CN112613170B - 一种可视化的智能变电站虚实模型的建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可视化的智能变电站虚实模型的建模方法，包括基础数据准备流程、链路建模流程、虚实回路建模流程、数据分析和校验流程，本发明针对设计单位在进行传统智能变电站设计图纸模型和数据模型设计分离带来的若干问题，包括图纸模型和数据模型不一致、提供的SCD和SPCD可靠性差等问题，提供了一种可靠的图纸模型和数据模型设计一体化的智能变电站虚实模型设计方案，为后续智能变电站实施和运维提供可靠的数据依据。

Description

一种可视化的智能变电站虚实模型的建模方法
技术领域：
本发明属于智能变电站控制技术领域，尤其涉及一种可视化的智能变电站虚实模型的建模方法。
背景技术：
国内开展智能变电站二次系统数字化设计技术相关的研究单位大多仅停留在为设计出图服务的层面，设计单位不能提供包含物理回路与逻辑回路的虚实对应关系且能够满足现场施工调试应用的全模型SCD文件和SPCD文件，并且提供图纸模型和数据模型各自独立，无法确认二者的一致性。
虽然一直要求设计单位对整个智能变电站模型设计负责，由于没有合适的设计方法和验证方法，设计单位对整个智能变电站虚实模型文件质量失控状态，无法有效支撑变电站的智能运维。为了确保设计方提供的智能变电站模型文件的可靠性，需通过现场100％的反复调试确认其正确性，由于设计(图纸模型建模)和配置(数据模型建模)环节的独立，设计和配置信息“不一致”的问题不可避免。
现有技术中，在建立智能变电站虚实模时型时，大多是基于SCD和SPCD文件进行，由于完整SCD和SPCD模型已经存在了虚实模型关系，现有技术对于虚实模型的建立，只是利用SCD和SPCD文件基于一种规则将SCD和SPCD中虚实关系进行提炼并重构，并无法无法解决设计方所面临的问题。
现有公开技术中：《一种智能变电站二次虚实链路的拓扑映射方法CN 104917293A》、《智能变电站二次智能辅助设计平台CN 107332347 B》、《一种智能变电站建立虚实链路映射关系的方法及系统CN 109861860 A》、《智能变电站虚实诊断系统虚实回路关联映射及诊断方法CN 108551401 A》、《基于SCD解析及全景标签的智能变电站虚实对应方法CN109740031 A》、《一种虚实结合的智能变电站网络仿真方法及系统CN 106533740 A》均是利用完整的SCD和SPCD文件基于规则重构得到虚实模型。
其中《变电站二次系统的源端数据库建立方法及虚实对应方法CN 106066888 B》提到了智能变电站虚回模型数据库表建立方法，该方法仅介绍了设计过程中智能变电站虚实模型的库表建立方案，并未从根本解决设计方图形模型和数据模型分析带来的带来的不一致为题。上述公开文献采用的技术方案与本专利并不相同。
发明内容：
针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种可视化的智能变电站虚实模型的建模方法，包括基础数据准备流程、链路建模流程、虚实回路建模流程、数据分析和校验流程；
所述基础数据准备流程包括服务端建立数据库库表结构存储变电站虚实模型建模所需的数据，具体包括以下步骤：
(1)建立电压等级-间隔-二次设备的系统分层树状库表结构和区域-屏柜-二次设备物理分层树状结构；
(2)录入Icd文件，并根据标准IEC61850解析Icd得到虚端子信息存储至相应的数据库库表中，建立二次设备和Icd文件的关联，提取虚端子信息初始化虚回路表，录入Ipcd文件解析得到实端子信息并存储至相应的数据库库表中，建立二次设备和Ipcd文件的关联，提取端口信息初始化实回路表；
所述链路建模流程包括绘制逻辑链路图和物理链路图，将绘制的图形模型转化成数据模型提交至服务端数据库进行存储，并结合第一图深度优先搜索算法建立逻辑链路和物理链路的拓扑关系，具体包括以下步骤：
(1)绘制A网逻辑链路图和物理链路图，绘制B网逻辑链路图和物理链路图；
(2)将图模信息转化成数模信息提交至服务端数据库进行存储，并结合图论知识建立起逻辑链路和物理链路的拓扑关系，拓扑关联的建立以A网和B网为单位进行建立，逻辑链路和物理链路拓扑构建方法如下：
Figure GDA0003581527510000031
式中：
f(lk)：逻辑链路根据前提条件查找逻辑信号所走的物理通路；
lk-＞txIed和lk-＞rxIed：分别至逻辑链路通信信号的发送端智能二次设备和接收端智能二次设备；
p(equip)：equip二次设备一环领域内的某条物理链路；
q(p(equip))：图深度遍历时不重复遍历的限制条件；
UiedEquip(f(lk))：一条完整的物理通路两端必为智能电子设备，且和逻辑链路两端设备一致，此处为一约束限制条件；
k0和k1：为系数，取0或1；
所述虚实回路建模流程包括以逻辑链路为基础进行虚回路设计，以物理链路为基础进行实回路设计，并且结合逻辑链路和物理链路的拓扑关系进行可视化展示；
所述数据分析和校验流程包括依据上述建模流程的结果，对智能变电站虚实模型建模结果进行数据分析和校验，并将结果以物理链路为基础进行可视化展示。
优选的，所述链路建模流程中逻辑和物理链路图相当于智能变电站设计的框架图，可作为数字化成果进行移交，为后期现场调试和运维提供可扩展的图形模型和数据模型，对于同规格的变电站具有历史复用性，根据历史工程的逻辑链路和物理链路图进行局部修改即可在新的变电站中应用。
优选的，所述虚实回路建模流程中虚回路和实回路分别在逻辑链路和物理链路的框架图上以设备为单位进行设计，结合逻辑链路和物理链路拓扑关系的建立结果，设计时以逻辑链路收发设备为单位自动生成智能变电站虚实模型拓扑关系图，以便在设计过程中校验虚实模型的准确性。
优选的，数据分析和校验流程中对数据进行分析和校验，并将数据分析和校验的结果在物理链路基础上进行可视化展示，对于异常信息将CAD图纸上设置不同图层进行区分，数据分析和校验内容具体如下：
(1)二次设备重复性校验：以图纸为单位，一张图纸内不能出现同名二次设备；
(2)二次设备存在性校验：以二次设备描述为依据，一张图纸内的二次设备在服务端二次设备表中存在；
(3)二次设备类别校验：逻辑链路入中仅存在IED类型二次设备，物理链路中仅存在IED和SWITCH类型二次设备；
(4)逻辑链路对应的物理通路存在性校验：逻辑链路在物理链路中必有一条匹配的物理通路存在；
(5)物理链路所通逻辑链路信息存在性校验：物理链路必有逻辑链路通信经过；
(6)链路编号重复性校验：物理链路和逻辑链路编号均不能重复；
(7)逻辑链路重复性校验：两个智能设备间按通信方向至多存在一条同通信类型的逻辑链路；
(8)物理链路重复性校验：两个设备之间至多存在一条物理链路；
(9)虚回路和逻辑链路对应关系存在：逻辑链路必存在对应的虚回路，虚回路必存在所属的逻辑链路；
(10)实回路和物理链路对应关系存在：物理链路必存在对应否实回路。
本发明有益效果：本发明能以一种可视化的方式建模变电站二次系统的虚实关联模型，针对设计单位在进行传统智能变电站设计图纸模型和数据模型设计分离带来的若干问题，包括图纸模型和数据模型不一致、提供的SCD和SPCD可靠性差等问题，提供了一种可靠的图纸模型和数据模型设计一体化的智能变电站虚实模型设计方案，为后续智能变电站实施和运维提供可靠的数据依据。
附图说明：
图1为本发明数据库库表结构示意图；
图2为本发明逻辑链路图；
图3为本发明物理链路图；
图4为基于逻辑链路未进行实回路设计的状态示意图；
图5为基于逻辑链路已完成设计展开状态示意图；
图6为基于物理链路未进行实回路设计状态示意图；
图7为基于物理链路已进行实回路设计过光配的的显示状态示意图；
图8为基于物理链路已完成设计的展开状态示意图；
图9为基于物理链路过交换机未完成设计的展示状态示意图；
图10为基于物理链路过交换机完成端口接线的展示状态示意图；
图11为基于物理链路已完成设计的展示状态示意图；
图12为基于物理链路图虚实模型展示示意图。
具体实施方式：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过具体实施例及附图来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1-12所示，本实施例的一种可视化的智能变电站虚实模型建模方法，所述方法包括包括基础数据准备流程、链路建模流程、虚实回路建模流程、数据分析和校验流程。
所述基础数据准备流程，服务端数据库数据结构建立，将智能变电站虚实模型设计所需的数据录入至数据中，数据库表结构如图1所示，流程如下：(1)将智能变电站所需的电压等级、间隔录入至SSD模型表中，并建立电压等级-间隔的从属关系；将区域和屏柜信息分别录入至区域表和屏柜表中，并建立区域-屏柜的从属关系；
(2)将二次设备基本信息录入至二次设备表中，并建立间隔-二次设备、屏柜-二次设备的从属关系；解析Icd文件并将Icd文件基本存储至Icd文件表中，并将接线的虚端子信息按类型存储至GOOSE虚端子表和SV虚端子表中；建立二次设备和Icd文件的关联关系，并将相关的虚端子信息拷贝至虚回路表中；解析Ipcd并将Ipcd文件存储至Ipcd文件表中，将解析得到的板卡和端口存储至板卡表和实端子表中；建立二次设备和Ipcd文件的关联关系，并将相关实端子信息拷贝至时回路表中。
所述链路建模流程：(1)绘制A网逻辑链路图、B网逻辑链路图，并配置链路基本信息，逻辑链路图模参见图2；绘制A网物理链路图、B网物理链路图，并配置物理链路基本信息物理链路图模参见图3；
(2)将逻辑链路和物理链路的图形模型转化成数据模型分贝存储至逻辑链路表和物理链路表中，并结合图论知识(图深度遍历)建立起逻辑链路和物理链路的拓扑关系。拓扑关联的建立以A网和B网为单位进行建立，逻辑链路&物理链路拓扑构建方法如下：
Figure GDA0003581527510000081
式中：
f(lk)：逻辑链路根据前提条件查找逻辑信号所走的物理通路；
lk-＞txIed和lk-＞rxIed：分别至逻辑链路通信信号的发送端智能二次设备和接收端智能二次设备；
p(equip)：equip二次设备一环领域内的某条物理链路；
q(p(equip))：图深度遍历时不重复遍历的限制条件；
UiedEquip(f(lk))：一条完整的物理通路两端必为智能电子设备，且和逻辑链路两端设备一致，此处为一约束限制条件；
k0和k1：为系数，取0或1，取值条件如下：
逻辑链路类型 下一个设备类别 k<sub>0</sub> k<sub>1</sub>
组网 SWITCH 1 1
组网 IED 1 0
点对点 SWITCH 0 0
点对点 IED 1 0
所述虚实回路建模流程：以逻辑链路为单位，进行虚回路设计，设计时并基于逻辑链路和物理链路的拓扑关联的全模型信息进行图形化展示进行图形化展示；以物理链路单位，进行实回路设计，设计时并基于逻辑链路和物理链路的拓扑关联的全模型信息进行图形化展示进行图形化展示。图形化显示参见图4图11，显示模型有设计人员自由切换。
所述数据分析和校验流程：基于数据分析的完整性和准确性，将结果以物理链路图为基础进行图形化展示，参见图12，并将异常结果放在异常图层上，用以区分。分析和校验内容如下：
(1)二次设备重复性校验：以图纸为单位，一张图纸内不能出现同名二次设备；
(2)二次设备存在性校验：以二次设备描述为依据，一张图纸内的二次设备在服务端二次设备表中存在；
(3)二次设备类别校验：逻辑链路入中仅存在IED类型二次设备，物理链路中仅存在IED和SWITCH类型二次设备。
(4)逻辑链路对应的物理通路存在性校验：逻辑链路在物理链路中必有一条匹配的物理通路存在。
(5)物理链路所通逻辑链路信息存在性校验：物理链路必有逻辑链路通信经过。
(6)链路编号重复性校验：物理链路和逻辑链路编号均不能重复。
(7)逻辑链路重复性校验：两个智能设备间按通信方向至多存在一条同通信类型的逻辑链路。
(8)物理链路重复性校验：两个设备之间至多存在一条物理链路。
(9)虚回路和逻辑链路对应关系存在：逻辑链路必存在对应的虚回路，虚回路必存在所属的逻辑链路。
(10)实回路和物理链路对应关系存在：物理链路必存在对应否实回路。
本发明目的提供一种可视化的智能变电站虚实模型建模方法，通过图模一体化的设计方式，解决设计单位传统设计方式带来图模和数模一致性查以及智能变电站虚实模型文件可靠性差问题。
下面对本发明虚实模型术语进行进一步解释：
(1)智能变电站
智能变电站是采用先进、可靠、集成和环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能，同时，具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能的变电站。
(2)电压等级
电力系统及电力设备的额定电压级别系列。
(3)间隔
变电站设计及建设中，将按照进线、主变高压、主变低压、主变、低压出线等部分分别组合而成，每部分称为一个间隔。比如进线间隔，就是从线路尽头的电缆头开始，以线路侧地刀、线路侧刀闸、开关侧地刀、开关、母线侧刀闸、母线地刀组合而成，所有电气设备组成进线间隔。在系统层级上，间隔属于电压等级。
(4)区域
区域是指变电站物理空间上的划分，如房间。
(5)屏柜
屏柜是二次设备安装的载体，在物理层级上，屏柜属于区域。
(6)二次设备
二次设备是对电力系统内一次设备进行监察，测量，控制，保护，调节的辅助设备。即不直接和电能产生联系的设备。设备类别上分为四类：SWITCH(交换机)，IED(智能电子设备)，ODF(光纤配线架)，OTHER(其他)。
(7)Icd文件
ICD就是IED Capability Description的简称，中文为IED能力描述文件。其中
IED是Intelligent Electronic Device的简称，是智能电子设备。ICD文件描述了具体IED的功能和工程能力，包含模型自描述信息。
(8)虚端子
变电站通信信号分GOOSE和SV两大类，为网络上传递的变量，为了便于形象的理解和应用GOOSE和SV信号，将这些信号称为虚端子。其中(Generic Object-OrientedSubstation Event)是一种面向通用对象的变电站事件，主要用于实现在多个智能电子设备(IED)之间的信息传递，包括传输跳合闸、联闭锁等多种信号(命令)，具有高传输成功概率。SV(Sampled Value)即采样值，它基于发布/订阅机制，交换采样数据集中的采样值的相关模型对象和服务。
(9)虚回路
虚回路是指两个IED设备虚端子之间的通信连接，由一个发送虚端子和一个接收虚端子组成。
(10)逻辑链路
逻辑链路是指两个IED设备之间同一方向同一种类型虚端子之间通信连接的集合，例如IED_A设备GOOSE发虚端子和IED_B设备GOOSE接收虚端子的通信连接的集合，可形成一条IED_A设备至IED_B设备的GOOSE类型的逻辑链路。
(11)Ipcd文件
单装置物理能力描述文件individual physical capability description file采用XML文件格式，描述单个装置板卡、端口(物理端子)等物理能力的配置文件，简称IPCD文件。
(12)物理端子
二次设备装置上用来物理接线的插口。
(13)实回路
实回路又称物理回路，描述二次设备物理网络连接关系总称，用以标识过程层、间隔层、站控层及其之间联系的二次回路物理连接关系。
(14)虚实关联
特指虚回路和物理回路(实回路)的映射关系，单个虚回路与途经的多条物理回路对应，以及单条物理回路与其中传输的多个逻辑回路对应。以过交换机转接形式未例：是指发送虚端子从IED类型二次设备的TX(发送)端口出发，途径光配RT(转接)端口至某个交换机RX(接收)，再由该交换机某个TX(发送)端口转发，最终到达接收端IED类型的二次设备的某个RX(接收)端口和某个接收虚端子对应。对于IED设备之间的虚回路是否经过交换机和光配视设计而定。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种可视化的智能变电站虚实模型的建模方法，其特征在于：包括基础数据准备流程、链路建模流程、虚实回路建模流程、数据分析和校验流程；
所述基础数据准备流程包括服务端建立数据库库表结构存储变电站虚实模型建模所需的数据，具体包括以下步骤：
(1)建立电压等级-间隔-二次设备的系统分层树状库表结构和区域-屏柜-二次设备物理分层树状结构；
(2)录入Icd文件，并根据标准IEC61850解析Icd得到虚端子信息存储至相应的数据库库表中，建立二次设备和Icd文件的关联，提取虚端子信息初始化虚回路表，录入Ipcd文件解析得到实端子信息并存储至相应的数据库库表中，建立二次设备和Ipcd文件的关联，提取端口信息初始化实回路表；
所述链路建模流程包括绘制逻辑链路图和物理链路图，将绘制的图形模型转化成数据模型提交至服务端数据库进行存储，并结合第一图深度优先搜索算法建立逻辑链路和物理链路的拓扑关系，具体包括以下步骤：
(1)绘制A网逻辑链路图和物理链路图，绘制B网逻辑链路图和物理链路图；
(2)将图模信息转化成数模信息提交至服务端数据库进行存储，并结合图论知识建立起逻辑链路和物理链路的拓扑关系，拓扑关联的建立以A网和B网为单位进行建立，逻辑链路和物理链路拓扑构建方法如下：
Figure FDA0003581527500000021
式中：
f(lk)：逻辑链路根据前提条件查找逻辑信号所走的物理通路；
lk-＞txIed和lk-＞rxIed：分别至逻辑链路通信信号的发送端智能二次设备和接收端智能二次设备；
p(equip)：equip二次设备一环领域内的某条物理链路；
q(p(equip))：图深度遍历时不重复遍历的限制条件；
UiedEquip(f(lk))：一条完整的物理通路两端必为智能电子设备，且和逻辑链路两端设备一致，此处为一约束限制条件；
k0和k1：为系数，取0或1；
所述虚实回路建模流程包括以逻辑链路为基础进行虚回路设计，以物理链路为基础进行实回路设计，并且结合逻辑链路和物理链路的拓扑关系进行可视化展示；
所述数据分析和校验流程包括依据上述建模流程的结果，对智能变电站虚实模型建模结果进行数据分析和校验，并将结果以物理链路为基础进行可视化展示。
2.根据权利要求1所述的一种可视化的智能变电站虚实模型的建模方法，其特征在于：所述链路建模流程中逻辑和物理链路图相当于智能变电站设计的框架图，可作为数字化成果进行移交，为后期现场调试和运维提供可扩展的图形模型和数据模型，对于同规格的变电站具有历史复用性，根据历史工程的逻辑链路和物理链路图进行局部修改即可在新的变电站中应用。
3.根据权利要求1所述的一种可视化的智能变电站虚实模型的建模方法，其特征在于：所述虚实回路建模流程中虚回路和实回路分别在逻辑链路和物理链路的框架图上以设备为单位进行设计，结合逻辑链路和物理链路拓扑关系的建立结果，设计时以逻辑链路收发设备为单位自动生成智能变电站虚实模型拓扑关系图，以便在设计过程中校验虚实模型的准确性。
4.根据权利要求1所述的一种可视化的智能变电站虚实模型的建模方法，其特征在于：数据分析和校验流程中对数据进行分析和校验，并将数据分析和校验的结果在物理链路基础上进行可视化展示，对于异常信息将CAD图纸上设置不同图层进行区分，数据分析和校验内容具体如下：
(1)二次设备重复性校验：以图纸为单位，一张图纸内不能出现同名二次设备；
(2)二次设备存在性校验：以二次设备描述为依据，一张图纸内的二次设备在服务端二次设备表中存在；
(3)二次设备类别校验：逻辑链路入中仅存在IED类型二次设备，物理链路中仅存在IED和SWITCH类型二次设备；
(4)逻辑链路对应的物理通路存在性校验：逻辑链路在物理链路中必有一条匹配的物理通路存在；
(5)物理链路所通逻辑链路信息存在性校验：物理链路必有逻辑链路通信经过；
(6)链路编号重复性校验：物理链路和逻辑链路编号均不能重复；
(7)逻辑链路重复性校验：两个智能设备间按通信方向至多存在一条同通信类型的逻辑链路；
(8)物理链路重复性校验：两个设备之间至多存在一条物理链路；
(9)虚回路和逻辑链路对应关系存在：逻辑链路必存在对应的虚回路，虚回路必存在所属的逻辑链路；
(10)实回路和物理链路对应关系存在：物理链路必存在对应的 实回路。
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