CN104408229A - 基于图形输出的继电保护故障分析系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于图形输出的继电保护故障分析系统及方法，该方法包括如下步骤:从继电保护装置中召唤录波文件及该类录波文件相应的标准逻辑图；读取所述录波文件的录波数据，并根据所述录波数据显示录波波形图；加载该类录波文件相应的标准逻辑图，并显示该加载的标准逻辑图；根据所述录波波形图记录的录波数据动态推演所述标准逻辑图，获取推演结果；当所述推演结果与所述录波文件的录波数据一致时，将所述推演结果显示在显示屏幕上。利用本发明可形成标准化的继电保护故障分析的逻辑关系图。

Description

基于图形输出的继电保护故障分析系统及方法

技术领域

本发明涉及一种智能电网系统故障分析技术，特别是一种基于图形输出（如SVG图形）的继电保护故障分析系统及方法。

背景技术

继电保护故障分析依赖于故障录波器或装置录波分析继电保护装置动作的正确性。一般来说，对于宿主设备出现故障，继电保护装置保护动作行为异常甚至拒动时，运行人员更多的想知道继电保护装置内部的逻辑行为和异常行为原因。而目前厂家提供的继电保护装置的辅助功能难以让运行人员完全独立分析继电保护装置的异常行为原因。

 针对上述情况，部分继电保护装置生产厂家也完善了录波功能，增加了关键逻辑接点的标志信息，简化了故障分析的难度，但仍存在以下一些问题：

（1）继电保护故障分析的逻辑图格式标准不统一，各厂家使用各自的逻辑图表达方式，从而导致目前故障分析工具不统一，不能跨厂家分析，缺乏通用性；

（2）复杂故障分析依赖继电保护装置厂家，保护过程分析缺乏透明性；

（3）继电保护故障分析的逻辑图版本经常变化，不同版本的逻辑图与录波文件无法兼容；

（4）继电保护故障分析的逻辑图无法在线获取。

发明内容

鉴于以上内容，本发明提出一种基于图形输出的继电保护故障分析系统及方法，通过标准化的定义输入关联、逻辑关系、连接线等元件，形成标准化的继电保护故障分析的逻辑关系图，并配合标准化的录波文件，将波形中的关键的数字量通道与逻辑图通道关联。

所述基于图形输出的继电保护故障分析系统包括：数据召唤模块，用于从与该分析装置通信连接的继电保护装置中召唤录波文件及该类录波文件相应的标准逻辑图；图形显示模块，用于读取所述录波文件的录波数据，并根据所述录波数据显示录波波形图在所述分析装置的显示屏幕上；所述图形显示模块，还用于加载该类录波文件相应的标准逻辑图，并显示该加载的标准逻辑图在所述显示屏幕上，所述标准逻辑图包括逻辑通道图元、运算符图元、及连接线图元；图形推演模块，用于根据所述录波波形图记录的录波数据动态推演所述显示屏幕上显示的标准逻辑图，获取推演结果；所述图形推演模块，还用于将所述推演结果与所述录波文件的录波数据进行比对；所述图形推演模块，还用于当所述推演结果与所述录波文件的录波数据一致时，将所述推演结果显示在显示屏幕上；当所述推演结果与所述录波文件的录波数据不一致时，则输出错误提示至所述显示屏幕上。

所述基于图形输出的继电保护故障分析方法包括：数据召唤步骤，从与该分析装置通信连接的继电保护装置中召唤录波文件及该类录波文件相应的标准逻辑图；图形显示步骤一，读取所述录波文件的录波数据，并根据所述录波数据显示录波波形图在所述分析装置的显示屏幕上；图形显示步骤二，加载该类录波文件相应的标准逻辑图，并显示该加载的标准逻辑图在所述显示屏幕上，所述标准逻辑图包括逻辑通道图元、运算符图元、及连接线图元；图形推演步骤一，根据所述录波波形图记录的录波数据动态推演所述显示屏幕上显示的标准逻辑图，获取推演结果；图形推演步骤二，将所述推演结果与所述录波文件的录波数据进行比对；图形推演步骤三，当所述推演结果与所述录波文件的录波数据一致时，将所述推演结果显示在显示屏幕上；当所述推演结果与所述录波文件的录波数据不一致时，则输出错误提示至所述显示屏幕上。

相较于现有技术，本发明所述的基于图形输出的继电保护故障分析系统及方法，通过标准化的定义输入关联、逻辑关系、连接线等元件，形成标准化的继电保护故障分析的逻辑关系图，并配合标准化的录波文件，将波形中的关键的数字量通道与逻辑图通道关联，以重现保护动作流程，清晰地解决现有逻辑图格式标准不统一、继电保护故障分析工具不统一、保护过程不透明的问题。再结合继电保护故障分析的逻辑图命名方式定义、文件网络通信传输，以解决逻辑图版本兼容和在线获取的问题。

附图说明

图1是本发明基于图形输出的继电保护故障分析系统的应用环境图；

图2是本发明基于图形输出的继电保护故障分析系统的功能模块图；

图3 是本发明的继电保护故障分析的逻辑图组成结构图；

图4 是本发明的继电保护故障分析的逻辑图定义示例图；

图5是本发明基于图形输出的继电保护故障分析方法的整体流程图；

图6是本发明的逻辑图创建流程图；

图7 是本发明的逻辑图推演流程图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明基于图形输出的继电保护故障分析系统的应用环境图。在本实施方式中，所述基于图形输出的继电保护故障分析系统26（以下也简称为“继电保护故障分析系统26”）应用于分析装置2中，该分析装置2可以带有显示屏幕20和输入设备22，例如，该分析装置2可以是电脑。所述显示屏幕20可以是LCD（Liquid Crystal Display）显示屏，所述输入设备22可以是键盘等输入装置。所述分析装置2还包括通过数据线或信号线相连的存储器24和处理器28。需要说明的是，图1只是对分析装置2软件结构和硬件结构的示意性说明，分析装置2还包括其它必要的电子元器件和系统软件，在此不再一一赘述。

所述继电保护故障分析系统26存储于分析装置2的存储器24中，用于从继电保护装置4中读取标准逻辑图，配合标准化的录波文件，将录波波形图中关键的数字量通道与标准逻辑图中的录波通道关联，以重现继电保护装置4的保护动作流程，具体方法流程参阅图2至图7的描述。

在本实施例中，所述继电保护故障分析系统26可以提供一个或多个模块，所述一个或多个模块被存储在所述分析装置2的存储器24中并被配置成由一个或多个处理器（本实施例为一个处理器28）执行，以完成本发明。例如，参阅图2所示，所述继电保护故障分析系统26包括数据召唤模块260、图形显示模块262、图形推演模块264和图形创建模块265。本发明所称的模块是完成一特定功能的计算机程序段，比程序更适合于描述软件在计算机中的执行过程，关于各模块的具体功能参阅图3至图7的描述。

本发明是基于图形输出的继电保护故障分析系统及方法，在本实施方式中，以SVG（Scalable Vector Graphics，可缩放矢量图形）为例进行说明。

其中，SVG是基于可扩展标记语言（XML），用于描述二维矢量图形的一种图形格式，它由万维网联盟制定，是一个开放标准。SVG图像由两大部分构成：图形定义(defs)和图形渲染(g)。图形定义部分主要包括图形显示属性的定义(style)和图元定义(symbol)。图形渲染部分即图形绘制，其主要内容包括自定义图元的引用和基本图形元素的使用。

SVG定义的基本图形元素包括，但不限于，点、线、圆、矩形、文本等。在本实施方式中，所述自定义图元为基本图形元素组合形成新的图元，图像渲染即图像的直接呈现，通过标签“<g>”直接引用SVG基本图形元素或者自定义图元，即可完成图像的呈现。

如图3所示，本发明定义的逻辑图完全继承SVG图形的结构，在自定义图元模板上扩充逻辑通道图元、运算符图元、连接线图元，既能完整地表现逻辑通道，又有良好的通用性和可扩展性。

如图4所示，为本发明逻辑图定义示例，所述逻辑图包括三大类逻辑图元，图4中示出这三大类逻辑图元：逻辑通道图元、运算符图元（与图元、或图元、非图元）、连接线图元。

其中，逻辑通道图元定义继电保护装置4的内部节点信息，为布尔型变量。内部节点信息存贮在录波文件的数字量信息中。运算符图元定义输入量（如“外部启动失灵开入”输入量和“对应开入正常”输入量）之间的逻辑关系，并输出结果。运算符图元包括与图元、或图元和非图元等。运算符表达各个数字量在继电保护程序内部运行的逻辑关系。连接线图元定义图元之间的连接关系，传递变量信息。结果图元属于逻辑通道图元中的一种，用于定义逻辑图的输出结果。

在本实施方式中，逻辑通道图元定义包括五个方面：图元ID、端子、矩形框、文本、通道关联字段。其中，图元ID用来唯一标示图元，端子表示图元的输入和输出连接点，矩形框和文本用来表示图元形状和内容。在普通的svg图形中仅使用id、端子、矩形框、文本这些基本元素，只能达到显示图像的目的，为了能动态展示逻辑图，必须将逻辑通道图元与录波文件的录波通道关联起来，因此需要扩展新的属性来保存关联数据。

为了保存与该逻辑通道图元关联的录波通道名称，特在symbol属性中扩展通道关联字段，命名为：relateChannel；逻辑通道图元对应录波通道文件（即录波配置文件：.cfg文件）定义的录波通道（本实施方式中为数字量通道）。因此，在创建逻辑图之前需要将录波通道从录波通道文件(.cfg)中解析出来保存为该继电保护装置4的录波通道模板，然后依据录波通道模板中的通道绘制逻辑图，因此已完成绘制的逻辑图都已经完成通道对应。逻辑通道图元组成元素及属性见表1:

表1  逻辑图元组成元素及属性

在本实施方式中，逻辑图运算符包括与门（AND）、或门（OR）、非门（NO）、与非（NAND）、或非（NOR）、异或（XOR）、同或（NXOR）。以“与门”为例，图像模板包含3个以上端子（至少两个输入一个输出）、矩形框、文本；基本属性有ID，扩展属性有输入端子数目：InputNum。运算符图元组成元素及属性见表2:

表2  运算符图元组成元素及属性

在本实施方式中，连接线图元作为逻辑图结构的连接媒介，可认为是端子的容器，其首末端所连接的物件为逻辑通道图元、运算符图元或连接线图元本身。连接线图元包括端子、折线，如表3所示：

表3  连接线图元组成元素及属性

在图元渲染时，引用的图元必须在标签<g></g>之中才可显示图形。引用时使用标签<use>，将已定义的图元id赋值给其属性xlink:href，即可完成关联引用，但为了动态演示逻辑图，则必须在标签<g>中扩展以下属性：

（a）图元类型：type，以全部大写的字符表示。定义逻辑通道类型：LGCHANNEL；连接线类型：LINE；与运算符类型：AND；或运算符类型：OR；非运算符类型：NO；与非运算符类型：NAND；或非运算符类型：NOR；异或运算符类型：XOR；同或运算符类型：NXOR；

（b）数据值：value，用于存储对应的当前数字量通道状态，正常为0，变位为1；

（c）关联序号：LinkObjectIDnd和LinkObjectIDznd，前者为输入关联的图元ID，后者为输出的关联图元ID，输入输出支持有多个关联，以分号分割。示例：LinkObjectIDnd="xxx0;xxx11"表示起点连接了xxx的0号端子和xxx1的1号端子；

引用示例如下所示，表示引用id为“OperatorScopeAnd:与操作符0”的图元：

<g id="OperatorAnd正常_示例" type=”AND”  value=”x”                  LinkObjectIDnd="HeadId1LinkId;HeadId2LinkId"       LinkObjectIDznd="TailIdLinkId">

<use x="5" y="5" width="30" height="50" fill="none"                       xlink:href="OperatorScopeAnd:与操作符0" >

</use>

</g>

如图5所示，是本发明基于图形输出的继电保护故障分析方法的整体流程图。

步骤S10，数据召唤模块260从继电保护装置4召唤（即复制Copy）录波文件及该类录波文件相应的标准逻辑图。在本实施方式中，所述标准逻辑图为通用SVG标准逻辑图（参阅图3所示），关于创建标准逻辑图的方法参阅图6所示。

步骤S11，图形显示模块262读取所述录波文件的录波数据，并根据所述录波数据显示录波波形图在显示屏幕20上。

步骤S12，图形显示模块262加载该类录波文件相应的标准逻辑图，并显示该加载的标准逻辑图在显示屏幕20上。

步骤S13，图形推演模块264根据所述录波波形图记录的录波数据动态推演所述显示屏幕20上显示的标准逻辑图，获取推演结果。逻辑图的推演功能可以动态地反应故障的变化过程，也可以反应故障动作结果的正确性，关于逻辑图推演的具体方法参阅图7所述。

步骤S14，图形推演模块264将所述推演结果与所述录波文件的录波数据进行比对，并判断所述推演结果与所述录波文件的录波数据是否一致。

步骤S15，如果所述推演结果与所述录波文件的录波数据一致，则图形推演模块264判定录波数据正确（即继电保护装置4录波的动作结果完全符合动作逻辑），并将所述推演结果显示在显示屏幕20上。

步骤S16，如果所述推演结果与所述录波文件的录波数据不一致，则图形推演模块264判定录波数据错误，并输出错误提示至显示屏幕20上。

如图6所示，是本发明的逻辑图创建流程图。

步骤S101，图形创建模块265判断是否已经创建该录波文件的录波通道模板，例如，判断存储器24中是否存在该录波文件的录波通道模板。

步骤S102，如果没有创建该录波文件的录波通道模板，则图形创建模块265选择该录波文件的录波通道文件（及录波配置文件.cfg），根据该录波通道文件创建该录波文件对应的录波通道模板，然后返回步骤S101。

步骤S103，如果已经创建该录波文件的录波通道模板，则图形创建模块265导入该录波文件的录波通道模板，并根据该导入的录波通道模板绘制逻辑图。

步骤S104，图形创建模块265保存绘制完成的逻辑图为标准逻辑图，如通用SVG图形格式。

如图7所示，是本发明的逻辑图推演流程图。以下步骤均由图形推演模块264执行完成。

步骤S201，初始化所述标准逻辑图的结构数据到分析装置2的内存中，并采用预设类型数据结构存储所述结构数据。所述结构数据包括，但不限于，所述标准逻辑图中的逻辑图元（如逻辑通道图元）和各逻辑图元的逻辑关系。在本发明中，采用两种类型的数据结构存储所述结构数据。

在第一实施例中，所述预设类型数据结构为有向无环图，该有向无环图的所有输入通道为入度为0出度为1的节点，运算符节点为入度大于2出度为1的节点，结果通道为入度为1出度为0的节点。

在第二实施例中，所述预设类型数据结构为树形结构，在该树形结构中，除结果通道节点外，所有的输入通道为树的叶子节点，运算符节点为带儿子的节点，根节点即为输出结果，且根节点的前面一个节点为运算符，根节点只有一个儿子节点。

步骤S202，获取录波波形图中的一个采样点和该采样点的录波数据，并从该采样点的录波数据中获取该采样点当前时刻的所有录波通道的值（本实施方式中为数字量通道的值），得到采样值。

步骤S203，根据所述采样值更改所述标准逻辑图中的逻辑通道图元的录波通道值，并更改所述逻辑通道图元的颜色。例如，如果所述采样值为1，而所述标准逻辑图中的逻辑通道图元的录波通道值为0，则将所述录波通道值更改为1。

在本实施方式中，如果所述逻辑通道图元的录波通道值为第一数值，则更改所述逻辑通道图元的颜色为第一颜色；如果所述逻辑通道图元的录波通道值为第二数值，则更改所述逻辑通道图元的颜色为第二颜色。举例而言，如果所述逻辑通道图元的录波通道值为1，则将所述逻辑通道图元的颜色更改为红色，如果所述逻辑通道图元的录波通道值为0，则将所述逻辑通道图元的颜色更改为灰色。

步骤S204，根据所述逻辑通道图元更改后的录波通道值以及标准逻辑图的运算符，计算出标准逻辑图的连接线更改后的值，并更改所述连接线的颜色。例如，如果所述逻辑通道图元更改后的录波通道值为1和0，所述运算符为与门（AND），则连接线更改后的值为0。

在本实施方式中，如果所述连接线的值为第一数值，则更改所述连接线的颜色为第一颜色；如果所述连接线的值为第二数值，则更改所述连接线的颜色为第二颜色。举例而言，如果所述连接线的值为1，则将所述连接线的颜色更改为红色，如果所述连接线的值为0，则将所述连接线的值更改为灰色。

步骤S205，根据所述连接线的连接关系，依次计算所述标准逻辑图中其它图元的值，直到计算出最后一个图元的值。如果所述预设类型数据结构为有向无环图，则所述最后一个图元为该有向无环图的目的地节点；如果所述预设类型数据结构为树形结构，则所述最后一个图元为该树形结构的根节点。

步骤S206，将所述最后一个图元的值与该图元对应的录波数据的值（即数字量通道的值）进行比对，并判断所述最后一个图元的值与该图元对应的录波数据的值是否相等。

步骤S207，如果所述最后一个图元的值与该图元对应的录波数据的值不相等，则在显示屏幕20上提示错误。

步骤S208，如果所述最后一个图元的值与该图元对应的录波数据的值相等，则在显示屏幕20上显示重新着色的标准逻辑图。

综上所述，本发明针对目前继电保护装置故障分析过程中保护逻辑图格式不通用，存储格式不标准的问题，提出了基于SVG图形（当然在其他实施例中也可以采用其他格式的图形）的通用的继电保护逻辑流程文件的存贮格式，解决了目前普遍存在的故障分析工具缺乏标准化、通用化的问题。

本发明具有如下优点：提出保护逻辑的逻辑图格式标准，解决不同厂家的故障分析工具的兼容问题，实现不同厂家的故障分析工具支持跨厂家分析功能，有良好的通用性和可扩展性；简化保护过程分析，使保护过程透明化；解决不同版本的逻辑图与录波文件无法兼容问题；保护逻辑图可通过网络从继电保护装置在线获取。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的详细说明，不能认定具体实施只局限于这些说明。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于图形输出的继电保护故障分析方法，应用于分析装置，其特征在于，该方法包括：

数据召唤步骤，从与该分析装置通信连接的继电保护装置中召唤录波文件及该类录波文件相应的标准逻辑图；

图形显示步骤一，读取所述录波文件的录波数据，并根据所述录波数据显示录波波形图在所述分析装置的显示屏幕上；

图形显示步骤二，加载该类录波文件相应的标准逻辑图，并显示该加载的标准逻辑图在所述显示屏幕上，所述标准逻辑图包括逻辑通道图元、运算符图元、及连接线图元；

图形推演步骤一，根据所述录波波形图记录的录波数据动态推演所述显示屏幕上显示的标准逻辑图，获取推演结果；

图形推演步骤二，将所述推演结果与所述录波文件的录波数据进行比对；及

图形推演步骤三，当所述推演结果与所述录波文件的录波数据一致时，将所述推演结果显示在显示屏幕上；当所述推演结果与所述录波文件的录波数据不一致时，则输出错误提示至所述显示屏幕上。

2.根据权利要求1所述的基于图形输出的继电保护故障分析方法，其特征在于：

所述逻辑通道图元定义继电保护装置的内部节点信息，为布尔型变量，所述内部节点信息存贮在录波文件的数字量信息中；

所述运算符图元定义输入量之间的逻辑关系，并输出结果，其中，运算符表示各个数字量在继电保护程序内部运行的逻辑关系；及

所述连接线图元定义图元之间的连接关系，传递变量信息。

3.根据权利要求2所述的基于图形输出的继电保护故障分析方法，其特征在于，所述逻辑通道图元包括：图元ID、端子、矩形框、文本、通道关联字段，其中，所述图元ID用来唯一标示逻辑通道图元，所述端子表示图元的输入和输出连接点，所述矩形框和文本用来表示图元形状和内容，所述通道关联字段表示所述逻辑通道图元与录波通道文件定义的录波通道之间的关联，且所述逻辑通道的图元ID等于关联的录波通道名称。

4.根据权利要求2所述的基于图形输出的继电保护故障分析方法，其特征在于，所述运算符图元包括与门、或门、非门、与非、或非、异或、同或，每个运算符图元模板包含3个以上端子、矩形框、文本、基本属性图元ID，扩展属性输入端子数目。

5.根据权利要求2所述的基于图形输出的继电保护故障分析方法，其特征在于，所述连接线图元的首末端所连接的物件为逻辑通道图元、运算符图元或连接线图元本身，且所述连接线图元包括图元ID、端子、及折线。

6.根据权利要求2所述的基于图形输出的继电保护故障分析方法，其特征在于，图形推演步骤包括：

初始化所述标准逻辑图的结构数据到所述分析装置的内存中，并采用预设类型数据结构存储所述结构数据，所述结构数据包括所述标准逻辑图中的逻辑图元和各逻辑图元的逻辑关系；

获取录波波形图中的一个采样点和该采样点的录波数据，并从该采样点的录波数据中获取该采样点当前时刻的所有录波通道的值，得到采样值；

根据所述采样值更改所述标准逻辑图中的逻辑通道图元的录波通道值，并更改所述逻辑通道图元的颜色；

根据所述逻辑通道图元更改后的录波通道值以及标准逻辑图的运算符，计算出标准逻辑图的连接线更改后的值，并更改所述连接线的颜色；

根据所述连接线的连接关系，依次计算所述标准逻辑图中其它图元的值，直到计算出最后一个图元的值；

将所述最后一个图元的值与该图元对应的录波数据的值进行比对，如果所述最后一个图元的值与该图元对应的录波数据的值不相等，则在所述显示屏幕上提示错误；及

如果所述最后一个图元的值与该图元对应的录波数据的值相等，则在所述显示屏幕上显示重新着色的标准逻辑图。

7.根据权利要求6所述的基于图形输出的继电保护故障分析方法，其特征在于，所述预设类型数据结构为有向无环图，该有向无环图的所有输入通道为入度为0出度为1的节点，运算符节点为入度大于2出度为1的节点，结果通道为入度为1出度为0的节点。

8.根据权利要求6所述的基于图形输出的继电保护故障分析方法，其特征在于，所述预设类型数据结构为树形结构，在该树形结构中，除结果通道节点外，所有的输入通道为树的叶子节点，运算符节点为带儿子的节点，根节点为输出结果，且根节点的前面一个节点为运算符，根节点连接一个儿子节点。

9.根据权利要求6所述的基于图形输出的继电保护故障分析方法，其特征在于：

如果所述逻辑通道图元的录波通道值为第一数值，则更改所述逻辑通道图元的颜色为第一颜色；及

如果所述逻辑通道图元的录波通道值为第二数值，则更改所述逻辑通道图元的颜色为第二颜色。

10.一种基于图形输出的继电保护故障分析系统，应用于分析装置，其特征在于，该系统包括：

数据召唤模块，用于从与该分析装置通信连接的继电保护装置中召唤录波文件及该类录波文件相应的标准逻辑图；

图形显示模块，用于读取所述录波文件的录波数据，并根据所述录波数据显示录波波形图在所述分析装置的显示屏幕上；

所述图形显示模块，还用于加载该类录波文件相应的标准逻辑图，并显示该加载的标准逻辑图在所述显示屏幕上，所述标准逻辑图包括逻辑通道图元、运算符图元、及连接线图元；

图形推演模块，用于根据所述录波波形图记录的录波数据动态推演所述显示屏幕上显示的标准逻辑图，获取推演结果；

所述图形推演模块，还用于将所述推演结果与所述录波文件的录波数据进行比对；及

所述图形推演模块，还用于当所述推演结果与所述录波文件的录波数据一致时，将所述推演结果显示在显示屏幕上；当所述推演结果与所述录波文件的录波数据不一致时，则输出错误提示至所述显示屏幕上。