CN107480883B - 一种变电站二次系统资源配置方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种贯穿于变电站全生命周期二次系统资源配置方法和配置系统，本发明将变电站二次系统的设备组合与功能构成，抽象成变电站二次系统的设备和设施资源对象，然后定义出这些资源的最小单元，采用UML语言描述各种资源类之间的关联关系，根据UML类图定义资源的XML描述语法，最终实现变电站二次系统资源的XML描述。本发明采用与IEC61850相兼容的描述方式，可以最大限度的利用变电站已有的信息资源，可以为后续的现场调试、运维检修、扩建改造环节直接利用，实现信息的共享，提高这些环节的工作效率，为更深入的信息综合应用提供条件。

Description

一种变电站二次系统资源配置方法和系统

技术领域

本发明涉及电力自动化技术领域，特别是一种变电站二次系统资源配置方法和系统。

背景技术

随着IEC61850标准在变电站自动化领域的应用与推广，变电站智能电子设备间信息交互互操作问题得到一定改善。虽然，IEC61850采用SCL配置语言来描述变电站设备的通信资源，可以实现变电站通信信息的共享与配置。但它专注于变电站智能电子设备的数据建模、互操作等方面，缺乏对设备、设施等相关信息的规范，不利于这些信息的获取、共享与利用，限制了智能高级功能的应用，阻碍了变电站自动化的发展。

智能变电站的发展，对变电站的规划建设、集成调试、扩建改造、运维检修等生命周期各个环节在安全、可靠、投资、效率等方面都提出了更高的要求，需要对变电站二次系统的物理资源进行统一建模和利用。当前，所需资源信息分散存在于各种图册、资料、数据库中，没有统一的描述格式，有的是纸质文档，有的是私有记录格式。在变电站设计规划阶段，需要由设备制造商提供设备说明书，其中包含有设备大小、尺寸、接口、组成、布局、功能等信息，由于缺乏统一的描述手段，无法被设计工具直接利用，需要人工输入建立信息库；在集成调试阶段，需要依赖设计单位的设计产物，通常为纸质或电子的CAD图纸，包含有设备间的物理和逻辑关联关系，装置的光缆和电缆连接及信号的工程语义等，集成调试工具无法直接使用这些信息，需要进行人工配置，效率极其低下，一次配置正确率不高；在运维检修阶段，需要分析和排查设备故障，这依赖于对站内各种信息的综合利用，如设备自身的诊断信息、后台的告警信息以及设备间的连接关系与空间分布，在大运维的条件下，为查找这些信息，需要翻阅大量图纸，效率低下，不利于故障的及时处理。同样，目前的各种集成配置工具也仅能对ICD、SCD等SCL定义的信息进行处理，缺乏对设备物理资源信息的处理能力。

发明内容

本发明的目的是：提供一种变电站二次系统资源描述方法和配置系统，提高变电站二次系统资源在变电站生命周期各环节中的综合利用率，且共享容易，进而提高变电站的规划建设、集成调试、扩建改造、运维检修等各个环节的工作效率。

本发明采取的技术方案具体为：一种变电站二次系统资源配置方法，包括：

S1，统计待配置变电站二次系统的所有设备和设施资源；

S2，对S1中统计的设备资源实体对象的资源类型定义进行创建：

设备资源实体对象的资源类型包括IED设备成员类、信号传输缆线成员类和屏柜成员类；其中IED设备成员类目下包括层次由高到低的IED装置成员类、装置板件成员类、端子插排成员类和端子成员类；信号传输线缆成员类下的各信号传输缆线成员对应用于变电站二次设备间信号传输的线缆；屏柜成员类下的各屏柜成员对应变电站的二次屏柜；

分别定义各IED设备成员、信号传输缆线成员和屏柜成员的属性；

S3，对S1中统计的设施资源实体对象的资源类型定义进行创建：

设施资源实体对象的资源类型包括小室成员类和缆沟成员类；其中小室成员类下的各小室成员对应变电站中各主控室、继电保护小室或厢式变电站舱体，缆沟成员类下的各缆沟成员对应变电站中各电缆沟；

分别定义各小室成员和缆沟成员的属性；

S4，创建各设备与设施在待配置变电站二次系统资源中的唯一资源标识类型，以表征各不同层级设备或设施资源之间的归属关系；

创建待配置变电站的资源索引类，用于表征没有继承或包含关系的不同设备或设施之间，以及设备或设施与逻辑资源之间的横向关联关系；

S5，基于XSD的描述语法，设计待配置变电站二次系统资源的Schema文件，根据Schema 文件描述待配置变电站二次系统的全部资源，形成全站资源描述文件。

本发明S1中，设备是指厂家制造的可完成变电站特定功能的实体对象，设施是指变电站中需要经过现场施工来实现特定功能的实体对象。

优选的，步骤S2中：IED设备成员类目下，各IED装置成员包括名称、类型、制造商、尺寸和空间位置属性，各装置板件成员包括名称、位置、板号和尺寸属性，各端子成员包括端子序号、端子名称、类型、位置和尺寸属性；各信号传输缆线成员分别包括名称、芯数、类型和型号属性；各屏柜成员包括名称、类型、制造商、大小和空间位置属性。屏柜成员可包含IED设备成员。

优选的，步骤S3中，各小室成员包括名称、电压等级和位置属性，各缆沟成员包括名称、深度、宽度和起点、终点及各中间转折点的位置属性。小室成员可包含屏柜成员。

优选的，S4中，采用路径(PATH)方法描述各设备与设施在待配置变电站二次系统资源中的唯一资源标识类型，各设备或设施资源的路径由多个层次组成，由高到低代表相应资源的不同层级的归属资源。

资源的标识符(tRef)是一个在字符串基础上重定义的类型，格式符合path的式样，表征了物理资源对象的纵向关联关系。

资源索引类(tResourceRef)用于表示没有继承或包含关系的类对象之间的关联关系。它有一个属性类型为tRef，即表示它横向引用了其他地方的资源对象，此外tResourceRef中还包括name和desc等其它属性。

本发明所述横向关联可以表示没有继承或包含关系的设备或设施资源之间的关联，如装置/屏柜端子与电缆的连接关联，也可表示物理资源与逻辑资源之间的关联，如端子与 IEC61850模型信号之间的关联。

S5中，所述资源描述文件的文件名后缀为.rcd。对于步骤S2至S4中的简单类型(如枚举类型、重定义的基本类型)用Schema空间的simpleType描述，复合类型以Schema空间中的complexType描述。类作为一种对象的抽象，通常包括数据成员和函数成员(操作方法)，数据成员包括简单数据和复合数据，在UML及XML中，简单数据称为属性，复合数据称为成员，如屏柜成员包含IED设备成员即为复合数据。

本发明还公开一种基于上述变电站二次系统资源描述方法的变电站二次系统资源配置系统，包括设备资源处理模块、设施资源处理模块以及全站资源集成模块：

设备资源处理模块包括变电站设备资源创建接口单元、设备资源信息输入接口单元和设备资源描述文件导出接口单元；

设施资源处理模块包括变电站设施资源创建接口单元、设施资源信息输入接口单元和设施资源描述文件导出单元；

全站资源集成模块从设备资源处理模块和设施资源处理模块中获取变电站各设备和设施的资源描述文件，并对各设备和设施在变电站工程中的信息进行配置，形成设备或设施的资源对象实例；然后基于设备和设施的资源对象实例创建包含全站资源的资源实例，并作为全站资源配置文件进行导出。

本发明系统在应用时，设备资源处理模块为设备厂家提供变电站(IED设备、非IED设备等)各设备资源的创建接口和信息输入接口，为设备导出资源描述文件；所配置的信息包括但不限于IED型号、大小、规格、构成IED的板件信息、连接端子(口)信息、IED功能信号与端子(口)的对应关系等。

设施资源处理模块提供变电站现场施工类设施的创建和信息输入接口，为设施导出资源描述文件。所配置的信息包括但不限于控制室名称、位置、所包含的屏柜或设备，电缆沟名称、位置、长度、所布设的电缆、光缆等信息。

全站资源集成模块导入变电站各种设备和设施的资源描述文件，配置设备在变电站工程中的名称、编号、部署位置、设备之间的连接等信息，导出全站资源文件。

有益效果

本发明的变电站二次系统资源描述方法和配置系统，可以实现对变电站二次系统全面的描述，对站内物理资源建立的模型可与已有的IEC61850逻辑模型关联进来(如tDevice类的属性cid，可以关联IEC61850 cid文件的路径)，从而从物理和逻辑两个层面建立起二次系统的信息模型，有利于实现对变电站信息的共享与处理，有利于信息在变电站生命周期各阶段的高效利用，提升自动化水平。

具体来看，在设备制造阶段，可以实现对设备部件、接口、机械安装等信息的描述，可以部分代替装置说明书功能，描述文件由配置系统生成，可以方便地进行信息的利用与校核；在变电站设计阶段，直接导入由本发明配置系统生成的设备资源描述文件，可实现设备信息 (模型)的自动录入，结合设计中所录的其他参数，实现自动校核、自动绘图、自动统计等功能，极大的提高工作效率，避免人为错误；在变电站二次系统集成阶段，集成配置工具可以直接导入本发明配置系统生成的全站资源文件，实现与设计工作的无缝对接，无需人工输入设计信息，避免了输入中的错误，提高了配置效率。在运维检修阶段，基于rcd文件可以掌握全站的资源关联情况，有利于实现故障快速定位与综合诊断。同时，资源文件描述了全站的设备及部署情况，有利于开展全站的设备管理。

附图说明

图1所示为公共机械接口类资源UML类定义示意图；

图2所示为设施类资源UML类定义示意图；

图3所示为设备类资源UML类定义示意图；

图4所示为本发明变电站二次系统资源文件的配置流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

本发明的变电站二次系统资源配置方法，包括：

S1，统计待配置变电站二次系统的所有设备和设施资源；

S2，对S1中统计的设备资源实体对象的资源类型定义进行创建：

设备资源实体对象的资源类型包括IED设备成员类、信号传输缆线成员类和屏柜成员类；其中IED设备成员类目下包括层次由高到低的IED装置成员类、装置板件成员类、端子插排成员类和端子成员类；信号传输线缆成员类下的各信号传输缆线成员对应用于变电站二次设备间信号传输的线缆；屏柜成员类下的各屏柜成员对应变电站的二次屏柜；

分别定义各IED设备成员、信号传输缆线成员和屏柜成员的属性；

S3，对S1中统计的设施资源实体对象的资源类型定义进行创建：

设施资源实体对象的资源类型包括小室成员类和缆沟成员类；其中小室成员类下的各小室成员对应变电站中各主控室、继电保护小室或厢式变电站舱体，缆沟成员类下的各缆沟成员对应变电站中各电缆沟；

分别定义各小室成员和缆沟成员的属性；

S4，创建各设备与设施在待配置变电站二次系统资源中的唯一资源标识类型，以表征各不同层级设备或设施资源之间的归属关系；

创建待配置变电站的资源索引类，用于表征没有继承或包含关系的不同设备或设施之间，以及设备或设施与逻辑资源之间的横向关联关系；

S5，基于XSD的描述语法，设计待配置变电站二次系统资源的Schema文件，根据Schema 文件描述待配置变电站二次系统的全部资源，形成全站资源描述文件。

本发明所描述的变电站二次系统资源，包括变电站二次系统包含的设备和设施资源，具体为保护、测控等智能电子装置，装置板件、接口、功能，监控主机，网络交换设备，信号传输用光缆、电缆、配线架，电源设备、屏柜、主控室、继电保护小室等。设备是指厂家制造的可完成变电站特定功能的实体对象，设施是指变电站中需要经过现场施工来实现特定功能的实体对象。

实施例

图1、图2、图3表示物理资源的公共机械接口、设备、二次系统及设施的UML类图，采用UML的图形语法描述，类体之间的连线表示类之间的关联关系，空心箭头连线表示泛化(继承)关系，描述箭头远端类对箭头近端类的继承，实心菱形连线表示聚合关系，描述菱形远端类是菱形近端类的部分。以缆沟为例，缆沟类tTrench具有多个(大于2)位置端点，因此它与位置类tPosition之间是整体与部分的关系，同时缆沟里存在大于1条的缆线，因此与缆线类tCable之间也是聚合关系，缆线是一种特殊的线段，因此与通用线类tLine是继承关系。

本发明变电站二次系统资源类为tSecondarySystem，其包含设备和设施两个容器成员，它们的类型分别为tEquipments和tFacilities。

参考图3所示，设备类tEquipments包含IED设备成员类，信号传输缆线成员类(类型为tCable)，屏柜成员类(类型为tCabinet)，这些成员类目下成员的个数可为多个。

具体的，步骤S2包括：

创建IED设备成员类，该类目下包含IED装置tDevice类、装置板件tBoard类、端子插排tTermBlock类、端子tTerminal类，分别用于描述IED装置、装置板件、板件上的端子插排、端子等实体对象。tDevice包含名称、类型、制造商、大小、空间位置等属性，并可包含板件成员。tBoard类，包含名称、位置、板号、大小等属性，并可包含端子排插成员。tTermBlock类为一容器，包含各种端子，如通信端子、电源端子。tTerminal为各种端子的基类，包含端子序号、端子名称、类型、位置和大小等属性；

创建屏柜成员类tCabinet，各屏柜成员包含名称、类型、制造商、大小、空间位置等属性，并可包含IED设备成员(在空间部署上，IED是布置在屏柜之内。从类的关系上，屏柜是设备的成员，IED又是屏柜的成员；类之间通常有两种关系，继承关系和聚合(包含)关系，这里即是指包含关系)，用于描述变电站的二次屏柜，包括户内屏柜和户外汇控柜；

创建信号传输缆线类tCable，用于描述变电站二次设备间的信号传输介质，如电缆、光缆等。tCable成员包含名称、芯数、类型、型号等属性。

参考图2所示，步骤S3包括：

创建设施类tFacilities，包含控制小室成员(类型为tCell)，缆沟成员(类型tTrench)，这些成员数量可为多个；

创建控制小室类tCell，用于描述变电站的主控室、继电保护小室、以及厢式变电站的舱体。tCell包含名称、电压等级、位置等属性，并可包含多个屏柜成员；

创建缆沟类tTrench，用于描述变电站的各种电缆沟。tTrench包含名称、深度、宽度以及起点、终点及各中间转折点的位置成员。

以下对图1、图2、图3中描述的资源类的属性采用表格详细描述如下：

表1资源类型的属性说明表

步骤S3中，创建变电站内唯一资源标识类型tRef，tRef为一字符串，由多个层次组成，由高到低代表该资源对象的不同层级的归属资源，层级之间以符号’/’分隔,格式符合path 的式样。例如，对于如下表所示变电站内设备的板件资源，其标识表示为：SecondarySystem/Facilities/ProtDevice/B01。

层级序号	XML标签	对象名称	对象类型
				1	SecondarySystem		tSecondarySystem
2	Facilities		tFacilities
				3	Device	ProtDevice	tDevice
4	Board	B01	tBoard

创建资源索引类tResourceRef，包含名称(name)、语义注解(desc)和资源标识(tRef) 属性，用于描述步骤S 1中不同资源之间的横向关联，如端子与IEC61850模型信号之间的关联，或不具有包含和继承关系的设备和设施之间的关联。

tResourceRef类的UML定义如图2所示。如基于tResourceRef，IED装置的遥信端子yx1与IEC61850模型中遥信信号的关联关系描述如下：

<SignalTerminal polar＝"positive"no＝"1"name＝"yx1">

<ResourceRef ref＝"CB5011CTRL/GGIO.Ind1"desc＝"油温高"/>

</SignalTerminal>

步骤S5中，本发明基于XSD的描述语法，设计变电站二次系统资源描述的Schema文件；根据Schema文件描述变电站二次系统资源，形成资源描述文件，资源描述文件的文件名后缀为.rcd。rcd文件的根元素SecondarySystem，为一tSecondarySystem对象，在其中扩展sclFile属性，可以包含IEC61850定义的SCL文件，如ICD、SCD文件，使rcd文件成为包含实体资源和功能资源的变电站二次系统的完整描述文件。

将UML类图表示的关系用XML Schema表示时，类名与属性名称保持不变，对于步骤S2至S4中的简单类型(如枚举类型、重定义的基本类型)用Schema空间的simpleType描述，复合类型以Schema空间中的complexType描述。类作为一种对象的抽象，通常包括数据成员和函数成员(操作方法)，数据成员包括简单数据和复合数据，在UML及XML中，简单数据称为属性，复合数据称为成员。

以tTerminal为例，因其属性type、dir、pos为非基本类型，需要先把这些属性的类型先描述出来，tTerminal的Schema描述如下所示：

根据Schema模板生成rcd文件，rcd文件的根元素为SecondSystem，其结构如下所示：

通过rcd文件中包含的变电站二次系统中各种物理资源，从而实现对变电站二次系统的描述。

实施例3

一种基于上述变电站二次系统资源描述方法的变电站二次系统资源配置系统，包括设备资源处理模块、设施资源处理模块以及全站资源集成模块：

设备资源处理模块包括变电站设备资源创建接口单元、设备资源信息输入接口单元和设备资源描述文件导出接口单元；

设施资源处理模块包括变电站设施资源创建接口单元、设施资源信息输入接口单元和设施资源描述文件导出单元；

全站资源集成模块从设备资源处理模块和设施资源处理模块中获取变电站各设备和设施的资源描述文件，并对各设备和设施在变电站工程中的信息进行配置，形成设备或设施的资源对象实例；然后基于设备和设施的资源对象实例创建包含全站资源的资源实例，并作为全站资源配置文件进行导出。

本发明系统在应用时，设备资源处理模块为设备厂家提供变电站(IED设备、非IED设备等)各设备资源的创建接口和信息输入接口，为设备导出资源描述文件；所配置的信息包括但不限于IED型号、大小、规格、构成IED的板件信息、连接端子(口)信息、IED功能信号与端子(口)的对应关系等。

设施资源处理模块提供变电站现场施工类设施的创建和信息输入接口，为设施导出资源描述文件。所配置的信息包括但不限于控制室名称、位置、所包含的屏柜或设备，电缆沟名称、位置、长度、所布设的电缆、光缆等信息。

全站资源集成模块导入变电站各种设备和设施的资源描述文件，配置设备在变电站工程中的名称、编号、部署位置、设备之间的连接等信息，导出全站资源文件。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种变电站二次系统资源配置方法，其特征是，包括：

S1，统计待配置变电站二次系统的所有设备和设施资源；

S2，对S1中统计的设备资源实体对象的资源类型定义进行创建：

设备资源实体对象的资源类型包括IED设备成员类、信号传输缆线成员类和屏柜成员类；其中IED设备成员类目下包括层次由高到低的IED装置成员类、装置板件成员类、端子插排成员类和端子成员类；信号传输线缆成员类下的各信号传输缆线成员对应用于变电站二次设备间信号传输的线缆；屏柜成员类下的各屏柜成员对应变电站的二次屏柜；

分别定义各IED设备成员、信号传输缆线成员和屏柜成员的属性；IED设备成员类目下，各IED装置成员包括名称、类型、制造商、尺寸和空间位置属性，各装置板件成员包括名称、位置、板号和尺寸属性，各端子成员包括端子序号、端子名称、类型、位置和尺寸属性；各信号传输缆线成员分别包括名称、芯数、类型和型号属性；各屏柜成员包括名称、类型、制造商、大小和空间位置属性；

S3，对S1中统计的设施资源实体对象的资源类型定义进行创建：

设施资源实体对象的资源类型包括小室成员类和缆沟成员类；其中小室成员类下的各小室成员对应变电站中各主控室、继电保护小室或厢式变电站舱体，缆沟成员类下的各缆沟成员对应变电站中各电缆沟；

分别定义各小室成员和缆沟成员的属性；各小室成员包括名称、电压等级和位置属性，各缆沟成员包括名称、深度、宽度和起点、终点及各中间转折点的位置属性；

S4，创建各设备与设施在待配置变电站二次系统资源中的唯一资源标识类型，以表征各不同层级设备或设施资源之间的归属关系；所述唯一资源标识类型为一字符串，由多个层次组成，多个层次由高到低代表资源对象的不同层级的归属资源，层级之间以符号/分隔；

创建待配置变电站的资源索引类，用于表征没有继承或包含关系的不同设备或设施之间，以及设备或设施与逻辑资源之间的横向关联关系；

S5，基于XSD的描述语法，设计待配置变电站二次系统资源的Schema文件，根据Schema文件描述待配置变电站二次系统的全部资源，形成全站资源描述文件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，S4中，采用路径方法描述各设备与设施在待配置变电站二次系统资源中的唯一资源标识类型，各设备或设施资源的路径由多个层次组成，由高到低代表相应资源的不同层级的归属资源。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，S5中，基于XSD的描述语法，采用XML语言描述变电站二次系统，形成变电站二次系统资源描述文件，文件后缀为rcd；rcd文件中可以引用其他资源文件，所述其他 资源文件包括IEC61850定义的SCL文件。

4.一种基于权利要求1-3任一项所述方法的变电站二次系统资源配置系统，其特征是，包括设备资源处理模块、设施资源处理模块以及全站资源集成模块；

设备资源处理模块包括变电站设备资源创建接口单元、设备资源信息输入接口单元和设备资源描述文件导出接口单元；

设施资源处理模块包括变电站设施资源创建接口单元、设施资源信息输入接口单元和设施资源描述文件导出单元；

全站资源集成模块从设备资源处理模块和设施资源处理模块中获取变电站各设备和设施的资源描述文件，并对各设备和设施在变电站工程中的信息进行配置，形成设备或设施的资源对象实例；然后基于设备和设施的资源对象实例创建包含全站资源的资源实例，并作为全站资源配置文件进行导出。

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