智能变电站二次系统的设计方法及装置

技术领域

本发明涉及一种智能变电站二次系统的设计方法及装置，属于变电站设计技术领域。

背景技术

目前，变电站二次系统设计方法主要是面向建设施工，设计成品注重满足施工的需求，内容上设计原理图简单，仅示意外部接线，不示意厂家内部接线；注重端子排图纸设计以及电缆、光缆清册等安装图，以满足施工的要求。这样的设计方法和图纸型式虽然方便了施工，但是给运维带来不便，项目投产后，运行检修人员在查阅图纸时会发现，一张图纸上仅能展示回路的一部分，有时仅示意两个装置之间的连线，而不是以完整回路，检修人员需要自行梳理多张施工图和厂家图纸的连接位置，才能形成一个完整的回路。智能变电站不仅存在物理回路，更多的是逻辑回路，目前的逻辑回路与物理回路在图纸上未做相应连接，而且逻辑回路采用表格方式，展示方式上不友好，物理回路和逻辑回路的混接使得检修人员完整的梳理回路显得更加困难。

现有国内智能变电站设计工具，通过CAD绘制各类图元线条表达，图元不带信息属性，设计成果为传统纸质或电子化的图纸，需要工程师按约定的图例规则和文字描述，靠人脑读懂图纸要表达的信息，缺乏结构化的数据，计算机无法识别。产生上述问题的原因主要是，设计单位缺少实现变电站二次系统模型文件的数字化设计手段，不能提供表达变电站二次设备物理配置描述和连接关系的模型文件，无法满足设计成果进一步在工程运维、检修、调度等多个环节中的深化应用需要。总结起来有两种设计方法：一种是面向卷册图纸的设计方法，利用软件以完成电回路设计图、光回路设计图的设计工作为主要目标，软件关注的对象主要为屏柜、端子、芯线、电缆、ODF、光缆，缺乏对电站系统、二次设备等信息模型的完整定义，无法满足新一代智能变电站对信息模型的要求。另一种是面向虚回路的配置，由二次厂家提供装置GOOSE/SV相关的excel表或ICD文件，在excel表中罗列出二次装置的虚端子号、虚端子描述、虚端子数据属性等，软件将此excel文件或ICD文件导入到数据库后，识别虚端子的相关信息，并进行数据关联，最终生成虚回路表或SCD文件。

国内上述两种方式目前处于相对独立状态，无法实现设计配置一体化应用。在SCD层面应用也不够规范，仅停留在满足互联互通的基本要求，如无一次元件的应用规范，无一、二次关联模型，设计工具生成的SCD文件不包含SSD模型信息；绝大多数设计软件无法实现光/电回路的SPD配置及导出，电回路设计较为先进的设计手段也仅能实现部分自动化出图功能，无法生成图模一体的电气二次成果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种智能变电站二次系统的设计方法及装置，能够解决物理回路和逻辑回路的衔接问题，使得设计输出成果友好的完整的展示出整个回路。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供的一种智能变电站二次系统的设计方法，包括以下步骤：

获取智能变电站二次回路的物理链路信息和逻辑回路信息；

对智能变电站二次回路进行标准化命名处理；

建立物理链路和逻辑回路的连接；

进行逻辑链路与物理链路的自动关联，获得变电站二次系统并进行显示。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述物理链路信息是通过分析全站SCD文件和查看设计图纸获得的；

解析全站SCD文件得到以下物理链路信息：全站设备的IED名称和与设备互动的过程层物理端口；

查看设计图纸找到以下物理链路信息：物理链路输入端的IED名称、输入端口、输出端口的IED名称、输出端口以及关联类型；

所述关联类型包括：装置与交换机连接的装置级联类型和交换机与交换机连接的交换机级联类型。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述物理链路信息还可以通过以下步骤获取：

获取智能变电站的物理回路的SPCD文件；

将所述SPCD文件导入SPCD解析模块内，以生成智能变电站的物理链路信息。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述逻辑回路信息是通过分析全站SCD文件中的各种IED设备虚端子、虚端子连线和短地址得到的；

所示逻辑回路信息包括：逻辑回路的数据流输入端IED名称、输入端口、输入端子路径、输入端子描述、输入压板、数据流的APPID、输出端IED名称、输出端口、输出端子路径、输出端子描述以及输出压板信息。

所述逻辑回路的数据流方向是由信息的发布方IED指向订阅方IED。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述逻辑回路信息还可以通过以下步骤获取：读取SCD文件，解析各装置的输入连接部分，读取装置的逻辑回路信息。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述对智能变电站二次回路进行标准化命名处理，包括：

对一次设备按照电压等级+间隔号+设备名组成进行命名；

对二次设备按照电压等级+位置+设备名称组成进行命名；

对二次回路进行功能描述，功能描述的二次回路包括电流回路、电压回路、控制回路、信号回路。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述建立物理链路和逻辑回路的连接，包括：

解析ICD文件，将ICD文件存储至ICD文件表中，并将待接线的虚端子信息按类型存储至GOOSE虚端子表和SV虚端子表中；

建立二次设备和ICD文件的关联关系，并将相关的虚端子信息拷贝至虚回路表中；

解析IPD并将IPD文件存储至IPD文件表中，将解析得到的板卡和端口存储至板卡表和实端子表中；

建立二次设备和IPD文件的关联关系，并将相关实端子信息拷贝至实回路表中；

将逻辑链路图配置链路基本信息，建立逻辑链路的图形模型；

将物理链路图配置物理链路基本信息，建立物理链路的图形模型；

将逻辑链路和物理链路的图形模型转化成数据模型分别存储至逻辑链路表和物理链路表中，并进行图深度遍历，建立逻辑链路和物理链路的拓扑关系。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述进行逻辑链路与物理链路的自动关联，获得变电站二次系统并进行显示，包括：

基于数据分析和校验，对二次回路进行深度遍历，进行逻辑链路与物理链路的关联，获得变电站二次系统并进行显示。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述数据分析和校验，具体包括：

二次设备存在性校验，以二次设备描述为依据，一张图纸内的二次设备在服务端二次设备表中存在；

二次设备类别校验，逻辑链路中仅存在IED类型二次设备，物理链路中仅存在IED和SWITCH类型二次设备；

逻辑链路对应的物理通路存在性校验，逻辑链路在物理链路中必有一条匹配的物理通路存在；

物理链路所通逻辑链路信息存在性校验，物理链路必有逻辑链路通信经过；

链路编号重复性校验，物理链路和逻辑链路编号均不能重复；

逻辑链路重复性校验，两个智能设备间按通信方向至多存在一条同通信类型的逻辑链路；

物理链路重复性校验，两个设备之间至多存在一条物理链路；

虚回路和逻辑链路对应关系存在，逻辑链路必存在对应的虚回路，虚回路必存在所属的逻辑链路；

实回路和物理链路对应关系存在，物理链路必存在对应否实回路。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述的设计方法还包括以下步骤：

将设备故障或设备动作匹配到变电站二次系统的回路中。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述将设备故障或设备动作匹配到变电站二次系统的回路中的具体过程为：

针对智能变电站设计的虚回路、物理回路相关数据，通过提取关键词特征、度量语义距离、计算匹配距离，最后将距离小于拟定阈值且为最小值的可用连接数据作为选择的结果，实现自动选择相关回路。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述关键词特征的提取过程为：按照组成单元的语言不同，抽取重要的关键词单元，将非结构化的中文描述转化为结构化、可计算的电力语言单元集合。

作为本实施例一种可能的实现方式，关键词特征的具体提取过程为首先基于电力系统语料建立电力系统专业词语库，充分利用电力系统领域知识，针对中文描述中词汇量不多，且相对固定的特点，使用特定词语库对中文描述的关键信息进行提取效率最高，并且这种方法可以不受词语语序的影响；然后针对每一条中文描述都进行带词库的分词处理，去除分词结果中的停用词和无效信息，并借助词库完成部分纠错；最后利用词库对部分描述不规范的专有名词进行标准化以及对同义词进行标准化，最后将设备的中文描述转化为词库一致的关键词标准描述，作为该中文描述的最终表达。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述语义距离采用词语的相似度距离作为语义距离计算的选择方式，所述相似度距离具体是指2个字符串之间，由一个转成另一个所需的最小加权数。由三部分组成，1)增加一个字符，2)减少1个字符，3)替换1个字符，三个条件按照1:1:1进行加权，得到两个字符串的相似度距；两个字符串相似度距越小，则两个字符串的相似度越大。

第二方面，本发明实施例提供的一种智能变电站二次系统的设计装置，包括：

二次回路信息获取模块，用于获取智能变电站二次回路的物理链路信息和逻辑回路信息；

标准化命名模块，用于对智能变电站二次回路进行标准化命名处理；

连接建立模块，用于建立物理链路和逻辑回路的连接；

链路关联模块，用于进行逻辑链路与物理链路的自动关联，获得变电站二次系统并进行显示。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述的设计装置还包括：

回路匹配模块，用于将设备故障或设备动作匹配到变电站二次系统的回路中。

本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：

本发明实施例的技术方案的一种智能变电站二次系统的设计方法，包括以下步骤：获取智能变电站二次回路的物理链路信息和逻辑回路信息；对智能变电站二次回路进行标准化命名处理；建立物理链路和逻辑回路的连接；进行逻辑链路与物理链路的自动关联，获得变电站二次系统并进行显示。本发明丰富了二次回路可视化展示的内容，可以有效节约变电站运行人员工作时间，使智能变电站的运行、维护、管理降低了工作难度，提高了工作效率。

本发明针对新一代变电站二次系统的智能运维工作，提供了一种智能变电站二次系统的设计方法，不仅，解决物理回路和逻辑回路的衔接问题，使得设计输出成果友好的完整的展示出整个回路，而且提升了智能变电站的相关工作效率和效益。

本发明采用通过数字化标记的数字化设计方案，并利用关键回路含义分析的方案实现回路的锁定，应用于二次故障检索。

本发明提出了一种物理回路与逻辑回路的匹配方法，使得运维人员能够直观的查阅图纸，不必多张图纸拼接查看，物理回路、逻辑回路对接查看，节省时间。

本发明通过关键语言含义的匹配方法，实现故障或者事故相关回路的快速匹配，提高了运维人员查阅图纸，分析回路的效率，更快速的恢复送电，减少停电造成的损失。

附图说明

图1是根据一示例性实施例示出的一种智能变电站二次系统的设计方法的流程图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种智能变电站二次系统的设计装置的示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种逻辑链路图示例图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种物理链路图示例图；

图5是图4的局部图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明实施例提供的一种智能变电站二次系统的设计方法，包括以下步骤：

获取智能变电站二次回路的物理链路信息和逻辑回路信息；

对智能变电站二次回路进行标准化命名处理；

建立物理链路和逻辑回路的连接；

进行逻辑链路与物理链路的自动关联，获得变电站二次系统并进行显示。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述物理链路信息是通过分析全站SCD文件和查看设计图纸获得的；

解析全站SCD文件得到以下物理链路信息：全站设备的IED名称和与设备互动的过程层物理端口；

查看设计图纸找到以下物理链路信息：物理链路输入端的IED名称、输入端口、输出端口的IED名称、输出端口以及关联类型；

所述关联类型包括：装置与交换机连接的装置级联类型和交换机与交换机连接的交换机级联类型。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述物理链路信息还可以通过以下步骤获取：

获取智能变电站的物理回路的SPCD文件；

将所述SPCD文件导入SPCD解析模块内，以生成智能变电站的物理链路信息。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述逻辑回路信息是通过分析全站SCD文件中的各种IED设备虚端子、虚端子连线和短地址得到的；

所示逻辑回路信息包括：逻辑回路的数据流输入端IED名称、输入端口、输入端子路径、输入端子描述、输入压板、数据流的APPID、输出端IED名称、输出端口、输出端子路径、输出端子描述以及输出压板信息。

所述逻辑回路的数据流方向是由信息的发布方IED指向订阅方IED。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述逻辑回路信息还可以通过以下步骤获取：读取SCD文件，解析各装置的输入连接部分，读取装置的逻辑回路信息。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述对智能变电站二次回路进行标准化命名处理，包括：

对一次设备按照电压等级+间隔号+设备名组成进行命名；

对二次设备按照电压等级+位置+设备名称组成进行命名；

对二次回路进行功能描述，功能描述的二次回路包括电流回路、电压回路、控制回路、信号回路。

本发明采用通过数字化标记的数字化设计方案，并利用关键回路含义分析的方案实现回路的锁定，应用于二次故障检索。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述建立物理链路和逻辑回路的连接，包括：

解析ICD文件，将ICD文件存储至ICD文件表中，并将待接线的虚端子信息按类型存储至GOOSE虚端子表和SV虚端子表中；

建立二次设备和ICD文件的关联关系，并将相关的虚端子信息拷贝至虚回路表中；

解析IPD并将IPD文件存储至IPD文件表中，将解析得到的板卡和端口存储至板卡表和实端子表中；

建立二次设备和IPD文件的关联关系，并将相关实端子信息拷贝至实回路表中；

将逻辑链路图配置链路基本信息，建立逻辑链路的图形模型；

将物理链路图配置物理链路基本信息，建立物理链路的图形模型；

将逻辑链路和物理链路的图形模型转化成数据模型分别存储至逻辑链路表和物理链路表中，并进行图深度遍历，建立逻辑链路和物理链路的拓扑关系。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述进行逻辑链路与物理链路的自动关联，获得变电站二次系统并进行显示，包括：

基于数据分析和校验，对二次回路进行深度遍历，进行逻辑链路与物理链路的关联，获得变电站二次系统并进行显示。

本发明提出了一种物理回路与逻辑回路的匹配方法，使得运维人员能够直观的查阅图纸，不必多张图纸拼接查看，物理回路、逻辑回路对接查看，节省时间。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述数据分析和校验，具体包括：

二次设备存在性校验，以二次设备描述为依据，一张图纸内的二次设备在服务端二次设备表中存在；

二次设备类别校验，逻辑链路中仅存在IED类型二次设备，物理链路中仅存在IED和SWITCH类型二次设备；

逻辑链路对应的物理通路存在性校验，逻辑链路在物理链路中必有一条匹配的物理通路存在；

物理链路所通逻辑链路信息存在性校验，物理链路必有逻辑链路通信经过；

链路编号重复性校验，物理链路和逻辑链路编号均不能重复；

逻辑链路重复性校验，两个智能设备间按通信方向至多存在一条同通信类型的逻辑链路；

物理链路重复性校验，两个设备之间至多存在一条物理链路；

虚回路和逻辑链路对应关系存在，逻辑链路必存在对应的虚回路，虚回路必存在所属的逻辑链路；

实回路和物理链路对应关系存在，物理链路必存在对应否实回路。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述的设计方法还包括以下步骤：

将设备故障或设备动作匹配到变电站二次系统的回路中。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述将设备故障或设备动作匹配到变电站二次系统的回路中的具体过程为：

针对智能变电站设计的虚回路、物理回路相关数据，通过提取关键词特征、度量语义距离、计算匹配距离，最后将距离小于拟定阈值且为最小值的可用连接数据作为选择的结果，实现自动选择相关回路。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述关键词特征的提取过程为：按照组成单元的语言不同，抽取重要的关键词单元，将非结构化的中文描述转化为结构化、可计算的电力语言单元集合。

作为本实施例一种可能的实现方式，关键词特征的具体提取过程为首先基于电力系统语料建立电力系统专业词语库，充分利用电力系统领域知识，针对中文描述中词汇量不多，且相对固定的特点，使用特定词语库对中文描述的关键信息进行提取效率最高，并且这种方法可以不受词语语序的影响；然后针对每一条中文描述都进行带词库的分词处理，去除分词结果中的停用词和无效信息，并借助词库完成部分纠错；最后利用词库对部分描述不规范的专有名词进行标准化以及对同义词进行标准化，最后将设备的中文描述转化为词库一致的关键词标准描述，作为该中文描述的最终表达。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述语义距离采用词语的相似度距离作为语义距离计算的选择方式，所述相似度距离具体是指2个字符串之间，由一个转成另一个所需的最小加权数。由三部分组成，1)增加一个字符，2)减少1个字符，3)替换1个字符，三个条件按照1:1:1进行加权，得到两个字符串的相似度距；两个字符串相似度距越小，则两个字符串的相似度越大。

本发明通过关键语言含义的匹配方法，实现故障或者事故相关回路的快速匹配，提高了运维人员查阅图纸，分析回路的效率，更快速的恢复送电，减少停电造成的损失。

如图2所示，本发明实施例提供的一种智能变电站二次系统的设计装置，包括：

二次回路信息获取模块，用于获取智能变电站二次回路的物理链路信息和逻辑回路信息；

标准化命名模块，用于对智能变电站二次回路进行标准化命名处理；

连接建立模块，用于建立物理链路和逻辑回路的连接；

链路关联模块，用于进行逻辑链路与物理链路的自动关联，获得变电站二次系统并进行显示。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述的设计装置还包括：

回路匹配模块，用于将设备故障或设备动作匹配到变电站二次系统的回路中。

本发明通过数字化设计，实现二次回路的完整展示，为了实现数字化设计，在回路的命名上做一个标准的标记的方式，使得每个回路都有其唯一性，实现了智能检索和定位。

1、二次回路命名标准化

二次回路的命名分为两部分，一是回路的主体，回路的主体又由一次设备和二次设备组成，一次设备命名按照电压等级+间隔号+设备名组成。比如220kV1号主变、110kV 2号间隔；二次设备命名按照电压等级+位置+设备名称组成。二次回路的功能描述，主要分为电流回路、电压回路、控制回路、信号回路几个类型。部分公共二次设备之间的回路命名中可能没有一次设备内容，在命名时应灵活处理。

2、建立物理回路和逻辑回路的连接。

智能变电站虚实模型设计所需的基础数据，包括变电站-电压等级-间隔-设备等工艺系统信息，及区域-屏柜-设备等物理空间信息。解析ICD文件，将ICD文件存储至ICD文件表中，并将待接线的虚端子信息按类型存储至GOOSE虚端子表和SV虚端子表中；建立二次设备和ICD文件的关联关系，并将相关的虚端子信息拷贝至虚回路表中；解析IPD并将IPD文件存储至IPD文件表中，将解析得到的板卡和端口存储至板卡表和实端子表中；建立二次设备和IPD文件的关联关系，并将相关实端子信息拷贝至实回路表中。

链路建模：逻辑链路图中配置了链路基本信息，逻辑链路的图形模型如图3所示；物理链路图配置物理链路基本信息，物理链路图模的图形模型如图4和图5所示；将逻辑链路和物理链路的图形模型转化成数据模型分别存储至逻辑链路表和物理链路表中，并结合图论知识(图深度遍历)建立起逻辑链路和物理链路的拓扑关系。

拓扑关联的建立以A网和B网为单位进行建立，逻辑链路和物理链路拓扑构建方法如下：

式中：f(lk)为逻辑链路lk(logicLink)根据提条件查找逻辑信号所走的物理通路；

lk->txIed和lk->rxIed分别为至逻辑链路通信信号的发送端智能二次设备和接收端智能二次设备；

p(equip)为equip(二次设备)一环领域内的某条物理链路；

q(p(equip))为图深度遍历时不重复遍历的限制条件；

U

k

基于数据分析的完整性和准确性，分析和校验的内容如下：

(1)二次设备存在性校验。以二次设备描述为依据，一张图纸内的二次设备在服务端二次设备表中存在；

(2)二次设备类别校验。逻辑链路中仅存在IED类型二次设备，物理链路中仅存在IED和SWITCH类型二次设备。

(3)逻辑链路对应的物理通路存在性校验。逻辑链路在物理链路中必有一条匹配的物理通路存在。

(4)物理链路所通逻辑链路信息存在性校验。物理链路必有逻辑链路通信经过。

(5)链路编号重复性校验。物理链路和逻辑链路编号均不能重复。

(6)逻辑链路重复性校验。两个智能设备间按通信方向至多存在一条同通信类型的逻辑链路。

(7)物理链路重复性校验。两个设备之间至多存在一条物理链路。

(8)虚回路和逻辑链路对应关系存在。逻辑链路必存在对应的虚回路，虚回路必存在所属的逻辑链路。

(9)实回路和物理链路对应关系存在。物理链路必存在对应否实回路。

结合图论知识(图深度遍历)，实现逻辑-物理链路自动关联。

3、自动匹配的方案

新一代变电站对物理回路和逻辑回路都有规范的格式和数字化的要求，基于以上，通过以下方案，提出一种设备故障或动作自动匹配回路的方法。

本发明研究了基于关键装置及回路的含义分析的匹配方法，用于支撑基于数字化设计的故障相关回路自动匹配，便于事故分析人员开展相关分析工作。该方法针对智能变电站设计的虚回路、物理回路相关数据，通过提取关键词特征、度量语义距离、计算匹配距离，最后将距离小于拟定阈值且为最小值的可用连接数据作为选择的结果，实现自动选择相关回路。

第一是通过关键词特征提取，电力系统用的语言相对固定，从词语含义构成的角度上划分，不管是逻辑节点还是光/电缆链路信息的中文描述的语义主要由电力系统专业术语组成，因此可以按照组成单元的语言不同，抽取重要的关键词单元，将非结构化的中文描述转化为结构化、可计算的电力语言单元集合。首先我们基于电力系统语料建立电力系统专业词语库，充分利用电力系统领域知识，针对中文描述中词汇量不多，且相对固定的特点，使用特定词语库对中文描述的关键信息进行提取效率最高，并且这种方法可以不受词语语序的影响；然后我们针对每一条中文描述都进行带词库的分词处理，去除分词结果中的停用词和无效信息，并借助词库完成部分纠错；最后利用词库对部分描述不规范的专有名词进行标准化以及对同义词进行标准化，最后将设备的中文描述转化为词库一致的关键词标准描述，作为该中文描述的最终表达。

第二是语义距离表示，采用词语的相似度距离作为语义距离计算的选择方式，相似度距离具体是指2个字符串之间，由一个转成另一个所需的最小加权数。由三部分组成，1)增加一个字符，2)减少1个字符，3)替换1个字符，三个条件按照1:1:1进行加权，得到两个字符串的相似度距。两个字符串相似度距越小，则两个字符串的相似度越大。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。