王 清，潘曉明，武家勝

(國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司，江蘇 蘇州 215000)

SCD文件即變電站配置描述文件，該文件描述了站內(nèi)所有IED實(shí)例配置和通信參數(shù)、IED設(shè)備之間的通信配置及信號(hào)聯(lián)系等信息，是智能站繼電保護(hù)裝置工程調(diào)試和定期校驗(yàn)的基礎(chǔ)文件[1-4]。目前智能站改擴(kuò)建、調(diào)試驗(yàn)收和定期校驗(yàn)時(shí)，SCD文件導(dǎo)入校驗(yàn)裝置后，校驗(yàn)儀需要根據(jù)繼電保護(hù)裝置按列表形式對(duì)各參數(shù)項(xiàng)進(jìn)行調(diào)試前配置，配置的過(guò)程繁瑣，尤其是存在部分參數(shù)項(xiàng)在被校驗(yàn)保護(hù)裝置中并未使用或?qū)τ诒Ｗo(hù)裝置校驗(yàn)無(wú)影響，需要在配置時(shí)通過(guò)試驗(yàn)人員的判斷將這些參數(shù)項(xiàng)剔除或忽略，然后每做一遍試驗(yàn)需要重新將這些參數(shù)項(xiàng)再進(jìn)行一次剔除或忽略，大大增加了試驗(yàn)人員的工作量[5-14]。更為甚者，當(dāng)調(diào)試過(guò)程出現(xiàn)GOOSE參數(shù)配置問(wèn)題時(shí)，無(wú)法快速定位GOOSE參數(shù)配置錯(cuò)誤的問(wèn)題，需要試驗(yàn)人員逐個(gè)GOOSE參數(shù)項(xiàng)進(jìn)行篩查，給繼電保護(hù)裝置調(diào)試工作帶來(lái)極大地不便。如果能夠在調(diào)試時(shí)將繼電保護(hù)裝置校驗(yàn)需要的參數(shù)項(xiàng)自動(dòng)篩選出來(lái)，并實(shí)現(xiàn)GOOSE參數(shù)狀態(tài)的圖形化實(shí)時(shí)呈現(xiàn)和控制，將大大減少繼電保護(hù)裝置調(diào)試工作量，縮短調(diào)試過(guò)程，提高調(diào)試效率。本文基于目前智能站繼電保護(hù)裝置工程調(diào)試方法和調(diào)試終端的現(xiàn)狀，提出通過(guò)解析SCD文件，結(jié)合圖形化模型和GOOSE狀態(tài)虛端子關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)GOOSE狀態(tài)顯示和狀態(tài)控制圖形化；同時(shí)根據(jù)保護(hù)動(dòng)作邏輯原理及試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定定義GOOSE狀態(tài)及保護(hù)動(dòng)作判斷規(guī)則，實(shí)現(xiàn)因參數(shù)配置問(wèn)題導(dǎo)致的GOOSE狀態(tài)及保護(hù)動(dòng)作邏輯異常的快速定位，最終提高保護(hù)裝置的調(diào)試效率。

1 SCD解析方法及其選擇

為了實(shí)現(xiàn)參數(shù)配置與控制的圖形化，需要使用合適的方法對(duì)SCD進(jìn)行解析。SCD使用XML作為其描述語(yǔ)言，目前對(duì)XML文件的解析方法主有兩種方式，即DOM(Document Object Model，文檔對(duì)象模型)和SAX(Simple API for XML，XML的簡(jiǎn)單API模型)。

DOM解析方式是W3C組織推薦處理XML的一種方式。在應(yīng)用該方式的程序中，基于DOM的XML分析器將一個(gè)XML文檔轉(zhuǎn)換成一個(gè)對(duì)象模型的集合(通常稱DOM樹(shù))，程序正是通過(guò)對(duì)這個(gè)對(duì)象模型的操作，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)XML文檔數(shù)據(jù)的操作。通過(guò)DOM接口，程序可以在任何時(shí)候訪問(wèn)XML文檔中的任何一部分?jǐn)?shù)據(jù)，因此這種利用DOM接口的機(jī)制也被稱作隨機(jī)訪問(wèn)機(jī)制。

與DOM不同，SAX解析方式提供的訪問(wèn)模式是一種順序模式，這是一種快速讀寫(xiě)XML數(shù)據(jù)的方式。當(dāng)使用SAX分析器對(duì)XML文檔進(jìn)行分析時(shí)，會(huì)觸發(fā)一系列事件，并激活相應(yīng)的事件處理函數(shù)，程序通過(guò)這些事件處理函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)XML文檔的訪問(wèn)，因而SAX接口也被稱作事件驅(qū)動(dòng)接口。SAX不是官方標(biāo)準(zhǔn)，但它是XML社區(qū)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，幾乎所有的XML解析器都支持它。

DOM解析方式的優(yōu)點(diǎn)是訪問(wèn)方便，缺點(diǎn)是占用內(nèi)存較大；SAX解析方式的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)存占用小，缺點(diǎn)是訪問(wèn)不方便。考慮到DOM模型的優(yōu)點(diǎn)以及SCD文件的規(guī)模不會(huì)特別龐大。因此，選擇DOM解析方式對(duì)SCD文件進(jìn)行解析，解析內(nèi)容如圖1所示。

圖1 SCD解析內(nèi)容

2 SCD解析數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)篩選

通過(guò)DOM API對(duì)XML文檔中的數(shù)據(jù)解析后將以樹(shù)形結(jié)構(gòu)的形式展現(xiàn)出來(lái)。由于XML文檔是分級(jí)結(jié)構(gòu)的，因此可以創(chuàng)建一棵樹(shù)，在樹(shù)的節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)上展示整個(gè)XML文檔。通過(guò)從根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始遍歷，程序可以訪問(wèn)到樹(shù)中的任意節(jié)點(diǎn)。解析后的SCD文件按照IED實(shí)例配置、通信配置、GOOSE/SV配置和IED虛端子連接關(guān)系保存到數(shù)據(jù)庫(kù)。作為目前最流行的開(kāi)源嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)，SQLite具有管理簡(jiǎn)單、操作方便、可移植性強(qiáng)、易于維護(hù)、占用資源少等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于PDA、智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，SQLite的優(yōu)勢(shì)顯著。因此，選擇SQLite作為數(shù)據(jù)庫(kù)用于對(duì)SCD文件解析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、查詢和檢索。

考慮到解析后的SCD文件本身節(jié)點(diǎn)非常多，如果一個(gè)一個(gè)遍歷的話，通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)運(yùn)行起來(lái)會(huì)很慢，而且如果使用了深度很大的遞歸還容易出現(xiàn)堆棧溢出。所以，這里用到另外一個(gè)技術(shù)XML Path Language。Xpath是由W3C提出的XML的相關(guān)技術(shù)的一個(gè)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，主要是用來(lái)查詢XML文檔中符合一定標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)列表的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，這種方式實(shí)踐證明速度很快，且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不用設(shè)計(jì)復(fù)雜的遞歸程序。此外，對(duì)于XML的解析采用DOM樹(shù)的方式結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)加大量的哈希表，可大大提高SCD文件的解析速度。

SCD關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)篩選流程如圖2所示。

圖2 SCD關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)篩選流程

(1)打開(kāi)SCD文件，裝載XML文件，形成DOM Tree；

(2)使用Xpath技術(shù)查找相關(guān)節(jié)點(diǎn)；

(3)篩選出需要的節(jié)點(diǎn)。

3 參數(shù)配置的圖形化實(shí)現(xiàn)

通過(guò)SCD文件的解析和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的篩選，利用Qt圖形庫(kù)的Model View框架和Graphics View框架對(duì)SCD文件解析后的虛端子列表和連接信息進(jìn)行圖形可視化實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而形成集操控、可視化為一體的智能變電站測(cè)控軟件。Qt為開(kāi)發(fā)跨平臺(tái)的圖形用戶界面應(yīng)用程序提供了一個(gè)完整的C++應(yīng)用開(kāi)發(fā)框架。同時(shí)，其良好的封裝機(jī)制使得其模塊化程度高，可重用性好。結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)應(yīng)用軟件可直觀顯示SCD文件解析后的虛擬端子列表和虛擬端子間的連接情況，快速掌握變電站系統(tǒng)配置情況及虛端子連接信息，為智能站繼電保護(hù)調(diào)試時(shí)的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和操控提供支撐。

(1)虛端子的圖形顯示。利用Qt的Model/View框架可以方便地將數(shù)據(jù)與表現(xiàn)層分開(kāi)，其中模型負(fù)責(zé)獲取需要顯示的數(shù)據(jù)。View從Model獲取model indexes，model indexes作為數(shù)據(jù)項(xiàng)引用。通過(guò)把model indexes提供給Model，View可以從數(shù)據(jù)源中獲取數(shù)據(jù)。Qt中的View主要有3種：QListView，QTreeView和QTableView。常用的Model為QAbstractItemModel。這里采用QAbstractTableModel的自定義Model實(shí)現(xiàn)虛端子及IED設(shè)備的顯示，通過(guò)封裝不同內(nèi)容的Model，然后通過(guò)View的setModel將實(shí)際內(nèi)容進(jìn)行顯示。

(2)虛端子連接關(guān)系的圖形顯示。Graphics View提供了一個(gè)QGraphicsScene作為場(chǎng)景，管理大數(shù)量定制的2D items，同時(shí)也允許與這些Items進(jìn)行交互。通過(guò)view widget可以將這些Items繪制出來(lái)。圖形化虛端子的連接方式采用畫(huà)直線的方式實(shí)現(xiàn)，當(dāng)前選中的IED框圖畫(huà)在視圖中央，兩邊畫(huà)各個(gè)外部IED框圖。在每個(gè)IED框圖中畫(huà)出各個(gè)IED發(fā)出對(duì)方的SV和GOOSE控制塊框圖，并畫(huà)出連線。

4 圖形化控制的測(cè)試儀軟硬件開(kāi)發(fā)

在參數(shù)配置圖形化基礎(chǔ)上，采用ARM+FPGA可編程芯片硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)圖形化控制的測(cè)試儀軟硬件搭建，其框架如圖3所示。

圖3 圖形化控制測(cè)試儀軟硬件框架

下面對(duì)最終實(shí)現(xiàn)的圖形化控制基本功能進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

(1)SV和GOOSE虛端子回路連線展示。根據(jù)SCD模型以及SV和GOOSE訂閱關(guān)系自動(dòng)生成SV和GOOSE虛端子回路連線圖，同時(shí)標(biāo)注虛端子的描述和狀態(tài)(電壓和電流值)。在測(cè)試儀的回路圖上實(shí)現(xiàn)通過(guò)圖形化方式控制測(cè)試儀與被測(cè)裝置之間的SV和GOOSE的信號(hào)傳遞，通過(guò)手動(dòng)修改或者觸發(fā)SV和GOOSE信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置和回路進(jìn)行檢驗(yàn)。

(2)可視化的GOOSE虛端子狀態(tài)監(jiān)視。根據(jù)SCD模型以及GOOSE訂閱關(guān)系自動(dòng)生成GOOSE虛端子回路連線圖，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)視GOOSE變位信息，并在測(cè)試儀上通過(guò)圖形化方式突出顯示。通過(guò)數(shù)值、連線以及指示燈顏色的變化及閃爍及時(shí)提醒校驗(yàn)人員。

(3)重合閘校驗(yàn)邏輯自動(dòng)檢查與提示。線路重合閘充電需要具備以下五個(gè)條件：①重合閘切換開(kāi)關(guān)未放在“停用”位置；②無(wú)TWJ開(kāi)入，斷路器三相都應(yīng)該在合位；③無(wú)壓力低閉鎖重合閘：主要指斷路器的油壓或氣壓低閉鎖；④無(wú)外部閉鎖重合閘的開(kāi)入，如其他保護(hù)閉鎖重合閘的開(kāi)人；⑤無(wú)電壓互感器斷線：根據(jù)裝置電壓互感器斷線的條件，需要給裝置電壓回路加上正常交流電壓。

通過(guò)判斷電壓互感器電壓、斷路器運(yùn)行狀態(tài)和重合閘閉鎖信號(hào)模擬重合閘充電指示。手持式測(cè)試儀在進(jìn)行線路保護(hù)測(cè)試時(shí)，在輸出正常電壓的同時(shí)模擬智能終端發(fā)送GOOSE信號(hào)到被測(cè)保護(hù)裝置。如果重合閘的位置、斷路器位置以及閉鎖重合閘的信號(hào)不滿足重合閘條件，充電指示燈將不能點(diǎn)亮。通過(guò)在測(cè)試儀上檢查和模擬充電指示，極大方便了現(xiàn)場(chǎng)人員的工作，提高了效率，減少了差錯(cuò)。

(4)圖形化設(shè)置SV和GOOSE檢修軟壓板。在智能站保護(hù)裝置校驗(yàn)時(shí)，需要將校驗(yàn)儀與保護(hù)裝置的檢修狀態(tài)保持一致；在智能站保護(hù)裝置工程調(diào)試時(shí)，則需要將校驗(yàn)儀和保護(hù)裝置檢修狀態(tài)進(jìn)行組合，校驗(yàn)其檢修機(jī)制。通過(guò)在人機(jī)交互界面上設(shè)計(jì)圖形化按鈕的方式，可以簡(jiǎn)單直觀地對(duì)校驗(yàn)儀檢修狀態(tài)進(jìn)行快速切換，實(shí)現(xiàn)檢修軟壓板的投切。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種基于SCD解析文件的GOOSE狀態(tài)顯示和狀態(tài)控制圖形化實(shí)現(xiàn)方法，并在ARM+FPGA可編程芯片的基礎(chǔ)上搭建了測(cè)試儀的軟硬件平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)SV和GOOSE虛端子回路連線的圖形化展示，GOOSE狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示和便攜化圖形控制，線路保護(hù)裝置工程調(diào)試與校驗(yàn)時(shí)重合閘邏輯正確性的判斷和SV與GOOSE檢修軟壓板狀態(tài)的圖形化切換。從而簡(jiǎn)化二次檢修人員智能變電站保護(hù)與測(cè)控設(shè)備校驗(yàn)時(shí)參數(shù)配置的復(fù)雜性，并為判斷校驗(yàn)參數(shù)設(shè)置的正確性提供直觀提示，提升保護(hù)與測(cè)控設(shè)備校驗(yàn)的效率。同時(shí)為自動(dòng)讀取保護(hù)與測(cè)控定值，自動(dòng)配置校驗(yàn)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)的自動(dòng)化奠定基礎(chǔ)。