智能变电站虚端子图绘制系统的研发与应用

邱 艳 王鹏飞

（1、湖北商贸学院，湖北 武汉430079 2、武汉国电武仪电气股份有限公司，湖北 武汉430073）

智能变电站[1-2]以智能设备（IED）代替了传统设备，以光纤及网线等代替了传统变电站的电缆。传统变电站中保护、测控等一次和二次设备的交直流输入输出量，通过端子排，由电缆连接的方式实现设备之间的数据采集及信息交互。而智能变电站中，装置的输入输出可以通过能力描述文件ICD（IED Capability Description）来定义。

在ICD 文件中，描述了装置之间的数据订阅关系，即本设备发送的数据集及数据集条目（例如模拟量、开关量、告警等）和本设备订阅哪些装置的数据集条目。智能变电站的所有ICD 文件汇集成SCD[3]文件（Substation Configuration Description）,该文件描述了整个变电站内，各设备的能力，及相互之间的数据交互关系。智能变电站各设备的数据条目之间的收发关系，功能和意义与传统变电站中的“端子图”类似。因此，为了便于各层次用户及设计人员的应用和理解，虚端子图在智能变电站中有着广泛的应用。

关于虚端子图的研究，文献[4-5]分别从不同的角度分析了SCD 文件的结构层次，并提出了详尽的解析方案。文献[6-7]虚端回路图的设计方法。本文在已有技术的基础上，提出了一种智能变电站虚端子图绘制方案，可由SCD 文件经简单扩展后，自动生成SVG 格式的网络拓扑图，解决了拓扑图绘制繁琐及内容不全的问题。

1 系统研发思路及过程

1.1 对现有的SCD 规范予以扩展，添加网络定义模块。此外设计SCD 文件解析工具和SVG 拓扑图自动生成工具，自动生成智能变电站网络拓扑图。该拓扑图为SVG 格式，包括网络交换机及其级联关系、IED 及其接入方式、各网络节点所关联的控制块等信息。采样该技术，可依据SCD 文件自动生成网络拓扑图，极大减轻现场配置工作量，并可以生成的SVG 格式的网络拓扑图为基础，实现图形化的智能变电站网络和IED 状态监视与故障诊断功能。

1.2 SCD 文件目前已有Communication 段，在该段添加交换机的定义，包括每个交换机的基本信息及各交换机的级联关系，修改各IED 及控制块定义，描述IED 的各控制块接入的交换机及端口。

1.3 设计一个SCD 解析工具，功能包括：解析交换机及其级联结构、解析所有IED 及其接入的交换机、解析各网络节点相关的控制块，并将以上信息存入内存结构。

1.4 设计了一个SVG 文件自动生成工具，根据内存中的网络结构，自动生成SVG 格式的拓扑图。快速生成方法基于SCD文件，并对扩展SCD 文件进行扩展，加入网络结构及连接关系的定义；制定SVG 元素ID 规范，明确智能变电站用到的元素的ID；运用通用的XML 解析工具，解析SCD 文件；设计SVG 生成工具，创建SVG 格式的网络拓扑图。最终结果是得到一个SVG格式的网络拓扑图，该文件为标准格式，可使用网络浏览器或Adobe SVG Viewer 等工具进行渲染，也可用于电力系统监控软件，进行识别和交互。

本文提出的SCD 扩展部分和SVG 文件的ID 规范可作为电力系统行业或者地方规范进行推广，如果采纳此两项定义，在工程实施时自动生成网络拓扑图，可为基于拓扑图进行直观的网络结构监视及预警打下坚实基础，并为智能变电站安全可靠运行提供一项技术支撑。

2 系统功能

2.1 载入和解析SCD 文件。载入并解析全站配置文件（SCD文件），读取文件中的控制块和数据集定义，读取数据订阅关系。SCD 文件为XML 文件，文件较大，且内部逻辑较为复杂，因而解析过程较长。为提高软件运行效率，系统支持二进制格式存储解析结果，便于系统运行时快速载入，避免每次都解析XML 文件。SCD 文件载入完成后，可点击“保存解析结果”按钮，将解析结果保存在二进制文件中。

2.2 构建IED 树。SCD 载入完成后，根据读出的IED 信息，构建IED 树，如图1 所示。

图2 虚端子图

IED 树以IED 为根节点，包括该IED 下的SV 控制块、GOOSE 控制块及相关数据集信息。单击不同的节点，右侧区域将显示节点有关的详细信息。其对应关系如下：

IED：显示设备台帐信息，如名称、分类、制造厂、型号等信息；SV 控制块：显示APPID、名称、描述及对应的数据集定义；GOOSE 控制块：显示APPID、名称、描述及对应的数据集定义；数据集：显示数据集名称、描述及各数据条目的定义。

2.3 绘制虚端子图并完成跳转响应。系统根据SCD 解析结果，生成虚端子图，如图2 所示。虚端子图绘制IED 之间的数据对应关系，可实现图像之间的链接、跳转，可显示各数据集数据条目的对关系。单击“虚端子图”按钮，进入虚端子图界面。本界面的IED 树按通信子网划分。选中某一装置后，将以该装置为中心，显示订阅装置的设备和被该装置订阅的设备。

虚端子图的第一层显示装置（和其所包含的控制块）之间的数据订阅关系，但并未显示数据具体的对应关系。以传统电缆连接类比，即只显示了端子到端子的关系，未显示端子针脚之间的连接关系。数据的映射关系可通过查看下级图形实现，如图3 所示。

图3 数据映射关系

3 关键技术及创新点

3.1 基于QT 实现，跨平台运行。系统基于跨平台的图形界面组件QT 实现，可运行于Windows、Linux 等常见系统平台，满足设计院、主站、子站、装置等多种应用场景。

3.2 数据展示方式。用树结构，分级分类展示全站的IED 设备。选中IED 设备后，以图形化方式绘制该IED 与站内其它IED 的连接（或数据订阅）关系。选择连接后，以图形话方式，展示该连接包含的数据集条目间的对应关系。

3.3 图形的级联及跳转。选择虚端子图中的设备，可跳转到选中设备的虚端子图，实现了相关设备的相互跳转。

4 应用范围

4.1 应用范围：系统可用于智能变电站二次设备或自动化系统的系统调试。系统以图形化及列表的方式，展示变电站内各设备的数据定义以及各设备之间的数据订阅关系。

4.2 系统可用于变电站综合自动化系统的插件。系统可作为系统插件，用于智能变电站综合自动化系统、网络报文装置、智能运维的图形插件，以图形化的方式，显示各设备的逻辑关系及实时状态。