CN104123271A - 基于Excel的智能变电站二次设计系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Excel的智能变电站二次设计系统，要解决的技术问题是方便设计人员快速完成智能变电站初步二次设计。本发明的系统设置在个人电脑上，个人电脑与交换机联网，交换机分别联接有一台以上的计算机终端，本系统的智能变电站设计图纸模块连接数据库模块，还设有二次设备计算模块和二次设备解析模块，二次设备解析模块与数据库模块连接，二次设备计算模块与Excel规范模板和参数配置文件模块连接，参数配置文件模块连接用户接口模块。本发明与现有技术相比，将智能变电站二次设备清单输出给电力局，用于二次设备的招标工作，快速将初设方案导入到智能变电站的正式设计工作中，提高智能变电站设计工作效率，减少人力浪费。

Description

基于Excel的智能变电站二次设计系统

技术领域

本发明涉及一种智能电网系统，特别是一种智能变电站的二次设计系统。

背景技术

国智能电网进入全面建设阶段，基建变电站按智能变电站标准建设。国家电网公司和南方电网公司已经出台了相关智能变电站设计规范：《国家电网公司企业标准(Q/GDW394-2009):330kV～750kV智能变电站设计规范》、《国家电网公司输变电工程通用设计110(66)-750kV智能变电站部分》、《Q/GDW 175-2008变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》、《110(66)kV～220kV智能变电站设计规范》、《贵州电网数字化变电站技术规范》、《国家电网公司办公厅关于印发智能变电站110kV保护测控装置集成和110kV合并单元智能终端装置集成技术要求的通知》、《关于印发变电站二次系统和设备有关技术研讨会纪要的通知-调自〔2013〕185号》等规范。

现有技术的智能变电站建设现状是：电力公司提出智能变电站设计需求，设计单位按照地区的设计规范进行设计，存在的不足是：1.国家电网公司、南方电网公司甚至各网省公司都有相应的设计规范，不同的设计人员对规范的理解不同，导致设计工作存在偏差。2.规范种类多，设计人员无法一一掌握，容易混淆各设计规范间的差异，从而出现设计偏差。3.智能变电站设计分为初设和正式设计，初设是电力设计院根据用户的需求，将完成的初步设计方案给用户审核，经用户审核和更改后再开始正式设计，初设的成果无法被继承，速转接到智能变电站的正式设计工作中，正式设计工作有时还需要从新开始，导致人力的巨大浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于Excel的智能变电站二次设计系统，要解决的技术问题是方便设计人员快速完成智能变电站初步二次设计。

本发明采用以下技术方案：一种基于Excel的智能变电站二次设计系统，设置在个人电脑上，个人电脑与电力设计院、智能变电站施工单位、电力局、智能变电站运行维护单位、二次设备厂家的交换机联网，交换机分别联接有一台以上的计算机终端，所述基于Excel的智能变电站二次设计系统设有配置管理模块和智能变电站设计图纸模块，智能变电站设计图纸模块连接有图模库模块、图纸管理模块、检索模块、权限管理模块、版本管理模块、校验模块和数据库模块，数据库模块与校验模块和版本管理模块连接，所述基于Excel的智能变电站二次设计系统设有二次设备计算模块和二次设备解析模块，二次设备解析模块与数据库模块连接，二次设备计算模块与Excel规范模板和参数配置文件模块连接，参数配置文件模块连接用户接口模块。

本发明的智能变电站设计图纸模块将各个模块发送来的信息按分类存储在数据库；执行个人电脑的输入设备或计算机终端的命令；对输入设备或计算机终端的请求，指示相应的模块工作，发出对外的传输、输出信息的指令。

本发明的Excel规范模板模块存储有Excel规范模板，Excel规范模板为在智能变电站初设阶段，设计用户根据智能变电站所需的二次设备清单而编制成Excel格式的表格。

本发明的用户接口模块接收设计用户输入智能变电站参数，形成智能变电站参数的值取值范围表，作为参数配置文件保存到参数配置文件模块中。

本发明的智能变电站参数为使用技术规范、主变数量、互感器类型、是否中性点接地、高压电压等级、高压母线接线方式、高压分支数量、高压线路数量、中压电压等级、中压母线接线方式、中压分支数量、中压线路数量、低压电压等级、低压母线接线方式、低压分支数量、低压线路数量、电容器数量和站用变数量。

本发明的二次设备计算模块读取参数配置文件，将读取到的参数配置文件中各母线接线方式转换为对应的分段开关数量和母线段数，从参数配置文件中读取各电压等级中配置的线路数量，得到各电压等级的配置电压、各电压等级的分段开关数量、主变数量、各电压等级的线路数量、各电压等级的母线段数、站用变数量、各电压等级的分支数量、各电压等级的电容器数量的相关参数的值，形成母线接线方式的分段开关数量和母线段数表；二次设备计算模块再读取Excel规范模板，用从参数配置文件中读取的参数将Excel规范模板里数量表达式中的各电压等级的配置电压、各电压等级的分段开关数量、主变数量、各电压等级的线路数量、各电压等级的母线段数、站用变数量、各电压等级的分支数量、各电压等级的电容器数量，替换成具体的数值，变成可计算的表达式，计算出表达式的结果，得到计算出表达式结果的Excel格式的招标设备表，向与本系统联网的电力设计院、智能变电站施工单位、智能变电站运行维护单位和二次设备厂家传输输出。

本发明的二次设备计算模块读取参数配置文件内容为：主变数量、互感器类型、是否中性点接地、高压电压等级、高压母线接线方式、高压分支数量、高压线路数量、中压电压等级、中压母线接线方式、中压分支数量、中压线路数量、低压电压等级、低压母线接线方式、低压分支数量、低压线路数量、站用变数量和电容器数量。

本发明的二次设备计算模块将计算出表达式结果的Excel规范模板保存在数据库，或保存在Excel规范模板模块。

本发明的二次设备解析模块接收经建设用户修改、确认后的Excel格式的招标设备表，将修改、确认后的Excel格式的招标设备表里调整过的二次设备类型和数量，解析到数据库中，解析的具体过程为：二次设备解析模块依次读取修改、确认后的Excel格式的招标设备表的物资名称，再读取该物资的数量，查询在数据库中是否存在二次设备名为该物资名的二次设备，若存在则更新数据库中的该二次设备的数量，若不存在则添加该二次设备和数量到数据库，删除数据库中多余的二次设备。

本发明的二次设备解析模块接收经建设用户修改、确认后的Excel格式的招标设备表，存入数据库。

本发明与现有技术相比，由二次设备解析模块、二次设备计算模块、Excel规范模板、用户接口模块、图纸模块、配置管理模块、图模库模块、图纸管理模块、检索模块、权限管理模块、校验模块、数据库模块、数据库模块和版本管理模块构成的基于Excel的智能变电站二次设计系统，与电力设计院、智能变电站施工单位、电力局、智能变电站运行维护单位、二次设备厂家联网，将智能变电站二次设备清单输出给电力局，用于二次设备的招标工作，快速将初设方案导入到智能变电站的正式设计工作中，提高智能变电站设计工作效率，减少人力浪费。

附图说明

图1是本发明的系统结构图。

图2是本发明的图纸分类图。

图3是本发明的图纸类校验流程。

图4是智能变电站的装置配置图。

图5是智能变电站的网络通信图。

图6是智能变电站的二次拓扑图。

图7是智能变电站的通信接口图和虚端子图。

图8是本发明的图纸依赖关系。

图9是本发明实施例的图模一体化示意图。

图10是本发明实施例的标准化配置流程图。

图11是本发明的技术路线图。

图12是本发明的二次设备计算模块处理流程图。

图13是本发明的二次设备解析模块处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。本发明的基于Excel的智能变电站二次设计系统，设置在一台个人电脑PC机上。建立该PC机与电力设计院、智能变电站施工单位、电力局(电力公司)、智能变电站运行维护单位、二次设备厂家的交换机联网，该PC机还可以与该智能变电站有关的其他单位的交换机联网，如设计、施工的分包单位。电力设计院、智能变电站施工单位、电力局、智能变电站运行维护单位、二次设备厂家的交换机分别联接有一台以上的计算机终端(计算机)。

基于Excel的智能变电站二次设计系统接收与本系统联网的电力设计院的计算机输入的标准化配置规范、1至N个私有配置文件、1至N个智能电子设备能力描述文件ICD(IEDCapability Description)、1至N个智能电子设备配置描述文件CID(Configured IED Description)和智能变电站配置描述文件SCD(Substation Configuration Description)的输入数据，存储在数据库。其中，标准化配置规范为《QGDW 1396-2012 IEC61850工程继电保护应用模型》，N为智能变电站使用的智能电子设备的种类数，私有配置文件为不同二次设备厂家给予智能电子设备的独有配置，智能电子设备能力指智能电子设备提供的基本数据模型及服务，智能电子设备配置指智能电子设备具体设备名称、通信参数配置信息和GOOSE信息配置。

基于Excel的智能变电站二次设计系统通过互联网，给与本系统联网的电力设计院和变电站施工单位传输输出智能变电站的设计图纸、系统说明文件SSD(System SpecificationDescription)和光缆使用清册；给与本系统联网的二次设备厂家、电力局或智能变电站运行维护单位传输输出SSD、1至N个CID、SCD和虚端子联系表，向与本系统联网的电力设计院、智能变电站施工单位、智能变电站运行维护单位和二次设备厂家传输输出二次设备表。系统说明文件为智能变电站电气主接线盒要求的逻辑节点，内容为智能变电站描述、所需数据类型样本和逻辑节点类型规定(由用户指定或根据《DL/T860.74》生成)。

基于Excel的智能变电站二次设计系统通过互联网，将智能变电站的配置信息输出给组态监控工具。组态监控工具为智能变电站运行维护单位采用计算机对电力设备或工作过程进行监视、控制和管理的系统。

如图1所示，本发明的基于Excel的智能变电站二次设计系统(本系统)，设有配置管理模块、智能变电站设计图纸模块、二次设备计算模块和二次设备解析模块。智能变电站设计图纸模块连接有图模库模块、图纸管理模块、检索模块、权限管理模块、版本管理模块、校验模块和数据库模块。数据库模块与版本管理模块、校验模块和二次设备解析模块连接。二次设备计算模块与Excel规范模板和参数配置文件模块连接，参数配置文件模块连接用户接口模块。

配置管理模块用于接收用户在通过网络与本系统连接的计算机上对智能变电站进行设置或变更输入的配置信息，然后将设置或变更后的配置信息保存到数据库中。智能变电站的配置信息为：1、测控装置(装置)与电压、间隔的关联操作；2、装置的通信参数配置；3、装置与装置之间的信号关联操作，含有面向通用对象的变电站事件GOOSE(Generic ObjectOriented Substation Event)信息和采样值SV(Sampled Value)信息；4、屏柜的关联操作。

智能变电站设计图纸模块的作用类似一个中央处理器，对与其连接的模块进行协调，将各个模块发送来的信息按分类存储在数据库；执行本系统的输入设备或与本系统联网的计算机用户的命令；对本系统的输入设备或与本系统联网的计算机用户的请求，指示相应的模块工作，发出对外的传输、输出信息的指令。

图模库模块将智能变电站设计图纸模块搜集来的组成智能变电站的各个元素的图元(图形符号)、图元属性信息汇集后存入数据库。图元包括电压等级、间隔、屏柜、压板、交换机、装置。图元属性信息为图元的附加文字注释，如电压等级图元的电压值、装置图元的装置名称、通信图元的通信参数。用户在与本系统联网的计算机上进行智能变电站设计时，智能变电站设计模块从数据库中调取出图元和图元属性信息，用户根据设计配置需要在图模库模块里选择相应的图元添加到界面上的图纸里面，即可完成相应内容的图元和图元属性信息的设计配置。其中屏柜、压板、交换机固定图元由开发人员绘制好后经智能变电站设计图纸模块存入数据库，供用户使用。电压等级、间隔图元由工程师在与本系统连接的计算机上，经智能变电站设计图纸模块添加进去，如添加220KV的电压等级，工程师在与本系统连接的计算机的界面将220KV的电压等级图元添加到图模库模块中，存入数据库。装置的图元由图模库模块根据数据库存储的ICD中的该图元，经智能变电站设计图纸模块添加到图模库模块中，存入数据库。

图纸管理模块将用户在与本系统连接的计算机上进行的智能变电站设计过程中或是设计完成后的图纸按用途进行分类，然后根据分类将图纸本身存储在设置本系统的PC机的存储器上，将图纸上的图元和图元属性信息存储到数据库中。如图2所示，图纸按用途分类为：装置装配图、网络通信图、二次拓扑图、通信接口图、屏柜图和虚端子图。网络通信图为制造报文规范MMS(Manufacturing Message Specification)图、通用面向对象的变电站事件GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event)图和采样值SMV(Sample Value)图。二次拓扑图为单间隔保护图、母线保护图、主变保护图、站域保护图、对时图、录波图、测控图、辅助设备图和联闭锁图。同时，图纸管理模块还负责接收工程师在与本系统连接的计算机上发出的指令，对图纸创建、打开、导入(将从该计算机上输入的图纸存入本系统存储器内)、重命名、更新、删除、恢复进行操作。删除图纸后不立刻删除该图纸，而是将被删除图纸移至回收站，便于不小心删除时的恢复操作。

检索模块由图纸检索模块、配置检索模块和文字检索模块组成，图纸检索模块、配置检索模块、文字检索模块经智能变电站设计图纸模块接收用户在与本系统连接的计算机上的操作指令，对数据库中的数据进行检索，并将相应的检索结果在用户使用的计算机显示器上显示。图纸检索模块将检索到的图纸按图纸名称进行排列，供用户检索、查找图纸。配置检索模块根据装置或交换机的名字，查询数据库内存储智能变电站的配置信息，得到具体的装置或交换机，将该装置或交换机的配置信息提供给用户使用的计算机，供检索人查看。文字检索模块接收用户操作，根据数据库内存储的配置和图纸中的文字信息，查询到文字所在的图纸，然后将该图纸打开，供检索人查看。

权限管理模块将用户分为管理员、操作用户(设计用户和/或建设用户)和浏览用户三组并给出相应的权限。本系统的输入设备定义管理员，管理员的职责或权限是创建或设立操作用户和浏览用户，同时也可以在本系统的输入设备或与本系统连接的计算机上绘制或修改图纸后，将创建或修改的信息存入数据库。操作用户的职责是在与本系统连接的计算机上绘制或修改图纸，将创建或修改的图纸信息存入数据库，操作用户可以进行所有图纸的绘制并保存在数据库。浏览用户只能通过与本系统连接的计算机上从数据库中提取出、浏览、查看图纸，不能进行修改图纸或更改配置信息。用户在与本系统连接的计算机上发出请求时，智能变电站设计图纸模块经权限管理模块鉴别是管理员、操作用户或浏览用户，权限管理模块将鉴别确认信息发送给智能变电站设计图纸模块，智能变电站设计图纸模块根据用户的权限范围将用户请求发往数据库，再由数据库执行用户的请求，将相应资料经智能变电站设计图纸模块发送至用户。

版本管理模块用于控制数据库内的文件版本。被控制版本的文件为：智能电子设备能力描述文件ICD、智能电子设备配置描述文件CID、智能变电站配置描述文件SCD。版本管理模块经智能变电站设计图纸模块从与本系统连接的计算机上接收智能变电站使用的由装置制造厂家提供的ICD，将里面的版本信息提取出来保存在数据库，需要严格按照制造厂家给出的ICD版本信息保存，不可以被任何输入设备修改。版本管理模块接收由数据库输出的CID，CID记录的版本信息有：智能变电站名称、ICD版本信息、当前的版本编号、设定或修改的发布者，所述版本信息可以经由配置管理模块，在与本系统连接的计算机上进行修改，以队列的形式，保存在数据库，以最终确保命名(记录)的唯一性和可追溯性者。版本管理模块接收由数据库输出的SCD，SCD记录的信息有：智能变电站名、CID版本信息、当前的版本编号、设定或修改的发布者，所述信息也可以经由配置管理模块，在与本系统连接的计算机上进行修改，以队列的形式，保存在数据库，以确保最终命名(记录)的唯一性和可追溯性。

校验模块由文件类校验模块、图纸类校验模块组成。

用户在与本系统连接的计算机上通过智能变电站设计图纸模块输入ICD、CID、SCD时，文件类校验模块根据事先已经输入到数据库的《QGDW 1396-2012 IEC61850工程继电保护应用模型》的规范信息，进行逐条对比，若一致，给出校验正确的信息经智能变电站设计图纸模块给与本系统连接的计算机，创建图元并将信息存入数据库，若逐条对比出现不一致，给出错误信息，提示用户是否继续输入，若继续输入正确的信息则创建图元并将信息存入数据库，取消输入则退出输入，不创建图元。

如图3所示，图纸类校验模块接收用户在与本系统连接的计算机上的操作校验命令，将设计完成后的图纸，按照装置装配图、网络通信图、二次拓扑图、通信接口图、虚端子图和屏柜图的顺序逐一进行校验，若正确，给出校验正确的信息，存入数据库库，若不一致，给出错误提示信息，提示用户完善补充。图纸类校验模块根据单间隔内的装置必须关联电压等级和间隔，对装置配置图中的各个装置电压等级和间隔关联进行校验。图纸类校验模块根据局域网IP地址和介质访问控制MAC(Media Access Control)地址唯一，对网络通信图中交换机与装置的连接、装置之间的网络通信参数配置进行校验。图纸类校验模块根据装置与装置间的连线，需真实反应虚端子信息，对二次拓扑图中拓扑线是否两边都连接装置进行校验。图纸类校验模块对通信接口图中拓扑线是否两端都连接装置的端口进行校验。图纸类校验模块根据虚端子联系必须反应到图纸上，检查已经配置虚端子联系的装置是否已经生成了虚端子图进行校验。图纸类校验模块根据装置是隶属于屏柜，屏柜图中计算屏柜的区域大小来判断屏柜是否交叉，装置或交换机是否完全落在屏柜中。

文件类校验、图纸类校验采用可视化校验、完整性校验和合法性校验的方式。可视化校验为利用本系统或与本系统连接的显示设备，校验过程可见，能够给出用户清晰的校验结果。完整性校验为图纸类校验模块根据的图纸分类，各类图纸都必须齐全来校验图纸类别是否完整齐全，文件类校验模块校验本系统输出的CID、SCD文件是否完整。合法性校验是校验图纸、文件是否满足《QGDW 1396-2012 IEC61850工程继电保护应用模型》规范。

数据库用于保存图模库存入的所有图元和图元属性信息、智能电子设备能力描述文件ICD、智能电子设备配置描述文件CID、智能变电站配置描述文件SCD、装置装配图、网络通信图、二次拓扑图、通信接口图、虚端子图和屏柜图。这样，在智能变电站在设计、基建、运维阶段，都能保证智能变电站建设过程中信息移交的完整性、正确性、一致性。

如图4所示，智能变电站的装置配置图以主接线为背景和坐标，反映间隔层装置与电气间隔的关系、合并单元及智能操作箱和电气间隔的关系。将装置图模放入变电站一次电气主接线图对应电气间隔，并建立关联电压和间隔就生成了装置配置图。从装置配置图可以导出SSD文件和装置设备表。装置配置图包括了智能变电站所有的间隔层设备和过程层设备。网络拓扑图和二次拓扑图中的装置只能来自于装置拓扑图。添加装置必须在装置配置图中才能实现。这个规则是保证图纸设计完整性和一致性的前提。

如图5所示，智能变电站的网络通信图以网络结构为背景，反应变电站装置与交换机的连接关系。网络拓扑图设计和规划变电站所有装置之间，以及装置与交换机的网络连接关系。点击关系连接线就可以显示和配置网络参数。这些参数包括：网络访问点AP、IP地址、MAC地址和VLAN。

如图6所示，智能变电站的二次拓扑图反应了装置间的虚端子联系关系。虚端子是指在智能变电站中，光缆代替了电缆，已经没有以前的物理端子，用虚端子来表示一个信号。虚端子拓扑图表示已关联装置的所有虚端子的来源和去向。二次拓扑图直观地显示不同电气间隔装置之间是否存在逻辑关系。

如图7所示，智能变电站的通信接口图反应了装置某一端口和另一台装置的某一端口所关联的虚端子信息。它是在二次拓扑图中双击装置间的连线产生。通过通信接口图和模型规范的结合，用户可以方便地实现虚回路完整性校验，例如：保护跳闸信号、保护合闸信号、保护联闭锁信号不允许不定义虚回路。点击装置之间的逻辑联络线就可以进行虚回路映射关系的配置。

如图8所示，装置配置图是所有图的基础，按智能变电站网络结构和三层架构分别将装置配置图的装置和终端导出后，可以绘制基本的网络通信图和二次拓扑图。屏柜图是智能变电站所有设备的结构体现，根据装置配置图将上面的所有装置和终端导出，根据网络通信图导出的所有交换机。二次拓扑图完成后根据装置的物理端口信息(ICD文件里有定义)生成通信接口图，通信接口图完成后按根据端口类型(ICD文件里有定义)展现虚端子信息，用户根据需要将虚端子信息进行开入、开出关联，再将同一台装置的开入开出信息展示到图纸上便生成了虚端子图。导出是指根据需要获取将一张图纸的某部分信息，将其重绘到别的图纸上。

Excel规范模板为在智能变电站初设阶段，设计用户根据智能变电站所需的二次设备清单而编制成一张Excel格式的表格，称为Excel规范模板，存储在Excel规范模板模块中。如表1所示，Excel规范模板的表头设有序号、物资编码、物资名称、主要技术要求、单位、数量、备注共6列。智能变电站的设计人员研读智能变电站的技术规范(规范)，如《贵州电网数字化变电站技术规范》，将规范中智能变电站用到的二次设备依次填入到Excel规范模板中。Excel规范模板各字段填写要求为：

序号用于对提取出来的二次设备的排序，从1开始依次递增。

物资编码是预留位，用于二次设备计算模块对二次设备进行编码，系统自动填写，编码默认从1开始依次递增，用户可以指定起始编号，系统在起始编号的基础上依次递增。

物资名称直接提取规范中指定的二次设备名字。

主要技术要求为从规范中指定的和二次设备相对应的技术要求。

单位是物资的数量单位，从规范中提取和二次设备相对应的单位如套、台、面。

数量为Excel规范模板中最核心的部分，从规范中提取而来。若二次设备数量是确定的，该部分直接填写二次设备数量。若二次设备数量不确定，将二次设备数量都转化成由固定相关参数组成的可计算表达式。

其中，表达式是指由数字、算符、数字分组符号(括号)、自由变量和约束变量等以能求得数值的有意义排列方法所得的组合。约束变量在表达式中已被指定数值，而自由变量则是下述相关参数之一，它们可以在表达式之外因不同的工程而另行指定数值。可计算表达式为不包含自由变量的表达式，如1+2，2+3。

固定相关参数为：各电压等级的配置电压、各电压等级的分段开关数量、主变数量、各电压等级的线路数量、各电压等级的母线段数、站用变数量、各电压等级的分支数量、各电压等级的电容器数量。

转换后的只有固定参数组成的可计算表达式示例：2*主变数量、主变数量+10kV分支数量、2*主变数量+2*10kV分支数量、35kV是否配置+10kV。

设计人员研读智能变电站的技术规范，将规范中智能变电站用到的二次设备依次填入到Excel规范模板中，步骤为：

1.读取规范前言，获知当前规范所适应的电压等级，如规范中描述“本规范规定了110～220kV数字化变电站的功能、结构、性能等方面的技术要求，以及设计、施工等具体要求”，表示该规范适用于110kV、220kV电压等级。

2.读取规范中可以使用的互感器类型，目前类型有常规互感器和电子式互感器。如规范中描述“110kV及以上电压等级宜采用常规互感器。”

3.读取规范中可以使用的母线接方式。常见的接线方式有：单母线,单母分段,单母三分段,单母分段带旁母,双母线,双母单分段,双母双分段,双母线专用母联,母联兼旁路形式的双母线,旁路兼旁联形式的双母线,双母带旁母,双母分段带旁母,内桥接线,线变组等，规范中若没有明确指出，表示不限制接线方式。

4.基于上述三步骤，根据电压等级、互感器类型、母线接线方式，可以确定Excel规范模板的名字，如110kV常规互感器单母分段、110kV电子式互感器单母分段、110kV电子式互感器内桥接线等。根据此三个条件依次研读智能变电站的技术规范，提取设备信息。

5.提取站控层二次设备，主要二次设备为：监控主机及操作员站、激光打印机、远动工作站、GPS时间同步系统、GPS时钟同步对时柜、GPS时钟扩展装置柜、交流变压器容量、五防工作站、站控层交换机，通常此类二次设备的数量是明确的，规范中常出现如下描述“220kV及110kV变电站宜采用主机兼操作员工作站，双套配置性能应至少达到以下指标：主频≥3.0G。内存≥4G。…”，即表示主机兼操作员工作站需要两套，技术参数为“主频≥3.0G。内存≥4G。…”。

6.提取间隔层二次设备，此类二次设备通常有保护装置、测控装置、保护测控一体化装置、计量装置、安全稳定装置、录波及网络通信记录分析一体化装置。对于录波及网络通信记录分析一体化装置数量通常是明确的，如出现如下描述“110kV变电站录波及网络通信记录分析一体化装置应采用单套配置。录波应能记录DL/T860.92或GB/T 20840.8协议的采样值；应支持记录故障前后的GOOSE信息，记录和保存故障前100ms到停止记录时的电气量波形，并能清楚记录5次(或以上)谐波分量”，即表示该二次设备需要一台，技术参数为“录波应能记录DL/T860.92或GB/T 20840.8协议的采样值；应支持记录故障前后的GOOSE信息，记录和保存故障前100ms到停止记录时的电气量波形，并能清楚记录5次(或以上)谐波分量”。其它设备根据间隔线路数量有变化，如规范出现如下描述“110kV变电站主变保护双重化配置，其余保护单套配置；110kV主变保护宜采用保护、测控分开独立配置；110kV线路、分段保护宜采用保护、测控一体化配置；保护装置应支持GOOSE报文协议与智能终端通信，通过GOOSE报文实现装置之间状态和跳合闸命令信息传递，其跳合闸命令采用GOOSE报文方式分别发送至相应的断路器智能终端，由智能终端出口实现相关断路器的跳合闸。”，即表示110主变需要两套主变保护设备、测控两台，且测控和保护功能分开。保护设备的技术参数为“保护装置应支持GOOSE报文协议与智能终端通信，通过GOOSE报文实现装置之间状态和跳合闸命令信息传递，其跳合闸命令采用GOOSE报文方式分别发送至相应的断路器智能终端，由智能终端出口实现相关断路器的跳合闸。”

7.提取过程层二次设备，主要二次设备为合并单元，规范中此类二次设备数量会和相关变量有关。如出现如下描述“110kV及以下电压等级各间隔合并单元宜单套配置(除主变各侧)。主变各侧合并单元应双重化配置。在点对点模式下，合并单元SV口应满足现场所接间隔需求；GOOSE口至少2个，且2个GOOSE口应采用独立的以太网芯片。在组网络模式下，合并单元应至少提供2个SV、GOOSE共网口，且2个GOOSE/SV口应采用独立的以太网芯片；合并单元应提供根据工程需要的其它设备的SV接入口。”即表示主变各侧的合并单元各需要两套，合并单元的技术参数为“在点对点模式下，合并单元SV口应满足现场所接间隔需求；GOOSE口至少2个，且2个GOOSE口应采用独立的以太网芯片。在组网络模式下，合并单元应至少提供2个SV、GOOSE共网口，且2个GOOSE/SV口应采用独立的以太网芯片；合并单元应提供根据工程需要的其它设备的SV接入口。”

8.提取网络设备，主要网络设备为网络交换机，涉及网络交换机数量和通过它连网的设备数量。如规范中出现如下描述“站控层交换机采用双重化配置原则。站控层交换机宜按电压等级配置。每个电压等级按照接入设备的数量计算配置台数，每台交换机预留10％以上备用口。每台交换机端口数应大于16个，不宜超过24个，光口与电口的比例根据工程需要配置”，即表示站控层交换机需要预留10％个口，Excel规范模板中按16口计算，需要预留2口，可用14口，所以交换机数量为上述站控层设备数量除以14再乘以2，站控层交换机的技术参数为“交换机预留10％以上备用口。每台交换机端口数应大于16个，不宜超过24个，光口与电口的比例根据工程需要配置。”

9.提取规范中规定的其它设备。

通过上述步骤最终形成通用或典型的Excel规范模板，存储在Excel规范模板模块。

用户接口模块接收设计用户输入智能变电站参数，形成智能变电站参数的值取值范围表，如表2所示，作为参数配置文件，保存到参数配置文件模块中。需要设计用户输入的智能变电站参数有：使用技术规范、主变数量、互感器类型、是否中性点接地、高压电压等级、高压母线接线方式、高压分支数量、高压线路数量、中压电压等级、中压母线接线方式、中压分支数量、中压线路数量、低压电压等级、低压母线接线方式、低压分支数量、低压线路数量、电容器数量和站用变数量。智能变电站参数配置文件保存的格式为文本格式，参数配置内容示例如下：使用规范＝110kV常规互感器_线变组形式，主变数量＝2，站用变数量＝2，电容器数量＝2，互感器类型＝常规互感器，是否中性点接地＝0，高压电压等级＝220kV，高压母线接线方式＝双母线，高压分支数量＝0，高压线路数量＝4，中压电压等级＝110kV，中压母线接线方式＝单母三分段，中压分支数量＝0，低压电压等级＝35kV，低压母线接线方式＝单母分段，低压分支数量＝2，低压线路数量＝2。

参数配置文件模块存储用户接口模块发来的设计用户输入的智能变电站参数。

二次设备计算模块读取参数配置文件模块中的参数配置文件，需要读取参数配置文件的内容为：主变数量、互感器类型、是否中性点接地、高压电压等级、高压母线接线方式、高压分支数量、高压线路数量、中压电压等级、中压母线接线方式、中压分支数量、中压线路数量、低压电压等级、低压母线接线方式、低压分支数量、低压线路数量、站用变数量和电容器数量。将读取到的参数配置文件中各母线接线方式转换为对应的分段开关数量和母线段数，从参数配置文件中读取各电压等级中配置的线路数量，得到各电压等级的配置电压、各电压等级的分段开关数量、主变数量、各电压等级的线路数量、各电压等级的母线段数、站用变数量、各电压等级的分支数量、各电压等级的电容器数量的相关参数的值，形成母线接线方式的分段开关数量和母线段数表，如表3所示。

如图12所示，二次设备计算模块再读取Excel规范模板，替换具体数值，用从参数配置文件中读取的参数信息将Excel规范模板里“数量”一列的表达式中的“各电压等级的配置电压、各电压等级的分段开关数量、主变数量、各电压等级的线路数量、各电压等级的母线段数、站用变数量、各电压等级的分支数量、各电压等级的电容器数量”替换成具体的数值，变成可计算的表达式，例如：若主变数量为1，10kV分支数量为2，可将表达式2*主变数量+2*10kV分支数量，替换成2*1+2*2；若配置35kV，未配置10kV，将表达式35kV是否配置+10kV是否配置，替换成1+0，然后计算出表达式的结果，得到计算出表达式结果的Excel规范模板(Excel格式的招标设备表)，向与本系统联网的电力设计院、智能变电站施工单位、智能变电站运行维护单位和二次设备厂家传输输出，Excel格式的招标设备表用于智能变电站的电力公司(建设用户)审查智能变电站的建设审核。再将计算出表达式结果的Excel规范模板保存在数据库，也可以不保存在数据库，保存在Excel规范模板模块。

Excel规范模板中包含的二次设备的设备物资、设备编码由系统从1开始依次递增自动填写，或由设计用户指定起始编号，系统在起始编号的基础上依次递增的规则进行。

二次设备解析模块接收经建设用户修改、确认后的Excel格式的招标设备表，将修改、确认后的Excel格式的招标设备表表里调整过的二次设备类型和数量，解析到数据库中，完成初设成果的继承导入，作为智能变电站设计的起始工作资料，用于在设计时直接添加智能变电站的二次设备，使设计人员不再从图模库模块添加二次设备到数据库，提高了工作效率。如图13所示，解析的具体过程为：a.二次设备解析模块依次读取修改、确认后的Excel格式的招标设备表的物资名称，再读取该物资的数量。b.查询在数据库中是否存在二次设备名为该物资名的二次设备。c.若存在则更新数据库中的该二次设备的数量，若不存在则添加该二次设备和数量到数据库。d.删除数据库中多余的二次设备。多余的二次设备是指修改、确认后的Excel格式的招标设备表中不存在，数据库中存在，需要在数据库中删除的二次设备。

若计算出表达式结果的Excel规范模板保存在Excel规范模板模块，二次设备解析模块将建设用户修改、确认后的Excel格式的招标设备表，直接存入数据库，作为智能变电站设计的起始工作资料，避免了智能变电站设计用户再往二次设备中添加二次设备的重复工作，同时也能保证系统内的二次设备与实际招标二次设备类型和数量一致。

本实施例的PC机采用联想的启天M7300，建立该PC机通过互联网与电力设计院、智能变电站施工单位、电力局、智能变电站运行维护单位、三家二次设备厂家的交换机联网，本系统采用ANSI C++程序语言实现。

用户接口模块将智能变电站参数保存到参数配置文件模块的指令：

用户接口模块形成智能变电站参数的值取值范围表的指令：

二次设备计算模块读取参数配置文件的指令：

二次设备计算模块读取Excel规范模板的指令：

二次设备计算模块替换具体数值的指令：

二次设备计算模块传输输出计算出表达式结果的Excel规范模板的指令：

二次设备解析模块接收经建设用户修改、确认后的Excel格式的招标设备表的指令：

二次设备解析模块解析到数据库的指令：

如图9所示，基于Excel的智能变电站二次设计系统从装置的ICD文件读入标准化图模的输入和输出信息，生成工程设计需要的图模库。图模库显示为一棵树，第一层节点包括：电压、间隔、交换机和装置。第二层为第一层的细分节点。不同型号装置的模型和版本在装置节点的子节点显示和管理。添加、删除和修改操作需要权限。装置的图模分为缩略图和展开图两种，缩略图用于装置配置图、网络拓扑图和二次拓扑图的设计。展开图用于虚回路映射图的设计。虚回路映射图的变量分三层：内部变量、外部变量和一次设备连接(中文注释)。生成图模库的同时对装置是否满足DL/T 860和Q/GDW 396，进行校验并给出错误性提示。

如图10所示，本发明的智能变电站标准化配置流程，包括以下步骤：

a)建立图模库，检查ICD合法性。

b)输入智能变电站的电压等级和一次规模信息。

c)利用Excel规范模板通过系统的二次设备计算模块输出二次设备表，供用户查看校验。

d)系统二次设备解析模块解析用户校验过后的二次设备表，将二次设备导入到数据库。

e)设计装置配置图，导出SSD文件和装置设备表。

f)设计网络通信图，导出网络配置表。

g)设计二次拓扑图，生成图纸总目录和映射表总目录。

h)以二次拓扑图为索引，先生成端口拓扑图，再编辑虚拟回路二次拓扑图，导出虚端子映射表。

i)以装置配置图、网络通信图、二次拓扑图、通信接口图为基础，设计屏柜图，生成光缆清册。

j)检查图纸的完整性，重复g)h)i)。

k)导入装置的私有配置文件，生成校验码并存档。

l)下装CID文件和装置私有文件，并进行版本管理。

如图11所示，本发明的基于Excel的智能变电站二次设计系统，以互联网为基础，在总体(技术路线)上，纵贯设计、基建和运维三个不同阶段，横贯专业管理、资源管理和运行维护三个不同层次，以实现专业管理规范化，资源管理信息化，实现运行维护一体化的目标。将设计和配置有机结合在一起,在提供智能变电站辅助设计功能的同时,实现虚拟二次回路可视化、IEC61850模型合法性校验、二次设计资料的完整性和一致性校验。实现以下具体目标：

1、对智能变电站建设的不同阶段进行信息化管理。

2、通过装置ICD文件构建图模库，实现设计和配置的一体化，校验的可视化和自动化，避免重复劳动，减少校验工作人员的工作量。

3、通过图纸库管理，确保设计及配置的系统性，完整性和一致性。

4、实现智能变电站装置的配置文件的信息化管理，发挥二次资源库的信息监督作用。

本发明的基于Excel的智能变电站二次设计系统，以《QGDW 1396-2012 IEC61850工程继电保护应用模型》为标准，按《智能变电站标准化配置》流程，以《智能变电站二次资源数据库》为基础。理论依据包括三个方面：

1、IEC61850模型和AutoCAD图元的一体化，国家电网公司已经颁布的DL/T 860标准，已经对智能变电站所使用装置的模型文件进行了规范。Autodesk公司为AutoCAD的二次开发提供了ObjectARX接口,以此为基础建立智能变电站各种应用装置的图模库,设计使用这些图模进行图纸的设计，将原先相互独立的设计和配置环节结合起来,不仅避免了两个环节信息的不一致，还避免了重复劳动,在显著降低现场配置量的同时，还降低了配置错误风险。

2、基于文件数据库的设计和配置移交，智能变电站设计、基建和运维三个环节的二次资料移交，采用文件数据库方式,通过文件数据库的支持实现信息化移交和管理，显著提高信息共享的效率。二次资源文件数据库包含SSD文件、SCD文件、私有配置文件、设计图纸、61850对象库、版本和升级说明。一个智能变电站的二次资料打包在一个文件数据库中，电力生产管理系统可以通过管理多个变电站的文件数据库,实现二次资料的信息化管理。

3、二次资料校验的自动化，智能变电站设计、实施和运维阶段的部分校验工作可以自动化。通过内嵌《QGDW 1396-2012 IEC61850工程继电保护应用模型》标准模块，实现ICD文件的合法性校验。通过工具软件的装置配置图、网络拓扑图和二次拓扑图，实现配置的完整性校验。通过设计配置一体化图模库，实现配置和设计的自动校验和可视化校验。通过ICD模型的功能节点和变量的定义，屏蔽虚端子不对应连接操作。

通过版本管理，实现装置软件版本和配置版本的校验。

以AutoCAD为智能变电站通用设计平台，内嵌AutoCAD图模库、辅助设计和管理模块。对智能变电站的设计图纸进行分类设计和管理。通过装置配置图、网络拓扑图和二次拓扑图保证设计和配置资料的完整性。设计装置配置图的过程就是可视化设计SSD文件的过程；设计网络拓扑图的过程就是规划网络和配置网络参数的过程；设计二次拓扑图的过程，就是定义装置之间虚回路联系的过程。

智能变电站的技术规范已经指定了变电站建设的所使用的二次设备类型，本系统将其提取到excel表格中，里面的二次设备数量仅与某些固定参数相关。然后再根据用户输入的固定参数，计算出整个智能变电站所需要的二次设备，方便用户的招标工作，避免了设计工作重新开始。

本发明的系统，解决目前工作模式所遇到的不足，从而达到：1、电力设计院能够快速准确完成符合规范的智能变电站初步二次设计。2、通过互联网将初设成果快速传回到电力局，供专家组讨论或用于二次设备招标。3、快速将讨论通过的智能变电站初设方案导入到智能变电站的正式设计工作中，提高工作效率，减少人力浪费。

表1  Excel规范模板

表2  用户所输参数取值范围

表3  母线接线方式的分段开关数量和母线段数

母线接线方式	分段开关数量	母线段数
			单母线	0	1
单母分段	1	2
			单母三分段	2	3
单母分段带旁母	1	3
			双母线	2	2
双母单分段	3	3
			双母双分段	4	4
双母线专用母联	2	3
			母联兼旁路形式的双母线	1	3
旁路兼旁联形式的双母线	1	3
			双母带旁母	2	3
双母分段带旁母	6	5
			内桥接线	1	2
线变组	0	0

Claims (10)

1.一种基于Excel的智能变电站二次设计系统，设置在个人电脑上，个人电脑与电力设计院、智能变电站施工单位、电力局、智能变电站运行维护单位、二次设备厂家的交换机联网，交换机分别联接有一台以上的计算机终端，所述基于Excel的智能变电站二次设计系统设有配置管理模块和智能变电站设计图纸模块，智能变电站设计图纸模块连接有图模库模块、图纸管理模块、检索模块、权限管理模块、版本管理模块、校验模块和数据库模块，数据库模块与校验模块和版本管理模块连接，其特征在于：所述基于Excel的智能变电站二次设计系统设有二次设备计算模块和二次设备解析模块，二次设备解析模块与数据库模块连接，二次设备计算模块与Excel规范模板和参数配置文件模块连接，参数配置文件模块连接用户接口模块。

2.根据权利要求1所述的基于Excel的智能变电站二次设计系统，其特征在于：所述智能变电站设计图纸模块将各个模块发送来的信息按分类存储在数据库；执行个人电脑的输入设备或计算机终端的命令；对输入设备或计算机终端的请求，指示相应的模块工作，发出对外的传输、输出信息的指令。

3.根据权利要求2所述的基于Excel的智能变电站二次设计系统，其特征在于：所述Excel规范模板模块存储有Excel规范模板，Excel规范模板为在智能变电站初设阶段，设计用户根据智能变电站所需的二次设备清单而编制成Excel格式的表格。

4.根据权利要求3所述的基于Excel的智能变电站二次设计系统，其特征在于：所述用户接口模块接收设计用户输入智能变电站参数，形成智能变电站参数的值取值范围表，作为参数配置文件保存到参数配置文件模块中。

5.根据权利要求4所述的基于Excel的智能变电站二次设计系统，其特征在于：所述智能变电站参数为使用技术规范、主变数量、互感器类型、是否中性点接地、高压电压等级、高压母线接线方式、高压分支数量、高压线路数量、中压电压等级、中压母线接线方式、中压分支数量、中压线路数量、低压电压等级、低压母线接线方式、低压分支数量、低压线路数量、电容器数量和站用变数量。

6.根据权利要求5所述的基于Excel的智能变电站二次设计系统，其特征在于：所述二次设备计算模块读取参数配置文件，将读取到的参数配置文件中各母线接线方式转换为对应的分段开关数量和母线段数，从参数配置文件中读取各电压等级中配置的线路数量，得到各电压等级的配置电压、各电压等级的分段开关数量、主变数量、各电压等级的线路数量、各电压等级的母线段数、站用变数量、各电压等级的分支数量、各电压等级的电容器数量的相关参数的值，形成母线接线方式的分段开关数量和母线段数表；二次设备计算模块再读取Excel规范模板，用从参数配置文件中读取的参数将Excel规范模板里数量表达式中的各电压等级的配置电压、各电压等级的分段开关数量、主变数量、各电压等级的线路数量、各电压等级的母线段数、站用变数量、各电压等级的分支数量、各电压等级的电容器数量，替换成具体的数值，变成可计算的表达式，计算出表达式的结果，得到计算出表达式结果的Excel格式的招标设备表，向与本系统联网的电力设计院、智能变电站施工单位、智能变电站运行维护单位和二次设备厂家传输输出。

7.根据权利要求6所述的基于Excel的智能变电站二次设计系统，其特征在于：所述二次设备计算模块读取参数配置文件内容为：主变数量、互感器类型、是否中性点接地、高压电压等级、高压母线接线方式、高压分支数量、高压线路数量、中压电压等级、中压母线接线方式、中压分支数量、中压线路数量、低压电压等级、低压母线接线方式、低压分支数量、低压线路数量、站用变数量和电容器数量。

8.根据权利要求7所述的基于Excel的智能变电站二次设计系统，其特征在于：所述二次设备计算模块将计算出表达式结果的Excel规范模板保存在数据库，或保存在Excel规范模板模块。

9.根据权利要求8所述的基于Excel的智能变电站二次设计系统，其特征在于：所述二次设备解析模块接收经建设用户修改、确认后的Excel格式的招标设备表，将修改、确认后的Excel格式的招标设备表里调整过的二次设备类型和数量，解析到数据库中，解析的具体过程为：二次设备解析模块依次读取修改、确认后的Excel格式的招标设备表的物资名称，再读取该物资的数量，查询在数据库中是否存在二次设备名为该物资名的二次设备，若存在则更新数据库中的该二次设备的数量，若不存在则添加该二次设备和数量到数据库，删除数据库中多余的二次设备。

10.根据权利要求8所述的基于Excel的智能变电站二次设计系统，其特征在于：所述二次设备解析模块接收经建设用户修改、确认后的Excel格式的招标设备表，存入数据库。