CN114818021A

CN114818021A - 基于gim模型的二次***设备三维建模数字化移交方法

Info

Publication number: CN114818021A
Application number: CN202210385266.7A
Authority: CN
Inventors: 朱海峰; 孔军; 潘芸; 李杨; 项琰; 曹卫国; 杨晓渝; 顾俊杰; 侯凯旋
Original assignee: Five-C Smart Power Grid Technology Co ltd; Suzhou Power Supply Co of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Current assignee: Five-C Smart Power Grid Technology Co ltd; Suzhou Power Supply Co of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Priority date: 2022-04-13
Filing date: 2022-04-13
Publication date: 2022-07-29

Abstract

本发明公开了基于GIM模型的二次***设备三维建模数字化移交方法，模型层级由上至下依次为CBM***级、DEV设备级、PHM集合级和MOD部件级；建立标准格式文件，标准格式文件按照四个目录结构进行存储；根据物理结构确定DEV设备级的物理模型与PHM集合级的组合模型、MOD部件级的几何模型单元的引用关系，通过引用方式建立各层级的关系；工程模型、物理模型、组合模型文件引用不包含自身的同级文件和下一级模型文件。本发明面向变电站二次***设备进行扩充，建立二次***设备的模型文件体系，解决二次***多种类、多层级的复杂关系在建模过程中的问题；明确模型间的引用逻辑和三维模型属性的配置；满足要求的三维模型文件实现不同平台、软件、文件间的相互调用。

Description

基于GIM模型的二次***设备三维建模数字化移交方法

技术领域

本发明涉及属于变电站二次***技术领域，特别涉及基于GIM模型的二次***设备三维建模数字化移交方法。

背景技术

变电站二次***是由继电保护、安全自动控制、***通讯、调度自动化、DCS自动控制***等组成的***。二次***是电力***不可缺少的重要组成部分，它是实现人与一次***的联系监视、控制，使一次***能安全经济地运行。变电站的三维数字化技术是通过软件采用面向数字化基本构件，辅以电力技术专业手段，以建立对象的三维数字化模型为目标的一种信息化手段。

三维数字化技术在二次***的应用上的应用研究仍处于起步阶段，目前国家已发布标准规定输变电工程三维设计模型GIM文件的标准格式，但该格式主要面向变电站的一次***设备，已有的GIM文件的格式无法满足构建二次信息三维模型的需要，而二次***设备三维建模能够在电网建设多个阶段发挥显著作用。例如在变电站设计阶段，可以通过二次***设备三维建模检查二次***的合理性和正确性；在建设实施阶段能应用二次***设备三维模型指导光纤熔接、电缆铺设、检查发现施工与设计的差异；在运检过程中，二次***设备三维模型可以精准定位故障点，寻找电缆位置，指导安措实施等。

发明内容

本发明提供基于GIM模型的二次***设备三维建模数字化移交方法，用以解决现有技术中的如下问题：

(1)与变电站一次***设备相比，二次***设备具有的多层级、多种类的特点，如保护测控装置、交换机，ODF，端子，端子继电器，逻辑单元，光电转换器，空开，压板等多个种类的设备均由多个层级的元件组合而成，建模工作更为复杂，因此需要建立特定的层级规则来辅助建模。

(2)二次***设备需要多种属性参数来表达其自身的必要性和唯一性信息，以满足三维呈现及其他高级应用拓展的需求，因此需要定义各设备模型的属性参数。

(3)在变电站二次***设备三维模型文件数字化移交的过程中，为了确保移交文件的质量，需要制定文件移交标准。

本发明所采取的技术方案为：

本发明提供了一种基于GIM模型的二次***设备三维建模数字化移交方法，模型层级由上至下依次为CBM***级、DEV设备级、PHM集合级和MOD部件级；建立标准格式文件，标准格式文件按照四个目录结构进行存储；所述标准格式文件的存储数据包括：几何模型单元的后缀扩展名为mod、组合模型的后缀扩展名为phm、物理模型的后缀扩展名为dev、逻辑模型的后缀扩展名为sch、工程模型的后缀扩展名为cbm以及属性信息的后缀扩展名为fam；

根据物理结构确定DEV设备级的物理模型与PHM集合级的组合模型、MOD部件级的几何模型单元的引用关系，通过引用方式建立各层级之间的关系；所述工程模型(*.cbm)、物理模型、组合模型文件引用不包含自身的同级文件和下一级模型文件；

格式文件采用GUID作为唯一标识，所述格式文件统一采用UTF-8编码；所述标准格式文件通过引用方式建立各层级之间的关系。

优选地，所述DEV设备级的对象包括但不限于屏柜、继电保护装置、硬压板、空开、端子排。

优选地，屏柜由装置、空屏柜、硬压板、空开、端子排组成，屏柜的物理模型引用部件包括但不限于装置、空屏柜、硬压板、空开、端子排的物理模型。

优选地，装置由板卡和机箱的部件组成，装置的物理模型引用板卡、机箱等部件的组合模型。

优选地，板卡由光口、电口、端子、背板的部件组成，板卡的组合模型引用包括但不限于光口、电口、端子、背板的部件的基础模型单元。

优选地，机箱由机壳、液晶显示器、按钮、指示灯组成，机箱的组合模型引用包括但不限于机壳、液晶显示器、按钮、指示灯的部件的基础模型单元。

优选地，硬压板的物理模型引用硬压板的组合模型，硬压板的组合模型引用基础模型单元。

优选地，MOD文件夹中，每个mod文件对应一个fam属性文件，用于表述mod对象的属性参数；属性文件内容包括但不限于电网标识***编码、生产厂家、型号、类型；

每个phm文件对应一个fam文件；属性文件内容包括：电网标识***编码、生产厂家、型号、编号、类型。

DEV文件夹中，每个dev文件对应一个fam属性文件，属性文件中内容包括但不限于电网标识***编码、生产厂家、型号、名称、编号、PMS设备ID、物料编码、软件版本；CBM文件夹中，每个cbm文件对应一个fam属性文件。

本发明还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述方法的步骤。

有益效果是：本发明在已有的GIM模型格式基础上，面向变电站二次***设备进行扩充，建立了二次***设备的模型文件体系，解决了二次***多种类、多层级的复杂关系在建模过程中带来的问题；明确了模型之间的引用逻辑和三维模型属性的配置方法；满足要求的三维模型文件可以实现不同平台，不同软件，不同文件之间的相互调用；提出了数字化移交。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的目录结构示意图。

图2为本发明实施例一提供的三维模型的层级及引用关系图。

图3为本发明实施例一提供的原始数据施工信息目录架构图。

图4为本发明实施例一提供的竣工图编制阶段移交后的存储结构根目录架构图

图5为本发明实施例一提供的三维设计模型同步移交根目录架构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供了基于GIM模型的二次***设备三维建模数字化移交方法，为更加清晰表述，实施例举例进行表述：

二次***设备三维模型文件格式

参照《Q/GDW 11809—2018输变电工程三维设计模型交互规范》中GIM文件的整体格式，模型文件包括文件头和存储域，通过引用一系列标准格式文件，根据关联关系将它们拼接起来，形成能够表达电力设备外观及属性的模型。

如图1所示，标准格式文件存储的数据包括：几何模型单元(*.mod)、组合模型(*.phm)、物理模型(*.dev)、逻辑模型(*.sch)、工程模型(*.cbm)以及属性信息(*.fam)。标准格式文件按照四个目录结构进行存储。

文件采用GUID作为唯一标识。所有文件统一采用UTF-8编码。标准格式文件通过引用方式建立各层级之间的关系。

三维模型的层级及引用关系

如图2所示，模型层级由上至下以此为CBM***级、DEV设备级、PHM集合级、MOD部件级。CBM为***级，本技术方案不涉及。

DEV层级(“设备”层级)的对象包括：屏柜、继电保护装置(简称“装置”)、硬压板、空开、端子排等。

根据物理结构确定DEV层级的物理模型(*.dev)与PHM层级的组合模型(*.phm)、MOD层级的几何模型单元(*.mod)等文件的引用关系，通过引用方式建立各层级之间的关系。

工程模型(*.cbm)、物理模型(*.dev)、组合模型(*.phm)文件可以引用同级和下一级模型文件，但不能引用自身。

例如：

(1)屏柜由装置、空屏柜、硬压板、空开、端子排等部件组成，屏柜物理模型(*.dev)需引用装置、空屏柜、硬压板、空开、端子排等部件的物理模型(*.dev)。

(2)装置由板卡和机箱等部件组成，装置物理模型(*.dev)引用板卡、机箱等部件的组合模型(*.phm)。

(3)板卡由光口、电口、端子、背板等部件组成，板卡组合模型(*.phm)引用光口、电口、端子、背板等部件的基础模型单元(*.stl)。

(4)机箱由机壳、液晶显示器、按钮、指示灯等部件组成，机箱组合模型(*.phm)引用机壳、液晶显示器、按钮、指示灯等部件的基础模型单元(*.stl)。

(5)硬压板的物理模型(*.dev)引用硬压板的组合模型(*.phm)，硬压板的组合模型(*.phm)引用基础模型单元(*.stl)。

三维模型的属性文件

属性文件生成规则

(1)MOD文件夹

每个*.mod文件，对应一个*.fam属性文件，用来对*.mod对象的属性参数进行说明。属性文件内容包括：电网标识***编码、生产厂家、型号、类型(例如光口分为ST、LC等；端子排分为普通端子、试验端子、单层/多层端子等等)、光功率(光口)、连接速率(光口/电口)等等内容。属性可依据实际情况扩充，不同对象的*.mod文件，其属性会有所不同。

(2)PHM文件夹

每个*.phm文件，对应一个*.fam文件。属性文件内容包括：电网标识***编码、生产厂家、型号、编号(板卡编号等)、类型(比如标准4U/2U机箱等)等等内容。属性可依据实际情况扩充，不同对象的*.phm文件，其属性会有所不同。

(3)DEV文件夹

每个*.dev文件，对应一个*.fam属性文件。属性文件中内容包括：电网标识***编码、生产厂家、型号、名称、编号、PMS设备ID、物料编码、软件版本等等内容。属性可依据实际情况扩充，不同对象的*.dev文件，其属性会有所不同。

(4)CBM文件夹

每个*.cbm文件，对应一个*.fam属性文件。属性文件内容参考Q/GDW 11809—2018和Q/GDW 11810.1。属性可依据实际情况扩充，不同对象的*.fam文件，其属性会有所不同。

三维模型属性表，在*.fam属性文件中，描述各个三维模型所代表的设备具备的属性参数，属性表参考如下表所示。

(1)屏柜属性表

属性名称	数据类型	单位	英文字段名称	说明
					屏柜名称	文本型	NAME
屏柜编号	文本型		CUBICLE_ID
					所属间隔	文本型	BAY
屏柜编码	文本型		GRID_ID	GIM设备编码
					调度编号	文本型	RUN_ID
设备位置	文本型		LOCATION
					生产厂家	文本型	MANUFACTURE
屏柜规格	文本型		SPECIFICATION

(2)保护测控装置属性表

(3)后台服务器属性表

属性名称	数据类型	单位	说明	英文字段名称
					生产厂家	文本型			MANUFACTORY
装置型号	文本型			TYPE
					装置名称	文本型			NAME
装置编号	文本型			UNIT_ID
					装置编码	文本型		软件自动生成	GRID_ID
软件版本	文本型			VERSION
					功耗	文本型	-		POWER_DISSIPATION
工作电源	文本型	-		WORKING_POWER
					处理器字长	文本型	位		CPU_WORD_LENGTH
CPU个数	文本型	个		CPU_NUMBERS
					主频	文本型	GHz		BASIC_FREQUENCY
内存	文本型	G		MEMORY
					显存	文本型	M		VIDEO_MEMORY
硬盘	文本型	GB		HARD_DISK
					网卡数量	文本型	块		NETWORK_CARD_NUMBERS
网卡数率	文本型			NETWORK_CARD_RATE
					操作***	文本型			OPETATING_SYSTEM

(4)板卡及端口属性表

(5)端子排属性表

(6)硬压板属性

属性名称	数据类型	单位	示例	英文字段名称
					压板编号	文本型	1-4CLP1	PLATEN_ID
压板名称	文本型		检修硬压板	NAME
					压板编码	文本型	电网标识***编码	GRID_ID
压板类型	文本型		高压切换片/弹簧切换片	TYPE

(7)空开属性

属性名称	数据类型	单位	示例	英文字段名称
					空开编号	文本型	1ZKK	AIRSWITCH_ID
空开名称	文本型		遥信电源	NAME
					空开编码	文本型	电网标识***编码	GRID_ID
空开类型	文本型		单级/双极/多级	MODEL
					空开型号	文本型		TYPE

(8)电缆回路属性表

(9)光缆回路属性表(同尾缆)

(10)跳纤属性

属性名称	数据类型	单位	英文字段名称
				跳纤编号	文本型	TX_ID
跳纤编码	文本型		GRID_ID
				回路功能	文本型	LOOP_FUNCTION
跳纤长度	文本型		TX_LENGTH
				起始设备编码	文本型	BEGIN_DEVICE_GRID_ID
终止设备编码	文本型		END_DEVICE_GRID_ID

三维模型的数字化移交

1、基本要求

模型文件的结构、属性、内容应符合相关规范，具备完备性、关联性、一致性、唯一性、扩展性等特点，满足可视化、可分析、可编辑、可出图等工程全寿命周期应用需求，能够实现数据在不同软件之间的共享和应用。

2、完整性要求

几何模型单元(*.mod)、组合模型(*.phm)、物理模型(*.dev)、逻辑模型(*.sch)、工程模型(*.cbm)以及属性信息(*.fam)。

(1)屏柜类

屏柜类包括变电站内的二次***继电保护屏柜、交直流***屏柜、汇控柜等。

模型文件需包含其自身的物理模型(*.dev)和属性信息(*.fam)及其需要引用的其他物理模型(*.dev)、组合模型(*.phm)、属性信息(*.fam)。

(2)装置类

装置类包括变电站内的二次***继电保护装置、测控装置、稳控装置、记录分析装置、服务器、交换机等。

(3)屏柜附件类

屏柜附件类包括屏柜中的空屏柜(单指箱体)、空开、硬压板、指示灯、转换把手、按钮、端子排、导轨、继电器等。

(3)板卡类

板卡类包括继电保护装置的CPU板卡、信号输入输出板卡、通信板卡等。板卡为装置类对象的下一级对象，体现为一个装置拥有一个或多个板卡，但板卡类本身并不能单独构成一个装置。

模型文件需包含其自身的组合模型(*.phm)和属性信息(*.fam)及其需要引用的其他组合模型(*.phm)、几何模型单元(*.mod)、基础模型单元(*.stl)、属性信息(*.fam)。

(4)部件类

部件类包括用来连接线缆的光口、电口、端子以及机壳、液晶面板、按钮、指示灯等。

模型文件需包含其自身的几何模型单元(*.mod)或基础模型单元(*.stl)。

(5)线缆类

线缆类包括光纤(缆)、电缆、网线、485通信线等。

存储结构要求

三维设计软件生成的原始工程数据应在竣工图阶段随三维设计模型同步移交。竣工图编制阶段移交的三维设计模型应与验收后的实际施工结果一致。总体文件存储结构示意图如图3-4所示。

关联文件要求

三维设计模型应与设计图纸关联，模型层级结构与关联图纸类型的对应关系见下表。竣工图编制阶段应关联图纸，初步设计和施工图设计阶段可不关联图纸。如图5所示。

二次***设备模型可视化展示及应用

数字化移交的一次三维模型及本项目所建立的二次三维模型，都按照三维建模规范，对一次设备、二次设备的三维模型的工程模型、物理模型、组合模型、几何模型分别建立了相对应的属性文件,各类属性文件内包含了实际变电站工程、一次设备、二次设备所相关的基本信息。在一次、二次***设备都具备完善的三维模型时，即具备了变电站数字孪生的基础，在此基础上可以开发更多的高级应用，以满足变电站日常运维的需要，提高工作效率。

例如，使用GIM模型文件解析工具，基于三维模型文件及变电站***配置描述文件(*.scd)和变电站物理配置描述文件(*.spcd)，通过“虚实对应”技术，建立二次***设备通信中实回路与虚回路的对应关系，可直观地在三维模型的基础上展示回路信息，也可根据需要快速定位二次***设备。

以上参照示出根据本申请实施例的方法、装置(***)和/或计算机程序产品的框图和/或流程图描述本申请。应理解，可以通过计算机程序指令来实现框图和/或流程图示图的一个块以及框图和/或流程图示图的块的组合。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机的处理器和/或其它可编程数据处理装置，以产生机器，使得经由计算机处理器和/或其它可编程数据处理装置执行的指令创建用于实现框图和/或流程图块中所指定的功能/动作的方法。

相应地，还可以用硬件和/或软件(包括固件、驻留软件、微码等)来实施本申请。更进一步地，本申请可以采取计算机可使用或计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，其具有在介质中实现的计算机可使用或计算机可读程序代码，以由指令执行***来使用或结合指令执行***而使用。在本申请上下文中，计算机可使用或计算机可读介质可以是任意介质，其可以包含、存储、通信、传输、或传送程序，以由指令执行***、装置或设备使用，或结合指令执行***、装置或设备使用。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.基于GIM模型的二次***设备三维建模数字化移交方法，其特征在于，模型层级由上至下依次为CBM***级、DEV设备级、PHM集合级和MOD部件级；建立标准格式文件，标准格式文件按照四个目录结构进行存储；所述标准格式文件的存储数据包括：几何模型单元的后缀扩展名为mod、组合模型后缀扩展名为phm、物理模型的后缀扩展名为dev、逻辑模型的后缀扩展名为sch、工程模型的后缀扩展名为cbm以及属性信息的后缀扩展名为fam；

根据物理结构确定DEV设备级的物理模型与PHM集合级的组合模型、MOD部件级的几何模型单元的引用关系，通过引用方式建立各层级之间的关系；所述工程模型、物理模型、组合模型文件引用不包含自身的同级文件和下一级模型文件；

格式文件采用GUID 作为唯一标识，所述格式文件统一采用UTF-8 编码；所述标准格式文件通过引用方式建立各层级之间的关系。

2.如权利要求1所述的基于GIM模型的二次***设备三维建模数字化移交方法，其特征在于，所述DEV设备级的对象包括但不限于屏柜、继电保护装置、硬压板、空开、端子排。

3.如权利要求2所述的基于GIM模型的二次***设备三维建模数字化移交方法，其特征在于，屏柜由装置、空屏柜、硬压板、空开、端子排组成，屏柜的物理模型引用部件包括但不限于装置、空屏柜、硬压板、空开、端子排的物理模型。

4.如权利要求3所述的基于GIM模型的二次***设备三维建模数字化移交方法，其特征在于，装置由板卡和机箱的部件组成，装置的物理模型引用板卡、机箱等部件的组合模型。

5.如权利要求4所述的基于GIM模型的二次***设备三维建模数字化移交方法，其特征在于，板卡由光口、电口、端子、背板的部件组成，板卡的组合模型引用包括但不限于光口、电口、端子、背板的部件的基础模型单元。

6.如权利要求4所述的基于GIM模型的二次***设备三维建模数字化移交方法，其特征在于，机箱由机壳、液晶显示器、按钮、指示灯组成，机箱的组合模型引用包括但不限于机壳、液晶显示器、按钮、指示灯的部件的基础模型单元。

7.如权利要求1所述的基于GIM模型的二次***设备三维建模数字化移交方法，其特征在于，硬压板的物理模型引用硬压板的组合模型，硬压板的组合模型引用基础模型单元。

8.如权利要求1所述的基于GIM模型的二次***设备三维建模数字化移交方法，其特征在于，MOD文件夹中，每个mod文件对应一个fam属性文件，用于表述mod对象的属性参数；属性文件内容包括但不限于电网标识***编码、生产厂家、型号、类型；

9.如权利要求8所述的基于GIM模型的二次***设备三维建模数字化移交方法，其特征在于，DEV文件夹中，每个dev文件对应一个fam属性文件，属性文件中内容包括但不限于电网标识***编码、生产厂家、型号、名称、编号、PMS设备ID、物料编码、软件版本；

CBM文件夹中，每个cbm文件对应一个fam属性文件。

10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-9任一所述方法的步骤。