田 源 張志朋 張 暢 李 展 張國(guó)輝

（1. 國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司建設(shè)部，銀川 750001；2. 國(guó)網(wǎng)天津?yàn)I海供電公司，天津 300450；3. 南京五采智電電力科技有限公司，南京 211106）

基于物理回路建模的智能標(biāo)簽的優(yōu)化研究

田 源1張志朋2張 暢2李 展2張國(guó)輝3

（1. 國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司建設(shè)部，銀川 750001；2. 國(guó)網(wǎng)天津?yàn)I海供電公司，天津 300450；3. 南京五采智電電力科技有限公司，南京 211106）

當(dāng)前智能變電站中智能標(biāo)簽技術(shù)采用私有數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)方式，該技術(shù)不規(guī)范、不統(tǒng)一、不利于項(xiàng)目的普及與推廣。文中對(duì)基于物理回路建模的設(shè)計(jì)與“虛實(shí)對(duì)應(yīng)”進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)方法的提出基于物理回路建模文件方式，“虛實(shí)對(duì)應(yīng)”提出物理回路與邏輯回路的自動(dòng)解耦技術(shù)。物理回路SPCD文件中定義二次設(shè)備板卡、端口等物理能力描述信息及光纜連接關(guān)系，邏輯回路SCD文件在各個(gè)IED設(shè)備中采用Inputs容器方式存儲(chǔ)所有虛回路的接收連線，通過(guò)SPCD文件中檢索物理回路和SCD文件中檢索邏輯回路，即可獲取物理回路與邏輯回路的虛實(shí)映射關(guān)系，生成含有邏輯信息流的智能標(biāo)簽，節(jié)約了智能標(biāo)簽的制作時(shí)間、降低了智能標(biāo)簽制作中虛實(shí)對(duì)應(yīng)出錯(cuò)率。

智能變電站；智能標(biāo)簽；物理回路模型；光纜；虛實(shí)對(duì)應(yīng)

相比較傳統(tǒng)變電站，智能變電站二次回路原理的設(shè)計(jì)改為光纜聯(lián)系圖和變電站配置描述（substation configuration description, SCD）文件表達(dá)，二次回路的原理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。智能標(biāo)簽[1]技術(shù)在變電站中的應(yīng)用使得SCD中的邏輯回路[1-2]信息查找簡(jiǎn)單快捷。智能標(biāo)簽包含了變電站所有的二次設(shè)備信息，包括設(shè)備對(duì)象、邏輯子網(wǎng)、屏柜連接、線纜管理、信息邏輯和虛擬連接關(guān)系尤其是跳合 閘[2]、采樣等關(guān)鍵的連接關(guān)系[3-4]?，F(xiàn)有的智能變電站中智能標(biāo)簽技術(shù)采用私有數(shù)據(jù)庫(kù)[3]作為智能標(biāo)簽可視化應(yīng)用的數(shù)據(jù)源，私有數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)源作為智能標(biāo)簽唯一解析源。在設(shè)計(jì)智能標(biāo)簽中創(chuàng)建設(shè)備信息不夠統(tǒng)一需要反復(fù)進(jìn)行修改；手動(dòng)關(guān)聯(lián)信息邏輯和屏柜連線過(guò)程中需要翻閱大量的信息流圖和光纜聯(lián)系圖來(lái)確定每根光纖的用途；ODF的光纖沒(méi)有被定義而是無(wú)序地自動(dòng)生成，此方法需要設(shè)計(jì)人員對(duì)物理回路和邏輯回路很精通同時(shí)也會(huì)消耗大量的時(shí)間。變電站的運(yùn)維、檢修、改造和擴(kuò)建過(guò)程中需要確保鏈路信息的準(zhǔn)確性，希望通過(guò)準(zhǔn)確快捷的配置軟件來(lái)進(jìn)行智能標(biāo)簽的配置工作。

本文針對(duì)上述問(wèn)題提出了一種基于物理回路建模的智能標(biāo)簽優(yōu)化方案，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（IPCD）文件，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)單位將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（SPCD）文件設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)單位可同步通過(guò)裝置能力自描述（ICD）文件完成全站的SCD文件設(shè)計(jì)。將SPCD文件和SCD文件同時(shí)導(dǎo)入Smart Show Helper軟件自動(dòng)生成智能標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫(kù)[4]，極大提高了智能變電站調(diào)試、運(yùn)檢和改擴(kuò)建的效率及正確性，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)了過(guò)程層物理回路和邏輯回路的“虛實(shí)對(duì)應(yīng)”[5-7]。

1 智能標(biāo)簽設(shè)計(jì)方法優(yōu)化

1.1 現(xiàn)有標(biāo)簽軟件的問(wèn)題

現(xiàn)有的智能變電站光纜標(biāo)簽系統(tǒng)分為生成模塊軟件和解析模塊軟件兩個(gè)部分：①設(shè)計(jì)人員使用生成模塊軟件依據(jù)設(shè)計(jì)院光纜聯(lián)系圖、信息流圖和廠家背板圖設(shè)計(jì)變電站智能標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫(kù)，但在設(shè)計(jì)智能標(biāo)簽中創(chuàng)建設(shè)備信息不夠統(tǒng)一需要反復(fù)進(jìn)行修改；②手動(dòng)關(guān)聯(lián)信息邏輯和屏柜連線過(guò)程中需要翻閱大量的信息流圖和光纜聯(lián)系圖來(lái)確定每根光纖的用途，ODF的光纖沒(méi)有被定義而是無(wú)序地自動(dòng)生成，此方法需要設(shè)計(jì)人員對(duì)物理回路和邏輯回路很精通同時(shí)也會(huì)消耗大量的時(shí)間。

1.2 智能標(biāo)簽設(shè)計(jì)方法優(yōu)化

參考《Q/GDW 1396—2012工程繼電保護(hù)應(yīng)用模型》標(biāo)準(zhǔn)[8]，智能變電站二次系統(tǒng)物理回路建模的總體思路是：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（IPCD）文件，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)單位將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（SPCD）文件設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)單位可同步通過(guò)裝置能力自描述（ICD）文件完成全站的SCD文件設(shè)計(jì)。

基于虛實(shí)回路的信息流解析過(guò)程是通過(guò)將SCD文件和SPCD文件導(dǎo)入解析工具來(lái)實(shí)現(xiàn)虛實(shí)一體化設(shè)計(jì)的?？梢酝ㄟ^(guò)移動(dòng)終端設(shè)備解析，繪制全站設(shè)備的信息流圖和施工物理回路光纜圖[9-11]，信息流圖可以實(shí)現(xiàn)“虛實(shí)對(duì)應(yīng)”功能，通過(guò)實(shí)回路可以顯示虛回路連接，通過(guò)虛回路可以顯示實(shí)回路連接。

2 智能標(biāo)簽整體設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 智能標(biāo)簽設(shè)計(jì)流程優(yōu)化

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)配置工具配置產(chǎn)生SCD文件，通過(guò)SCD文件即可以展示全站二次設(shè)備的通信參數(shù)及虛擬連線關(guān)系，完成系統(tǒng)配置后，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)試人員再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

物理回路的建模方法也將參照虛回路的建模方法，各設(shè)備廠家提供描述物理端口的IPCD文件，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。

圖1 基于物理回路建模的智能標(biāo)簽設(shè)計(jì)流程

2.2 SPCD文件逆向解析優(yōu)化

將SPCD文件導(dǎo)入SPCL Creator軟件中，這個(gè)流程分為兩部分：第一部分是初始化部分；第二部分是解析正式流程部分。

通過(guò)初始化SPCD文件中的IED設(shè)備模型、交換機(jī)設(shè)備模型和ODF設(shè)備模型，獲取每個(gè)設(shè)備的拓?fù)溥B接關(guān)系，即每個(gè)設(shè)備端口的物理連接路徑名。

根據(jù)初始化之后的設(shè)備拓?fù)溥B接關(guān)系，進(jìn)入SPCD解析階段，SPCD層級(jí)分為變電站、小室、匯控柜、設(shè)備和光纖等元素，主要分為屏柜內(nèi)纖芯自動(dòng)解析和屏柜與屏柜之間的ODF光纜纖芯自動(dòng)解析，屏柜內(nèi)纖芯自動(dòng)解析通過(guò)設(shè)備板卡信息的端口物理連接路徑名完成纖芯自動(dòng)搜索連接，繪制成屏柜內(nèi)物理回路圖。圖2所示為SPCD文件屏柜內(nèi)光纖自動(dòng)解析方法。

圖2 SPCD文件屏柜內(nèi)光纖自動(dòng)解析方法

2.3 SCD文件逆向解析優(yōu)化

智能變電站二次系統(tǒng)邏輯回路SCD文件在各個(gè)IED設(shè)備中采用Inputs容器方式存儲(chǔ)所有虛回路的接收連線，而不存儲(chǔ)發(fā)送連線，這樣既可以節(jié)約模型空間，又能夠減少冗余連線，解析更為方便。將SCD文件導(dǎo)入Smart Show Helper軟件，這個(gè)流程分為兩部分：第一部分是初始化部分；第二部分是解析正式流程部分。在初始化過(guò)程SCD的解析，這個(gè)階段主要完成的是SCD文件的IED邏輯關(guān)系拓?fù)?。在解析SCD文件中輸出數(shù)據(jù)集和Inputs連線得到IED（智能電子設(shè)備）的輸入和輸出虛端子，以及利用Inputs（模型文件中虛端子連接存放容器）得到虛端子的連接關(guān)系。圖3所示為SCD文件逆向解析方法。

2.4 “虛實(shí)對(duì)應(yīng)”優(yōu)化

通過(guò)解析SPCD文件可以獲得屏柜內(nèi)部的跳纖物理回路，解析SCD文件可以獲得包含信息流的邏輯回路，Smart Show Helper軟件中導(dǎo)入SPCD文件和SCD文件，“虛實(shí)對(duì)應(yīng)”技術(shù)根據(jù)SCD文件解析包含信息流的邏輯回路，即SV直采板卡端口、GOOSE直采直跳板卡端口、SV和GOOSE組網(wǎng)板卡端口等信息，自動(dòng)搜索連接屏柜與屏柜間的ODF光纜信息，通過(guò)光纜獲得其承載的邏輯回路信息，通過(guò)邏輯回路獲得對(duì)應(yīng)物理回路的光纜信息。圖4所示為“虛實(shí)對(duì)應(yīng)”技術(shù)。

圖3 SCD文件逆向解析方法

圖4 “虛實(shí)對(duì)應(yīng)”解耦技術(shù)

3 工程實(shí)例

基于物理回路建模的智能標(biāo)簽研究成果在蘇州電校實(shí)訓(xùn)基地得到了示范應(yīng)用。

在設(shè)計(jì)階段，首先配置工程內(nèi)的物理信息模型，包括中標(biāo)設(shè)備的型號(hào)、板卡和端口信息、組屏信息等；其次進(jìn)行虛端子回路配置，配置工程所需的虛端子回路信息；最后自動(dòng)將端口信息與光纜纖芯信息進(jìn)行“虛實(shí)對(duì)應(yīng)”。上述文件隨同其他設(shè)計(jì)資料一同交付給安裝和調(diào)試單位。圖5所示為蘇州電校部分智能標(biāo)簽。

圖5 蘇州電校部分智能標(biāo)簽

4 結(jié)論

本文針對(duì)當(dāng)前智能變電站中智能標(biāo)簽技術(shù)采用私有數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)方式（該技術(shù)不規(guī)范、不統(tǒng)一、不利于項(xiàng)目的普及與推廣），基于物理回路建模的智能變電站二次系統(tǒng)智能標(biāo)簽的優(yōu)化方案，對(duì)基于物理回路建模的設(shè)計(jì)與“虛實(shí)對(duì)應(yīng)”進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計(jì)方法的提出基于物理回路建模文件方式，物理回路與邏輯回路提出了“虛實(shí)對(duì)應(yīng)”技術(shù)。它極大提高了智能變電站調(diào)試、運(yùn)檢和改擴(kuò)建的效率及正確性，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)了過(guò)程層物理回路和邏輯回路的“虛實(shí)對(duì)應(yīng)”。

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Optimization of the Physical Circuit Modeling based on Smart Tags

Tian Yuan1Zhang Zhipeng2Zhang Chang2Li Zhan2Zhang Guohui3
(1. State grid Ningxia Electric Power Company Ministry of Construction, Yinchuan 750001;
2. State grid Tianjin Binhai Power Supply Company, Tianjin 300450;
3. Five-C Smart Power Grid Technology Co., Ltd, Nanjing 211100)

The current smart tag technology in smart substation using proprietary database structure, the technology is not standard, not unified, not conducive to the popularization and promotion of project. The design of this paper is based on the physical circuit modeling and "virtual and actualrelation" optimization, the design method is put forward based on the physical circuit modeling file, balance is corresponding to "put forward the physical loop and logic circuit automatic decoupling technology. Physical loop SPCD file defined in the secondary equipment boards, ports and other physical ability to describe the relationship between information and optical fiber cable connection, the logic circuit of SCD file in each IED device using Inputs are stored in containers all virtual circuit to receive the attachment, through physical loop SPCD file retrieval and SCD file retrieval logic circuit, can obtain physical circuits and logic circuit is also advantageous from viewpoint of relationships, generate smart tag containing logic information flow, save the smart tag production time, reduces the smart tags in making the actual corresponding error rate.

smartsubstation;smart tag; physical circuit modeling; optical cable; virtual and actualrelation

田 源（1981-），男，工程師，大學(xué)本科學(xué)歷，從事變電站工程技術(shù)工作。