智能變電站虛端子導(dǎo)入導(dǎo)出方法研究

鄭文彬，王瑞彪

智能變電站虛端子導(dǎo)入導(dǎo)出方法研究

鄭文彬1，王瑞彪2

（1.國(guó)電南瑞科技股份有限公司，南京 210061；2.無(wú)錫健科智能科技有限公司，江蘇 無(wú)錫 210428）

介紹了一種智能變電站調(diào)試或擴(kuò)建改造中導(dǎo)入導(dǎo)出虛端子信息的方法。將虛端子信息錄入固定格式的文件中，一鍵式導(dǎo)入虛端子信息，完成全站虛端子配置，然后一鍵式導(dǎo)出虛端子信息文件。該文件既方便擴(kuò)建改造時(shí)改寫(xiě)虛端子連接關(guān)系，也方便工程備份虛端子連接關(guān)系。工程實(shí)踐證明，該功能大大減少了智能變電站虛端子配置的工作量。

智能變電站；虛端子；面向通用對(duì)象的變電站事件；過(guò)程層采樣值；匹配

0 引言

傳統(tǒng)變電站的微機(jī)保護(hù)設(shè)置開(kāi)入、開(kāi)出、出口等端子排，保護(hù)裝置的各開(kāi)關(guān)量、出口以及二次間隔裝置之間遙測(cè)的采集等都一一對(duì)應(yīng)于具體的端子，保護(hù)設(shè)計(jì)及測(cè)控四遙（遙信、遙控、遙測(cè)、遙調(diào)）設(shè)計(jì)時(shí)，都通過(guò)實(shí)際電纜實(shí)現(xiàn)端子到端子的變電站二次設(shè)備和一次設(shè)備的連接，以及保護(hù)裝置至一次設(shè)備的出口。與傳統(tǒng)變電站不同的是，智能變電站［1-2］全站所有二次裝置的信息均為數(shù)字信息，保護(hù)及測(cè)控裝置之間均采用光纜連接；二次微機(jī)裝置之間無(wú)傳統(tǒng)變電站的電纜連接，而是采用IEC 61850［3］規(guī)約進(jìn)行通信，通過(guò)變電站通信網(wǎng)絡(luò)第6部分DL／T 860.6建模，通過(guò)變電站通信網(wǎng)絡(luò)第8部分DL／T 860.8實(shí)現(xiàn)多種變電站設(shè)備和饋線(xiàn)設(shè)備之間的互操作及設(shè)備裝置之間的信息交互、共享，以達(dá)到與傳統(tǒng)變電站裝置之間用電纜點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的效果。

按面向通用對(duì)象的變電站事件（GOOSE）方式實(shí)現(xiàn)各保護(hù)裝置之間信息的交互、跳合閘出口，按過(guò)程層采樣值（SV）實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置、測(cè)控裝置到合并單元測(cè)量的采集等。在此，傳統(tǒng)的端子概念消失了，取而代之的是基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，即GOOSE［4］虛端子、SV虛端子。虛端子［5］信息隱藏在變電站配置描述（SCD）［6-8］文件中，不便于直觀地查看，尤其對(duì)SCD文件結(jié)構(gòu)不熟悉的人員，直接到SCD文件中查看這些隱藏于其中的虛端子信息很不方便。在智能變電站的建設(shè)或擴(kuò)建改造過(guò)程中，當(dāng)智能裝置中的虛端子連接關(guān)系發(fā)生變化時(shí)，如何快速關(guān)聯(lián)好這些虛端子關(guān)系并把關(guān)聯(lián)好的虛端子關(guān)系以指定的文件格式導(dǎo)出保存，是本文討論的重點(diǎn)。

1 智能變電站虛端子鏈接關(guān)系導(dǎo)入方法

1.1 智能變電站模型組態(tài)集成

在智能變電站調(diào)試中，根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求收集該站所需要的所有裝置模型（*.icd），仔細(xì)研究設(shè)計(jì)院藍(lán)圖或變電站設(shè)計(jì)圖紙，分析各裝置類(lèi)型，運(yùn)用正確的模型（*.icd）進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)集成。

1.2 導(dǎo)入前按固定格式完成虛端子導(dǎo)入文件

在集成好組態(tài)模型之后，開(kāi)始虛端子配置。根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的接線(xiàn)圖及虛端子信息表，整理各設(shè)備之間關(guān)聯(lián)關(guān)系，配合完成虛端子表格文件的錄入，即錄入固定格式的Excel文件。

在此簡(jiǎn)單說(shuō)明Excel文檔的格式。以某變電站某二次間隔為單位創(chuàng)建一個(gè)Excel文檔，Excel文件名稱(chēng)為當(dāng)前間隔名稱(chēng)，文檔中根據(jù)當(dāng)前間隔中含有的所有二次智能電子裝置分別建立以智能電子裝置名稱(chēng)（IEDName）為名的Sheet。圖1為某變電站虛端子文件模板，該模板為一個(gè)220 kV的間隔，該間隔包括7個(gè)裝置，即建有7個(gè)Sheet，分別以IEDName名稱(chēng)為Sheet名稱(chēng)。每個(gè)Sheet中含10列：第1列即為該裝置所有虛端子信號(hào)的編號(hào)；第2列為信息集編號(hào)，作為預(yù)留；第3～6列為該裝置的虛端子信息，該裝置作為起點(diǎn)設(shè)備，虛端子定義即為虛端子中文描述，名稱(chēng)即為該智能電子裝置的中文描述，虛端子號(hào)即為該裝置中的信息標(biāo)號(hào)，若為GOOSE即為GOIN_n，若為SV即為SVIN_n，數(shù)據(jù)屬性即為該虛端子的Reference；第7～10列為發(fā)送裝置，即該裝置接收到哪些裝置的哪些信息。列名稱(chēng)的具體解釋不再贅述。

新建智能變電站時(shí)，需要根據(jù)該智能變電站虛端子設(shè)計(jì)藍(lán)圖按圖1所示的格式創(chuàng)建相應(yīng)的虛端子間隔文檔，錄入虛端子信息，得到虛端子導(dǎo)入文件。

圖1 虛端子文件模板

智能變電站進(jìn)行擴(kuò)建改造時(shí)，根據(jù)擴(kuò)建設(shè)計(jì)虛端子圖紙，該間隔裝置虛端子關(guān)聯(lián)發(fā)生變化時(shí)，只需要更改過(guò)去備份的該間隔Excel文檔中的Sheet內(nèi)容，遇到間隔中裝置數(shù)量發(fā)生變化時(shí)，需增添以擴(kuò)建裝置名稱(chēng)為名的Sheet，完成虛端子條目信息錄入，得到新的虛端子導(dǎo)入文件。

以上幾種虛端子文件的信息錄入，都是為后面一鍵式導(dǎo)入虛端子做準(zhǔn)備。

1.3 虛端子導(dǎo)入程序流程

程序入口傳入虛端子文件存放路徑，加載SCD文件［6］，獲得全站電壓等級(jí)和間隔名稱(chēng)，依次用間隔名稱(chēng)匹配傳入的虛端子文件名。匹配成功，即程序入口傳入的虛端子文件路徑含有此間隔虛端子文件；否則，發(fā)出告警找不到傳入虛端子文件能夠匹配的間隔，循環(huán)進(jìn)入下一個(gè)間隔虛端子匹配文件查找。

讀取虛端子文件，獲得文檔中Sheet名稱(chēng)，獲得接收IEDName，逐行讀取該Sheet中的行內(nèi)容，獲取要導(dǎo)入的關(guān)鍵行列內(nèi)容。起點(diǎn)設(shè)備欄下列名為虛端子定義（即接受虛端子中文描述，rDesc）及數(shù)據(jù)屬性（即接收虛端子Reference，rRef）；終點(diǎn)設(shè)備欄下列名為虛端子定義（即發(fā)送虛端子中文描述，sDesc）和數(shù)據(jù)屬性（即發(fā)送虛端子的Reference，sRef）。虛端子導(dǎo)入程序流程如圖2所示。

1.4 添加虛端子關(guān)系

在SCD文件中，每個(gè)裝置模型文件中邏輯節(jié)點(diǎn)LLN0下的Inputs節(jié)點(diǎn)里定義該裝置接收哪些外部的發(fā)送信號(hào)Ref，每個(gè)外部發(fā)送信號(hào)sRef和內(nèi)部接收信號(hào)rRef在Inputs組成一個(gè)extRef實(shí)例。確定rRef是接收裝置模型文件中的接收虛端子信號(hào)，sRef是發(fā)送裝置模型文件中的發(fā)送虛端子信號(hào)。若rRef，sRef對(duì)應(yīng)的虛端子連接關(guān)系（extRef）在接收裝置的LLN0節(jié)點(diǎn)下Inputs節(jié)點(diǎn)中不存在，此時(shí)需要在接收裝置該Inputs節(jié)點(diǎn)下添加此虛端子關(guān)系，把sRef字符串按關(guān)鍵字符進(jìn)行分段，分解出智能電子裝置名稱(chēng)（IEDName）、邏輯設(shè)備（Ld）、邏輯節(jié)點(diǎn)（Ln）、數(shù)據(jù)對(duì)象（DoName）及數(shù)據(jù)屬性（DaName）；若某個(gè)字符串分解結(jié)果為null，則置空。以上分解的各節(jié)內(nèi)容即為extRef的外部發(fā)送屬性元素內(nèi)容，rRef則為extRef中的內(nèi)部接收虛端子（intAddr）屬性元素內(nèi)容。最后，根據(jù)所獲得的屬性填寫(xiě)extRef子屬性元素，保存后虛端子關(guān)系添加成功。

1.5 添加虛端子描述

添加好虛端子關(guān)系后，利用前面逐行獲取的相應(yīng)列內(nèi)容（rDesc，sDesc）把描述導(dǎo)入到IED模型中去。描述主要位于模型的DOI屬性以及DAI的DU屬性中，根據(jù)模型查找功能依次查找對(duì)應(yīng)的屬性，把描述添加進(jìn)去。導(dǎo)入虛端子描述流程如圖3所示。

2 虛端子導(dǎo)出方法

工程調(diào)試中和調(diào)試結(jié)束后，在已經(jīng)配好虛端子關(guān)系的SCD文件中，可以一鍵式導(dǎo)出該工程所有間隔的虛端子關(guān)系表文件，格式同本文前面討論的導(dǎo)入虛端子關(guān)系文檔。這個(gè)文檔既可以作該智能變電站虛端子信息備份使用，也可為今后該智能變電站擴(kuò)建改造時(shí)一鍵式導(dǎo)入虛端子關(guān)系打好基礎(chǔ)。

圖2 虛端子導(dǎo)入程序流程

加載SCD文件后，軟件對(duì)SCD進(jìn)行解析提取，依次提取電壓等級(jí)、間隔名稱(chēng)，得到間隔下所有智能電子裝置，建立智能電子裝置鏈表。依次建立以間隔名命名的Excel文檔，以IEDName為Sheet名，把IEDName中虛端子關(guān)聯(lián)關(guān)系導(dǎo)出填入文檔中。

下面主要介紹Excel文檔中某個(gè)Sheet內(nèi)容的獲取，因?yàn)?個(gè)Sheet名代表1個(gè)接收的智能裝置名稱(chēng)，以某智能裝置的虛端子關(guān)系導(dǎo)出為例解釋導(dǎo)出方法。

軟件自動(dòng)加載到智能電子裝置，獲取向該智能裝置發(fā)送虛端子信號(hào)的所有外部裝置名稱(chēng)，建立外部發(fā)送裝置模型實(shí)例鏈表，逐次獲取此鏈表中裝置實(shí)例，可得到實(shí)例模型文件，此即為發(fā)送裝置模型文件。從模型文件中獲取外部發(fā)送裝置的GOOSE，SV發(fā)送數(shù)據(jù)集，建立發(fā)送數(shù)據(jù)集哈希表。哈希表中Value用結(jié)構(gòu)體定義，此結(jié)構(gòu)體包括發(fā)送智能裝置中文描述（IEDDesc）、發(fā)送中文信息描述（fcdaDesc）以及GOOUT_n（SVOUT_n），分別各自建立GOOSE和SV的哈希表，以便后面導(dǎo)出虛端子時(shí)使用。

圖3 導(dǎo)入虛端子描述流程

獲取該智能電子裝置下所有虛端子接收關(guān)系實(shí)例（InputsInst），建立InputsInst鏈表，判斷InputsInst屬性，若為GOOSE接收即置標(biāo)志為“GOIN”，若為SV接收即置標(biāo)志為“SVIN”；根據(jù)InputsInst屬性確定在后面導(dǎo)出時(shí)用前一段建立的GOOSE哈希表還是SV哈希表；讀取InputsInst下子元素實(shí)例extRefInst屬性，取得rRef和sRef，根據(jù)InputsInst屬性確定哈希表類(lèi)型；用sRef作為鍵值，去查找相應(yīng)的哈希表，即可得到此sRef對(duì)應(yīng)的發(fā)送智能裝置名稱(chēng)描述（IEDDesc），fcdaDesc，GOOUT（SVOUT）序號(hào)及接收GOIN（SVIN）序號(hào)；通過(guò)接收虛端子rRef及接收智能裝置實(shí)例（IEDInst）可以獲得 rDesc（即接收IEDDesc），這樣就獲得了一條虛端子信息中虛端子文件表要填寫(xiě)的信息；依次循環(huán)讀取extRefInst實(shí)例，獲取虛端子文件需要的錄入的信息。程序流程如圖4所示。

3 軟件開(kāi)發(fā)工具及編碼實(shí)現(xiàn)

3.1 軟硬件環(huán)境

編譯采用Windows系統(tǒng)，編譯器使用Eclipse，語(yǔ)言使用Java，硬件環(huán)境為PC機(jī)。

3.2 程序編碼實(shí)現(xiàn)

3.2.1 虛端子導(dǎo)入編碼

（1）虛端子導(dǎo)入主函數(shù)。

public static boolean importVirtualMapFile（String importPath，

ArrayList＜String＞conList，IProgressMonitormonitor）

（2）匹配成功虛端子文件，獲得文件讀取。

private static void getExcelSheetList（String excel，ArrayList＜String＞ conList，IProgressMonitor monitor）

（3）獲得外部發(fā)送裝置相關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)集子元素（fcda）哈希表。

private static void getAllMap Info（String s_ied，IProgressMonitormonitor）

（4）判斷虛端子文件中接收rRef是否存在于接收裝置模型中：存在返回true，執(zhí)行下一步；不存在返回false，記錄不存在信息，讀取虛端子文件中下一行虛端子信息。

private static boolean judge_rRef（String rRef，CommonClsInstance iedInst，ArrayList＜String＞con-List）

（5）添加虛端子關(guān)聯(lián)關(guān)系。

private static void inputextRef（CommonClsInstance extRefinst，String sRef）

（6）導(dǎo)入虛端子描述。

private static void inputextRefDesc（Common-ClsInstance iedInst，

CommonClsInstance extRefinst， String sRef，String sDesc，

String rDesc）

3.2.2 虛端子文件導(dǎo)出編碼

（1）導(dǎo)出虛端子文件主函數(shù)。

public static boolean exportVirutalMapFile（int type，String exportPath，

IProgressMonitormonitor）

（2）獲取間隔節(jié)點(diǎn)，依次建立間隔虛端子文件，導(dǎo)出虛端子準(zhǔn)備。

public static boolean exportMapFile（BayNode bayNode，String exportPath，int type，IProgressMonitor monitor）

（3）得到該裝置接收外部裝置相關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)集子元素（fcda）哈希表。

private static void getRelated InMapInfo（ArrayList＜String＞relatedInIeds，IProgressMonitormonitormonitor）

（4）自適應(yīng)設(shè)計(jì)文檔行高（因?yàn)橛械膬?nèi)容可能在一個(gè)單元格會(huì)多行出現(xiàn)）。

圖4 虛端子導(dǎo)出程序流程

public static float getExcelCellAutoHeight（String str，float fontCountInline）

（5）輸出字符距離。

public static float getregex（String charStr）

（6）導(dǎo)出虛端子文件填寫(xiě)函數(shù)。

private static void exportAllSend Info（HSSFWorkbook wb，HSSFSheet tSheet，IedItem_Mapping ied Item，CommonClsInstance ied Inst，ArrayList＜String＞relatedOutIeds，int type）

4 結(jié)束語(yǔ)

智能變電站虛端子文件導(dǎo)入導(dǎo)出軟件已經(jīng)應(yīng)用于工程實(shí)踐中，實(shí)踐證明，軟件的應(yīng)用大大減輕了智能變電站虛端子配置工作量，可一鍵式導(dǎo)入導(dǎo)出虛端子文件，提高了工作效率，保證了配置的正確性，在智能變電站調(diào)試或擴(kuò)建改造中發(fā)揮了一定的作用。

考慮到以后智能變電站會(huì)大面積推廣，虛端子的功能還有待進(jìn)一步提高，尤其是在本文中提到的導(dǎo)入虛端子前準(zhǔn)備的虛端子文件編寫(xiě)功能需要進(jìn)一步改善，以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的虛端子配置功能。

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［2］劉貞，殷小虹.智能變電站的實(shí)現(xiàn)［J］.機(jī)電信息，2009（36）：26-29.

［3］鐘清.智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2011.

［4］張帆.面向通用對(duì)象的變電站事件（GOOSE）實(shí)時(shí)解析和預(yù)警系統(tǒng)［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2010.

［5］高亞棟，朱炳銓?zhuān)罨郏?數(shù)字化變電站的“虛端子”設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用研究［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（5）：124-127.

［6］吳永超，王增平，呂燕石，等.變電站配置語(yǔ)言的應(yīng)用及解析［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（15）：38-41.

［7］程少軍，陳曉.智能電子裝置的SCL文檔配置工具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.繼電器，2007，35（20）：47-50.

［8］高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2008.

（本文責(zé)編：劉芳）

TM 76：TM 63

：A

：1674-1951（2015）02-0016-05

鄭文彬（1976—），男，陜西寶雞人，工程師，從事智能變電站組態(tài)集成的研究（E-mail：zwb616＠126.com）。

2014-07-09；

2014-11-03

王瑞彪（1977—），男，山西太原人，工程師，從事智能網(wǎng)絡(luò)的研究。