表结构中，作为分析 用的基础数据。

进一步地，所述建立变电站的二次系统模型的过程包括以下步 骤:

1)读取SCD配置文件：通过VTD技术将SCD配置文件以二进制 方式读入内存中，并记录下每个节点的位置信息；

2)解析SCD配置文件：通过VTD技术对SCD配置文件中的不同 类型信息进行解析，根据位置信息读取出内容，最终保存到临时的 内存数据库中；

3)对解析结果进行智能分析：首先将配置文件的所有内容都解 析完毕并存储到内存数据库中后，然后通过多线程遍历内存数据库 中的数据，并根据分析属性找到关联信息，最后将分析后的结果记 录到业务数据库中；

4)将二次系统模型进行可视化呈现：通过可视化工具将二次系 统模型最终呈现到页面上，通过SVG展示网络图和JUNG展示逻辑图 展示出二次系统的相关属性信息和关联关系。

进一步地，将IED设备进行层级划分的过程为通过类似树形结 构“IED-访问点(AP)-逻辑设备(LD)-数据集(DataSet)”的层级对 IED设备进行划分。

进一步地，所述二次系统模型与一次系统模型的关联过程包括 以下步骤：

1)关联二次系统与一次系统的测量参数：配置合并单元与一次 设备的输出量的关系，将开关的电流、电压与合并单元对应的通道 进行关联；

所述关联二次系统与一次系统的测量参数包括额定延时、零序 电流、三相电流电压、同期电压和间隙电流，合并单元中的额定延 时、零序电流可以脱离模型元件，直接赋值；合并单元读取模型元 件中输出参数值，取开关的三相输出电流瞬时值作为电流值，取开 关相连母线的电压瞬时值作为电压值，取开关三相的相序、相位、 电压值作为同期电压值；从变压器合并单元的角度出发，直接对间 隙电流赋值；

2)关联二次系统与一次系统的开关参数：配置保护设备或智能 终端的GOOSE端子与开关的GOOSE输入、输出量的关系。

进一步地，所述一次设备模型的建立过程是利用面向对象的方 法将一次设备抽象成多个层次，该多个层次包括最高层次纯虚的设 备基类、设备类及一次设备类，形成一次设备模型；

所述二次设备模型的建立过程是利用面向对象的方法将二次设 备抽象成多个层次，该多个层次包括最高层次纯虚的设备基类、设 备类及二次设备类，形成二次设备模型。

本发明的有益效果如下：

本发明通过一次主接线图绘制过程进行间隔的划分和对二次 IED模型按照电压等级进行间隔划分，通过测量参数和开关参数的 配置将一次系统模型与二次系统模型进行关联，极大的缩小了关联 配对选定IED设备的范围，大大提高了一、二次系统关联的速率， 使关联过程变的更加高效和简洁。

本发明通过对SCD配置文件进行智能解析，对二次模型按照电 压等级进行了间隔的划分，为在一次主接线图对应间隔内一、二次 系统关联进行IED选择时提供便利，同时SCD配置文件中各IED的 模型严格按照IEC61850中关于模型内容的定义进行描述，保证了模 型中完全包含对应一次设备所需要的全部信息。

本发明通过特有的建模配置技术和一二次系统的模型关联技 术，建立一次图元和二次模型进行信息交互的通道，把一次设备的 开关量、数字量、电气模拟量和非电气模拟量信号无缝纳入基于站 内IEC61850模型配置SCD文件的二次系统逻辑连接图中进行展示， 从而建立一二次设备数据闭环技术体系，并基于此实现智能站高可 视化的关联分析调试功能。本发明通过采用标准化的IEC61850模 型及系统描述来确定物理装置之间的联系，充分利用IEC61850模 型所带来的优势，而不必为繁琐的端子连接困扰，简化智能变电站 工程集成配置工作，减少系统配置的工作量。

本发明通过一、二次系统模型关联，打通了一次图元和二次模 型的信息通道，并为系统仿真奠定基础，同时通过JAXB与VTD-XML 技术将能够实现快速的XML超大文件解析即SCD解析，并同时基于 图论的关联搜索的软件算法实现高可视化自动成图功能。结合两种 技术能够将高可视化智能变电站二次系统进行展示，自动呈现系统 图、逻辑连接图，结合智能站的实际情况对自动成图内容进行修改、 调整，符合现场实际情况并友好的展现给用户，实现了图、库、模 一体化。各图层间可以平滑切换，将IED间不可见、摸不着的通信 过程以“虚拟二次回路”的形式呈现，同时重要事件以高可视化的 形式动态展现。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1是本发明方法的总体流程图；

图2是本发明所述建立变电站的一次系统模型的方法流程图；

图3是本发明所述建立变电站的二次系统模型的方法流程图；

图4是本发明所述二次系统模型与一次系统模型的关联过程的方法 流程图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并 结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同 的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公 开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以 在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚 的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应 当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了 对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明的一种有机关联智能化变电站一二次系统 连接图的方法，它包括以下过程：

(1)建立变电站的一次系统模型：该一次系统模型包括一次设 备静态参数模型、一次设备运行参数模型和电网拓扑模型；一次设 备静态参数模型至少包括：设备名称，设备编号，设备生产厂家， 设备生产日期，设备安装日期，设备安装地点和设备实物图片；一 次设备运行参数至少包括：设备电压等级，设备容量，以及各个具 体设备的技术参数，例如变压器的变比、容量和实验参数；电网拓 扑模型用于描述电力一次设备之间的相互连接关系。

(2)建立变电站的二次系统模型：解析SCD配置文件获取变电 站的二次系统基础信息，并建立变电站的二次系统模型，该二次系 统模型包括与一次系统模型相适应的智能测控设备模型和保护设备 模型。

(3)将二次系统模型与一次系统模型进行关联：通过类似树形 结构“IED-访问点(AP)-逻辑设备(LD)-数据集(DataSet)”的层级将 IED设备进行层级划分，并将二次系统IED中的数据集与一次系统 参数进行一对一的参数及通道配置。

(4)展示关联后的变电站主接线图：在一次系统模型的基础上 进行仿真操作，展示关联二次系统模型后的变电站主接线图。

如图2所示，本发明所述建立变电站的一次系统模型的过程包 括以下步骤：

1)绘制一次系统接线图：采用SVG基本成图原理，对一次设备 按间隔划分进行还原绘制，所述一次设备至少包括开关、母线、刀 闸和断路器。

2)配置一次设备参数：对变电站所有一次设备的参数进行配置。 变电站所有的一次设备，在CIM模型中都已经定义、建模。下面列 出的一次设备模型，是当前系统用开关设备的一些模型，在开关可 视化实现中用到的关键模型。(1)开关设备(Switch)：一种用来断 开或闭合(或两者都具备)一个或多个电路的通用设备，属性 typeName是用来指明数据库开关并不代表一个对应的实际装置，仅 仅是为了建模的需求而引入的；(2)断路器(Breaker)：一种机械 切换设备，能在正常电路条件下接通、承载和切断电流，也可以在 指定的异常电路条件下，属性typeName是断路器的类型，如油开关、 空气开关、真空开关、六氟化硫开关；(3)隔离开关(Disconnector)： 一种手动或电动的机械切换装置，用于改变电路接线或从电源隔离 某个电路或设备，当断开或闭合电路时要求它只断开或闭合可忽略 的电流；(4)母线段(BusbarSection)：母线段是一个或一组可忽 略阻抗的导体，用于连接一个变电站内的其它导电设备，电压量测 通常是通过连接在母线段的电压互感器得到的，一个母线段可以有 很多物理端点，但分析时只用一个逻辑端点来模拟，属性typeName 指明母线段的类型，如主母线、旁路母线；(5)遥控(Command)： 遥控用于遥信量的控制，基类：Control；(6)遥信(Discrete)： 遥信表示遥信量测，基类：Measurment。

3)生成关联配置文件：对板卡号和通道号以从小到大的顺序生 成计算数据文件，给电网实时仿真ADPSS系统提供模型支撑和计算 依据，ADPSS系统会生成仿真模拟各类一次设备正常或故障情况下 的电量信息和设备状态信息；在一次模型建立完成之后，系统生成 关联配置文件，即计算数据文件.DID。目的是给ADPSS系统提供模 型支撑和计算依据，ADPSS系统会生成仿真模拟各类一次设备正常 或故障情况下的电量信息和设备状态信息。计算数据文件.DID的生 成顺序遵循以下规则：先选择最小板卡号：以通道号最小->大排列； 再选择较大板卡号：以通道号最小->大排列；计算数据文件.DID供 calproc和didproc程序使用，用于描述calproc与didproc 之间的变量对应关系。该文件为全局文件，即所有calproc和did proc都读入同一个文件。对于calproc，该文件放在WholeNet目 录下；对于didproc，该文件放在DID目录下。

4)将一次系统模型进行可视化展示：使用系统提供的绘图工具 绘制现场一次设备主接线图，并对照变电站一次系统接线图，绘制 某间隔，通过母线拓展网络结构并将主接线图和模型统一起来。

目前由于国内厂商提供的SCD文件中缺少针对变电站一次设备 模型的描述，因此本发明参照实际智能站的一次接线图，采用SVG 基本成图原理，对母线、刀闸、断路器等一次设备，按间隔划分进 行还原绘制，所述绘制一次系统接线图的过程包括以下步骤：

11)在编辑界面中设置间隔结构，将该间隔按照实际名称命名， 并在数据库中创建间隔信息台账；

12)在间隔内绘制一次设备图元，这些图元按照实际名称命名， 并在数据库中创建相应电气一次设备的信息台账。通过指定电气组 件间的连接关系，组合一次设备智能组件，组件绘制完成后与选中 的间隔进行整体关联。

上述方法中，所述绘制现场一次设备主接线图的过程包括以下 步骤：

1)采用电气基元中提供一次设备的图元，将某种一次设备与其 它一次设备连接，然后设置该种一次设备的间隔归属；

2)对该种一次设备进行属性设置，属性设置包括名称、参数类 型和参数的设置；

3)生成该种一次设备的关联配置文件，ADPSS系统对一次系统 模型进行计算，将二次设备数据与该种一次设备深度融合形成一个 整体。

进一步地，所述获取变电站的二次系统基础信息的过程为：利 用VTD-XML技术对SCD配置文件进行解析，将SCD配置文件中与信 息流有关的逻辑设备、逻辑节点、数据对象和数据属性参数为代表 的IEC61850模型抽取出来，并将解析的所有内容存储到临时的内存 数据库中，根据解析后的元素类别放到不同的表结构中，作为分析 用的基础数据。

如图3所示，本发明所述建立变电站的二次系统模型的过程包 括以下步骤:

1)读取SCD配置文件：通过VTD技术将SCD配置文件以二进制 方式读入内存中，并记录下每个节点的位置信息；

2)解析SCD配置文件：通过VTD技术对SCD配置文件中的不同 类型信息进行解析，根据位置信息读取出内容，最终保存到临时的 内存数据库中；

3)对解析结果进行智能分析：首先将配置文件的所有内容都解 析完毕并存储到内存数据库中后，然后通过多线程遍历内存数据库 中的数据，并根据分析属性找到关联信息，最后将分析后的结果记 录到业务数据库中；

4)将二次系统模型进行可视化呈现：通过可视化工具将二次系 统模型最终呈现到页面上，通过SVG展示网络图和JUNG展示逻辑图 展示出二次系统的相关属性信息和关联关系。

如图4所示，本发明所述二次系统模型与一次系统模型的关联 过程包括以下步骤：

1)关联二次系统与一次系统的测量参数：配置合并单元与一次 设备的输出量的关系，将开关的电流、电压与合并单元对应的通道 进行关联；

所述关联二次系统与一次系统的测量参数包括额定延时、零序 电流、三相电流电压、同期电压和间隙电流，合并单元中的额定延 时、零序电流可以脱离模型元件，直接赋值；合并单元读取模型元 件中输出参数值，取开关的三相输出电流瞬时值作为电流值，取开 关相连母线的电压瞬时值作为电压值，取开关三相的相序、相位、 电压值作为同期电压值；从变压器合并单元的角度出发，直接对间 隙电流赋值；

2)关联二次系统与一次系统的开关参数：配置保护设备或智能 终端的GOOSE端子与开关的GOOSE输入、输出量的关系。

进一步地，所述一次设备模型的建立过程是利用面向对象的方 法将一次设备抽象成多个层次，该多个层次包括最高层次纯虚的设 备基类、设备类及一次设备类，形成一次设备模型；

所述二次设备模型的建立过程是利用面向对象的方法将二次设 备抽象成多个层次，该多个层次包括最高层次纯虚的设备基类、设 备类及二次设备类，形成二次设备模型。

本发明首先针对智能变电站IEC61850SCD配置文件进行解析得 到按照间隔划分的二次系统逻辑连接图，基于SVG技术建立变电站 一次系统模型，该模型同样按照间隔进行建立；其次进行测量参数 配置，将开关的电流、电压与合并单元对应的通道进行关联；然后 进行开关参数配置，将开关的GOOSE输入量与保护设备的对应GOOSE 端子、GOOSE输出量与智能终端对应的GOOSE端子进行关联；最后 生成关联之后的站内主接线图。

以上所述只是本发明的优选实施方式，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，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。