CN107545085A - 一种智能变电站过程层网络联接图自动生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能变电站过程层网络联接图自动生成方法，首先设置过程层网络联接图的样式模板，其中的图元对象用于制定实例化时的表现形式和生成的规则，并选择电压等级和A/B网络参数；然后从样式模板画面克隆新建一个画面，解析并记录新画面里面的图元模板对象，获取自动成图的设置信息，建立绘图模板对象的层次关系；获取过程层网络连接的层次关系，计算各层的布局信息；从左到右，依次计算各个中心交换机的顶层布局，生成中心交换机之间的网络线；根据绘图模板对象克隆生成所有二次设备图元对象、端口对象以及连接线对象，并将对象ID与绘图对象建立关联；保存画面。此种方法可适用于智能变电站继电保护运维系统中二次设备可视化状态监视。

Description

一种智能变电站过程层网络联接图自动生成方法

技术领域

本发明涉及属于电力系统领域，涉及智能变电站继电保护运维系统中的过程层网络联接图生成方法，特别涉及一种基于变电站继电保护SCD模型信息自动生成过程层网络联接图的方法。

背景技术

随着智能变电站的推广应用，继电保护运维模式发生了革命性变化，传统的变电站运行维护管理体系已不能满足智能变电站的需要，智能变电站继电保护的运维面临巨大挑战，具体表现在以下几个方面：物理实端子变为虚端子，二次回路看不见摸不着；电缆变为光缆，物理网络故障点难以定位；继电保护设备检修隔离安措复杂，检修及改扩建工作难以开展；贯穿智能站建设、运维全过程的电子版配置文件缺乏集中有效管理，导致改建、扩建、技改、反措、消缺等缺乏依据，且配置文件发生变化时，难以评估对运行设备的影响；目前继电保护检修以人工进行定期检验为主，不可避免会产生“过剩维修”，效率低下。

国家电网公司制定《智能变电站继电保护在线监视和智能诊断技术导则》，以规范智能变电站继电保护在线监视和智能诊断的应用。《导则》明确提出要求：支持继电保护系统的设备及二次回路在线监测，实时反映继电保护系统的运行状况；可视化按照层级关系对智能变电站全站虚回路进行展示，包括全站、各电压等级、各间隔、各IED设备。

通过分析研究，继电保护运维系统针对二次设备在线监视的可视化体系可以通过五类画面实现，这五类画面包括：变电站主接线图、过程层物理联络图、间隔保护物理联接图、间隔二次虚回路(虚端子)连接图和光纤中逻辑链路路由图。其中过程层物理联络图实现全站过程层物理拓扑的状态监视。

智能变电站在网络结构上采用了三层(站控层、间隔层、过程层)两网(GOOSE网、MMS网)结构分布。站控层和间隔层网络目前由变电站综自后台系统实现状态监视。过程层网络则继电保护运维系统提供全站的物理和虚回路监视。

过程层物理联络图主要由过程层交换机、保护测控装置、智能组件构成的智能设备MU、合并单元和智能终端组成，整体上呈现层次结构。过程层网络一般分电压等级独立建设，并采用单网或双网(AB网)配置。

一个典型过程层网络结构如图1所示，其主要特点为：①整体为层次结构，常见结构为两层：第一层为中心交换机，第二层为间隔交换机；②保护、测控、合并单元和智能终端等智能电子设备挂在各层交换机下。图中为过程层常用的星形结构，在实际工程中，根据变电站规模，网络结构设计有所区别，主要在于：①各层交换机可能有多个；②交换机不一定是2层，也有可能只有1层组成环网，也可能多层，因此不能限制交换机层数；③同层交换机可能几个串接组成环网，并非完全的星形。

目前继电保护运维系统一般并未提供过程层物理联接图，少量工程提供了该图但是也是采用人工绘制方式实现，效率低下，维护困难。为了降低继电保护系统运维工作量，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种智能变电站过程层网络联接图自动生成方法，其可适用于智能变电站继电保护运维系统中二次设备可视化状态监视。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种智能变电站过程层网络联接图自动生成方法，包括如下步骤：

(1)设置过程层网络联接图的样式模板，该样式模板用于定制图形可视化效果，样式模板里的图元对象用于制定实例化时的表现形式和生成的规则，图形样式模板本身也是一个图形，在该图形中绘制过程层网络联接图的图元模板对象，通过图元模板对象指定各种设备的表现形式和绘图规则；并选择电压等级和A/B网络参数；

(2)根据电压等级和A/B网络参数，从样式模板画面克隆新建一个画面，解析并记录新画面里面的图元模板对象，获取自动成图的设置信息，建立绘图模板对象的层次关系；

(3)获取过程层网络连接的层次关系；

(4)计算各层的布局信息；

(5)从左到右，依次计算各个中心交换机的顶层布局，最后再生成中心交换机之间的网络线，完成全部的网络图；

(6)根据绘图模板对象克隆生成所有二次设备图元对象、端口对象以及连接线对象，并将对象ID与绘图对象建立关联；

(7)将自动生成的画面保存。

上述步骤(3)的详细内容是：根据输入的电压等级和AB网络参数，从SCD模型库中获取中心交换机-间隔交换机-二次设备的层次结构，以及各层之间的链路关系。

上述步骤(4)的详细内容是：采用交换机网络分层布局和交换机直连IED布局相结合，通过深度优先递归算法计算出从“中心交换机-间隔交换机-IED装置”的各层布局信息，布局信息包括各设备的矩形Geometry信息、端口坐标及端口间连接线坐标，每层坐标信息都是基于上一层的相对坐标信息。

上述进行布局时，以交换机网络分层布局为“面”，以交换机直连IED布局为“点”，在交换机网络分层布局过程中，对每一个交换机进行直连IED布局，布局方法过程如下：

(a)获取第一层交换机数量和其下直挂IED装置数量；

(b)开始循环遍历每一个交换机，对每个第一层交换机调用深度优先递归布局流程，得到该交换机以下各层的布局结果；

(c)依据“中心交换机居中，间隔交换机上下均匀分布”的原则和占位，确定中心交换机和其下交换机的位置和走线。

上述深度优先递归算法的输入为交换机信息，包括层次、分配位置和下层设备列表；每轮递归过程步骤如下：

(i)调用交换机及直挂IED的局部布局信息；

(ii)判断下层交换机列表是否为空，如果为空，则转步骤(iii)；如果不为空，说明有下级交换机，转步骤(vi)；

(iii)判断是否为第一层交换机，如果是，则将下层交换机按上下均匀分配，并将分配结果记录在下层交换机信息中；如果否，则将下层交换机按本交换机同侧分配，如本交换机的分配位置为上侧，则下层交换机也全部分配到本交换机的上侧，反之亦然；

(v)对每个下层交换机调用递归布局流程，得到下层交换机以下各层的布局结果；

(vi)根据下层交换机的位置分配方式以及下层交换机的布局结果，结合本交换机的局部布局信息，计算得到本交换机所辖范围的所有层级布局信息。

上述交换机直连IED布局的方法是：首先判断交换机是否为第一层交换机，如果是，则采用“双雁形”计算各个IED装置的位置和走线；如果不是第一层交换机，则依据本交换机的分配位置而定，如果是分配到上部，采用“上雁形”布局计算各个保护装置的位置和走线，反之，采用“下雁形”布局计算各个保护装置的位置和走线；最后计算交换机自身以及直连IED布局的包围盒作为本交换机的局部布局信息。

上述步骤(5)中，计算顶层布局的步骤是：首先对中心交换机进行排序，对于单个A网或B网，选取只有同层扩展联接线的中心交换机为起点，依次搜索顶层交换机之间的联接关系，得到全部中心交换机的排序。

上述步骤(6)的详细内容是：从顶层中心交换机开始分层遍历，针对各层设备对象与模板图元对象的层次关系匹配，找到对应的模板图元对象，并采用克隆方式生成该设备的图元对象，计算设备的绝对坐标并设置到新生成的图元对象，将设备对象ID与绘图对象建立关联。

采用上述方案后，本发明能够快速根据智能变电站继电保护SCD模型信息自动生成过程层网络联接图，不仅实现了过程层网络的图形可视化，解决了变电站继电保护运维系统中针对过程层网络结构的图形可视化监视问题，而且不需要人工绘制图形，大大提高了工程维护的效率。

附图说明

图1是过程层网络结构示意图；

图2是本发明的总体流程图；

图3是交换机网络分层布局方式示意图；

图4是交换机与直连IED布局方式示意图；

图5是递归布局流程图；

图6是交换机直连IED布局流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

针对智能变电站过程层网络拓扑结构的特点，以实现过程层物理网络的图形可视化为目标，以提高维护方面性和效率、减少人工图形维护工作为原则，本发明提出了一种适用于智能变电站继电保护运维系统中二次设备可视化状态监视的智能变电站过程层网络联接图自动生成方法，可广泛用于智能变电站内过程层二次设备(包括交换机和各种智能电子设备)网络拓扑图的生成，配合图2所示，本发明包括如下步骤：

(1)绘图准备

绘图准备工作有两个，样式模板准备和参数准备。

样式模板准备：创建或修改过程层网络联接图的样式模板。样式模板为默认格式模板，全局只有一个，用于调整图形可视化效果。样式模板里的图元对象用于制定实例化时的表现形式和生成的规则，便于根据实际工程需求调整设备图元效果和整体布局效果。

编辑图形样式模板。图形样式模板本身也是一个图形，在该图形中绘制过程层网络联接图的图元模板对象。通过图元模板对象可以指定各种设备的表现形式和绘图规则。图元模板对象有中心交换机、间隔交换机、IED、端口、连接线等，通过从图元库中创建或选择备选图元作为某种类型设备的可视化图元，实现设备表现形式的灵活定制。同时，提供图元模板对象的自动成图参数编辑界面，可以定义模板中对象的名称、参数、层次、间距、停靠位置等等信息，以帮助更好地自动成图。

参数准备：选择电压等级和A/B网络。过程层网络是分电压等级独立组网，根据实际需求，采用单网或双网(A/B网)结构。因此过程层网络联接图是以“电网等级-网络”为单位的，因此在新建一个过程层网络联接图时，需要指定电压等级和A/B网络参数，并命名为“过程层_电压等级_网络”。

(2)新建空白画面

根据模板新建画面。根据电压等级和A/B网络参数，从样式模板画面克隆新建一个画面，并自动命名为“过程层_电压等级_网络”。解析并记录新画面里面的图元模板对象，获取自动成图的设置信息，建立绘图模板对象的层次关系，比如中心交换机与间隔交换机、装置与端口的父子关系。

(3)获取过程层网络模型

通过读取SCD模型库，获取过程层网络连接的层次关系。根据输入的电压等级和A/B网络参数，通过SCD模型库查询接口读取中心交换机-间隔交换机-二次设备的层次关系，以及各层之间的链路关系。

(4)计算各层的布局信息

通过对过程层网络的拓扑结构特点进行分析，发现整个过程层网络结构存在两种不同的结构：交换机网络分层结构、交换机与直挂IED之间的结构。为了简化布局过程，将布局问题划分为两种布局过程：交换机网络分层布局和交换机直连IED布局，前者是全局大布局，后者是局部小布局。因此整个布局算法以交换机网络分层布局为“面”，以交换机下直挂IED布局为“点”。

1)交换机网络分层布局

交换机网络分层布局采用第一层在中间水平排列，第二层在第一层交换机上下两层对称排列，以下各层均在上一层交换机的同侧布置，可配合图3所示。

2)交换机直连IED布局

交换机直连IED布局比较简单，可以按照IED与交换机之间的相对位置关系分为三种情况进行布局，本实施例采用“双雁形”、“上雁形”和“下雁形”的方式，分别使用于不同的场合，如图4所示。这三种布局方式，结构清晰且易于走线。

“上雁形”：所有IED均在交换机上方布局，并分为左右两组排列，IED与交换机之间采用一个拐点的折线进行走线。适用于被布置在上方的间隔交换机与其直连的IED之间的布局。

“下雁形”：所有IED均在交换机下方布局，并分为左右两组排列，IED与交换机之间采用一个拐点的折线进行走线。适用于被布置在下方的间隔交换机与其直连的IED之间的布局。

“双雁形”：所有IED中测控与保护在交换机上方布局，合并单元、智能终端等一次智能设备在交换机的下方布局，上方与下方均分为左右两组排列，IED与交换机之间采用一个拐点的折线进行走线。适用于中心交换机直连的IED布局，将IED在交换机的上下分配。

3)布局计算过程

从第一层中心交换机列表开始，调用深度优先递归算法，计算出从“中心交换机-间隔交换机-IED装置”的各层布局信息。布局信息包括各设备的矩形Geometry信息、端口坐标以及端口间连接线坐标，每层坐标信息都是基于上一层的相对坐标信息。

具体过程为：

(a)获取第一层交换机数量和其下直挂IED装置数量；

(b)开始循环遍历每一个交换机。对每个第一层交换机调用深度优先递归算法，可以得到该交换机以下各层的布局结果；

(c)依据“中心交换机居中，间隔交换机上下均匀分布”的原则和占位，确定中心交换机和其下交换机的位置和走线。

4)递归布局流程

深度优先递归算法的输入为交换机信息，包括层次、分配位置和下层设备列表。每轮递归过程如图5所示，包括以下步骤：

Step1:调用交换机局部布局流程，获得本交换机及直挂IED的局部布局信息。

Step2:判断下层交换机列表是否为空，如果为空，则直接跳转Step2。如果不为空，说明有下级交换机，进入Step5。

Step3:判断是否为第一层交换机。如果是，则将下层交换机按上下均匀分配，并将分配结果记录在下层交换机信息中；如果否，则将下层交换机按本交换机同侧分配，如本交换机的分配位置为上侧，则下层交换机也全部分配到本交换机的上侧，反之亦然。

Step4：开始循环遍历每一个下层交换机。对每个下层交换机调用本递归布局流程，可以得到下层交换机以下各层的布局结果。

Step5：根据下层交换机的位置分配方式以及下层交换机的布局结果，结合本交换机的局部布局信息，计算得到本交换机所辖范围的所有层级布局信息。如果下层交换机为空，则直接为交换机的局部布局信息。

Step6:返回本交换机及所辖范围内二次设备的布局结果。

5)交换机直连IED布局流程

交换机直连IED布局流程完成对每个交换机与直挂IED之间的布局。流程输入交换机信息，包括层次、分配位置和直挂IED设备列表。如图6所示，主要流程如下：

Step1：判断交换机是否为第一层交换机。如果是，则采用“双雁形”计算各个IED装置的位置和走线，然后进入Step3；如果否，则进入Step2；

Step2：判断本交换机的分配位置，如果是分配到上部，采用“上雁形”布局计算各个保护装置的位置和走线，进入Step3。反之，采用“下雁形”布局计算各个保护装置的位置和走线，进入Step3；

Step3：计算出交换机的局部布局。交换机的局部布局包含交换机自身以及直接IED布局的包围盒；

Step4：返回交换机的局部布局。

(5)计算顶层布局

从左到右，依次计算各个中心交换机的顶层布局，最后再生成中心交换机之间的网络线，即可完成全部的网络图。

首先对中心交换机进行排序，对于单个网络(A网或B网)，中心交换机数量较少，并采用串行联接进行扩展，因此可以采用选取只有同层扩展联接线的中心交换机为起点，依次搜索顶层交换机之间的联接关系，得到全部中心交换机的排序。

(6)生成绘图对象

根据绘图模板对象克隆生成所有二次设备图元对象、端口对象以及连接线对象，并将对象ID与绘图对象建立关联，便于在线监视时实现状态实时显示。

从顶层中心交换机开始分层遍历，针对各层设备(包括二次设备、端口、网络联接线)对象与模板图元对象的层次关系匹配，找到对应的模板图元对象，并采用克隆方式生成该设备的图元对象，计算设备的绝对坐标并设置到新生成的图元对象，将设备对象ID与绘图对象建立关联。

(7)保存画面。

保存画面，并可以打开自动生成的画面进行局部修改和调整，以达到最佳图形可视化效果。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能变电站过程层网络联接图自动生成方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)设置过程层网络联接图的样式模板，该样式模板用于定制图形可视化效果，样式模板里的图元对象用于制定实例化时的表现形式和生成的规则，图形样式模板本身也是一个图形，在该图形中绘制过程层网络联接图的图元模板对象，通过图元模板对象指定各种设备的表现形式和绘图规则；并选择电压等级和A/B网络参数；

(2)根据电压等级和A/B网络参数，从样式模板画面克隆新建一个画面，解析并记录新画面里面的图元模板对象，获取自动成图的设置信息，建立绘图模板对象的层次关系；

(3)获取过程层网络连接的层次关系；

(4)计算各层的布局信息；

(5)从左到右，依次计算各个中心交换机的顶层布局，最后再生成中心交换机之间的网络线，完成全部的网络图；

(6)根据绘图模板对象克隆生成所有二次设备图元对象、端口对象以及连接线对象，并将对象ID与绘图对象建立关联；

(7)将自动生成的画面保存。

2.如权利要求1所述的一种智能变电站过程层网络联接图自动生成方法，其特征在于：所述步骤(3)的详细内容是：根据输入的电压等级和AB网络参数，从SCD模型库中获取中心交换机-间隔交换机-二次设备的层次结构，以及各层之间的链路关系。

3.如权利要求1所述的一种智能变电站过程层网络联接图自动生成方法，其特征在于：所述步骤(4)的详细内容是：采用交换机网络分层布局和交换机直连IED布局相结合，通过深度优先递归算法计算出从“中心交换机-间隔交换机-IED装置”的各层布局信息，布局信息包括各设备的矩形Geometry信息、端口坐标及端口间连接线坐标，每层坐标信息都是基于上一层的相对坐标信息。

4.如权利要求3所述的一种智能变电站过程层网络联接图自动生成方法，其特征在于：所述进行布局时，以交换机网络分层布局为“面”，以交换机直连IED布局为“点”，在交换机网络分层布局过程中，对每一个交换机进行直连IED布局，布局方法过程如下：

(a)获取第一层交换机数量和其下直挂IED装置数量；

(b)开始循环遍历每一个交换机，对每个第一层交换机调用深度优先递归布局流程，得到该交换机以下各层的布局结果；

(c)依据“中心交换机居中，间隔交换机上下均匀分布”的原则和占位，确定中心交换机和其下交换机的位置和走线。

5.如权利要求3所述的一种智能变电站过程层网络联接图自动生成方法，其特征在于：所述深度优先递归算法的输入为交换机信息，包括层次、分配位置和下层设备列表；每轮递归过程步骤如下：

(i)调用交换机及直挂IED的局部布局信息；

(ii)判断下层交换机列表是否为空，如果为空，则转步骤(iii)；如果不为空，说明有下级交换机，转步骤(vi)；

(iii)判断是否为第一层交换机，如果是，则将下层交换机按上下均匀分配，并将分配结果记录在下层交换机信息中；如果否，则将下层交换机按本交换机同侧分配，如本交换机的分配位置为上侧，则下层交换机也全部分配到本交换机的上侧，反之亦然；

(v)对每个下层交换机调用递归布局流程，得到下层交换机以下各层的布局结果；

(vi)根据下层交换机的位置分配方式以及下层交换机的布局结果，结合本交换机的局部布局信息，计算得到本交换机所辖范围的所有层级布局信息。

6.如权利要求3所述的一种智能变电站过程层网络联接图自动生成方法，其特征在于：所述交换机直连IED布局的方法是：首先判断交换机是否为第一层交换机，如果是，则采用“双雁形”计算各个IED装置的位置和走线；如果不是第一层交换机，则依据本交换机的分配位置而定，如果是分配到上部，采用“上雁形”布局计算各个保护装置的位置和走线，反之，采用“下雁形”布局计算各个保护装置的位置和走线；最后计算交换机自身以及直连IED布局的包围盒作为本交换机的局部布局信息。

7.如权利要求1所述的一种智能变电站过程层网络联接图自动生成方法，其特征在于：所述步骤(5)中，计算顶层布局的步骤是：首先对中心交换机进行排序，对于单个A网或B网，选取只有同层扩展联接线的中心交换机为起点，依次搜索顶层交换机之间的联接关系，得到全部中心交换机的排序。

8.如权利要求1所述的一种智能变电站过程层网络联接图自动生成方法，其特征在于：所述步骤(6)的详细内容是：从顶层中心交换机开始分层遍历，针对各层设备对象与模板图元对象的层次关系匹配，找到对应的模板图元对象，并采用克隆方式生成该设备的图元对象，计算设备的绝对坐标并设置到新生成的图元对象，将设备对象ID与绘图对象建立关联。