CN112949086A - 变电站一次系统拓扑识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站一次系统拓扑识别方法，属于智能变电站建设质量管控、运维检修技术领域。其包括步骤1：SCD文件解耦IED特征信息析取；步骤2：关键IED数据对象实例化；步骤3：系统结构方式识别逻辑运算；步骤4：系统结构生成及输出。本发明适用于智能变电站改建、扩建时一次系统结构发生变化的情况下，同时也适用于智能变电站二次系统中智能设备升级、更换时导致设备发布的信号点表有变化的情况下，为变电站管理、运维信息系统即时提供一次系统结构信息，一、二设备间关联关系信息，缩短系统升级更新工期，提升工作效率，具有一定的实用基础性和经济性。

Description

变电站一次系统拓扑识别方法

技术领域

本发明涉及智能变电站建设质量管控、运维检修技术领域，具体是一种变电站一次系统拓扑识别方法。

背景技术

变电站一次系统结构信息为调控单位的顺控操作方案、运维检修单位的作业安全措施等提供直观的图元辅助信息，同时为电力监控、继电保护信息等系统的人机接口界面、一次设备电气量信息展示提供基础数据。变电站一次系统结构随着变电站的扩建、改建等工程的实施而变迁，从而导致依托一次系统结构制定的自动化技术方案，信息系统人机交互接口被动的更新，获取一次系统结构资料的最可靠渠道是调阅工程设计单位提交的竣工版图纸，但竣工版图纸定稿时间在工程竣工后，而自动化方案、信息系统更新工作是要求与工程工期同步的，所以采用通过调阅工程版设计图纸来实施，工程版图纸在施工过程中会出现修改或变更等情况，导致自动化技术方案、系统更新会重复修改的被动情况，特别是信息系统不仅需要获得一次系统结构信息，而且需要用大量的时间手动完成一、二次设备间的关联映射关系，来实现人机接口界面设备状态、电气量信息的同步可视化展示的需求，因为一次系统结构设计与二次系统设计是独立完成的，所以效率低且容易错。

公布号为CN 106933942 A的专利文献公开了一种基于变电站规范描述的一次系统接线自动成图方法。基于变电站系统规范描述文件，自动识别变电站各间隔的类型和接线方式，依据所识别得出的一次系统拓扑结构及相关元素类型，结合包含电压等级尺度、间隔尺度、一次设备尺度和连接线尺度的多尺度迭代布局算法自动生成一次系统接线图。该发明解决了目前智能变电站自动化系统中无法获取一次系统接线图、必须依赖人工画图的问题；自动成图后还实现了图形与模型的自动关联配置，减少了因人工配置出现错误的可能性，提高了变电站自动化系统配置效率。但是，该发明不能实现一、二次系统中设备状态、信息数据的自动映射，无法解决上述技术问题。

公布号为CN 105373655 A的专利文献公开了一种有机关联智能化变电站一二次系统连接图的方法，它包括以下过程：建立变电站的一次系统模型；建立变电站的二次系统模型；将二次系统模型与一次系统模型进行关联；展示关联后的变电站主接线图。该发明通过一次主接线图绘制过程进行间隔的划分和对二次IED模型按照电压等级进行间隔划分，通过测量参数和开关参数的配置将一次系统模型与二次系统模型进行关联，极大的缩小了关联配对选定IED设备的范围，大大提高了一、二次系统关联的速率，使关联过程变的更加高效和简洁。但是，该发明通过测量参数和开关参数的配置将一次系统模型与二次系统模型进行关联，同样未能解决上述技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术的不足，提供的一种能够实现一、二次系统中设备状态、信息数据自动映射，的变电站一次系统拓扑识别方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种变电站一次系统拓扑识别方法，包括以下步骤：

步骤1：SCD文件解耦IED特征信息析取；

步骤2：关键IED数据对象实例化；

步骤3：系统结构方式识别逻辑运算；

步骤4：系统结构生成及输出。

进一步的，步骤1中，SCD文件解耦IED特征信息析取的方法为：将SCD文件TinyXML解析生成DOM模型，遍历DOM模型提逐个取出IED及其特征信息，解析IED特征信息表征的数据含义，整理生成全站一、二次系统的设备点表，以及一、二次设备间的关联关系信息链表；筛选出用作一次系统结构识别判据的关键IED设备，创建相应类型的数据对象，并做初始化处理。

进一步的，步骤2中，关键IED数据对象实例化的方法为：处理转换IED特征数据信息，为关键IED数据对象的各属性项赋值，演示数据对象实例化过程。

进一步的，步骤3中，系统结构方式识别逻辑运算的方法为：识别逻辑以母线IED数据对象专用数据属性的信息为输入条件，运行逻辑运算，运算输出结果为一次系统结构方式。

进一步的，步骤4中，系统结构生成及输出的方法为：通过识别逻辑运算输出的一次系统结构和SCD解耦提取出出的全站一次系统的设备列表，组合预演一次系统结构及全站一次系统设备间电气连接点表；同时通过推演全站二次系统的设备列表、一二次设备关联关系链表和一次系统设备间电气连接点表信息，生成一次设备电气信号与二次设备数字信号关联点表，之后选择需要的方式输出展示。

进一步的，关键IED数据对象的属性包括常用数据属性和专用数据属性，所述常用数据属性包括用于表征IED设备电气量、特征量的数据属性，所述专用数据属性包括母线类数据模型中支路引用状态属性。

进一步的，系统结构方式识别逻辑运算包括用于识别单母接线方式和单母分段接线方式的单母类结构识别逻辑运算，以及用于识别双母接线方式、双母单分段接线方式和双母双分段接线方式的双母类结构识别逻辑运算。

进一步的，依据一、二设备关联关系信息链次依据解耦后IED特征信息依据逻辑运算结果生成包含一、二次设备及关联关系的拓扑数据对象，以图形化、数字化方式输出系统结构拓扑。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明变电站一次系统拓扑识别方法，通过分析SCD文件IED设备虚回路间发布订阅数据的耦合关系，自动完成耦合数据链解析，自动完成一、二次设备关联映射，自动生产变电站一次系统结构拓扑的技术方法，替代以往获取一次系统结构信息需通过调阅或借阅工程设计图纸存档方式，实现一次系统结构信息随时随地自动生产即刻使用；本发明即时提供一次系统结构拓扑信息，缩短系统升级更新工期提升工作效率，本发明为智能变电站新技术研发创新提供基础信息，为变电站工程建设按期完成提供技术保障，具有一定的实用基础性和经济性。

本发明适用于智能变电站改建、扩建时一次系统结构发生变化的情况下，同时也适用于智能变电站二次系统中智能设备升级、更换时导致设备发布的信号点表有变化的情况下，为变电站管理、运维信息系统即时提供一次系统结构信息，一、二设备间关联关系信息，缩短系统升级更新工期，提升工作效率。

附图说明

图1是本发明变电站一次系统拓扑识别技术方法的流程图；

图2是IED特征信息分析提取技术方法的流程图；

图3是以母线类型为例的二次设备数据模型定义结构图；

图4是单母线类型的一次系统结构识别逻辑运算框图；

图5是双母线类型的一次系统结构识别逻辑运算框图；

图6是一次系统结构生成及输出的处理过程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

实施例一

如图1~2所示，一种变电站一次系统拓扑识别方法，包括以下步骤：

步骤1：SCD文件解耦IED特征信息析取；实现IED从SCD文件结构中解耦分离， IED特征信息提取分析，虚拟全站一、二次设备并建立其关联关系信息链表等功能，为系统结构识别及拓扑绘制提供基础数据。

步骤2：关键IED数据对象实例化；针对关键IED进一步分析其特征数据，对数据进行信息分类、格式转换、功能组合等处理后，为IED数据对象属性赋值，完成IED数据对象实例化功能。

步骤3：系统结构方式识别逻辑运算；以实例化数据对象的属性数据为判据，通过本发明设计的系统结构识别逻辑算法的运算，计算出一次系统结构方式。

步骤4：系统结构生成及输出。依据一、二设备关联关系信息链次依据解耦后IED特征信息依据逻辑运算结果生成包含一、二次设备及关联关系的拓扑数据对象，可以图形化、数字化方式输出系统结构拓扑。

具体的，步骤1中，SCD文件解耦IED特征信息析取的方法为：智能变电站SCD文件采用XML的语言描述格式，利用TinyXML解析SCD文件，生成DOM模型即文档对象模型，DOM模型将整个SCD文件拆分成由根部到末端的多层次结构元素，并采用树形结构表示元素间关系及嵌套包含关系，便于计算机遍历SCD文件；遍历DOM模型逐个提取出SCD文件中包含的IED数据信息并解析，将表征IED设备类型、电气量属性、二次回路属性等特征信息拆解分析，并依此生成全站二次系统设备列表、虚拟全站一次系统设列表，提取IED设备之间发布订阅关系的信息数据并解析，建立一、二次设备相互映射的关联关系信息链； 筛选出可用来识别系统结构拓扑的关键类型IED，如母线、母联、分段类IED相互间的失灵回路属性是一次系统识别逻辑判断的重要依据；根据IED所表征的设备类型，选取对应的数据模型类生成数据模型类的数据对象，并初始化属性数据。

步骤2中，关键IED数据对象实例化的方法为：处理转换IED特征数据信息，为关键IED数据对象的各属性项赋值，演示数据对象实例化过程。

步骤3中，系统结构方式识别逻辑运算的方法为：识别逻辑以母线IED数据对象专用数据属性的信息为输入条件，运行逻辑运算，运算输出结果为一次系统结构方式。

步骤4中，系统结构生成及输出的方法为：通过识别逻辑运算输出的一次系统结构和SCD解耦提取出出的全站一次系统的设备列表，组合预演一次系统结构及全站一次系统设备间电气连接点表；同时通过推演全站二次系统的设备列表、一二次设备关联关系链表和一次系统设备间电气连接点表信息，生成一次设备电气信号与二次设备数字信号关联点表，之后选择需要的方式输出展示。

本发明实施例通过将智能变电站配置文件（SCD文件）导入处理过程后解析，解耦生成文档对象模型（DOM模型），逐个分析SCD文件中包含的智能电子设备（IED）的特征信息以及IED间的耦合关系，得到全站一、二次系统设备列表信息和一、二设备间关联关系链表信息；筛选SCD文件中关键IED，创建其对应设备类型的数据对象并实例化；以母线类IED数据对象专用数据属性的信息为判别条件，通过本发明一次系统结构识别逻辑算法逻辑判断，识别出变电站一次系统结构方式；以一次系统结构方式为框架，结合全站一次系统的设备列表信息，组合预演可拓扑一次系统结构及全站一次系统设备间电气连接点表，之后即选择合适的方式输出展示；同时通过推演全站二次系统的设备列表信息、一二次设备关联关系链表信息和类型和一次系统设备间电气连接点表信息，可生成一次设备电气信号与二次设备数字信号关联点表，从而实现一次系统与二次系统相互融合生、关联映射、信息实时共享的系统拓扑展现方式。

实施例二

本发明实施例变电站一次系统拓扑识别方法，与实施例一的不同之处在于：步骤2中，处理转换IED特征数据信息，为关键IED数据对象的各属性项赋值，以母线类数据模型的IED数据对象为例，演示数据对象实例化过程，关键IED数据对象的属性包括常用数据属性和专用数据属性，所述常用数据属性包括用于表征IED设备电气量、特征量的数据属性，所述专用数据属性包括母线类数据模型中支路引用状态属性；

本发明实施例中，将上一步生成的IED数据对象实例化，即根据解耦提取并分析后的数据信息，将关键IED数据对象的各属性项赋值，替换初始值。要求不同类别IED设备均需要建立该类别数据模型，模型中数据属性按能独立表征设备一项特征或动作行为的信息为基础单位，设立为一项数据属性。本发明实施例中将用于表征IED设备电气量、特征量等常见的数据属性称为常用数据属性，将可用作识别系统拓扑结构逻辑运行条件的属性称为专用数据属性。如图3所示为母线类数据模型，母线IED设备的属性及其与其他设备的关联属性是识别系统拓扑逻辑运行的核心参数，在母线类IED数据对象生成并初始化过程中，其专用数据属性必须赋初始值，而且要求初始值为：0或FLASE（假）。母线IED专用数据属性实例化时分析订阅其他IED设备的关联数据信息，追踪并验证订阅数据来源，确认后将对应支路的引用状态置为：1或TRUE，表示该编号支路上有其他设备与母线建立电气连接。按此遍历方法将数据对象中预置的全部支路属性信息按实际情况实例化，为下一步逻辑运算提供判据。

实施例三

本发明实施例变电站一次系统拓扑识别方法，与实施例一、二的不同之处在于：步骤3中，系统结构方式识别逻辑运算包括用于识别单母接线方式和单母分段接线方式的单母类结构识别逻辑运算，以及用于识别双母接线方式、双母单分段接线方式和双母双分段接线方式的双母类结构识别逻辑运算。

变电站一次系统常见的拓扑结构有单母、单母分段、双母、双母单分段、双母双分段、二分之三等接线方式，其中二分之三接线方式用于500kV及以上变电站，而且目前500kV变电站均采用二分之三的方式，所以可仅通过变电站电压等级判断其接线方式；其余接线方式在500kV以下电压等级变电站均有应用，需要通过如图4、图5所述的逻辑运算识别其接线方式。

单母接线方式识别逻辑：该方式下一次系统不配置母联断路器和分段断路器，SCD文件中无母联、分段的相关IED配置，通过母线数据模型实例化后的信息识别单母接线拓扑的逻辑算法如下：

S1、母线保护中的母联1支路、母联2支路的引用状态都为未引用状态，而且母线保护中仅有1段是活跃状态，逻辑中的表达式为“母联1支路引用状态=TRUE”取反、“母联2支路引用状态=TRUE”取反、“母线活跃状态段数=1”三个条件运算输出；

S2、母线保护中的分段1支路、分段2支路的引用状态都为未引用状态，逻辑中的表达式为“分段1支路引用状态= TRUE”取反、“分段2支路引用状态= TRUE”取反，两个条件与运算输出；

S3、母线保护中线路支路或主变支路只需任一引用状态为被引用状态即可，逻辑中的表达式为“任一线路支路引用状态= TRUE”、“任一主变支路引用状态= TRUE”或运算输出；

S4、同时满足S1、S2、S3三个条件，即S1、S2、S3的输出与运算结果为真，可判别为一次系统拓扑结构为单母线接线方式。

单母分段接线方式识别逻辑：该方式下一次系统配置一套分段断路器，不配置母联断路器， SCD文件中包含有分段IED的相关配置，通过母线数据模型实例化后的信息识别单母分段接线拓扑的逻辑算法如下：

S5、母线保护中的母联1支路、母联2支路的引用状态都为未引用状态，而且母线保护中仅有1段是活跃状态，逻辑中的表达式为“母联1支路引用状态=TRUE”取反、“母联2支路引用状态=TRUE”取反、“母线活跃状态段数=1”三个条件运算输出；

S6、母线保护中的分段1支路、分段2支路中有且仅有一个支路的引用状态都为被引用状态，逻辑中的表达式为“分段1支路引用状态= TRUE”、“分段2支路引用状态= TRUE”异或运算输出；

S7、母线保护中线路支路或主变支路只需任一引用状态为被引用状态即可，逻辑中的表达式为“任一线路支路引用状态= TRUE”、“任一主变支路引用状态= TRUE”或运算输出；

S8、同时满足S5、S6、S7三个条件，即S5、S6、S7的输出与运算结果为真，可判别为一次系统拓扑结构为单母分段线接线方式。

双母接线方式识别逻辑：该方式下一次系统配置一套母联断路器，不配置分段断路器， SCD文件中包含有母联IED的相关配置，通过母线数据模型实例化后的信息识别双母接线拓扑的逻辑算法如下：

S9、母线保护中的母联1支路、母联2支路中有且仅有一个支路的引用状态都为被引用状态，逻辑中的表达式为“母联1支路引用状态= TRUE”、“母联2支路引用状态= TRUE”异或运算输出；

S10、母线保护中的分段1支路、分段2支路的引用状态都为未引用状态，逻辑中的表达式为“分段1支路引用状态= TRUE”、“分段2支路引用状态= TRUE”或运算后取反输出；

S11、母线保护中母线活跃状态段数大于1，即“母线活跃状态段数>1”；

S12、同时满足S9、S10、S11三个条件，即S9、S10、S11的输出与运算结果为真，可判别为一次系统拓扑结构为双母线接线方式。

双母双分接线方式识别逻辑：该方式下一次系统配置两套母联断路器，两套分段断路器， SCD文件中包含有母联、分段IED的相关配置，通过母线数据模型实例化后的信息识别双母接线拓扑的逻辑算法如下：

S13、母线保护中母联1支路和母联2支路的引用状态都为被引用状态，逻辑算法中的表达式为“母联1支路引用状态=TRUE”、“母联2支路引用状态= TRUE”与运算输出；

S14、母线保护中分段1支路、分段2支路的引用状态都为被引用状态，逻辑算法中的表达式为“分段1支路引用状态= TRUE”、“分段2支路引用状态= TRUE”与运算输出；

S15、母线保护中母线活跃状态段数大于1，即“母线活跃状态段数>1”；

S16、同时满足S13、S14、S15三个条件，即S13、S14、S15的输出与运算结果为真，可判别为一次系统拓扑结构为双母双分线接线方式。

双母单分接线方式识别逻辑：该方式下一次系统配置两套母联断路器，一套分段断路器， SCD文件中包含有母联、分段IED的相关配置，通过母线数据模型实例化后的信息识别双母接线拓扑的逻辑算法如下：

S17、母线保护中母联1支路和母联2支路的引用状态都为被引用状态，逻辑算法中的表达式为“母联1支路引用状态= TRUE”、“母联2支路引用状态= TRUE”与运算输出；

S18、母线保护中分段1支路、分段2支路中有且仅有一个支路的引用状态都为被引用状态，逻辑算法中的表达式为“分段1支路引用状态= TRUE”、“分段2支路引用状态=TRUE”异或运算输出；

S19、母线保护中母线活跃状态段数大于1，即“母线活跃状态段数>1”；

S20、同时满足S17、S18、S19三个条件，即S17、S18、S19的输出与运算结果为真，可判别为一次系统拓扑结构为双母单分线接线方式。

实施例四

本发明实施例变电站一次系统拓扑识别方法，与实施例一、二、三的不同之处在于：

“系统结构生成及输出”处理过程如图6所示，该处理过程用来实现本发明的最终结果输出。利用识别逻辑运算得到的一次系统结构和SCD文件解耦分析虚拟出的全站一次系统设备列表，以一次系统结构信息为导向，遍历一次设备列表中设备进行排列组合，逐个确定设备在系统结构中的位置，待全部设备位置固定后，即可确定一次设备间的连接关系，生成全站一次系统设备电气连接点表，从而可以得到全站一次系统接线方式的数字化信息，将该信息组织成不同的形式后呈现，就可输出不同形式的变电站一次系统结构图例。同时从SCD文件解耦后全站二次系统的设备列表中，提取出二次设备输入输出的数字信号点表，以一、二设备关联关系链表中关联信息为线索，将全站一次系统设备电气连接信息与二次系统设备数字信息映射关联，生成全站一次设备电气信号与二次设备数字信号关联点表，与一次系统接线方式数字信息相融合生成一次系统与二次系统的关联映射信息，将该信息组织后呈现，就可输出一次与二次系统间无缝切换、设备间一一对应、输出信息实时共享的展现方式。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种变电站一次系统拓扑识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：SCD文件解耦IED特征信息析取；

步骤2：关键IED数据对象实例化；

步骤3：系统结构方式识别逻辑运算；

步骤4：系统结构生成及输出。

2.如权利要求1所述的变电站一次系统拓扑识别方法，其特征在于：步骤1中，SCD文件解耦IED特征信息析取的方法为：将SCD文件TinyXML解析生成DOM模型，遍历DOM模型提逐个取出IED及其特征信息，解析IED特征信息表征的数据含义，整理生成全站一、二次系统的设备点表，以及一、二次设备间的关联关系信息链表；筛选出用作一次系统结构识别判据的关键IED设备，创建相应类型的数据对象，并做初始化处理。

3.如权利要求2所述的变电站一次系统拓扑识别方法，其特征在于：步骤2中，关键IED数据对象实例化的方法为：处理转换IED特征数据信息，为关键IED数据对象的各属性项赋值，演示数据对象实例化过程。

4.如权利要求3所述的变电站一次系统拓扑识别方法，其特征在于：步骤3中，系统结构方式识别逻辑运算的方法为：识别逻辑以母线IED数据对象专用数据属性的信息为输入条件，运行逻辑运算，运算输出结果为一次系统结构方式。

5.如权利要求4所述的变电站一次系统拓扑识别方法，其特征在于：步骤4中，系统结构生成及输出的方法为：通过识别逻辑运算输出的一次系统结构和SCD解耦提取出出的全站一次系统的设备列表，组合预演一次系统结构及全站一次系统设备间电气连接点表；同时通过推演全站二次系统的设备列表、一二次设备关联关系链表和一次系统设备间电气连接点表信息，生成一次设备电气信号与二次设备数字信号关联点表，之后选择需要的方式输出展示。

6.如权利要求3所述的变电站一次系统拓扑识别方法，其特征在于：关键IED数据对象的属性包括常用数据属性和专用数据属性，所述常用数据属性包括用于表征IED设备电气量、特征量的数据属性，所述专用数据属性包括母线类数据模型中支路引用状态属性。

7.如权利要求4所述的变电站一次系统拓扑识别方法，其特征在于：系统结构方式识别逻辑运算包括用于识别单母接线方式和单母分段接线方式的单母类结构识别逻辑运算，以及用于识别双母接线方式、双母单分段接线方式和双母双分段接线方式的双母类结构识别逻辑运算。

8.如权利要求5所述的变电站一次系统拓扑识别方法，其特征在于：依据一、二设备关联关系信息链次依据解耦后IED特征信息依据逻辑运算结果生成包含一、二次设备及关联关系的拓扑数据对象，以图形化、数字化方式输出系统结构拓扑。

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