CN109034616B - 一种基于智能变电站配置资料管控的统计分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于智能变电站配置资料管控的统计分析系统，它包括：数据导入模块：用于存储用户上传的资料信息并进行分类管理；配置文件解析模块：接收数据导入模块的调用命令和传入的调用参数，执行对应的API接口，对ICD或者CCD或者SCD文件进行解析，并将解析结果转化成标准格式的XML文件存储；流程管理模块：用于定义和管理智能变电站配置资料的执行过程；二次设备统计模块：以系统内二次设备作为分析对象统计各厂家二次设备占比、二次设备损坏率统计信息；智能变电站分布统计模块：用于对变电站地理分布数据的统计；实现了智能变电站流程化管控与自动化校核的有机结合、管控数据的深度挖掘和有效利用。
Description
技术领域
本发明属于智能变电站资料管控技术，尤其涉及一种基于智能变电站配置资料管控的统计分析系统。
背景技术：
南方电网智能电网建设已进入快车道，基于IEC61850的智能变电站技术得到了快速的发展,智能变电站正朝着信息数字化、传输网络化、模型标准化的方向发展，体现了施工无纸化、文件电子化的绿色环保理念。智能变电站这种技术发展特点决定了智能变电站的运维和管理非常依赖于变电站建设过程中对配置文件的管理。不同于图纸信息管理，电子信息宜拷贝、宜扩散的特点使得电子文件的管理极易出现数据多源和配置不一致的问题。目前已有厂家提出基于流程化管理的智能变电站配置资料管控办法，但其解决的问题是配置资料管理的分散性、多源性和随意性。但是智能变电站建设资料的内容是否正确、资料间的配置信息是否一致、资料提交的是否完整、已投运变电站中各厂家设备运行的稳定性以及变电站分布情况等，只能通过人工检查或者离线工具的校核，管理和审核分离，工作耗时耗力，且容易出现错误，错误数据的存档对后续变电站的建设将造成巨大的影响。对于已归档的数据，未对其进行深入的数据挖掘，数据未得到有效应用，无法对后续工程的建设起到有效的参照和提升作用。
发明内容：
本发明要解决的技术问题：提供一种基于智能变电站配置资料管控的统计分析系统，以解决现有技术对智能变电站建设资料的内容是否正确、资料间的配置信息是否一致、资料提交的是否完整、已投运变电站中各厂家设备运行的稳定性以及变电站分布情况等，只能通过人工检查或者离线工具的校核，管理和审核分离，工作耗时耗力，且容易出现错误，错误数据的存档对后续变电站的建设将造成巨大的影响。对于已归档的数据，未对其进行深入的数据挖掘，数据未得到有效应用，无法对后续工程的建设起到有效的参照和提升作用等技术问题。
本发明技术方案：
一种基于智能变电站配置资料管控的统计分析系统，它包括：
数据导入模块：用于存储用户上传的资料信息并进行分类管理，智能变电站配置资料以工程为单位对资料进行管理，工程资料按照类型分类存储用户上传的资料；
配置文件解析模块：接收数据导入模块的调用命令和传入的调用参数，执行对应的API接口，对ICD或者CCD或者SCD文件进行解析，并将解析结果转化成标准格式的XML文件存储；
流程管理模块：用于定义和管理智能变电站配置资料的执行过程；
二次设备统计模块：以系统内二次设备作为分析对象统计各厂家二次设备占比、二次设备损坏率统计信息；
智能变电站分布统计模块：用于对变电站地理分布数据的统计，变电站在创建时存储所属电压等级、地理位置和投运行时间。
根据权利要求1所述的一种基于智能变电站配置资料管控的统计分析系统，其特征在于：它还包括：
SCL校核模块：提供针对智能变电站SCL模型文件的检测，包含格式合法性检测和规范检测；所述SCL模型文件包括ICD文件、SCD文件、SSD文件、CID文件和CCD文件。
根据权利要求1所述的一种基于智能变电站配置资料管控的统计分析系统，其特征在于：它还包括：
一致性校核模块：用于校验已上传CCD文件配置信息与SCD中对应IED配置信息是否相同。
根据权利要求1所述的一种基于智能变电站配置资料管控的统计分析系统，其特征在于：它还包括：
同源性校核模块：用于校验已上传ICD能力描述文件与SCD中对应IED设备的能力描述信息是否相同。
所述流程管理模块包括三个流程节点，第一个流程节点的执行部门为变电管理所，所具有的权限为提交资料，第二个流程节点的执行部门为系统运行部，所具有的权限为资料审核，第三个流程节点的执行部门为省调度或中调，所具有的权限为资料归档；流程的执行过程由变电管理所的操作人员提交资料，资料提交完毕后流程执行至系统运行部，系统运行部的人员采用离线工具在本机验证所传资料的正确性和完整，如果资料完整并且正确，则通过审核，流程进入下一个节点，否则，驳回至上一个流程节点，资料重新提交，当流程进入最后一个流程节点，省调度或中调操作人员根据资料提交的完整度决定是否最终归档，如果资料错误或者不完整，则驳回至“资料提交”流程节点，资料提交单位补充资料并重新执行流程，如果资料完整并且正确，则执行最终归档，归档后的资料禁止编辑和修改。
本发明的有益效果：
本发明与现有技术相比，设有流程管理模块、数据导入模块、配置文件解析模块、SCL校验模块、一致性校核模块、同源性校核模块、二次设备统计模块、智能变电站分布统计模块。本发明所述一种基于智能变电站配置资料管控的统计分析系统通过在智能变电站配置资料流程管控的过程中运用配置资料的自动校核、统计分析和数据计算，实现智能变电站流程化管控与自动化校核的有机结合、管控数据的深度挖掘和有效利用，极大减轻运维、管理人员的工作难度，有效提升智能变电站的安全稳定运行，解决了有技术对智能变电站建设资料的内容是否正确、资料间的配置信息是否一致、资料提交的是否完整、已投运变电站中各厂家设备运行的稳定性以及变电站分布情况等，只能通过人工检查或者离线工具的校核，管理和审核分离，工作耗时耗力，且容易出现错误，错误数据的存档对后续变电站的建设将造成巨大的影响。对于已归档的数据，未对其进行深入的数据挖掘，数据未得到有效应用，无法对后续工程的建设起到有效的参照和提升作用等技术问题。
附图说明：
图1是本发明的系统结构图；
图2是系统一个典型流程执行图；
图3是Java程序与C++接口之间的JNI通信结构图；
图4是CCD文件一致性校核流程图；
图5是ICD文件同源性校核流程图；
图6是智能变电站按电压等级分布图；
图7为智能变电站文件层次结构图；
图8为SCD文件解析结果结构说明表；
图9为ICD文件解析结果结构说明表
图10为CCD文件解析结果结构说明表。
具体实施方式：
下面结合附图和实施对本发明作进一步详细说明。智能变电站配置文件主要包括ICD、CCD、SCD等采用可扩展标记语言XML格式的文件和其他类型的配置文件（虚端子表、原理图、交换机配置信息等）。其中ICD模型文件是对智能电子设备的能力描述文件，SCD文件是智能变电站结构和配置描述文件，主要包括智能变电站二次设备所提供的服务信息、通信配置信息以及设备间信号关联关系，是智能变电站运行的重要数据来源。二次设备从SCD文件中提取装置通信信息和虚回路信息等组成过程层保护逻辑文件CCD。
流程化管控是将变电站建设过程中各部门有机结合起来以完成对智能变电站配置资料的提交、审核和归档。
系统操作人员通过本发明的一种基于智能变电站配置资料管控的统计分析系统在智能变电站配置资料流程管控的过程中运用配置资料的自动校核、统计分析和数据计算，实现智能变电站配置资料管控流程与校核的结合、管控数据的深度挖掘和有效利用。
本发明的的技术特点：
1.根据电力行业变电站配置语言SCL的标准结构访问方法实现ICD、CID、CCD、SCD等文件的解析功能。
2.统计分析的结果信息以可扩展标记语言SVG格式进行展示，实现统计结果的可视化展示。
3.本系统利用C++作为配置文件解析库的开发语言，实现配置文件的快速解析，并对外提供调用接口。
4.本系统利用Java作为开发语言进行交互式系统的开发。
5.本系统利用SpringMVC框架作为交互式系统的软件框架。
6.本系统利用JNI（Java Native Interface）进行Java语言和C++接口之间的通信组件。
如图1所示，本发明的一种基于智能变电站配置资料管控的统计分析系统设有流程管理模块、数据导入模块、配置文件解析模块、SCL校验模块、一致性校核模块、同源性校核模块、二次设备损坏率统计模块、智能变电站分布统计模块、综合展示模块。
一致性校核及同源性校核基于配置文件的内容比较，配置文件比较采用由配置文件内容生成的CRC码进行快速比较，原理是由配置文件的内容生成的CRC码唯一，当配置文件内容不一致时，则其生成的CRC码不同，由此可以得出，如果配置文件的CRC码不同，则配置文件的内容亦不同。配置文件的比较即采用这种CRC比较的方式快速定位配置文件内容是否一致。
流程管理模块用于定义和管理智能变电站配置资料的执行过程。一个典型的流程节点由“部门类型-执行部门-操作权限”三级构成，这样分层的好处是当一个流程节点下面有若干部门且实际执行部门只有一个时能够灵活的配置实际执行流程。例如，“资料提交”流程节点有可能由执行部门变电管理所1、变电管理所2、…, 变电管理所n去执行，n为实际单位数量，则可将这些部门统一归档到部门类型为“资料提交单位”下，实际流程执行时，部门类型为“资料提交单位”下的执行部门设置为变电管理所1，则由变电管理所1提交资料，若设置为变电管理所2，则由变电管理所2提交资料，这样，只需修改部门类型下的执行部门便可确定实际的管控流程而无需创建新的流程。
在流程执行过程中，不同的流程节点配置不同的执行部门和不同的操作权限，如图2，为一个典型的流程执行过程，其中流程的第一个流程节点的执行部门为变电管理所，所具有的权限为提交资料，第二个流程节点的执行部门为系统运行部，所具有的权限为资料审核，第三个流程节点的执行部门为中调，所具有的权限为资料归档。流程的执行过程是由变电管理所的操作人员提交资料，资料提交完毕后流程执行至系统运行部，系统运行部的人员采用离线工具在本机验证所传资料的正确性和完整，如果资料完整并且正确，则通过审核，流程进入下一个节点，否则，驳回至上一个流程节点，资料重新提交，当流程进入最后一个流程节点，中调操作人员根据资料提交的完整度决定是否最终归档，如果资料错误或者不完整，则驳回至“资料提交”流程节点，资料提交单位补充资料并重新执行流程，如果资料完整并且正确，则执行最终归档，归档后的资料禁止编辑和修改，但允许查看和下载。
数据导入模块用于存储用户上传的资料并进行分类管理。智能变电站配置资料以工程为单位对资料进行管理，工程资料按照类型分类存储用户上传的资料，例如工程目录下包含“SCD”目录，SCD目录下包含“投运行版本”目录，用于存放投运行SCD文件，包含“历史版本”目录，用于存放投运前的SCD版本，其他类型文件按照相同方式组织目录结构，目录存储结构如图7。数据导入模块根据目录结构提供每个文件类型的前端上传界面，用户使用前端页面进行分类上传，文件上传至后端服务器后，数据导入模块调用配置文件解析模块按照文件类型解析其对应的数据信息。
配置文件解析模块采用C++编程语言进行配置文件解析库的开发，以API的方式对外提供访问接口，这样做的好处是可以确保解析库的高效性、稳定性和可扩展性。C++和Java两种开发语言之间采用JNI作为接口调用的通信通道，以解决Java应用对C++接口的调用问题，其调用结构如图3。配置文件解析模块接收数据导入模块的调用命令和传入的调用参数，执行对应的API接口，对ICD或者CCD或者SCD文件进行解析，并将解析结果转化成标准格式的XML文件存储，方便后续的数据分析和统计。SCD解析信息存储结构如图8、ICD解析信息存储结构如图9、CCD解析信息存储结构如图10。在SCD解析信息存储表结构中，IED节点的ccdcrc码按照SCD文件中IED设备的ccdcrc属性生成规则生成。
SCD文件中IED设备的ccdcrc属性生成规则：
从SCD文件获取IED设备过程层CCD文件， IED过程层配置CCD文件的生成规则为根据《智能变电站继电保护回路工程文件格式规范》从SCD提取影响智能变电站二次保护逻辑的通信配置和二次设备虚回路配置形成IED配置的XML文件。然后按照配置文件CRC码生成规则生成CCD文件的CRC码，该CRC码即是ccdcrc属性值。
SCD文件中IED设备的icdcrc属性生成规则：
从SCD文件获取IED设备的能力描述文件ICD，能力描述文件ICD生成规则为根据《IEC61850-6(DL/T860.6)变电站自动化系统结构语言》从SCD提取IED设备能力描述信息形成XML文件。然后按照配置文件CRC码生成规则生成ICD文件的CRC码，该CRC码即是icdcrc属性值。
配置文件CRC码生成规则：
用循环冗余校验CRC的方式剔除XML配置文件内元素间和属性间的空格、换行符、回车符、列表符后，转换成 ASCII 码序列计算四字节CRC-32校验码。CRC按照循环冗余校验码算法进行计算：
CRC 比特数 Width: 32，
生成项 Poly: 04C11DB7，
初始化值 Init: FFFFFFFF，
待测数据是否颠倒 RefIn: True，
计算值是否颠倒 RefOut: True，
输出数据异或项 XorOut: FFFFFFFF，
字串“123456789”的校验结果 Check: CBF43926。
一致性校核模块用于校验已上传CCD文件配置信息与SCD中对应IED配置信息是否相同，由于CCD文件是从装置获取的运行的过程层配置文件，因此，CCD文件的一致性校验能够校核装置运行的过程层配置文件是否与管控的SCD文件保持一致。
SCD在导入时会按照CCD文件生成规则从SCD文件生成所有IED设备的CCD文件并计算CCD文件的CRC码，存储于SCD信息表中每个IED节点的ccdcrc属性中。CCD文件一致性校核的流程如图4，首先从SCD信息存储文件中读取所有IED设备的name和ccdcrc属性，然后遍历上传的CCD文件，读取CCD文件的name属性和crc，每个CCD文件与SCD中IED设备进行比较，如果二者的name一致，则说明二者描述的是同一个设备的配置信息，然后比较CCD文件的crc是否与IED的ccdcrc一致，如果一致，则说明装置运行的配置文件与SCD文件保持一致，反之，亦然。
同源性校核模块用于校验已上传ICD能力描述文件与SCD中对应IED设备的能力描述信息是否相同，即SCD文件是否由上传的ICD配置而成，这样可以验证上传的ICD文件是否是本工程的ICD模型文件以及本工程的ICD模型文件是否上传完整。
SCD在导入时会按照ICD文件生成规则从SCD文件生成所有IED设备的ICD文件并计算ICD文件的CRC码，存储于SCD信息表中每个IED节点的icdcrc属性中。ICD文件一致性校核的流程如图5，首先从SCD信息存储文件中读取所有IED设备的name、type、version、revision、configVersion、icdcrc属性，然后遍历上传的ICD文件，读取ICD文件的type、version、revision、configVersion属性和crc码，每个ICD文件与SCD中IED设备进行比较，如果二者的type、version、revision、configVersion一致，则说明二者是同一个设备的能力描述文件，然后比较ICD文件的crc是否与IED的icdcrc属性一致，如果一致，则说明上传的ICD文件为构成SCD文件原始ICD文件，即二者保持同源，反之，亦然。
SCL校核模块提供针对智能变电站SCL模型文件（ICD文件、SCD文件、SSD文件、CID文件以及CCD文件）的检测，包含格式合法性检测和规范检测。格式合法性校验对SCL格式的文件进行XML格式正确性校验和Schema文档结构校验。规范校验针对行业规范《南方电网智能变电站IEC61850工程通用应用模型》、《QGDW 1396-2012 IEC61850工程继电保护应用模型》、《QGDW 11156-2014 智能变电站二次系统信息模型校验规范》对SCL文件内的工程配置信息进行正确性、完整性、一致性方面的校核。
二次设备统计模块以系统内二次设备作为分析对象统计各厂家二次设备占比、二次设备损坏率等统计信息。全站二次设备以IED为节点集成到SCD文件中，SCD文件内IED节点是二次设备的能力描述和配置描述，它描述了二次设备所具备的物理特性、对外提供的服务以及与其他二次设备之间的连接关系，可以认为，一个IED节点等同于一个二次设备，对IED节点的分析即是对二次设备的分析。
二次设备厂家占比分析用于统计变电站内供应商二次设备所占比例，统计方式是从SCD的信息存储表中读取IED节点的二次设备信息，IED节点的manufacturer属性即是其所属供应商名称，通过manufacturer属性可以确定同一厂家二次设备数量，再与总数量相除，便可得到该供应商的二次设备所占百分比。如果以变电站内二次设备作为统计对象，则可得到供应商二次设备在某一变电站内所占比例，如果是以某一地区作为统计对象，则可得到供应商二次设备在本地区的使用占比。
二次设备损坏率统计通过对某一时期二次设备板件更换频率的统计来分析其性能的稳定性。如果二次设备板件更换率越低，则说明其性能越稳定，这对于后续设备的采购具有良好的指导作用。在SCD文件导入系统后，生成二次设备台账，二次设备台账中设置一条属性专门对设备板件更换次数进行计数，当板件更换时，计数加1。若有m台二次设备率属于类型type1，而m台二次设备更换板件的总次数为q，则每台类型为type1的二次设备的板件更换率为q/m，以此计算每种型号二次设备的板件更换率，这样可以横向比较同一功能不同型号设备的运行稳定性。
智能变电站分布统计模块用于对变电站地理分布数据的统计，变电站在创建时存储其所属电压等级、地理位置、投运行时间。这样可以分别统计不同电压等级、不同地区、不同年份变电站投运数量或对电压、位置、时间组合进行综合数据的分析统计。如图6，是按电压等级对变电站的统计柱状图。
管控流程与自动化校核的结合方式是在流程执行过程中使用一致性校验、同源性校验、SCL文件校核等手段校核配置资料的正确性、一致性和完整性。当资料提交人员资料提交完毕后，由审核人员进行审核，系统自动调用一致性校核模块、同源性校核模块、SCL文件校核等对已经上传的资料进行检验，生成校核报告，供审核人员参考。
本发明通过所述各模块的应用构建了基于智能变电站配置资料管控的统计分析系统，实现了智能变电站流程化管控与自动化校核的有机结合和对管控数据的综合应用，在对智能变电站配置资料流程管控的过程中实现配置资料的自动校核、统计分析和数据计算，有效提升智能变电站配置资料管理的效率和可靠性，并为智能变电站选址、设备选型等提供数据支撑，有效减轻管理人员在配置资料管控流程中审核工作的工作强度和对归档数据深度利用。
Claims (2)
1.一种基于智能变电站配置资料管控的统计分析系统，它包括：
数据导入模块：用于存储用户上传的资料信息并进行分类管理，智能变电站配置资料以工程为单位对资料进行管理，工程资料按照类型分类存储用户上传的资料；
配置文件解析模块：接收数据导入模块的调用命令和传入的调用参数，执行对应的API接口，对ICD或者CCD或者SCD文件进行解析，并将解析结果转化成标准格式的XML文件存储；
流程管理模块：用于定义和管理智能变电站配置资料的执行过程；
二次设备统计模块：以系统内二次设备作为分析对象统计各厂家二次设备占比、二次设备损坏率统计信息；
智能变电站分布统计模块：用于对变电站地理分布数据的统计，变电站在创建时存储所属电压等级、地理位置和投运行时间；
SCL校核模块：提供针对智能变电站SCL模型文件的检测，包含格式合法性检测和规范检测；所述SCL模型文件包括ICD文件、SCD文件、SSD文件、CID文件和CCD文件；
一致性校核模块：用于校验已上传CCD文件配置信息与SCD中对应IED配置信息是否相同；
同源性校核模块：用于校验已上传ICD能力描述文件与SCD中对应IED设备的能力描述信息是否相同。
2.根据权利要求1所述的一种基于智能变电站配置资料管控的统计分析系统，其特征在于：所述流程管理模块包括三个流程节点，第一个流程节点的执行部门为变电管理所，所具有的权限为提交资料，第二个流程节点的执行部门为系统运行部，所具有的权限为资料审核，第三个流程节点的执行部门为省调度或中调，所具有的权限为资料归档；流程的执行过程由变电管理所的操作人员提交资料，资料提交完毕后流程执行至系统运行部，系统运行部的人员采用离线工具在本机验证所传资料的正确性和完整，如果资料完整并且正确，则通过审核，流程进入下一个节点，否则，驳回至上一个流程节点，资料重新提交，当流程进入最后一个流程节点，省调度或中调操作人员根据资料提交的完整度决定是否最终归档，如果资料错误或者不完整，则驳回至“资料提交”流程节点，资料提交单位补充资料并重新执行流程，如果资料完整并且正确，则执行最终归档，归档后的资料禁止编辑和修改。
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