CN106446431B - 特高压直流输电控制保护设备的二次系统可视化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统技术领域内的一种基于特高压直流输电控制保护设备的二次可视化方法，以白图/蓝图、保护控制程序和设备厂家提供的信号模板表为基础，分别针对保护屏柜及其属性进行公共信息建模，并基于该模型设计模型校验。公共信息模型部分实现了公共数据模型到特高压直流输电控制保护设备的二次系统屏柜数据的合理映射，建立了以屏柜对数据对象的数据链表、屏柜属性的多叉树数据结构，通过本方法建立的软件平台能够实现特高压直流输电控制保护设备的二次系统的多厂家集成，解决了系统间信息传输和物理屏柜可视化等难题，降低了特高压直流输电工程的运维检修难度。

Description

特高压直流输电控制保护设备的二次系统可视化方法

技术领域

本发明特高压输电领域，属于电力控制保护二次系统技术，具体涉及一种基于特高压直流输电控制保护系统的二次系统可视化方法。

背景技术

特高压直流输电具有输送容量大、距离远、损耗低等优点，是能源优化配置的有效途径，也是实施我国“西电东送”战略的重要措施。控制保护系统作为特高压直流输电工程运行的“大脑”，不仅控制着交、直流功率转换、直流功率输送的全部过程，也保护换流站所有电气设备和直流输电线路免受电气故障的损害。直流控制保护系统功能采用分层配置原则，分别为：系统层、站层、双极层、极层和换流器层。与这种控制保护功能的分层相对应，直流控制保护系统设备可划分为远方监控通信层、运行人员控制层、控制保护设备层、现场测控设备层四个层次的分层分布式结构。

因此，从控制保护系统设备的放入分层配置原则来看，直流控制保护系统涉及到的设备和屏柜非常多。不仅同一屏柜内的多个机箱和板卡之间通过背板和光纤、以太网等传输信息，不同屏柜之间也通过硬接线、网络总线或其它接口相互连接，从而构成了一套极为庞大和复杂的直流控制保护系统。

为了保障特高压直流输电工程的运行安全，或在故障发生后快速定位和排除故障，运维检修人员需要熟知整个直流控制保护系统。然而，目前仅能通过厂家的白图、设计院的蓝图和直流控制保护程序等途径了解直流控制保护系统的详情。同时，白图或蓝图是按屏柜划分的，只能显示板卡与机箱之间的物理连接关系，无法展示具体传输的信息数据；直流控制保护程序是按实现的功能划分的，可以局部体现传输的具体信息，但又无法从整体上显示信息传输的路径。因此，无论是白图或蓝图，还是直流控制保护程序都欠缺整体性，无法完整、清晰、直观地对直流控制保护系统进行展示；此外，白图或蓝图、直流控制保护程序等都非常繁杂，从中提取出有用信息的工作量巨大，这些都大大增加了特高压直流输电工程的运维检修难度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种特高压直流输电控制保护设备的二次系统可视化方法，解决了分散在白图或蓝图、控制保护程序和信号模板表中二次系统的直观完整可视化困难等技术问题。

本发明解决现有的技术问题通过以下技术方案进行实现：

一种特高压直流输电控制保护设备的二次系统可视化方法,以特高压直流输电控制保护系统的白图或蓝图的原理框图为核心数据对象，融合白图或蓝图中的首页、目录、原理图、屏面布置图、端子排图和信号表中的输入/输出数据，从整体到局部细节方式直观展示直流控制保护二次系统，所述特高压直流输电控制保护设备的二次系统可视化方法包括以下步骤：包括数据模型建立、白图或蓝图校验和分层可视化。

数据模型建立、白图或蓝图校验和分层可视化具体包括以下步骤：

步骤S1：收集直流输电控制保护设备的物理模型文件，物理模型文件为以dxf格式表示的控制保护设备之间的关系；

步骤S2：建立直流输电控制保护设备数据对象模型；

步骤S3：校验图元对象与白图或蓝图文件、信号表的连接关系；

步骤S4：分层可视化。

步骤S1具体包括：

S101,通过搜索文件服务器归档文件，收集直流输电控制保护设备的物理模型文件，所述物理模型文件包括白图或蓝图文件和信号模板表；

S102,基于收集到的白图或蓝图文件，在变电站或者控制保护机房的扩建、设备的新增和设备的拆除的条件下，将直流输电控制保护设备的物理模型文件做动态添加和删除，将原有的物理模型文件作为基础模型(基础模型初次加载时为空数据模型)，新增、修改和删除的白图或蓝图与基础模型进行模型比对，将新增部分添加到基础模型中，将修改部分合并到基础模型中，将删除部分从基础模型中删除。

步骤S2具体包括：

S201，识别白图或蓝图文件中的格式数据时，以物理模型文件中的图元对象为基础；所述格式数据包括标题段、表段、块段、实体段和文件结束；所述表段包括线形表、层表、字体表、视图表、用户坐标系统表、视窗配置表、标注字体表和申请符号表；图元对象为由线段和圆弧组成的图形实体；

S202，通过转换物理模型文件中的图元对象，如圆形、矩形等，对图元对象进行拓扑分析和特征识别，组织成以屏柜为对象的数据链表和多叉树数据结构；

拓扑分析和特征识别包括以下步骤：

a)屏柜的概况属性数据模型，以白图或蓝图物理文件首页出现的字体表进行组织；

b)白图或蓝图物理文件中的目录作为屏柜物理布置属性和屏柜的原理图或信号图属性两大类数据的模型索引，其中页码和说明表格栏中的数据列分别作为索引定位与识别内容；说明中的内容按特征划分为封面、原理框图、原理图和屏面布置图；

c)原理框图属性以概况属性中的屏型号和逻辑对象模型中的线型表作为特征。

S203，根据屏柜原理框图、屏面布置图、端子排图、转接端子排图、内部电缆图和电缆连接图，识别直流输电控制保护设备对象和连接关系，如屏型号、屏名称、屏位置，建立各个图元的连接关系、父子关系和位置关系，建立交流站控屏的控制总线、IFC总线、LAN总线与通信屏、就地界面屏、继电器室光纤接口屏之间的连接关系，形成完整的通信及硬接点连接网络。

步骤S3具体包括：

S301,通过广度优先搜索算法搜索白图或蓝图中的每一个屏柜原理框图联接的逻辑关联屏柜，将白图或蓝图中的所有原理框图与搜索得到的逻辑关联屏柜进行比对，校验缺失的白图或蓝图文件；

S302,通过分析图元对象，将信号表中的每一个事件信号标注到图元对象中，校验缺失的信号模板文件。

步骤S4以屏柜为对象分别从纵向、横向进行二次系统的分层可视化，具体包括：

a)，纵向可视化显示屏柜的概况属性、屏柜的物理布置属性和屏柜的原理图或信号图属性，其中概况属性按照工程的实际工况显示本屏柜的工程名称、所属单位、换流站、屏型号、屏名称、屏位置和日期信息；物理布置属性依照白图或蓝图的实际尺寸进行比例放大或缩小，显示屏柜的带门前视图、去门前视图、带门后视图、去门后视图、纵向剖视图和横向剖视图；屏柜的原理图或信号图属性展示屏柜中的IED设备，包括屏内的板卡连接、屏间板卡连接、开关量硬接点的端子排、光纤口、网口；

b)，横向可视化以FIELDBUS总线、LAN网和控制总线上传输的电气量数据、测量数据和控制信号为基础，结合白图或蓝图和信号模板表的屏柜之间的逻辑关联数据和信息通信数据，显示屏柜与屏柜之间的物理关联与逻辑关联；屏柜之间的逻辑关联数据包括屏柜之间的板卡连接、来自于端子排的开关量硬接点和电缆连接的模拟量连接；信息通信数据为通过光纤、LAN网口传输的电气信息数据。

数据模型建立以白图或蓝图中的屏柜原理框图为数据对象，白图或蓝图中的所有屏柜原理框图构成数据对象链表，每一个屏柜原理框图通过光纤(FO)、LAN网或控制总线方式与另外的屏柜原理框图构成逻辑关联；

对于每一个屏柜与其他关联的屏柜构成的逻辑连接，以多叉树的数据结构方式存储，其中本屏柜原理框图为顶点，其他关联的屏柜原理框图为叶节点；

从白图或蓝图中读取的屏柜原理框图数据对象链表包括四个属性数据，概况属性、物理布置属性、原理图或信号图属性和数据属性；

屏柜之间的横向可视化由多叉树的数据结构支撑，本屏柜为多叉树顶点，每一个顶点与叶子节点之间的联系，由有向连接属性表示，分别存储白图或蓝图中的电气原理图或信号数据；顶点与叶子节点连接属性的方向，由数据的输入/输出表示。

白图或蓝图校验从屏柜原理框图和信号模板表两个方面来校验直流控制保护二次系统的白图或蓝图、信号表是否有缺失；

每一个屏柜原理框图通过光纤(FO)、LAN网或控制总线方式与另外的屏柜原理框图构成逻辑关联，通过广度优先搜索算法搜索白图或蓝图中的每一个屏柜原理框图联接的其他屏柜，将白图或蓝图中的所有原理框图与搜索得到的逻辑关联屏柜进行比对，进而校验缺失的白图或蓝图文件；

信号模板表的校验是核对白图或蓝图中的输入/输出开关量信息对应硬接线信号表文件、控制总线对应阀控控制总线信号表文件、LAN通讯信号对应阀控站控LAN通讯信号表文件，分析比对文件是否缺失。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1、将局部dxf格式的控制保护屏柜白图或蓝图应用于特高压直流输电控制保护设备的二次系统可视化，分别从纵向、横向实现完整、清晰、直观地显示复杂的直流控制保护系统；

2、实现了公共数据模型到特高压直流输电控制保护设备的二次系统屏柜数据的合理映射，建立了以屏柜对数据对象的数据链表、屏柜属性的多叉树数据结构，通过本方法建立的软件平台能够实现特高压直流输电控制保护设备的二次系统的多厂家集成，解决了系统间信息传输和物理屏柜可视化难题，降低了特高压直流输电工程的运维检修难度；

3、依据白图或蓝图中原理框图的屏柜信息校验缺失的白图或蓝图文件和信号模板表文件，避免了因文件缺失造成不完全的信息呈现；

4、将本发明的可视化方法合理应用于特高压直流输电控制保护设备的二次系统技术领域，使之能从整体上显示信息传输的路径，从而促进特高压直流输电控制保护领域的发展。

附图说明

图1是通过本发明建立的特高压直流输电控制保护设备的二次系统可视化结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图，对本方法的应用进行详细描述。

本发明解决现有的技术问题通过以下技术方案进行实现：

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种特高压直流输电控制保护设备的二次系统可视化方法，包括以下步骤：

白图或蓝图所使用的dxf格式是图形文件中所包含的全部信息的标记数据的一种表示方法。标记数据是指在每个数据元素前都带一个称为组码的整数。组码的值表明了其后数据元素的类型，也指出了数据元素对于给定对象(或记录)类型的含意。实际上，图形文件中所有用户指定的信息都能够以dxf文件格式表示。dxf文件的结构一般由标题段、表段、块段、实体段、文件结束等部分组成，其中表段一般包括线形表、层表、字体表、视图表、用户坐标系统表、视窗配置表、标注字体表、申请符号表等部分组成。

步骤一：收集直流输电控制保护设备的物理模型文件，物理模型文件为以dxf格式表示的控制保护设备之间的关系；

1、通过搜索文件服务器或者手动归档文件方式，收集直流输电控制保护设备的物理模型文件，包括白图或蓝图文件和信号模板表；

2、在收集到的白图或蓝图文件的基础上，在变电站或控制保护机房的扩建以及设备的新增、拆除的条件下，直流输电控制保护设备物理模型文件须相应地做动态添加与删除，即将新增、修改、删除的白图或蓝图与已建立的基础模型进行模型比对，将新增部分添加到基础模型中，将修改部分合并到基础中，将删除部分从基础模型中删除；

步骤二：建立直流输电控制保护设备数据对象模型：

1、将白图或蓝图文件中的标题段、表段、块段、实体段、文件结束等格式数据，以及表段中的线形表、层表、字体表、视图表、用户坐标系统表、视窗配置表、标注字体表、申请符号表等组成部分识别物理模型文件中的图元对象模型；

2、通过白图或蓝图文件中的物理模型转换为逻辑对象模型，如圆形、矩形等，然后再对逻辑对象模型进行拓扑分析，组织成以屏柜为数据对象的数据链表和多叉树数据结构。

3、根据屏柜原理框图、屏面布置图、端子排图、转接端子排图、内部电缆图和电缆连接图，识别直流输电控制保护设备对象和连接关系，如屏型号、屏名称、屏位置等，建立各个图元的连接关系、父子关系、位置关系，建立交流站控屏的控制总线、IFC总线、LAN总线与通信屏、就地界面屏、继电器室光纤接口屏等之间的连接关系，形成完整的通信及硬接点连接网络；

步骤三：校验图元对象与白图或蓝图文件、信号表的连接关系：

1、通过广度优先搜索算法搜索白图或蓝图中的每一个屏柜原理框图联接的其他屏柜，将白图或蓝图中的所有原理框图与搜索得到的逻辑关联屏柜进行比对，进而校验缺失的白图或蓝图文件；

2、通过分析图元模型，将数据中的信号表中的每一个事件信号标注到图元模型，校验缺失的信号模板文件；

步骤四：分层可视化：

以屏柜为核心对象分别从纵向、横向进行二次系统的可视化展示；

a)纵向方向上，进行显示屏柜的概况属性、物理布置属性、屏柜的原理图及信号图属性。其中概况属性按照工程的实际工况显示本屏柜的工程名称、所属单位、换流站、屏型号、屏名称、屏位置和日期等概要信息，而物理布置属性依照白图或蓝图的实际尺寸进行比例放大或缩小，显示屏柜的带门前视图、去门前视图、带门后视图、去门后视图、纵向剖视图和横向剖视图；屏柜的原理图或信号图属性展示屏柜中的IED设备，包括屏内的板卡连接、屏间板卡连接、开关量硬接点的端子排、光纤口、网口等。

b)横向方向上，进行以IFC总线、LAN网和控制总线上传输的电气量数据、测量数据和控制信号为基础，结合白图或蓝图和信号模板表中的屏柜之间的逻辑关联数据、信息通信数据，显示屏柜与屏柜之间的物理关联与逻辑关联。屏柜之间的逻辑关联数据包括但不限于屏柜之间的板卡连接、来自于端子排的开关量硬接点和电缆连接的模拟量数据，信息通信数据为通过光纤、LAN网口传输的电气信息数据。

以上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。

Claims (5)

1.一种特高压直流输电控制保护设备的二次系统可视化方法，其特征在于：

以特高压直流输电控制保护系统的白图或蓝图的原理框图为核心数据对象，融合白图或蓝图中的首页、目录、原理图、屏面布置图、端子排图和信号表中的输入/输出数据，从整体到局部细节方式展示直流控保二次系统；

所述特高压直流输电控制保护设备的二次系统可视化方法包括以下步骤：数据模型建立、白图或蓝图校验和分层可视化；

所述数据模型建立、白图或蓝图校验和分层可视化具体包括以下步骤：

步骤S1：收集直流输电控制保护设备的物理模型文件，物理模型文件为以dxf格式表示的控制保护设备之间的关系；

步骤S2：建立直流输电控制保护设备数据对象模型；

步骤S3：校验图元对象与白图或蓝图文件、信号表的连接关系；

步骤S4：分层可视化；

步骤S2具体包括：

S201，识别白图或蓝图文件中的格式数据时，以物理模型文件中的图元对象为基础；所述格式数据包括标题段、表段、块段、实体段和文件结束；所述表段包括线形表、层表、字体表、视图表、用户坐标系统表、视窗配置表、标注字体表和申请符号表；图元对象为由线段和圆弧组成的图形实体；

S202，通过转换物理模型文件中的图元对象，对图元对象进行拓扑分析和特征识别，组织成以屏柜为对象的数据链表和多叉树数据结构；

S203，根据屏柜原理框图、屏面布置图、端子排图、转接端子排图、内部电缆图和电缆连接图，识别直流输电控制保护设备对象和连接关系，建立各个图元的连接关系、父子关系和位置关系，建立交流站控屏的控制总线、IFC总线、LAN总线与通信屏、就地界面屏、继电器室光纤接口屏之间的连接关系，形成完整的通信及硬接点连接网络；

步骤S3具体包括：

S301,通过广度优先搜索算法搜索白图或蓝图中的每一个屏柜原理框图联接的逻辑关联屏柜，将白图或蓝图中的所有原理框图与搜索得到的逻辑关联屏柜进行比对，校验缺失的白图或蓝图文件；

S302,通过分析图元对象，将信号表中的每一个事件信号标注到图元对象中，校验缺失的信号模板文件；

步骤S4以屏柜为对象分别从纵向、横向进行二次系统的分层可视化，具体包括：

a)，纵向可视化显示屏柜的概况属性、屏柜的物理布置属性和屏柜的原理图或信号图属性，概况属性按照工程的实际工况显示本屏柜的工程名称、所属单位、换流站、屏型号、屏名称、屏位置和日期信息；物理布置属性依照白图或蓝图的实际尺寸进行比例放大或者缩小，显示屏柜的带门前视图、去门前视图、带门后视图、去门后视图、纵向剖视图和横向剖视图；屏柜的原理图或信号图属性展示屏柜中的IED设备；

b)，横向可视化以FIELDBUS总线、LAN网和控制总线上传输的电气量数据、测量数据和控制信号为基础，结合白图或蓝图和信号模板表的屏柜之间的逻辑关联数据和信息通信数据，显示屏柜与屏柜之间的物理关联与逻辑关联；屏柜之间的逻辑关联数据包括屏柜之间的板卡连接、来自于端子排的开关量硬接点和电缆连接的模拟量连接；信息通信数据为通过光纤、LAN网口传输的电气信息数据。

2.根据权利要求1所述的特高压直流输电控制保护设备的二次系统可视化方法，其特征在于，

步骤S1具体包括：

S101,通过搜索文件服务器归档文件，收集直流输电控制保护设备的物理模型文件，所述物理模型文件包括白图或蓝图文件和信号模板表；

S102,基于收集到的白图或蓝图文件，在变电站或者控制保护机房的扩建、设备的新增和设备的拆除的条件下，将直流输电控制保护设备的物理模型文件做动态添加和删除，将原有的物理模型文件作为基础模型，新增、修改和删除的白图或蓝图与基础模型进行模型比对，将新增部分添加到基础模型中，将修改部分合并到基础模型中，将删除部分从基础模型中删除。

3.根据权利要求1所述的特高压直流输电控制保护设备的二次系统可视化方法，其特征在于，所述数据模型建立以白图或蓝图中的屏柜原理框图为数据对象，白图或蓝图中的所有屏柜原理框图构成数据对象链表，每一个屏柜原理框图通过光纤、LAN网或者控制总线方式与另外的屏柜原理框图构成逻辑关联；

对于每一个屏柜与其他关联的屏柜构成的逻辑关联，以多叉树的数据结构方式存储，其中本屏柜原理框图为顶点，其他关联的屏柜原理框图为叶节点；

从白图或蓝图中读取的屏柜原理框图数据对象链表包括四个属性数据，分别为概况属性、物理布置属性、原理图或信号图属性和数据属性；

屏柜之间的横向可视化由多叉树的数据结构为基础，本屏柜为多叉树顶点，每一个顶点与叶子节点之间的联系，由有向连接属性表示，分别存储白图或蓝图中的电气原理图或信号数据；顶点与叶子节点连接属性的方向，由数据的输入/输出表示。

4.根据权利要求3所述的特高压直流输电控制保护设备的二次系统可视化方法，其特征在于，所述拓扑分析和特征识别包括以下步骤：

a)屏柜的概况属性数据模型，以白图或蓝图物理文件首页出现的字体表进行组织；

b)白图或蓝图物理文件中的目录作为屏柜物理布置属性和屏柜的原理图或信号图属性的模型索引，以页码和说明表格栏中的数据列分别作为索引定位与识别内容；说明中的内容按特征划分为封面、原理框图、原理图和屏面布置图；

c)原理框图属性以概况属性中的屏型号和逻辑对象模型中的线型表作为特征。

5.根据权利要求1所述的特高压直流输电控制保护设备的二次系统可视化方法，其特征在于，

白图或蓝图校验从屏柜原理框图和信号模板表两个方面来校验直流控制保护二次系统的白图或蓝图、信号表是否有缺失；

每一个屏柜原理框图通过光纤、LAN网或控制总线方式与另外的屏柜原理框图构成逻辑关联，通过广度优先搜索算法搜索白图或蓝图中的每一个屏柜原理框图联接的其他屏柜，将白图或蓝图中的所有原理框图与搜索得到的逻辑关联屏柜进行比对，进而校验缺失的白图或蓝图文件；

信号模板表的校验是核对白图或蓝图中的输入/输出开关量信息对应硬接线信号表文件、控制总线对应阀控控制总线信号表文件、LAN通讯信号对应阀控站控LAN通讯信号表文件，分析比对文件是否缺失。