厂站图模和点表自动生成及信息校核方法

李 娜，李 宽，李玉敦，梁正堂，黄强

（国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003）

0 引言

厂站监控后台、调度主站的接线图及设备监控信息作为运行管理人员监视控制、运行维护的重要依据，其完整性、正确性和直观度是电网运行调度、异常处置及事故处理等工作的基础。目前监控后台、调度主站的电网一次接线图基本通过人工绘制，具体步骤包括：基于数据库建立一次设备模型信息，基于离线厂站图纸在系统中完成绘制，最后通过检索器关联数据库设备对象模型和设备图元，完成新建厂站图模库维护［1-2］。同时，主厂站监控点表信息由厂站人员根据图纸设计和现场实际提报，调度审核后填入主站，各厂站信息及命名差异较大，人工维护工作量大、容易出错［3］，且主站与厂站间存在着严重的信息重复录入、重复校核的问题。

随着电网规模不断增大，厂站数据日益增多，主站运维压力剧增，亟须开展自动化手段提高主站运维效率和信息正确性。同时伴随着数字化变电站建设和信息化水平的提高，各类自动化、数字化工具和方法也陆续出现。目前，国内外对相关内容进行了不少的研究［4-12］，但工程实际应用较少，以南瑞科技为代表的大型供应商在变电站自动成图及信息校核开展了一定研究和尝试，但成熟度和实用性还有待提高；或在一定程度上能够减少工作量，但多基于当前主厂站运维模式，存在模型适配等问题。

改变传统运维模式，提出了主站侧图模及点表自动生成的方法。首先基于图模库一体化的存量厂站图形进行特征识别、提取，并建立存量图形特征库，新站投运时，根据新建厂站接线图拓扑特征，自动完成厂站接线图的生成与绘制，生成更加实用化和人机交互性较高的监视界面。同时基于典型设备信息模板，自动触发设备遥测、遥信、遥控和遥调（以下简称“四遥”）信息，在主站端直接根据监视、控制需求实现一次设备监控点表信息自动生成。站端采用主站生成点表完成“四遥”转发配置后，主站召唤站端数据通信网关机配置描述文件进行点表信息校核闭环，确保主厂站信息一致，提高维护效率和正确性。

1 图模库一体化

公共信息模型（Common Information Model，CIM）提供一种用对象类和属性及他们之间的关系来表示电力系统资源的标准方法。在CIM 模型中ConductingEquipment 通过ConnectivityNodes 相互连接的Terminals建立连接关系。主站调度控制系统采用基于CIM 的图模库一体化技术，实现设备图元与数据模型一一对应。

数据库基于IEC 61970 CIM 对象模型建立，模库存在一一对应关系。CIM 模型与图元一体化通过CIM/G［13-14］描述。CIM/G 定义了CIM 模型中电力设备图形绘制方式及基于XML 文件格式的存储方式。通过XML 标签直接描述CIM 模型，实现CIM 模型与电力图形对象的一一映射关系。CIM/G 定义文件中电力系统图形元素名称就是CIM 模型中类名称，并通过全局设备资源ID 与CIM 模型关联。在CIM/G中，电力系统图元可以通过他们的连接点直接关联或通过连接关系图元相连。基于CIM/G 可以提取厂站设备及连接关系，还原厂站接线图。图形描述的模型内容可保存为CIM/E 模型描述文件，包含监控信号和图模关系。

2 建立存量图形特征库

2.1 图形特征建模

同类型同电压等级的变电站中，其设备种类和数据、一次设备布局、连接线部署、厂房布置等方面均类似，接线图特征模型按照电压等级、接线方式、间隔、设备分层创建。

第一层为电压等级。不同电压等级的接线方式和设备不同，因此将电压等级作为建模第一步，涉及1 000 kV、500 kV、220 kV、110 kV、35 kV、10 kV 等。分别针对每个电压等级建模，如表1所示。以500 kV变电站为例，500 kV 电压侧多采用一个半断路器接线；220 kV 多采用双母线接线，并根据连接元件数量装设分段断路器；35 kV 侧多为低容、低抗等无功补偿设备，且均采用单母线接线方式。

表1 电压等级建模

第二层为接线方式。电气主接线是厂站电气设计的主要部分，其一次结构由变电站所处电网位置、中转传输容量、出线/开关/变压器/低抗/低容数量及一次设备特点决定，并综合考虑了电网发展规范带来的改扩建问题及运行维护操作灵活性的要求。包括内桥、外桥、角接等无汇流母线接线方式和单母、双母、双母单分段、双母双分段、母线带旁路、二分之三接线等有汇流母线接线方式。各类接线方式建模如表2所示。

表2 接线方式建模

第三层为间隔。间隔是一组设备的集合，其定义较为灵活，通常以一个间隔仅包含一个主要设备的原则进行创建，典型间隔包括3/2接线的断路器与该断路器直接相连的隔离开关、接地隔离开关等构成的开关间隔以及不同元件与该元件直接相连的断路器、隔离开关等构成的元件间隔，如进出线间隔、主变压器间隔、辅助间隔（电容器、电抗器、串补等具有独立功能的设备间隔）等。对各类型间隔建模如表3所示。

表3 间隔类型建模

第四层为间隔设备。针对开关间隔和元件间隔中的设备图元类型和个数建立间隔特征量。同类型间隔所含设备图元类型和个数基本一致，少数情况会出现不同。为了降低基建成本，有时会在保证系统安全可靠运行前提下减少一个隔离开关或断路器。对各类型设备图元建模如表4所示。

表4 设备图元建模

2.2 存量图形特征提取

目前各级调度主站多采用图模库一体化技术［15-16］，绘制图形进行图形联库及节点入库操作后生成连接点号。两设备图元间的关系可描述为：电气图元A、设备ID_A、连接点A1、连接线、连接点B1、设备ID_B、电气图元B。因此可采用遍历法建立存量图形特征库。具体步骤如下。

1）定位变压器，以变压器隔离出各电压等级。变电站中往往包括多个电压等级，各电压等级通过变压器进行电压变换，每个变压器在其相连的两个电压等级中均有对应绕组和编号，通过连接线实现与各电压等级其他设备相连。因此将变压器作为各电压等级的分界和连接，提取图中每个电压等级的特征模型。

2）各电压等级分块处理，均以母线为中心开始遍历，逐一获取连接节点及连接设备图元，按路径获取各间隔特征，并建立对应的间隔数组。根据间隔数组能够确定接线方式和间隔特征量。根据母线个数与母线间最短路径可辨识接线方式，以某省厂站常见接线方式为例，如表5所示。

表5 常见接线方式

3）根据母线到其他各类设备对应图元之间的路径可获得相应的间隔数组及间隔类型，包括母线与线端或负荷间路径数组、母线与变压器节点路径数组、母线与其他辅助设备（电容、电感、接地等其他单端设备）路径数组等。

4）建立存量图特征量。根据间隔数组获取间隔特征量为

式中：Cbay为间隔特征量；TB为间隔类型编号；TEi为本间隔第i类设备图元类型编号；ni为本间隔第i类设备图元类型个数；m为本间隔设备图元类型数。

电压等级特征量为

式中：CV为本电压等级特征量；TC为本电压等级接线方式编号；Cbayj为本电压等级第j个间隔的间隔特征量；p为本电压等级所含间隔类型数。

将图中各电压等级特征量求和得到图形特征量为

式中：CG为接线图特征量；TVk为接线图第k个电压等级编号；CVk为接线图第k个电压等级特征量；q为接线图中电压等级类型数。

5）基于存量图形建立各类型标准间隔。针对各类型间隔路径和特征量，选取占比最大的间隔形式作为标准样式。

3 建立典型信息库

3.1 一次设备典型信息库

基于监控信息管理规范建立变电站设备典型监控信息库。以断路器设备为例，典型信息包括量测数据、位置状态等运行数据、动作信息、告警信息和控制命令等，如表6 所示。典型信息库可按照电压等级及设备类型分类创建，用于设备“四遥”信息的自动触发。

表6 断路器设备典型信息

3.2 二次设备存量信息库

存量厂站二次设备信息等同所关联设备图元做增减和替换，屏蔽一次设备命名后，作为存量信息库，用于除典型信息库外的补充校核模板，用于点表信息的完整性校核。

4 图模自动生成

基于目标图形特征匹配存量特征库，自动生成新厂站图，可大大降低工作量，并符合本地监视及作图习惯。同时基于典型信息表，自动触发设备相关“四遥”信息，实现一次设备相关点表信息的自动生成。

自动成图前须提供目标厂站图形文件的拓扑特征信息，包括厂站涉及电压等级、各电压等级接线方式、各母线所连间隔类型及个数、特殊间隔及对应设备图元等。确定目标图形特征后，按照各类型标准间隔计算图形特征量，并逐层与模型特征库进行匹配，依次选择各层最接近的图形文件作为目标图生成源，自动组合成图。如有特殊连接再做个别人工调整。具体流程如下。

1）计算图形特征量。如间隔为标准间隔，则按照式（1）标准间隔数组计算间隔特征量，特殊间隔按照提供的设备图元类型和数量计算间隔特征量；按照式（2）计算各电压等级特征量；按照式（3）将各电压等级求和计算图形特征量。

2）逐层匹配。按照图形特征量进行匹配，选择特征量最相近的图形，作为基图1，此图与目标图包含的电压等级相同。

读取基图1 和目标图各电压等级特征量，首先比对接线方式，相同则继续比对间隔特征量。如不同，则搜索选择该电压等级特征量相近的图形作为基图2，将相应电压等级图形替换为基图2 中对应部分。再比较间隔特征。比对间隔类型及数量在当前基础上进行同间隔的复制增加或减少，完成间隔匹配。

基于图模库一体化，对自动生成的图形和图元进行设备规范化命名和属性填库，完成新建站图模库的新增维护。

5 点表自动生成及校核

基于设备典型信息库，实现“四遥”信息的自动触发和建模，完成新建站点表信息的自动生成，同时保证点表满足电网监视控制对一次设备的信息需求和信息规范化命名要求。站端数据通信网关机按照主站导出的点表信息进行规范配置，并按不同主站需求增加二次设备遥测、遥信信息，二次设备信息关联的一次设备采用主站导出点表的规范化命名。

5.1 运动配置描述文件

站端数据通信网关机完成点表及通信配置后导出远动配置描述（Remote Configuration Description，RCD）［17］文件，用于点表配置校核。数据通信网关机的RCD 文件采用E 格式描述及UTF-8 编码方式，至少包括数据通信网关机的基本信息、版本信息、合并信号信息、遥测转发信息、遥信转发信息、遥控转发信息、遥调转发信息等内容，以RCD遥新转发信息为例，信息内容如表7所示。

表7 RCD遥信转发信息属性

针对数据通信网关机每个远动通道对应一个RCD 文件。因此，获取RCD 文件可对站端“四遥”信息配置进行核查。

5.2 配置校核

基于数据通信网关机RCD 文件，实现厂站端点表信息配置校核。基于主厂站现有硬件设备资源及通道条件下，主站可通过DL/T 634.5104 规约扩展方式［18］或DL/T 476 规约方式经远程浏览［19-20］通道获取站端数据通信网关机的RCD 文件，并将RCD 文件内容按信息类型与主站典型信息库进行匹配，完成配置校核。具体校核方式为：

1）一次设备信息校核。基于所提出的运维方式，站端一次设备“四遥”转发信息应与主站自动触发的一次设备信息一致，包括点号及中文描述。基于信息类型规范性、点号唯一性、一次设备监视、控制信息完整性和一次设备命名规范性，分别按“四遥”信息分类比对校核，并给出校核结果。

2）二次设备信息校核。二次设备信息按照主站业务需求各有差异，采用灵活表达式匹配校核方式，以表达式搜索校核对象，再针对搜索到的对象进行规则检查。根据校核需求不同，配置不同校核规则和优先级。基于表达式的二次设备信息校核规则如表8所示。

表8 二次设备信息校核规则

校核通过后的点表实现信息主厂站一致，且与主站图模库一致。

6 结语

基于图模库一体化技术，通过对已投运的存量厂站接线图特征及信息模型进行提取，形成本地图形特征库，利用图形特征实现厂站图模的自动生成；基于典型信息库，实现设备点表自动生成并作为站端远动信息配置依据，实现主站图模库和点表一致；站端完成配置后，远程召唤RCD文件，实现点表规范性校核，完成图模库和点表的闭环维护。基于此类方法，一方面能够基于特征提取和分析，建立符合本地建模习惯和方式的标准模型库，可通过建立映射关系即可快速实现与其他模型的转换和信息的修改；另一方面，针对一些特殊连接，运行系统中已有足够的存量图模可提供符合指定特征的图元和信息选择，同时基于典型信息表自动生成监控点表，在满足厂站监视需求的同时，保证主站图模库和点表的一致性，能够大大提高运维工作效率和正确性。