智能变电站SCD文件比对优化技术研究

涂 刚，黄瑞莹，胡卓伟，熊小敏，李成豪

（国网江西省电力有限公司新余供电分公司，江西 新余 338000）

0 引言

SCD文件是智能变电站的核心文件，同时也是运维检修人员掌握变电站结构及状况、进行日常检修与故障消缺的重要工具。在智能变电站的改造、调试、运维等工作中往往需要变更智能变电站SCD文件的信息。目前国内外对SCD文件的管理模式主要以离线分散管理为主，现场SCD文件变动缺少跟踪与记录。文献[1]提出基于CRC码对SCD版本进行差异性研究，利用JavaScript编写构建JSON（JavaS-cript Object Notation，简称JSON）结构，实现不同SCD版本差异性比较。文献[2]采用Schema检验SCD文件是否符合XML基本语法规则，保证SCD文件结构良好、信息完整。目前SCD文件管理缺乏统一的标准，比对效率较低，智能变电站二次回路及相关联的一次设备非可视化，这会增加变电站运行的不可控性，影响运维检修效率。

为了快速发现新旧版本SCD文件的差异，了解新版本 IED（Intelligent Electronic Device，简称 IED）及虚端子信息，需研发SCD文件比对系统，以实现SCD文件的校验、二次虚回路可视化、新旧版本的SCD文件遍历及比对。本文基于哈希（Hash）算法，采用PugiXml解析工具，对新旧版本SCD文件进行比对，并将差异以可视化方式直观显示，确保变电站虚回路信息的完整和一致，提高检修、试验及运维效率，保证智能变电站安全运行。

1 基本原理及工具

1.1 基本原理

解析程序运行时，最耗时的是系统对SCD文件的解析和比对过程，其中涉及到大量重复查找，利用哈希算法可提升解析速度。Hash的意思是“散列”，即把任意长度的输入，通过程序算法进行散列，变换成固定长度的输出，该输出就是散列值。哈希算法需要找到数据内容和存放数据的地址映射，通过压缩映射的转换，输出的散列值空间会小于输入的空间，提升利用效率。

本文利用斐波那契（Fibonacci）散列法实现哈希算法，每个指针被包含在数组的成员中，指针的指向是链表头，链表所包含的元素可能为空或者很多。链表中元素的查找方法是根据元素的不同特征，对应分配至不同的列表，找到正确链表就可以找到对应元素。

1.2 解析方法及工具的选择

利用XML文件格式对SCD文件进行描述，目前XML文件的主流解析技术有DOM（Document Object Model，简称 DOM）解析方法和SAX（Simple API for XML，简称SAX）解析方法两种[3]。这两种不同的接口规范均应用较广，但侧重点不一样。DOM解析方法将所有XML文档转化成DOM树，应用程序随时可对XML文档的数据进行访问[4]。SAX解析方法同时对文档进行逐行扫描和解析，SAX方法的效率高且速度快，但不能随时访问SAX数据[5]。系统选用DOM方法加Xpath（XML Path Language，简称Xpath）技术进行解析。Xpath技术可以特定查找与设定条件匹配的节点，为提升程序的运行效率，采用Xpath技术对递归运算进行省略，简化程序。

本文选用DOM解析方法、Xpath技术、标准中间过程文件技术、哈希算法等关键技术。PugiXml的解析速度比TinyXml快，比RapidXml稍慢，但是PugiXml支持Xpath查找技术，所以系统采用PugiXml解析工具。

2 比对流程

当变电站规模较大时，SCD文件可能达到几百兆字节。对SCD文件进行比对时，将SCD文件中的IED本侧输入和输出虚端子、两侧虚端子连接关系，链路参数、GOOSE和SV控制块，以及对侧相应的关键信息放到XML文件中，形成中间过程文件，该文件所占内存非常小。与占用大量内存的常规解析方法不同，利用中间过程文件进行SCD文件比对，仅用很小的CPU内存就可以解析大量的元素，从而提升解析效率。基于中间过程文件实现IED虚回路的可视化展示，可提高可视化展示速度，降低对内存和CPU主频的要求。

2.1 SCD内容解析流程

1）装载SCD文件生成DOM树，同时将元素填充进去，扩展CDATA及PCDATA块。利用XPath技术获取IED列表以及同类型的关键元素及其属性。

2）为哈希表建立数据模板，提高查找关键数据的速度。

3）提取控制块通信参数。

4）依据上一步提取出的通信参数，在IED节点中查找对应的数据集和通道描述、通道的叶子节点等。

5）获取GOOSE、SMV订阅。在Inputs节点中找到装置的GOOSE、SMV订阅的虚端子。

6）按照订阅和发布的关系，查找各设备的关联关系。

2.2 文件比对实施

比对SCD不同版本的文件时，需要获取装置本侧和对侧的相关文件信息。通过获取智能变电站过程层虚端子的配置信息，可以得到标准的中间过程文件XML，并在CRC、链路及其参数、虚回路3个层次比对XML文件，以可视化方式展现中间过程文件的比对结果，从而准确、有效、直观地展示SCD文件。通过解析SCD文件，将智能装置以及彼此间的虚端子连线图形化，直观展示装置之间的联系；通过二级窗口展示具体的虚端子连线信息、装置MAC地址等信息，以解决智能变电站“看不到，摸不着”的难题，为智能变电站运维及链路问题排查提供一个高效的辅助工具。系统支持装置关联图、单装置信号图、虚端子展示图及对应控制块的MAC地址等展示。同时可进行SCD文件的Schema语法校验及“六统一”“九统一”规则校验，输出比对内容，并提供备份，提升智能变电站SCD文件管理的规范性、一致性、完整性。文件比对的过程如图1所示。

图1 SCD文件比对过程

3 实例分析

本文对某智能变电站新旧两个不同版本的SCD文件进行比对分析。将新旧SCD文件导入软件后，进行自动比对，并可视化显示比对结果及差异信息，如图2所示，其中感叹号连接的部分表示存在差异信息的IED。此外，用鼠标单击差异IED设备后自动弹框显示该IED设备差异信息的内容，可选择相应的差异类型进行详细的差异信息展示。

图2 比对结果可视化展示示意图

该系统可视化差异信息展示功能可为检修运维人员提供SCD文件更新的直观信息，可解决以往SCD文件人工比对效率低的问题，一定程度上提高了智能变电站运维检修效率与水平。

5 结语

本文基于哈希算法，采用PugiXml解析工具，利用标准中对SCD中间过程文件的格式定义，实现了基于中间过程文件的SCD不同版本比对。以可视化方式在CRC、链路及其参数、虚回路3个层次展示比对结果，可快速便捷展示各个SCD版本的差异，提升了SCD文件管理的规范性、直观性、有效性，提高了SCD文件比对效率和SCD文件核对的准确性。