基于二次回路全景模型的全新設(shè)計(jì)流程研究

朱辰 王賢 周立軍 曹濤

摘要：變電站二次系統(tǒng)由二次設(shè)備及設(shè)備間的二次回路構(gòu)成，本文首先針對(duì)二次回路全景模型的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了論述，之后根據(jù)其技術(shù)原理提出了相應(yīng)的技術(shù)方案，并在文中對(duì)本方案的創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行了歸納總結(jié)，期望可以提出更合理的二次回路全景模型設(shè)計(jì)流程。

關(guān)鍵詞：二次回路;全景模型;設(shè)計(jì)流程

1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

從2005年開(kāi)始，智能變電站的新技術(shù)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、電力企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，都在全面發(fā)展。

1.1國(guó)外研究現(xiàn)狀

IEC 61850-6標(biāo)準(zhǔn)定義了智能變電站邏輯回路的建模標(biāo)準(zhǔn)，SCD文件是二次系統(tǒng)邏輯回路的模型表達(dá)，通過(guò)SCD文件完成二次系統(tǒng)邏輯回路設(shè)計(jì)，根據(jù)SCD文件完成二次系統(tǒng)邏輯回路配置。目前國(guó)外研究機(jī)構(gòu)和設(shè)備制造商，主要技術(shù)、規(guī)范和工具集中于邏輯回路方面，智能變電站物理回路模型尚無(wú)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，設(shè)計(jì)單位依然通過(guò)光纜聯(lián)系圖表達(dá)物理回路設(shè)計(jì)，工程實(shí)施單位根據(jù)光纜聯(lián)系圖完成二次系統(tǒng)物理回路的施工。在物理回路的建模技術(shù)、物理回路設(shè)計(jì)流程、物理回路模型文件逆向解析方面，研究水平仍處于起步階段。

1.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

山東電力工程咨詢?cè)禾岢龅幕谥悄苎b置物理端口建模的智能變電站通信設(shè)計(jì)方法，通過(guò)將智能裝置物理網(wǎng)絡(luò)端口建模和繪制AutoCAD 圖形方式，將交換機(jī)與智能裝置間的物理和邏輯的連接關(guān)系建立起來(lái)，為繪制物理回路圖形提出物理回路模型的初步設(shè)想，未提出物理回路模型文件的概念。模型中僅涉及了IED之間的物理回路，缺少屏柜、裝置、光纖配線架（ODF）、交換機(jī)等物理設(shè)備的對(duì)象模型和連接關(guān)系，信息量嚴(yán)重不足。

2技術(shù)原理

本項(xiàng)目依托現(xiàn)行規(guī)程、規(guī)范及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，充分借鑒虛端子回路的連接配置方法及工程實(shí)施流程，總結(jié)以往工程經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)行業(yè)的有益經(jīng)驗(yàn)，緊密結(jié)合國(guó)內(nèi)智能變電站的建設(shè)和運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)物理端口和回路建模，以及設(shè)計(jì)流程和逆向解析方法進(jìn)行深入研究，最終通過(guò)確立規(guī)范和新軟件系統(tǒng)的研發(fā)引入實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)存問(wèn)題的整體解決。

2.1方案思路介紹

在邏輯回路方面，有兩個(gè)重要的文件，包括智能裝置功能配置描述文件ICD（IED configuration description）和變電站配置（邏輯回路）描述文件SCD（substaiton configuration description）;同樣的在物理回路方面，也提出兩個(gè)相應(yīng)的文件，包括智能裝置硬件配置描述文件IPCD（IED physical configuration description）和變電站物理回路配置文件SPCD（substaiton physical configuration description）。

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司頒布的《IEC61850工程繼電保護(hù)應(yīng)用模型》（Q/GDW 396-2012）、《330kV～750kV智能變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》（Q/GDW 394-2009）、《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（Q/GDW 441-2010）等標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的內(nèi)容，以及IEC61850-6的SCL配置語(yǔ)言，語(yǔ)法符合Schema校驗(yàn)，為不同集成廠商的SCD文件可以導(dǎo)入本圖形化系統(tǒng)展示奠定了配置基礎(chǔ)。

通過(guò)研究變電站內(nèi)的二次回路全景模型的建模方法以及建模流程，開(kāi)發(fā)二次回路全景模型配置工具;通過(guò)研究二次回路全景模型的逆向解析技術(shù)和“虛實(shí)對(duì)應(yīng)”技術(shù)，開(kāi)發(fā)二次回路全景模型圖形化展示工具，實(shí)現(xiàn)智能變電站二次回路系統(tǒng)從圖形化配置到展示的自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

根據(jù)上述內(nèi)容，我們需要研究并解決四個(gè)方面的問(wèn)題：

（1）研究二次回路全景模型的建模方法

（2）研究二次回路全景模型設(shè)計(jì)流程

（3）研究二次回路全景模型的逆向解析及“虛實(shí)對(duì)應(yīng)”技術(shù)

（4）開(kāi)發(fā)二次回路全景模型配置及可視化工具

2.2主要技術(shù)內(nèi)容

2.2.1研究二次回路全景模型的建模方法

現(xiàn)階段的SCD文件中只包括了邏輯回路信息，在Q/GDW1396-2012規(guī)范中雖然定義了物理端口，但是不全面，僅僅是裝置的物理端口信息，不包括裝置的連接關(guān)系，也不包括一些非智能設(shè)備如ODF和交換機(jī)，因此本項(xiàng)目需要重新針對(duì)物理回路的建模進(jìn)行系統(tǒng)的研究。

項(xiàng)目提出的二次回路全景模型包括邏輯回路模型和物理回路模型。研究通過(guò)軟件的方式，自動(dòng)在虛端子連線中增加接收側(cè)的物理端口，應(yīng)避免人工填寫(xiě)，減輕設(shè)計(jì)人員的工作量。

物理回路方面遵循當(dāng)前國(guó)內(nèi)邏輯回路的建模的規(guī)范和原則，將重點(diǎn)研究通過(guò)XML語(yǔ)言的方式完成對(duì)物理設(shè)備的端口和物理回路的建模研究，其主要研究?jī)?nèi)容有以下方面：

（1）物理模型文件內(nèi)容的研究

（2）物理模型文件獨(dú)立性研究

（3）物理回路存儲(chǔ)方式的研究

（4）物理回路模型描述語(yǔ)言的研究

2.2.2研究二次回路全景模型設(shè)計(jì)流程

二次回路全景模型設(shè)計(jì)流程包括兩部分：包含邏輯回路的SCD設(shè)計(jì)流程和包含物理回路的SPCD的設(shè)計(jì)流程，SCD配置方面重點(diǎn)研究SCD增加端口的配置過(guò)程。SPCD的設(shè)計(jì)流程參考SCD的設(shè)計(jì)流程，設(shè)備廠商提供IPCD文件，設(shè)計(jì)人員通過(guò)全景模型配置及可視化工具配置SPCD文件。

2.2.3研究二次回路全景模型的逆向解析及“虛實(shí)對(duì)應(yīng)”技術(shù)

二次回路全景模型的配置文件包括SCD和SPCD文件，SCD文件的解析可以通過(guò)表格方式和圖形方式實(shí)現(xiàn)，且現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)行了較多的研究。而對(duì)SPCD文件而言，也同樣存在解析的問(wèn)題，這里的解析主要通過(guò)圖形的方式進(jìn)行。

本項(xiàng)目將同時(shí)針對(duì)SCD和SPCD文件進(jìn)行解析，即對(duì)全景模型文件進(jìn)行解析，目的在于通過(guò)圖形分層展示站內(nèi)小室、屏柜、裝置、光纜等信息，并通過(guò)點(diǎn)擊光纜中纖芯獲取相應(yīng)的邏輯回路信息（即由實(shí)到虛），通過(guò)邏輯回路可以獲取物理連接關(guān)系（即由虛到實(shí)），通過(guò)物理回路和邏輯回路的“虛實(shí)對(duì)應(yīng)”技術(shù)，將SPCD和SCD文件進(jìn)行融合關(guān)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合展示，信息綜合全面，簡(jiǎn)潔直觀、便于理解。

2.2.4開(kāi)發(fā)二次回路全景模型配置及可視化工具

開(kāi)發(fā)二次回路全景模型配置及可視化工具，應(yīng)支持ICD文件的導(dǎo)入，支持IPCD文件的導(dǎo)入，支持物理回路的連接配置，支持邏輯回路的配置，支持輸出SCD和SPCD文件，支持SCD和SPCD的文件關(guān)聯(lián)解析，支持“虛實(shí)對(duì)應(yīng)”展示，即通過(guò)物理回路查詢邏輯回路，或者通過(guò)邏輯回路查詢物理回路。

3二次回路全景模型設(shè)計(jì)流程

智能變電站二次系統(tǒng)邏輯回路配置過(guò)程：設(shè)備廠商通過(guò)IED配置工具生成ICD文件，設(shè)計(jì)人員收集ICD文件后由系統(tǒng)配置工具配置生成SCD文件，通過(guò)SCD文件即可展示全站二次設(shè)備的通訊參數(shù)及虛擬連線關(guān)系，系統(tǒng)配置完成后，由設(shè)備廠商通過(guò)IED配置工具導(dǎo)出IED實(shí)例配置（CID）文件下載至裝置中，調(diào)試人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

物理回路的建模方法也將參照邏輯回路的建模方法，設(shè)備廠商設(shè)計(jì)人員通過(guò)配置工具配置裝置物理端口自描述文件（IPCD），對(duì)IED設(shè)備中的裝置板卡和物理端口進(jìn)行描述;設(shè)計(jì)人員將IPCD文件實(shí)例化成屏柜模型，再設(shè)計(jì)屏柜間的光纜連接和裝置間的光纖連接，完成全站物理回路配置文件（SPCD）設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)人員可通過(guò)裝置能力自描述文件（ICD）完成全站的SCD文件設(shè)計(jì)，并在SCD文件自動(dòng)標(biāo)注物理端口信息，并通過(guò)配置工具進(jìn)行光纜連接后，形成描述物理端口和回路的SPCD文件，圖1為二次回路全景模型設(shè)計(jì)流程。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文主要對(duì)二次回路全景模型的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并根據(jù)二次回路全景模型技術(shù)原理提出了全新的二次回路全景模型設(shè)計(jì)流程，為后續(xù)的建模工作提供了良好的框架基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉東勇.核電二次回路系統(tǒng)建模與仿真研究[D].