CN104617672A - 基于过程层物理通信介质建模的在线监测*** - Google Patents

基于过程层物理通信介质建模的在线监测*** Download PDF

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Abstract

一种电力***领域的基于过程层物理通信介质建模的在线监测***，包括：SCD导入模块、模型解析模块、图模映射模块、网络通信模块和图形展示模块。本发明通过对于过程层物理通信介质(交换机、光缆、联接压板等)的建模，补充了IEC61850标准模型的不足之处，增加了过程层交换机、联接光缆、压板等模型。在此基础上采用图模映射技术，实现二次***的可视化在线监测，实现基于模型的二次***“图实相符”应用，确保了运行维护对象具有模型特征，提高了智能变电站二次***的可观性、可控性，为智能电网各种高级应用的拓展奠定了基础。

Description

基于过程层物理通信介质建模的在线监测***
技术领域
本发明涉及的是一种电力***领域的电网二次***控制技术，具体是一种基于过程层物理通信介质建模的在线监测***。
背景技术
目前国内大力推进的智能变电站信息通信机制基于IEC61850标准，IEC61850标准提出了“三层两网”的架构体系，其中过程层采用SV、GOOSE报文，用光缆代替电缆，用SV、GOOSE“数据包”，实现IED之间的信息关联，IEC61850标准仅强调通信链路的联接关系，弱化了网络设备和过程层的通信介质。IEC61850标准中并没有过程层交换机、联接光缆、联接压板等模型的描述，而变电站实际维护对象恰恰是这些物理联接设备。由于，整个二次***涵盖在SCD文件中，体现为“不可见”特征。由此，带来了智能变电站实际运行维护的巨大困难。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN104239406A公开(公告)日2014.12.24，公开了一种智能变电站二次设备配置的高可视化展示方法。该技术公开了以下具体方法：1)智能解析SCD文件；2)自动生成设备与网络的接线图；3)自动生成设备间的逻辑连接图；4)通过与用户互动实现的逻辑连接的分步、分层的展示。该技术利用智能处理算法及新颖的展示手段，对智能变电站配置进行高可视化、高互动的展示，使设备所支持的信息模型及设备与设备间的通信接口、设备间的逻辑连接变的一目了然，进而使站内的相关人员可以快速地掌握变电站站内的业务情况，能很大程度的提高变电站的运行、维护效率。但该技术无法实现涵盖过程层交换机、联接光缆、压板等建模，无法实现物理联接与逻辑链路以及逻辑链路与功能回路的完整映射，获得“图实相符”的应用效果。
中国专利文献号CN102436523A公开(公告)日2012.05.02，公开了一种数字化变电站间隔接线图自动成图方法，其步骤如下：首先，由SCL语法解析模块读取并解析SCD文件，获得一次设备信息及连接关系；其次，通过一次设备功能关系链算法模块根据一次设备信息及连接关系，判断出一次设备的接线方式，生成抽象的间隔信息；接着，通过间隔接线图绘制模块把抽象的间隔信息还原成间隔接线图；最后由数据库对象关联模块使间隔接线图与数据库对象进行关联；根据设备形状、方向和位置，通过设备标签标注模块自动为间隔接线图中的设备生成标签。该技术避免了手工操作可能出现的错误，为数字化变电站的可靠运行提供了坚实基础。但该技术无法实现涵盖过程层交换机、联接光缆、压板等建模，无法实现物理联接与逻辑链路以及逻辑链路与功能回路的完整映射，获得“图实相符”的应用效果。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于过程层物理通信介质建模的在线监测***，通过对于过程层物理通信介质(交换机、光缆、联接压板等)的建模，补充了IEC61850标准模型的不足之处，增加了过程层交换机、联接光缆、压板等模型。在此基础上采用图模映射技术，实现二次***的可视化在线监测，实现基于模型的二次***“图实相符”应用，确保了运行维护对象具有模型特征，提高了智能变电站二次***的可观性、可控性，为智能电网各种高级应用的拓展奠定了基础。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：SCD导入模块、模型解析模块、图模映射模块、网络通信模块和图形展示模块，其中：SCD导入模块经HMI(Human Machine Interface，人机接口)导入变电站SCD模型，补充过程层交换机、光缆和联接压板等模型，并输出至模型解析模块；模型解析模块依据SCL标签搜索技术，从SCD文件的静态模型中解析得到二次虚回路与物理联接介质的关联关系，以及逻辑链路与功能回路的关联关系，输出至图模映射模块；图模映射模块根据物理联接光缆与通信链路之间以及通信链路与功能回路之间的对应关系，采取图模一体化技术生成基本图元并输出至图形展示模块；网络通信模块接收来自交换机的实时SV报文和GOOSE报文，实现基于模型进行通信链路报文与物理联接以及通信链路与功能回路的匹配；图形展示模块依据实时匹配的报文，实现基于间隔物理联接及保护二次原理图的展示，从而实现具有“图实相符”特征的智能变电站二次***。
技术效果
与现有技术相比，本发明基于IEC61850标准的智能变电站构建了与物理通信介质一致的完整模型，由此，具备了基于图模映射技术实现智能变电站二次***无“盲点”在线监测的技术基础，通过采用可视化技术，可实现基于间隔物理联接及保护二次原理图的展示。在工程应用上屏蔽了IEC61850体系的复杂性，实现了真正意义上变电站二次***“图实相符”。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为实施例流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例包括：SCD导入模块、模型解析模块、图模映射模块、网络通信模块和可视化展示模块，其中：SCD导入模块经HMI导入变电站SCD模型，补充过程层交换机、光缆和联接压板等模型后输出至模型解析模块；模型解析模块依据SCL标签搜索技术，从SCD文件的静态模型中解析得到二次虚回路与物理联接介质的关联关系以及逻辑链路与功能回路的关联关系，并输出至图模映射模块；图模映射模块根据物理联接光缆与通信链路之间以及通信链路与功能回路之间的对应关系，采取图模一体化技术生成基本图元，并输出至图形展示模块；网络通信模块接收来自交换机的实时SV和GOOSE报文，实现基于模型进行通信链路报文与物理联接以及通信链路与功能回路的匹配；图形展示模块依据实时匹配的报文，实现基于间隔物理联接及保护二次原理图的展示。
所述的变电站SCD模型是指：仅包含保护装置虚回路相关的全部信息所表示的模型，包括GOOSE控制块定义、Extref定义、GOOSE控制块定义中数据集的定义等。
所述的SCD导入模块包括：模型交互单元、模型检查单元和模型补充单元，其中：模型交互单元经HMI接口导入变电站SCD模型并输出至模型检查单元，模型检查单元根据CAD设计原理图检查SCD文件中的过程层交换机模型、光缆模型和压板模型的完整性，模型补充模块依据涵盖过程层交换机模型、光缆模型和压板模型的“SCD应用模型规范”，通过人工方式对SCD文件补充交换机、光缆、联接压板等模型，将补充后的SCD文件输出至模型解析模块。
所述的完整性是指：由CAD设计图纸所涵盖、与二次***功能实现相关的过程层所有物理通信介质，过程层交换机(或分光器)、联接光缆和压板等；
所述的“SCD应用模型规范”是指：包括但不限于涵盖过程层通信建模要求，如交换机、通信端口、联接光缆和压板模型的SCD建模原则；
所述的补充是指：在SCD文件中增加过程层通信物理介质，如交换机、联接光缆以及压板等模型。
所述的模型解析模块采用SCL标签搜索技术，解析补充后的SCD文件中的静态模型，得到二次虚回路与物理联接介质的关联关系及逻辑联接与功能回路的关联关系，并将结果送至图模映射模块。
所述的SCL标签搜索技术是指：针对出现的SCL标签进行搜索，其中：SCL标签包括：IED标签类别：<IED、>、</IED>，Inputs标签类别：<Inputs、>、</Inputs>、/>，GSEcontrol标签类别：<GSEControl、>、</GSEControl>，LD标签类别：<LDevice、>、</LDevice>、/>，LN标签类别：<LN、>、</LN>、/>，Dataset标签类别：<DataSet、>、</DataSet>、/>等。
所述的图模映射模块包括：模型映射单元、图元解析单元，其中：模型映射单元将二次虚回路与物理联接介质的关联关系映射成物理联接光缆与通信链路的对应关系，以及通信链路与功能回路的对应关系，并输出至图元解析单元，图元解析单元根据物理联接光缆与通信链路的对应关系，以及逻辑联接与功能回路的关联关系，采取图模一体化技术生成基本图元。
所述的二次虚回路与物理联接介质的关联关系是指：二次虚回路与所承载的通信物理介质之间的逻辑从属关联，如第i号线路保护跳闸虚回路由第x号光缆实现与第y号智能终端的连接。
所述的逻辑链路与功能回路的关联关系是指：SV、GOOSE链路所对应的二次回路，如交流回路、跳闸回路、合闸回路、失灵启动回路、联闭锁回路等。
所述的图模一体化技术是指：图形中元素、元素之间的关联、动态数值与模型中的对象、对象间的模型关系、模型中的数据状态具有一一对应关系。
所述的基本图元是指：反映一次设备与二次设备物理联接关系图以及保护二次***原理图，如交流回路、跳闸回路、失灵启动回路等；
所述的网络通信模块分别通过内置的SV网口和GOOSE网口与对应的SV网络及GOOSE网络相连，并获得实时SV和GOOSE报文后输出至图形展示模块。
所述的图形展示模块包括：图元匹配元件和可视化展示元件，其中：图元匹配元件根据物理联接光缆与通信链路的对应关系，以及通信链路与功能回路的对应关系，与实时SV和实时GOOSE报文进行匹配，并将匹配结果输出至可视化展示元件，以SVG等方式显示基于间隔物理联接、保护二次***原理图。
所述的匹配是指：实时SV、GOOSE报文与SCD虚回路模型对应；
所述的匹配结果是指：通过实时SV、GOOSE报文与SCD虚回路模型的对应关系，实现虚回路状态监视。
由此，完成基于过程层通信物理介质建模的智能变电站二次***可视化展示，有效地提升了智能变电站二次***的可观性、可控性，为电网安全稳定运行提供了坚实的基础。
如图2所示，本实施例所述***通过以下方式实现在线监测：
S100：获取SCD文件，依据CAD设计原理图，检查SCD文件中的交换机、光缆、联接压板模型的完整性；依据用户确定的交换机、光缆、联接压板模型规范(如SCD应用模型规范)，补充交换机、光缆、联接压板等模型。
S200：依据SCL标签搜索技术，解析SCD文件二次虚回路与通信物理联接介质的关联关系；
S300：将二次虚回路与物理联接介质的关联关系，映射成物理联接光缆与通信链路的对应关系，以及通信链路与功能回路的对应关系，采取图模一体化技术，构成基本图元；
S400：匹配实时SV、GOOSE报文，以可视化方式展示基于间隔物理联接、保护二次***原理图等。
由此，完成基于过程层物理通信介质建模的智能变电站二次***可视化展示，有效地提升了智能变电站二次***的可观性、可控性，为电网安全稳定运行提供了坚实的基础。

Claims (8)

1.一种基于过程层物理通信介质建模的在线监测***，其特征在于，包括：SCD导入模块、模型解析模块、图模映射模块、网络通信模块和图形展示模块，其中：SCD导入模块经HMI导入变电站SCD模型，补充过程层交换机、光缆和联接压板模型，并输出至模型解析模块；模型解析模块依据SCL标签搜索技术，从SCD文件的静态模型中解析得到二次虚回路与物理联接介质的关联关系以及逻辑链路与功能回路的关联关系，输出至图模映射模块；图模映射模块根据物理联接光缆与通信链路之间以及通信链路与功能回路之间的对应关系，采取图模一体化技术生成基本图元并输出至图形展示模块；网络通信模块接收来自交换机的实时SV报文和GOOSE报文，实现基于模型进行通信链路报文与物理联接以及通信链路与功能回路的匹配；图形展示模块依据实时匹配的报文，实现基于间隔物理联接及保护二次原理图的展示，并实现具有图实相符特征的智能变电站二次***；
所述的补充是指：在SCD文件中增加交换机模型、光缆模型以及联接压板模型；
所述的二次虚回路与物理联接介质的关联关系是指：二次虚回路与所承载的通信物理介质之间的逻辑从属关联；
所述的逻辑链路与功能回路的关联关系是指：SV、GOOSE链路所对应的二次回路；
所述的基本图元是指：反映一次设备与二次设备物理联接关系图以及保护二次***原理图；所述的匹配是指：实时SV、GOOSE报文与SCD虚回路模型对应。
2.根据权利要求1所述的基于过程层物理通信介质建模的在线监测***，其特征是，所述的二次回路是指：，如交流回路、跳闸回路、合闸回路、失灵启动回路、联闭锁回路；
所述的保护二次***原理图是指：交流回路、跳闸回路、合闸回路、失灵启动回路、联闭锁回路。
3.根据权利要求1所述的基于过程层物理通信介质建模的在线监测***，其特征是，所述的SCD导入模块包括：模型交互单元、模型检查单元和模型补充单元，其中：模型交互单元经HMI接口导入变电站SCD模型并输出至模型检查单元，模型检查单元根据预存的CAD设计原理图检查SCD文件中的过程层交换机模型、光缆模型和联接压板模型的完整性，模型补充模块依据涵盖过程层交换机模型、光缆模型和压板模型的SCD应用模型规范，通过人工方式对SCD文件补充交换机、联接光缆、压板，并将补充后的SCD文件输出至模型解析模块。
4.根据权利要求1所述的基于过程层物理通信介质建模的在线监测***，其特征是，所述的模型解析模块采用SCL标签搜索技术，解析补充后的SCD文件中的静态模型，得到二次虚回路与物理联接介质的关联关系及逻辑联接与功能回路的关联关系，并将结果送至图模映射模块。
5.根据权利要求1所述的基于过程层物理通信介质建模的在线监测***，其特征是，所述的图模映射模块包括：模型映射单元、图元解析单元，其中：模型映射单元将二次虚回路与物理联接介质的关联关系映射成物理联接光缆与通信链路的对应关系以及通信链路与功能回路的对应关系并输出至图元解析单元，图元解析单元根据物理联接光缆与通信链路的对应关系以及逻辑联接与功能回路的关联关系，采取图模一体化技术生成基本图元。
6.根据权利要求1所述的基于过程层物理通信介质建模的在线监测***，其特征是，所述的网络通信模块分别通过内置的SV网口和GOOSE网口与对应的SV网络及GOOSE网络相连，并获得实时SV和GOOSE报文后输出至图形展示模块。
7.根据权利要求1所述的基于过程层物理通信介质建模的在线监测***，其特征是，所述的图形展示模块包括：图元匹配元件和可视化展示元件，其中：图元匹配元件根据物理联接光缆与通信链路的对应关系以及通信链路与功能回路的对应关系，与实时SV和实时GOOSE报文进行匹配，并将匹配结果输出至可视化展示元件，以SVG方式显示基于间隔物理联接、保护二次***原理图。
8.一种根据上述任一权利要求所述***的在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100：获取SCD文件，依据CAD设计原理图，检查SCD文件中的交换机、联接光缆、压板模型的完整性；依据用户确定的交换机、联接光缆、压板模型规范，补充交换机、光缆、联接压板模型；
S200：依据SCL标签搜索技术，解析SCD文件二次虚回路与物理联接介质的关联关系；
S300：将二次虚回路与物理联接介质的关联关系，映射成物理联接光缆与通信链路的对应关系以及通信链路与功能回路的对应关系，采取图模一体化技术，构成基本图元；
S400：匹配实时SV、GOOSE报文，以可视化方式展示基于间隔物理联接、保护二次***原理图。
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