基于物理回路建模的智能標簽的優(yōu)化研究

田 源 張志朋 張 暢 李 展 張國輝

（1. 國網寧夏電力公司建設部，銀川 750001；2. 國網天津濱海供電公司，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簽的優(yōu)化研究

田 源1張志朋2張 暢2李 展2張國輝3

（1. 國網寧夏電力公司建設部，銀川 750001；2. 國網天津濱海供電公司，天津 300450；3. 南京五采智電電力科技有限公司，南京 211106）

當前智能變電站中智能標簽技術采用私有數(shù)據庫結構方式，該技術不規(guī)范、不統(tǒng)一、不利于項目的普及與推廣。文中對基于物理回路建模的設計與“虛實對應”進行優(yōu)化，設計方法的提出基于物理回路建模文件方式，“虛實對應”提出物理回路與邏輯回路的自動解耦技術。物理回路SPCD文件中定義二次設備板卡、端口等物理能力描述信息及光纜連接關系，邏輯回路SCD文件在各個IED設備中采用Inputs容器方式存儲所有虛回路的接收連線，通過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映射關系，生成含有邏輯信息流的智能標簽，節(jié)約了智能標簽的制作時間、降低了智能標簽制作中虛實對應出錯率。

智能變電站；智能標簽；物理回路模型；光纜；虛實對應

相比較傳統(tǒng)變電站，智能變電站二次回路原理的設計改為光纜聯(lián)系圖和變電站配置描述（substation configuration description, SCD）文件表達，二次回路的原理設計實現(xiàn)了數(shù)字化。智能標簽[1]技術在變電站中的應用使得SCD中的邏輯回路[1-2]信息查找簡單快捷。智能標簽包含了變電站所有的二次設備信息，包括設備對象、邏輯子網、屏柜連接、線纜管理、信息邏輯和虛擬連接關系尤其是跳合 閘[2]、采樣等關鍵的連接關系[3-4]?，F(xiàn)有的智能變電站中智能標簽技術采用私有數(shù)據庫[3]作為智能標簽可視化應用的數(shù)據源，私有數(shù)據庫數(shù)據源作為智能標簽唯一解析源。在設計智能標簽中創(chuàng)建設備信息不夠統(tǒng)一需要反復進行修改；手動關聯(lián)信息邏輯和屏柜連線過程中需要翻閱大量的信息流圖和光纜聯(lián)系圖來確定每根光纖的用途；ODF的光纖沒有被定義而是無序地自動生成，此方法需要設計人員對物理回路和邏輯回路很精通同時也會消耗大量的時間。變電站的運維、檢修、改造和擴建過程中需要確保鏈路信息的準確性，希望通過準確快捷的配置軟件來進行智能標簽的配置工作。

本文針對上述問題提出了一種基于物理回路建模的智能標簽優(yōu)化方案，設備廠商設計人員通過配置工具配置裝置物理端口自描述（IPCD）文件，對IED設備中的裝置板卡和物理端口進行描述；設計單位將IPCD文件實例化成屏柜模型，再設計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）文件設計；設計單位可同步通過裝置能力自描述（ICD）文件完成全站的SCD文件設計。將SPCD文件和SCD文件同時導入Smart Show Helper軟件自動生成智能標簽數(shù)據庫[4]，極大提高了智能變電站調試、運檢和改擴建的效率及正確性，準確實現(xiàn)了過程層物理回路和邏輯回路的“虛實對應”[5-7]。

1 智能標簽設計方法優(yōu)化

1.1 現(xiàn)有標簽軟件的問題

現(xiàn)有的智能變電站光纜標簽系統(tǒng)分為生成模塊軟件和解析模塊軟件兩個部分：①設計人員使用生成模塊軟件依據設計院光纜聯(lián)系圖、信息流圖和廠家背板圖設計變電站智能標簽數(shù)據庫，但在設計智能標簽中創(chuàng)建設備信息不夠統(tǒng)一需要反復進行修改；②手動關聯(lián)信息邏輯和屏柜連線過程中需要翻閱大量的信息流圖和光纜聯(lián)系圖來確定每根光纖的用途，ODF的光纖沒有被定義而是無序地自動生成，此方法需要設計人員對物理回路和邏輯回路很精通同時也會消耗大量的時間。

1.2 智能標簽設計方法優(yōu)化

參考《Q/GDW 1396—2012工程繼電保護應用模型》標準[8]，智能變電站二次系統(tǒng)物理回路建模的總體思路是：設備廠商設計人員通過配置工具配置裝置物理端口自描述（IPCD）文件，對IED設備中的裝置板卡和物理端口進行描述；設計單位將IPCD文件實例化成屏柜模型，再設計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）文件設計；設計單位可同步通過裝置能力自描述（ICD）文件完成全站的SCD文件設計。

基于虛實回路的信息流解析過程是通過將SCD文件和SPCD文件導入解析工具來實現(xiàn)虛實一體化設計的?？梢酝ㄟ^移動終端設備解析，繪制全站設備的信息流圖和施工物理回路光纜圖[9-11]，信息流圖可以實現(xiàn)“虛實對應”功能，通過實回路可以顯示虛回路連接，通過虛回路可以顯示實回路連接。

2 智能標簽整體設計優(yōu)化

2.1 智能標簽設計流程優(yōu)化

智能變電站二次系統(tǒng)邏輯回路配置過程：設備廠商通過IED配置工具生成ICD文件，設計人員收集ICD文件后由系統(tǒng)配置工具配置產生SCD文件，通過SCD文件即可以展示全站二次設備的通信參數(shù)及虛擬連線關系，完成系統(tǒng)配置后，由設備廠商通過IED配置工具導出IED實例配置（CID）文件下載至裝置中，調試人員再進行現(xiàn)場調試。

物理回路的建模方法也將參照虛回路的建模方法，各設備廠家提供描述物理端口的IPCD文件，并通過配置工具進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計流程。

圖1 基于物理回路建模的智能標簽設計流程

2.2 SPCD文件逆向解析優(yōu)化

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

通過初始化SPCD文件中的IED設備模型、交換機設備模型和ODF設備模型，獲取每個設備的拓撲連接關系，即每個設備端口的物理連接路徑名。

根據初始化之后的設備拓撲連接關系，進入SPCD解析階段，SPCD層級分為變電站、小室、匯控柜、設備和光纖等元素，主要分為屏柜內纖芯自動解析和屏柜與屏柜之間的ODF光纜纖芯自動解析，屏柜內纖芯自動解析通過設備板卡信息的端口物理連接路徑名完成纖芯自動搜索連接，繪制成屏柜內物理回路圖。圖2所示為SPCD文件屏柜內光纖自動解析方法。

圖2 SPCD文件屏柜內光纖自動解析方法

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IED設備中采用Inputs容器方式存儲所有虛回路的接收連線，而不存儲發(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文件導入Smart Show Helper軟件，這個流程分為兩部分：第一部分是初始化部分；第二部分是解析正式流程部分。在初始化過程SCD的解析，這個階段主要完成的是SCD文件的IED邏輯關系拓撲。在解析SCD文件中輸出數(shù)據集和Inputs連線得到IED（智能電子設備）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系。圖3所示為SCD文件逆向解析方法。

2.4 “虛實對應”優(yōu)化

通過解析SPCD文件可以獲得屏柜內部的跳纖物理回路，解析SCD文件可以獲得包含信息流的邏輯回路，Smart Show Helper軟件中導入SPCD文件和SCD文件，“虛實對應”技術根據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組網板卡端口等信息，自動搜索連接屏柜與屏柜間的ODF光纜信息，通過光纜獲得其承載的邏輯回路信息，通過邏輯回路獲得對應物理回路的光纜信息。圖4所示為“虛實對應”技術。

圖3 SCD文件逆向解析方法

圖4 “虛實對應”解耦技術

3 工程實例

基于物理回路建模的智能標簽研究成果在蘇州電校實訓基地得到了示范應用。

在設計階段，首先配置工程內的物理信息模型，包括中標設備的型號、板卡和端口信息、組屏信息等；其次進行虛端子回路配置，配置工程所需的虛端子回路信息；最后自動將端口信息與光纜纖芯信息進行“虛實對應”。上述文件隨同其他設計資料一同交付給安裝和調試單位。圖5所示為蘇州電校部分智能標簽。

圖5 蘇州電校部分智能標簽

4 結論

本文針對當前智能變電站中智能標簽技術采用私有數(shù)據庫結構方式（該技術不規(guī)范、不統(tǒng)一、不利于項目的普及與推廣），基于物理回路建模的智能變電站二次系統(tǒng)智能標簽的優(yōu)化方案，對基于物理回路建模的設計與“虛實對應”進行優(yōu)化。設計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“虛實對應”技術。它極大提高了智能變電站調試、運檢和改擴建的效率及正確性，準確實現(xiàn)了過程層物理回路和邏輯回路的“虛實對應”。

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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，大學本科學歷，從事變電站工程技術工作。