李 娜，李 寬，李玉敦，梁正堂，黃強

（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟南 250003）

0 引言

廠站監(jiān)控后臺、調(diào)度主站的接線圖及設(shè)備監(jiān)控信息作為運行管理人員監(jiān)視控制、運行維護的重要依據(jù)，其完整性、正確性和直觀度是電網(wǎng)運行調(diào)度、異常處置及事故處理等工作的基礎(chǔ)。目前監(jiān)控后臺、調(diào)度主站的電網(wǎng)一次接線圖基本通過人工繪制，具體步驟包括：基于數(shù)據(jù)庫建立一次設(shè)備模型信息，基于離線廠站圖紙在系統(tǒng)中完成繪制，最后通過檢索器關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫設(shè)備對象模型和設(shè)備圖元，完成新建廠站圖模庫維護［1-2］。同時，主廠站監(jiān)控點表信息由廠站人員根據(jù)圖紙設(shè)計和現(xiàn)場實際提報，調(diào)度審核后填入主站，各廠站信息及命名差異較大，人工維護工作量大、容易出錯［3］，且主站與廠站間存在著嚴重的信息重復(fù)錄入、重復(fù)校核的問題。

隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷增大，廠站數(shù)據(jù)日益增多，主站運維壓力劇增，亟須開展自動化手段提高主站運維效率和信息正確性。同時伴隨著數(shù)字化變電站建設(shè)和信息化水平的提高，各類自動化、數(shù)字化工具和方法也陸續(xù)出現(xiàn)。目前，國內(nèi)外對相關(guān)內(nèi)容進行了不少的研究［4-12］，但工程實際應(yīng)用較少，以南瑞科技為代表的大型供應(yīng)商在變電站自動成圖及信息校核開展了一定研究和嘗試，但成熟度和實用性還有待提高；或在一定程度上能夠減少工作量，但多基于當(dāng)前主廠站運維模式，存在模型適配等問題。

改變傳統(tǒng)運維模式，提出了主站側(cè)圖模及點表自動生成的方法。首先基于圖模庫一體化的存量廠站圖形進行特征識別、提取，并建立存量圖形特征庫，新站投運時，根據(jù)新建廠站接線圖拓撲特征，自動完成廠站接線圖的生成與繪制，生成更加實用化和人機交互性較高的監(jiān)視界面。同時基于典型設(shè)備信息模板，自動觸發(fā)設(shè)備遙測、遙信、遙控和遙調(diào)（以下簡稱“四遙”）信息，在主站端直接根據(jù)監(jiān)視、控制需求實現(xiàn)一次設(shè)備監(jiān)控點表信息自動生成。站端采用主站生成點表完成“四遙”轉(zhuǎn)發(fā)配置后，主站召喚站端數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機配置描述文件進行點表信息校核閉環(huán)，確保主廠站信息一致，提高維護效率和正確性。

1 圖模庫一體化

公共信息模型（Common Information Model，CIM）提供一種用對象類和屬性及他們之間的關(guān)系來表示電力系統(tǒng)資源的標準方法。在CIM 模型中ConductingEquipment 通過ConnectivityNodes 相互連接的Terminals建立連接關(guān)系。主站調(diào)度控制系統(tǒng)采用基于CIM 的圖模庫一體化技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備圖元與數(shù)據(jù)模型一一對應(yīng)。

數(shù)據(jù)庫基于IEC 61970 CIM 對象模型建立，模庫存在一一對應(yīng)關(guān)系。CIM 模型與圖元一體化通過CIM/G［13-14］描述。CIM/G 定義了CIM 模型中電力設(shè)備圖形繪制方式及基于XML 文件格式的存儲方式。通過XML 標簽直接描述CIM 模型，實現(xiàn)CIM 模型與電力圖形對象的一一映射關(guān)系。CIM/G 定義文件中電力系統(tǒng)圖形元素名稱就是CIM 模型中類名稱，并通過全局設(shè)備資源ID 與CIM 模型關(guān)聯(lián)。在CIM/G中，電力系統(tǒng)圖元可以通過他們的連接點直接關(guān)聯(lián)或通過連接關(guān)系圖元相連。基于CIM/G 可以提取廠站設(shè)備及連接關(guān)系，還原廠站接線圖。圖形描述的模型內(nèi)容可保存為CIM/E 模型描述文件，包含監(jiān)控信號和圖模關(guān)系。

2 建立存量圖形特征庫

2.1 圖形特征建模

同類型同電壓等級的變電站中，其設(shè)備種類和數(shù)據(jù)、一次設(shè)備布局、連接線部署、廠房布置等方面均類似，接線圖特征模型按照電壓等級、接線方式、間隔、設(shè)備分層創(chuàng)建。

第一層為電壓等級。不同電壓等級的接線方式和設(shè)備不同，因此將電壓等級作為建模第一步，涉及1 000 kV、500 kV、220 kV、110 kV、35 kV、10 kV 等。分別針對每個電壓等級建模，如表1所示。以500 kV變電站為例，500 kV 電壓側(cè)多采用一個半斷路器接線；220 kV 多采用雙母線接線，并根據(jù)連接元件數(shù)量裝設(shè)分段斷路器；35 kV 側(cè)多為低容、低抗等無功補償設(shè)備，且均采用單母線接線方式。

表1 電壓等級建模

第二層為接線方式。電氣主接線是廠站電氣設(shè)計的主要部分，其一次結(jié)構(gòu)由變電站所處電網(wǎng)位置、中轉(zhuǎn)傳輸容量、出線/開關(guān)/變壓器/低抗/低容數(shù)量及一次設(shè)備特點決定，并綜合考慮了電網(wǎng)發(fā)展規(guī)范帶來的改擴建問題及運行維護操作靈活性的要求。包括內(nèi)橋、外橋、角接等無匯流母線接線方式和單母、雙母、雙母單分段、雙母雙分段、母線帶旁路、二分之三接線等有匯流母線接線方式。各類接線方式建模如表2所示。

表2 接線方式建模

第三層為間隔。間隔是一組設(shè)備的集合，其定義較為靈活，通常以一個間隔僅包含一個主要設(shè)備的原則進行創(chuàng)建，典型間隔包括3/2接線的斷路器與該斷路器直接相連的隔離開關(guān)、接地隔離開關(guān)等構(gòu)成的開關(guān)間隔以及不同元件與該元件直接相連的斷路器、隔離開關(guān)等構(gòu)成的元件間隔，如進出線間隔、主變壓器間隔、輔助間隔（電容器、電抗器、串補等具有獨立功能的設(shè)備間隔）等。對各類型間隔建模如表3所示。

表3 間隔類型建模

第四層為間隔設(shè)備。針對開關(guān)間隔和元件間隔中的設(shè)備圖元類型和個數(shù)建立間隔特征量。同類型間隔所含設(shè)備圖元類型和個數(shù)基本一致，少數(shù)情況會出現(xiàn)不同。為了降低基建成本，有時會在保證系統(tǒng)安全可靠運行前提下減少一個隔離開關(guān)或斷路器。對各類型設(shè)備圖元建模如表4所示。

表4 設(shè)備圖元建模

2.2 存量圖形特征提取

目前各級調(diào)度主站多采用圖模庫一體化技術(shù)［15-16］，繪制圖形進行圖形聯(lián)庫及節(jié)點入庫操作后生成連接點號。兩設(shè)備圖元間的關(guān)系可描述為：電氣圖元A、設(shè)備ID_A、連接點A1、連接線、連接點B1、設(shè)備ID_B、電氣圖元B。因此可采用遍歷法建立存量圖形特征庫。具體步驟如下。

1）定位變壓器，以變壓器隔離出各電壓等級。變電站中往往包括多個電壓等級，各電壓等級通過變壓器進行電壓變換，每個變壓器在其相連的兩個電壓等級中均有對應(yīng)繞組和編號，通過連接線實現(xiàn)與各電壓等級其他設(shè)備相連。因此將變壓器作為各電壓等級的分界和連接，提取圖中每個電壓等級的特征模型。

2）各電壓等級分塊處理，均以母線為中心開始遍歷，逐一獲取連接節(jié)點及連接設(shè)備圖元，按路徑獲取各間隔特征，并建立對應(yīng)的間隔數(shù)組。根據(jù)間隔數(shù)組能夠確定接線方式和間隔特征量。根據(jù)母線個數(shù)與母線間最短路徑可辨識接線方式，以某省廠站常見接線方式為例，如表5所示。

表5 常見接線方式

3）根據(jù)母線到其他各類設(shè)備對應(yīng)圖元之間的路徑可獲得相應(yīng)的間隔數(shù)組及間隔類型，包括母線與線端或負荷間路徑數(shù)組、母線與變壓器節(jié)點路徑數(shù)組、母線與其他輔助設(shè)備（電容、電感、接地等其他單端設(shè)備）路徑數(shù)組等。

4）建立存量圖特征量。根據(jù)間隔數(shù)組獲取間隔特征量為

式中：Cbay為間隔特征量；TB為間隔類型編號；TEi為本間隔第i類設(shè)備圖元類型編號；ni為本間隔第i類設(shè)備圖元類型個數(shù)；m為本間隔設(shè)備圖元類型數(shù)。

電壓等級特征量為

式中：CV為本電壓等級特征量；TC為本電壓等級接線方式編號；Cbayj為本電壓等級第j個間隔的間隔特征量；p為本電壓等級所含間隔類型數(shù)。

將圖中各電壓等級特征量求和得到圖形特征量為

式中：CG為接線圖特征量；TVk為接線圖第k個電壓等級編號；CVk為接線圖第k個電壓等級特征量；q為接線圖中電壓等級類型數(shù)。

5）基于存量圖形建立各類型標準間隔。針對各類型間隔路徑和特征量，選取占比最大的間隔形式作為標準樣式。

3 建立典型信息庫

3.1 一次設(shè)備典型信息庫

基于監(jiān)控信息管理規(guī)范建立變電站設(shè)備典型監(jiān)控信息庫。以斷路器設(shè)備為例，典型信息包括量測數(shù)據(jù)、位置狀態(tài)等運行數(shù)據(jù)、動作信息、告警信息和控制命令等，如表6 所示。典型信息庫可按照電壓等級及設(shè)備類型分類創(chuàng)建，用于設(shè)備“四遙”信息的自動觸發(fā)。

表6 斷路器設(shè)備典型信息

3.2 二次設(shè)備存量信息庫

存量廠站二次設(shè)備信息等同所關(guān)聯(lián)設(shè)備圖元做增減和替換，屏蔽一次設(shè)備命名后，作為存量信息庫，用于除典型信息庫外的補充校核模板，用于點表信息的完整性校核。

4 圖模自動生成

基于目標圖形特征匹配存量特征庫，自動生成新廠站圖，可大大降低工作量，并符合本地監(jiān)視及作圖習(xí)慣。同時基于典型信息表，自動觸發(fā)設(shè)備相關(guān)“四遙”信息，實現(xiàn)一次設(shè)備相關(guān)點表信息的自動生成。

自動成圖前須提供目標廠站圖形文件的拓撲特征信息，包括廠站涉及電壓等級、各電壓等級接線方式、各母線所連間隔類型及個數(shù)、特殊間隔及對應(yīng)設(shè)備圖元等。確定目標圖形特征后，按照各類型標準間隔計算圖形特征量，并逐層與模型特征庫進行匹配，依次選擇各層最接近的圖形文件作為目標圖生成源，自動組合成圖。如有特殊連接再做個別人工調(diào)整。具體流程如下。

1）計算圖形特征量。如間隔為標準間隔，則按照式（1）標準間隔數(shù)組計算間隔特征量，特殊間隔按照提供的設(shè)備圖元類型和數(shù)量計算間隔特征量；按照式（2）計算各電壓等級特征量；按照式（3）將各電壓等級求和計算圖形特征量。

2）逐層匹配。按照圖形特征量進行匹配，選擇特征量最相近的圖形，作為基圖1，此圖與目標圖包含的電壓等級相同。

讀取基圖1 和目標圖各電壓等級特征量，首先比對接線方式，相同則繼續(xù)比對間隔特征量。如不同，則搜索選擇該電壓等級特征量相近的圖形作為基圖2，將相應(yīng)電壓等級圖形替換為基圖2 中對應(yīng)部分。再比較間隔特征。比對間隔類型及數(shù)量在當(dāng)前基礎(chǔ)上進行同間隔的復(fù)制增加或減少，完成間隔匹配。

基于圖模庫一體化，對自動生成的圖形和圖元進行設(shè)備規(guī)范化命名和屬性填庫，完成新建站圖模庫的新增維護。

5 點表自動生成及校核

基于設(shè)備典型信息庫，實現(xiàn)“四遙”信息的自動觸發(fā)和建模，完成新建站點表信息的自動生成，同時保證點表滿足電網(wǎng)監(jiān)視控制對一次設(shè)備的信息需求和信息規(guī)范化命名要求。站端數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機按照主站導(dǎo)出的點表信息進行規(guī)范配置，并按不同主站需求增加二次設(shè)備遙測、遙信信息，二次設(shè)備信息關(guān)聯(lián)的一次設(shè)備采用主站導(dǎo)出點表的規(guī)范化命名。

5.1 運動配置描述文件

站端數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機完成點表及通信配置后導(dǎo)出遠動配置描述（Remote Configuration Description，RCD）［17］文件，用于點表配置校核。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機的RCD 文件采用E 格式描述及UTF-8 編碼方式，至少包括數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機的基本信息、版本信息、合并信號信息、遙測轉(zhuǎn)發(fā)信息、遙信轉(zhuǎn)發(fā)信息、遙控轉(zhuǎn)發(fā)信息、遙調(diào)轉(zhuǎn)發(fā)信息等內(nèi)容，以RCD遙新轉(zhuǎn)發(fā)信息為例，信息內(nèi)容如表7所示。

表7 RCD遙信轉(zhuǎn)發(fā)信息屬性

針對數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機每個遠動通道對應(yīng)一個RCD 文件。因此，獲取RCD 文件可對站端“四遙”信息配置進行核查。

5.2 配置校核

基于數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機RCD 文件，實現(xiàn)廠站端點表信息配置校核。基于主廠站現(xiàn)有硬件設(shè)備資源及通道條件下，主站可通過DL/T 634.5104 規(guī)約擴展方式［18］或DL/T 476 規(guī)約方式經(jīng)遠程瀏覽［19-20］通道獲取站端數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機的RCD 文件，并將RCD 文件內(nèi)容按信息類型與主站典型信息庫進行匹配，完成配置校核。具體校核方式為：

1）一次設(shè)備信息校核?；谒岢龅倪\維方式，站端一次設(shè)備“四遙”轉(zhuǎn)發(fā)信息應(yīng)與主站自動觸發(fā)的一次設(shè)備信息一致，包括點號及中文描述?；谛畔㈩愋鸵?guī)范性、點號唯一性、一次設(shè)備監(jiān)視、控制信息完整性和一次設(shè)備命名規(guī)范性，分別按“四遙”信息分類比對校核，并給出校核結(jié)果。

2）二次設(shè)備信息校核。二次設(shè)備信息按照主站業(yè)務(wù)需求各有差異，采用靈活表達式匹配校核方式，以表達式搜索校核對象，再針對搜索到的對象進行規(guī)則檢查。根據(jù)校核需求不同，配置不同校核規(guī)則和優(yōu)先級?；诒磉_式的二次設(shè)備信息校核規(guī)則如表8所示。

表8 二次設(shè)備信息校核規(guī)則

校核通過后的點表實現(xiàn)信息主廠站一致，且與主站圖模庫一致。

6 結(jié)語

基于圖模庫一體化技術(shù)，通過對已投運的存量廠站接線圖特征及信息模型進行提取，形成本地圖形特征庫，利用圖形特征實現(xiàn)廠站圖模的自動生成；基于典型信息庫，實現(xiàn)設(shè)備點表自動生成并作為站端遠動信息配置依據(jù)，實現(xiàn)主站圖模庫和點表一致；站端完成配置后，遠程召喚RCD文件，實現(xiàn)點表規(guī)范性校核，完成圖模庫和點表的閉環(huán)維護?；诖祟惙椒?，一方面能夠基于特征提取和分析，建立符合本地建模習(xí)慣和方式的標準模型庫，可通過建立映射關(guān)系即可快速實現(xiàn)與其他模型的轉(zhuǎn)換和信息的修改；另一方面，針對一些特殊連接，運行系統(tǒng)中已有足夠的存量圖?？商峁┓现付ㄌ卣鞯膱D元和信息選擇，同時基于典型信息表自動生成監(jiān)控點表，在滿足廠站監(jiān)視需求的同時，保證主站圖模庫和點表的一致性，能夠大大提高運維工作效率和正確性。