基于典型間隔模型的主接線圖分析系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

黃金魁

摘要：變電站有眾多的應(yīng)用系統(tǒng)，從降低成本、提高數(shù)據(jù)可靠性出發(fā)，一般要求各個(gè)系統(tǒng)間能夠?qū)崿F(xiàn)信息和功能等的復(fù)用，隨著IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施以及全網(wǎng)共用一套模型的提出，目前變電站許多應(yīng)用系統(tǒng)主接線圖均基于拓?fù)浣泳€技術(shù)或CIM模型規(guī)范。本文將研究和設(shè)計(jì)一種基于典型間隔模型的主接線圖分析系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)目前大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)軟件的主接線圖的自動(dòng)分析識(shí)別，可用于校驗(yàn)接線圖繪制的正確性，也可作為變電站其它高級(jí)應(yīng)用的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：變電站主接線 典型間隔模型 圖形分析識(shí)別 軟件復(fù)用

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）12-0162-02

Abstract：Substation has many applications， from reducing the cost and improving the reliability of the data， generally require the information between the various systems and functions can be reused， with the implementation of IEC61970 standard and the whole network share same set of models ， The main wiring diagram of many application systems of the substation is based on topology wiring technology or CIM model specification. In this paper， we will study and design a main wiring diagram analysis system based on the typical bay model to realize the automatic analysis and identification of the main wiring diagram. It can be used to check the correctness of the wiring diagram drawing. It can also be used as the foundation of other advanced applications in substation.

Key Words：substation main wiring，typical bay model；graphic analysis and recognition；software reuse

變電站是電力系統(tǒng)中的重要生產(chǎn)場所，集中了電力生產(chǎn)過程中的許多工作業(yè)務(wù)，為了提高這些工作業(yè)務(wù)的效率與質(zhì)量并保證工作過程的安全，變電站采用了大量應(yīng)用系統(tǒng)軟件，這些應(yīng)用系統(tǒng)軟件為變電站各項(xiàng)工作的開展提供了很多幫助，發(fā)揮了重要作用。同時(shí)，為了加強(qiáng)不同應(yīng)用系統(tǒng)軟件之間的兼容關(guān)系，國際電工委員會(huì)（IEC）制定了IEC61970標(biāo)準(zhǔn)，用于實(shí)現(xiàn)各個(gè)廠家的應(yīng)用系統(tǒng)軟件接口相互兼容，為不同廠家的應(yīng)用系統(tǒng)軟件功能與服務(wù)相互復(fù)用提供了基礎(chǔ)，為EMS等大型系統(tǒng)的搭建創(chuàng)造了即插即用的軟件環(huán)境[1]。

對(duì)現(xiàn)有變電站生產(chǎn)工作業(yè)務(wù)進(jìn)行分析，很多業(yè)務(wù)的開展都是以一次間隔作為主要對(duì)象的，然而目前在變電站的各應(yīng)用系統(tǒng)軟件中，很少有將一次間隔作為一個(gè)整體去設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，大多數(shù)軟件都只設(shè)計(jì)單設(shè)備對(duì)象，然后在業(yè)務(wù)使用中通過人為方式約束間隔中設(shè)備的關(guān)聯(lián)，并以此完成整個(gè)業(yè)務(wù)的操作。這種人為約束間隔設(shè)備關(guān)聯(lián)的方式局限性比較大，只能應(yīng)用于具體的業(yè)務(wù)工作，不具有通用性，無法在不同業(yè)務(wù)及系統(tǒng)之間復(fù)用，同時(shí)無法進(jìn)行有效的操作校驗(yàn)，操作可靠性不足，整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)還存在較大的優(yōu)化空間。

本文將以變電站微機(jī)五防系統(tǒng)為示例，分析現(xiàn)有微機(jī)五防系統(tǒng)數(shù)據(jù)特點(diǎn)以及延伸應(yīng)用，然后重點(diǎn)研究并設(shè)計(jì)基于拓?fù)浣泳€技術(shù)或CIM模型規(guī)范的主接線圖分析系統(tǒng)。該主接線圖分析系統(tǒng)將變電站一次間隔作為整體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可分析當(dāng)前變電站各種基于拓?fù)浣泳€技術(shù)或CIM模型規(guī)范應(yīng)用系統(tǒng)軟件的主接線圖，實(shí)現(xiàn)一次接線圖間隔及設(shè)備屬性自動(dòng)化識(shí)別，并將該分析識(shí)別結(jié)果返回到其它系統(tǒng)，以作為其它變電站高級(jí)應(yīng)用的基礎(chǔ)。

1 一次接線圖分析識(shí)別技術(shù)現(xiàn)狀

目前變電站中一般安裝有微機(jī)五防系統(tǒng)，微機(jī)五防系統(tǒng)作為倒閘操作安全的保障，發(fā)揮了很大的作用。微機(jī)五防系統(tǒng)一般包括一次主接線圖和五防閉鎖邏輯公式，另外由于微機(jī)五防系統(tǒng)與倒閘操作相關(guān)性很大，很多微機(jī)五防系統(tǒng)本身還帶有倒閘操作票編寫功能。目前的五防閉鎖邏輯公式以及倒閘操作票編寫等功能都是人工編寫的，整個(gè)編寫過程效率低，花費(fèi)時(shí)間成本高，并且遺漏易錯(cuò)，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此業(yè)內(nèi)一直研究如何實(shí)現(xiàn)五防閉鎖邏輯公式以及操作票的自動(dòng)生成。

不管是人工編寫還是自動(dòng)編寫五防閉鎖邏輯公式及倒閘操作票，首要的步驟都要實(shí)現(xiàn)一次主接線圖接線方式及各設(shè)備屬性信息的識(shí)別。隨著IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，變電站各應(yīng)用系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都有了很大的優(yōu)化，微機(jī)五防及操作票系統(tǒng)也參考該標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)使用了拓?fù)浣泳€技術(shù)，同時(shí)隨著調(diào)控一體化的發(fā)展以及全網(wǎng)共用一套模型的要求，部分微機(jī)五防及操作票系統(tǒng)支持接入EMS系統(tǒng)中的變電站CIM模型文件作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[2]。這為實(shí)現(xiàn)一次主接線圖接線方式及各設(shè)備屬性信息的自動(dòng)識(shí)別提供了很好的基礎(chǔ)，目前業(yè)內(nèi)的研究都是在拓?fù)浣泳€技術(shù)或CIM模型規(guī)范的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的。

現(xiàn)有技術(shù)方案從不同的方面來實(shí)現(xiàn)此類主接線圖設(shè)備屬性信息的識(shí)別。比如通過變電站CIM模型文件獲取設(shè)備間連接關(guān)系并形成拓?fù)溥B接網(wǎng)絡(luò)，從而得出設(shè)備所具有的連接關(guān)系，并進(jìn)一步建立“電氣島”，用于識(shí)別設(shè)備有電無電情況等；還有通過建立標(biāo)準(zhǔn)的含有充分所需要設(shè)備屬性信息的接線間隔模型，然后再使用該標(biāo)準(zhǔn)間隔模型進(jìn)行主接線圖編制，這樣由于制圖時(shí)模型本身已經(jīng)包含所需要的設(shè)備屬性信息，也就能達(dá)到所需要的識(shí)圖要求；再有的就是利用上述兩種方法的結(jié)合，用于獲得更多的設(shè)備屬性信息而實(shí)現(xiàn)圖形識(shí)別。

現(xiàn)有技術(shù)方案在當(dāng)前變電站應(yīng)用系統(tǒng)軟件主接線圖自動(dòng)分析識(shí)別上面帶來了進(jìn)步，但仍然存在不足，首先使用拓?fù)溥B接網(wǎng)絡(luò)分析方法大多只能識(shí)別設(shè)備的連接關(guān)系，其它屬性很難識(shí)別，不足以支持類似五防閉鎖邏輯公式或者倒閘操作票的自動(dòng)生成；另外使用標(biāo)準(zhǔn)間隔模型方法則存在模型適用范圍窄，模型種類過多，導(dǎo)致模型編制和維護(hù)工作困難，同時(shí)圖形繪制過程模型選用及修改困難的問題，導(dǎo)致很難真正實(shí)用化。

2 變電站主接線圖分析系統(tǒng)方案

針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于典型間隔模型的變電站主接線圖分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對(duì)基于拓?fù)浣泳€技術(shù)或CIM模型規(guī)范的主接線圖進(jìn)行分析，識(shí)別變電站一次間隔信息及設(shè)備運(yùn)行信息，可為自動(dòng)生成五防閉鎖邏輯公式、倒閘操作票以及其它類似高級(jí)功能提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時(shí)系統(tǒng)使用及維護(hù)都比較簡單，有利于提高系統(tǒng)的實(shí)用化。

基于典型模型的變電站主接線圖分析系統(tǒng)由典型間隔模型庫、圖形分析模塊、圖形編輯模塊、輸入輸出模塊組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)模塊說明

3.1 典型間隔模型庫

典型間隔模型庫包含變電站各種類型間隔的典型接線模型，各個(gè)模型由開關(guān)、刀閘、地刀、地線、網(wǎng)門、母線、線路負(fù)載、主變、電容器組、電抗器組、所變、PT等單元設(shè)備組成。其中模型中的各設(shè)備具有設(shè)備類型、設(shè)備ID等必要屬性，并且其中的線路負(fù)載、主變、電容器組、電抗器組、所變、PT等作為間隔類型的標(biāo)識(shí)設(shè)備，同時(shí)系統(tǒng)約束一個(gè)模型中只能含有一種間隔類型標(biāo)識(shí)設(shè)備。典型間隔模型庫是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，系統(tǒng)要正常工作之前，需要完成典型間隔模型庫的建立。下面以幾個(gè)實(shí)例對(duì)典型間隔模型庫的建立進(jìn)行說明：

（1）典型線路間隔模型。

定義如圖2所示的模型，該模型具有開關(guān)、刀閘、地刀、地線、網(wǎng)門、母線、線路負(fù)載設(shè)備，同時(shí)對(duì)于開關(guān)、刀閘、線路負(fù)載這幾個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，附帶有額外的屬性信息。比如該模型中開關(guān)（1）具有線路開關(guān)屬性，刀閘（2）具有線路間隔刀閘屬性及母線側(cè)刀閘屬性，刀閘（3）具有線路間隔刀閘及線路側(cè)刀閘屬性。另外遵循一個(gè)模型只有一種間隔類型標(biāo)識(shí)設(shè)備的規(guī)則，本模型只含有線路負(fù)載（4）的間隔類型標(biāo)識(shí)。

（2）典型主變帶旁路間隔模型。

定義如圖3所示的模型，該模型具有開關(guān)、刀閘、地刀、地線、網(wǎng)門、母線、主變?cè)O(shè)備，同時(shí)對(duì)于開關(guān)、刀閘、主變這幾個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，附帶有額外的屬性信息。比如該模型中開關(guān)（1）具有主變開關(guān)屬性，刀閘（2）具有主變間隔刀閘屬性及母線側(cè)刀閘屬性，刀閘（3）具有主變間隔刀閘屬性及主變側(cè)刀閘屬性，刀閘（4）具有主變間隔刀閘屬性及旁刀屬性。同時(shí)，只含有一種間隔類型標(biāo)識(shí)設(shè)備，即主變（5）。

（3）另外，典型間隔模型庫還包括了主接線方式模型，主接線方式模型在典型間隔模型的基礎(chǔ)上構(gòu)成，由多個(gè)典型間隔模型通過具體的連接形式而建立。如圖4，為典型的單母主接線方式，同時(shí)規(guī)定兩側(cè)的典型線路間隔模型（1）可以分別由其它典型單母類間隔模型等效替換。

（4）同樣的，其它典型間隔模型及典型主接線方式模型也可以通過類似的方式進(jìn)行定義，從而形成完整的變電站典型間隔模型庫，并且該模型庫可以根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整和完善，以滿足不同的需要。

3.2 輸入輸出模塊

輸入輸出模塊可以讀取基于拓?fù)浣泳€技術(shù)或CIM模型規(guī)范的應(yīng)用系統(tǒng)軟件一次主接線圖，同時(shí)可以將接線圖分析結(jié)果返回給相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)軟件。

3.3 圖形分析模塊

圖形分析模塊是系統(tǒng)的核心，具有拆解所獲取一次主接線圖信息并處理和分析識(shí)別的能力，其具體工作機(jī)制為：系統(tǒng)通過輸入輸出模塊獲取微機(jī)五防系統(tǒng)一次主接線圖信息之后，由圖形分析模塊將獲取的一次主接線圖以母線、主變、線路負(fù)載、主變、電容器組、電抗器組、所變、PT等設(shè)備為邊界拆解成多個(gè)間隔，然后將拆解后的間隔與系統(tǒng)中的典型接線模型庫進(jìn)行比較匹配；匹配的時(shí)候，只對(duì)拆解間隔和典型間隔模型中的開關(guān)、刀閘、間隔類型標(biāo)識(shí)設(shè)備進(jìn)行匹配運(yùn)算，若匹配成功，則可得出與拆解間隔配對(duì)成功的典型間隔模型信息，而拆解間隔與模型中相同位置的各設(shè)備也就具有相應(yīng)的必要屬性，從而實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用系統(tǒng)軟件一次主接線圖的分析識(shí)別。

3.4 圖形編輯模塊

系統(tǒng)還具有圖形編輯模塊，圖形編輯模塊具有變電站微機(jī)五防系統(tǒng)各種設(shè)備對(duì)象圖元，可以自主進(jìn)行一次主接線圖的編輯，更重要的是該圖形編輯模塊界面中具有選取系統(tǒng)典型間隔模型的窗口，在繪制一次主接線圖時(shí)，可以快速將典型間隔模型拖入畫布中，可迅速完成變電站整體接線布局，然后再進(jìn)行個(gè)別設(shè)備的調(diào)整，從而加快主接線的整體繪制速度。

4 結(jié)語

本文結(jié)合IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施以及全網(wǎng)共用一套模型的發(fā)展趨勢(shì)，分析當(dāng)前變電站各應(yīng)用系統(tǒng)軟件主接線圖的特點(diǎn)，提出一種基于典型間隔模型的主接線圖分析系統(tǒng)，并以微機(jī)五防功能及擴(kuò)展應(yīng)用需求作為示例，說明了該系統(tǒng)的一種應(yīng)用模式，但應(yīng)該明白的是，本文所針對(duì)的技術(shù)問題及提出的解決方案是具有普遍性的，尤其在全網(wǎng)共用一套模型的趨勢(shì)下，以典型間隔模型作為一種結(jié)構(gòu)化的模塊數(shù)據(jù)將具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，可作為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)模塊提供給不同的應(yīng)用系統(tǒng)軟件使用，有利于減小各系統(tǒng)軟件的冗余度，并進(jìn)一步提高各生產(chǎn)業(yè)務(wù)的自動(dòng)化水平。

參考文獻(xiàn)

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