基于二次回路全景模型的全新设计流程研究

朱辰 王贤 周立军 曹涛

摘要：变电站二次系统由二次设备及设备间的二次回路构成，本文首先针对二次回路全景模型的國内外研究现状进行了论述，之后根据其技术原理提出了相应的技术方案，并在文中对本方案的创新点进行了归纳总结，期望可以提出更合理的二次回路全景模型设计流程。

关键词：二次回路;全景模型;设计流程

1国内外研究现状

从2005年开始，智能变电站的新技术、国际标准、电力企业标准以及电力行业标准，都在全面发展。

1.1国外研究现状

IEC 61850-6标准定义了智能变电站逻辑回路的建模标准，SCD文件是二次系统逻辑回路的模型表达，通过SCD文件完成二次系统逻辑回路设计，根据SCD文件完成二次系统逻辑回路配置。目前国外研究机构和设备制造商，主要技术、规范和工具集中于逻辑回路方面，智能变电站物理回路模型尚无相关标准规范，设计单位依然通过光缆联系图表达物理回路设计，工程实施单位根据光缆联系图完成二次系统物理回路的施工。在物理回路的建模技术、物理回路设计流程、物理回路模型文件逆向解析方面，研究水平仍处于起步阶段。

1.2国内研究现状

山东电力工程咨询院提出的基于智能装置物理端口建模的智能变电站通信设计方法，通过将智能装置物理网络端口建模和绘制AutoCAD 图形方式，将交换机与智能装置间的物理和逻辑的连接关系建立起来，为绘制物理回路图形提出物理回路模型的初步设想，未提出物理回路模型文件的概念。模型中仅涉及了IED之间的物理回路，缺少屏柜、装置、光纤配线架（ODF）、交换机等物理设备的对象模型和连接关系，信息量严重不足。

2技术原理

本项目依托现行规程、规范及国际标准，充分借鉴虚端子回路的连接配置方法及工程实施流程，总结以往工程经验和相关行业的有益经验，紧密结合国内智能变电站的建设和运行特点，对物理端口和回路建模，以及设计流程和逆向解析方法进行深入研究，最终通过确立规范和新软件系统的研发引入实现对现存问题的整体解决。

2.1方案思路介绍

在逻辑回路方面，有两个重要的文件，包括智能装置功能配置描述文件ICD（IED configuration description）和变电站配置（逻辑回路）描述文件SCD（substaiton configuration description）;同样的在物理回路方面，也提出两个相应的文件，包括智能装置硬件配置描述文件IPCD（IED physical configuration description）和变电站物理回路配置文件SPCD（substaiton physical configuration description）。

根据国家电网公司颁布的《IEC61850工程继电保护应用模型》（Q/GDW 396-2012）、《330kV～750kV智能变电站设计规范》（Q/GDW 394-2009）、《智能变电站继电保护技术规范》（Q/GDW 441-2010）等标准中规定的内容，以及IEC61850-6的SCL配置语言，语法符合Schema校验，为不同集成厂商的SCD文件可以导入本图形化系统展示奠定了配置基础。

通过研究变电站内的二次回路全景模型的建模方法以及建模流程，开发二次回路全景模型配置工具;通过研究二次回路全景模型的逆向解析技术和“虚实对应”技术，开发二次回路全景模型图形化展示工具，实现智能变电站二次回路系统从图形化配置到展示的自动化设计。

根据上述内容，我们需要研究并解决四个方面的问题：

（1）研究二次回路全景模型的建模方法

（2）研究二次回路全景模型设计流程

（3）研究二次回路全景模型的逆向解析及“虚实对应”技术

（4）开发二次回路全景模型配置及可视化工具

2.2主要技术内容

2.2.1研究二次回路全景模型的建模方法

现阶段的SCD文件中只包括了逻辑回路信息，在Q/GDW1396-2012规范中虽然定义了物理端口，但是不全面，仅仅是装置的物理端口信息，不包括装置的连接关系，也不包括一些非智能设备如ODF和交换机，因此本项目需要重新针对物理回路的建模进行系统的研究。

项目提出的二次回路全景模型包括逻辑回路模型和物理回路模型。研究通过软件的方式，自动在虚端子连线中增加接收侧的物理端口，应避免人工填写，减轻设计人员的工作量。

物理回路方面遵循当前国内逻辑回路的建模的规范和原则，将重点研究通过XML语言的方式完成对物理设备的端口和物理回路的建模研究，其主要研究内容有以下方面：

（1）物理模型文件内容的研究

（2）物理模型文件独立性研究

（3）物理回路存储方式的研究

（4）物理回路模型描述语言的研究

2.2.2研究二次回路全景模型设计流程

二次回路全景模型设计流程包括两部分：包含逻辑回路的SCD设计流程和包含物理回路的SPCD的设计流程，SCD配置方面重点研究SCD增加端口的配置过程。SPCD的设计流程参考SCD的设计流程，设备厂商提供IPCD文件，设计人员通过全景模型配置及可视化工具配置SPCD文件。

2.2.3研究二次回路全景模型的逆向解析及“虚实对应”技术

二次回路全景模型的配置文件包括SCD和SPCD文件，SCD文件的解析可以通过表格方式和图形方式实现，且现在已经进行了较多的研究。而对SPCD文件而言，也同样存在解析的问题，这里的解析主要通过图形的方式进行。

本项目将同时针对SCD和SPCD文件进行解析，即对全景模型文件进行解析，目的在于通过图形分层展示站内小室、屏柜、装置、光缆等信息，并通过点击光缆中纤芯获取相应的逻辑回路信息（即由实到虚），通过逻辑回路可以获取物理连接关系（即由虚到实），通过物理回路和逻辑回路的“虚实对应”技术，将SPCD和SCD文件进行融合关联，可实现虚实结合展示，信息综合全面，简洁直观、便于理解。

2.2.4开发二次回路全景模型配置及可视化工具

开发二次回路全景模型配置及可视化工具，应支持ICD文件的导入，支持IPCD文件的导入，支持物理回路的连接配置，支持逻辑回路的配置，支持输出SCD和SPCD文件，支持SCD和SPCD的文件关联解析，支持“虚实对应”展示，即通过物理回路查询逻辑回路，或者通过逻辑回路查询物理回路。

3二次回路全景模型设计流程

智能变电站二次系统逻辑回路配置过程：设备厂商通过IED配置工具生成ICD文件，设计人员收集ICD文件后由系统配置工具配置生成SCD文件，通过SCD文件即可展示全站二次设备的通讯参数及虚拟连线关系，系统配置完成后，由设备厂商通过IED配置工具导出IED实例配置（CID）文件下载至装置中，调试人员进行现场调试。

物理回路的建模方法也将参照逻辑回路的建模方法，设备厂商设计人员通过配置工具配置装置物理端口自描述文件（IPCD），对IED设备中的装置板卡和物理端口进行描述;设计人员将IPCD文件实例化成屏柜模型，再设计屏柜间的光缆连接和装置间的光纤连接，完成全站物理回路配置文件（SPCD）设计;设计人员可通过装置能力自描述文件（ICD）完成全站的SCD文件设计，并在SCD文件自动标注物理端口信息，并通过配置工具进行光缆连接后，形成描述物理端口和回路的SPCD文件，图1为二次回路全景模型设计流程。

4结束语

综上所述，本文主要对二次回路全景模型的国内外现状进行了分析，并根据二次回路全景模型技术原理提出了全新的二次回路全景模型设计流程，为后续的建模工作提供了良好的框架基础。

参考文献：

[1]刘东勇.核电二次回路系统建模与仿真研究[D].