蘇楊 尹立偉 魏占同 閻勝楠 關(guān)仔靖

摘要：現(xiàn)階段，隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)水平也有了很大的提高。當(dāng)前智能變電站運(yùn)維工作中，過(guò)程層物理鏈路的監(jiān)視和診斷是重要環(huán)節(jié)，然而由于缺乏有效的圖形可視化手段，因此少數(shù)工程雖然具備監(jiān)視畫面但往往需要手工生成，維護(hù)效率低下。通過(guò)研究過(guò)程層物理鏈路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出一種智能變電站過(guò)程層物理鏈路圖自動(dòng)生成方法，從SCD模型信息中獲取過(guò)程層物理鏈路的層次結(jié)構(gòu)和拓?fù)潢P(guān)系信息，將“交換機(jī)-交換機(jī)”全局分層布局和“交換機(jī)-直連IED”的局部布局相結(jié)合，計(jì)算出從“中心交換機(jī)-間隔交換機(jī)-IED裝置”的各層布局信息和走線，實(shí)現(xiàn)“一鍵”繪制出過(guò)程層物理鏈路圖。該方法不僅實(shí)現(xiàn)了過(guò)程層物理鏈路的圖形可視化，而且不需要人工繪制圖形，大大提高了工程維護(hù)的效率。

關(guān)鍵詞：智能變電站過(guò)程層；物理鏈路圖；自動(dòng)生成

引言

隨著智能變電站的推廣應(yīng)用，物理實(shí)端子變?yōu)樘摱俗?，二次回路看不?jiàn)摸不著；電纜變?yōu)楣饫|，物理鏈路故障點(diǎn)難以定位，對(duì)繼電保護(hù)的在線監(jiān)視和智能診斷帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。為此，業(yè)界提出了按照層級(jí)關(guān)系對(duì)智能變電站全站虛實(shí)回路進(jìn)行可視化展示，并開(kāi)展了二次虛回路可視化的相關(guān)技術(shù)和規(guī)范研究。然而，作為智能變電站三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，過(guò)程層物理鏈路的可視化研究卻較少見(jiàn)。

1典型結(jié)構(gòu)

過(guò)程層物理鏈路一般分電壓等級(jí)獨(dú)立建設(shè)，并采用單網(wǎng)或雙網(wǎng)（AB網(wǎng)）配置。每個(gè)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均由過(guò)程層交換機(jī)和IED（智能電子設(shè)備，包括保護(hù)測(cè)控裝置、智能組件構(gòu)成的智能設(shè)備MU、合并單元和智能終端等）組成，整體上呈現(xiàn)層次結(jié)構(gòu)。其主要特點(diǎn)：整體為層次結(jié)構(gòu)，第一層為中心交換機(jī)，第二層為間隔交換機(jī)；保護(hù)、測(cè)控、合并單元和智能終端等智能電子設(shè)備掛在各層交換機(jī)下。在實(shí)際工程中，根據(jù)變電站規(guī)模不同，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也有所區(qū)別，主要在于：交換機(jī)不一定是2層，也有可能是單層組成環(huán)網(wǎng)；同層交換機(jī)可能幾個(gè)串接組成環(huán)網(wǎng)，并非完全的星形。

2思路及方法

智能變電站SCD模型描述了智能變電站完整的配置信息，是變電站各自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)模型，并且含有完整的過(guò)程層物理鏈路模型，因此本文從智能變電站SCD模型獲取過(guò)程層物理鏈路模型。通過(guò)分析SCD模型中過(guò)程層物理鏈路模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可發(fā)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程層物理鏈路結(jié)構(gòu)存在兩種不同層面的不同結(jié)構(gòu)：一種是整體上的分層結(jié)構(gòu)，主要是“交換機(jī)-交換機(jī)”分層級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)；另一種是局部的直連結(jié)構(gòu)，即“交換機(jī)-IED”之間的聯(lián)接結(jié)構(gòu)。因此，過(guò)程層物理鏈路的布局問(wèn)題可劃分為兩種布局：“交換機(jī)-交換機(jī)”全局分層布局，簡(jiǎn)稱大布局；“交換機(jī)-直連IED”局部布局，簡(jiǎn)稱小布局。整個(gè)布局算法思路是以大布局為“面”，以小布局為“點(diǎn)”。下面介紹大布局和小布局的具體思路。

2.1大布局

“交換機(jī)-交換機(jī)”分層級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，比較適合樹(shù)形層次結(jié)構(gòu)圖的展示方法。樹(shù)形層次結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)清晰規(guī)范，層次分明，便于運(yùn)維人員快速掌握，并且樹(shù)形層次結(jié)構(gòu)圖布局算法比較成熟，計(jì)算效率高，因此大布局采用樹(shù)形層次結(jié)構(gòu)圖布局。當(dāng)然，本文為了更貼近業(yè)內(nèi)運(yùn)維人員的習(xí)慣，將“交換機(jī)-交換機(jī)”分層級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的布局設(shè)計(jì)，在樹(shù)形層次結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行了變形，設(shè)計(jì)為對(duì)稱分層式布局，即“中心交換機(jī)居中，間隔交換機(jī)上下均勻分布”。該布局中，第一層交換機(jī)在中間水平排列，第二層在第一層交換機(jī)上下兩層對(duì)稱排列，以下各層均在上一層交換機(jī)的同側(cè)布置，以此類推，可適用于無(wú)限層次的布局。

2.2小布局

交換機(jī)下直連IED布局比較簡(jiǎn)單，可以按照IED與交換機(jī)之間的相對(duì)位置關(guān)系分為三種情況，本文采用“雙雁形”、“上雁形”和“下雁形”的方式，分別使用于不同的情況，結(jié)構(gòu)清晰且易于走線。（1）“上雁形”用于被布置在上方間隔交換機(jī)與其直連的IED之間的布局。所有IED均在交換機(jī)上方布局，并分為左右兩組排列，IED與交換機(jī)之間采用只有一個(gè)拐點(diǎn)的折線進(jìn)行走線。（2）“下雁形”用于被布置在下方間隔交換機(jī)與其直連的IED之間的布局。所有IED均在交換機(jī)下方布局，并分為左右兩組排列，IED與交換機(jī)之間采用只有一個(gè)拐點(diǎn)的折線進(jìn)行走線。（3）“雙雁形”用于第一層交換機(jī)與其直連的IED之間的布局，將IED在交換機(jī)的上下分配。所有IED中測(cè)控與保護(hù)在交換機(jī)上方布局，合并單元、智能終端等一次智能設(shè)備在交換機(jī)下方布局，上方與下方均分為左右兩組排列，IED與交換機(jī)之間采用只有一個(gè)拐點(diǎn)的折線進(jìn)行走線。

3布局及走線算法

3.1大布局算法

為了計(jì)算“交換機(jī)-交換機(jī)”的分層布局，從頂層中心交換機(jī)開(kāi)始，調(diào)用深度優(yōu)先遞歸算法，計(jì)算出“中心交換機(jī)-間隔交換機(jī)-IED裝置”的各層布局信息。首先獲取所有頂層交換機(jī)，對(duì)每個(gè)頂層交換機(jī)調(diào)用深度優(yōu)先遞歸布局流程，從最深層次開(kāi)始計(jì)算布局，逐層往上推算，直到得到各層交換機(jī)的布局結(jié)果。針對(duì)每個(gè)頂層交換機(jī)開(kāi)始的深度優(yōu)先遞歸流程是算法關(guān)鍵，該流程輸入為交換機(jī)信息，包括層次、分配位置和下層設(shè)備列表，返回為本交換機(jī)所轄范圍所有層級(jí)的布局信息。

3.2小布局算法

小布局流程完成對(duì)每個(gè)交換機(jī)與直連IED之間的布局，從而得到該交換機(jī)的局部布局信息，即包含交換機(jī)自身和直連IED的包圍盒大小，及直連IED相對(duì)位置。首先根據(jù)交換機(jī)的層次，判斷是哪種布局形態(tài)，并將IED按照布局位置分組。

3.3走線

走線指交換機(jī)之間及交換機(jī)與IED之間的物理鏈路連線，一般要求橫平豎直、線路彎折次數(shù)最少、盡量不交差及不穿越網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。常見(jiàn)走線算法有通道布線算法、走迷宮算法、線探索法及這幾種算法的改進(jìn)算法，這些算法都是針對(duì)圖元布局無(wú)規(guī)律的情況，基于某些策略進(jìn)行試探，從而找到較能滿足要求的走線方案，因此算法耗時(shí)較長(zhǎng)，且很難達(dá)到理想效果。本文在布局階段就考慮到走線，通過(guò)對(duì)稱分層布局和“雁形”布局將交換機(jī)之間、交換機(jī)與IED之間的布局形成了幾種固定相對(duì)位置，如圖6所示，因此走線邏輯將變得明確和簡(jiǎn)單。具體走線原則為：交換機(jī)與交換機(jī)之間的走線采用父交換機(jī)從側(cè)面連接到子交換機(jī)的底邊或頂邊的方式，交換機(jī)與直掛IED之間的走線采用交換機(jī)底邊或頂邊由一個(gè)拐點(diǎn)的折線連接到IED側(cè)面的方式。在布局與走線原則的配合下，不會(huì)出現(xiàn)交叉或多次轉(zhuǎn)折的情況，使得圖形清晰簡(jiǎn)潔。

結(jié)語(yǔ)

智能變電站過(guò)程層物理鏈路可視化無(wú)規(guī)范可循，本文從過(guò)程層物理鏈路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，以智能變電站SCD模型中的過(guò)程層物理鏈路模型為基礎(chǔ)，采用全局的“交換機(jī)-交換機(jī)”分層布局和局部的“交換機(jī)-直連IED”布局相結(jié)合的方法，計(jì)算出合理的布局和走線，實(shí)現(xiàn)“一鍵”生成過(guò)程層物理鏈路的可視化矢量圖。本文最后通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了本方法不僅可實(shí)現(xiàn)過(guò)程層物理鏈路的圖形可視化，生成布局簡(jiǎn)潔、走線清晰的圖形，而且不需要人工繪制圖形，大大提高了工程維護(hù)的效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]修黎明，高湛軍，黃德斌.智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（22）：124-125.

[2]胡道徐，沃建棟.基于IEC 61850的智能變電站虛回路體系[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（17）：78-82.

[3]嚴(yán)浩軍，姚勤豐，許欣.智能變電站二次回路可視化研究與應(yīng)用[J].浙江電力，2015（9）：6-9.