继电保护装置的数字化建模方法

技术领域

本发明涉及一种电力继电保护方法，特别是一种继电保护的设计和运维方法。

背景技术

近年来，我国电网运营企业的基础建设及管理力度加大，发展方式不断转变，跨区电网工程进入跨越式发展的新阶段。变电站信息化建设工作已逐步推进，但涉及电网安全的二次回路信息，管理方式未进行有效革新，管理形式主要为传统的图档管理模式，其形式为：设计单位对电气施工蓝图和竣工蓝图的管理，运维单位对设计单位移交资料的管理。

继电保护是电网稳定运行的第一道防线。从基础建设、生产管理、二次设备运维的全过程资产管理角度考虑，现有技术的继电保护存在以下三个方面不足：

(1)继电保护设计图纸、设计文档输出格式不统一，难以满足电网工程设计成果统一存储与管理的需要，不利于用户对电网工程设计成果数据的统一调用和安全管理的需求。

(2)现有技术的继电保护设计图纸采用dwg格式存储和传输，只有图形信息，不包含有设计对象的属性信息，难以满足数字化设计和智能运维的数据基础要求。而且dwg格式图纸不具备通用性，无法使用第三方通用系统或软件打开，比如浏览器，不方便图纸的电子化查阅。

(3)在生产管理及二次设备维护过程中，针对继电保护回路开展的一系列检修工作不具备继承性，到达现场前无法通过技术手段获取继电保护回路状态的相关历史信息情况，无法进行有效的预处理分析，抵达现场后无法快速准确定位隐形复杂故障，需根据出现的问题不断试错验证，且操作步骤繁琐，甚至危及电网安全运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种继电保护装置的数字化建模方法，要解决的技术问题是实现继电保护设计和运维的数字化，提高电网运行安全性。

本发明采用以下技术方案：一种继电保护装置的数字化建模方法，包括以下步骤：

一、在个人电脑上建立继电保护装置的数字化建模系统；

二、设计人员输入继电保护装置的端子、板卡、二次设备属性的内容，分别形成端子级的XML格式的文本文件、板卡级的XML格式的文本文件和二次设备级的XML格式的文本文件；

三、绘制继电保护装置原理图图形；

四、设计人员在系统界面上输入设置的图模关联和实例参数，完成继电保护装置原理图实例；

五、将继电保护装置原理图实例化中的图形参数转化为可缩放的矢量图形SVG参数，将设置的属性类型及属性值转化为XML格式，得到继电保护装置的数字化建模结果，接收设计人员输入的设计人员基本信息，设计人员基本信息为设计人员姓名、职责、日期、工作内容和存在问题与建议，输出到继电保护装置的数字化建模文件中。

本发明的继电保护装置的数字化建模系统，设有装置属性建模模块，装置属性建模模块连接装置原理图建模模块和装置原理图实例化模块，装置原理图实例化模块连接装置模型输出模块。

本发明的端子级的XML格式的文本文件，由装置属性建模模块接收设计人员对继电保护装置的端子属性设置，端子属性为：端子编号、端子中文描述、电源方式、电源电压、端子极性和配对端子；所述板卡级的XML格式的文本文件，由装置属性建模模块接收设计人员对继电保护装置的板卡属性设置，板卡属性为：板卡名称、板卡中文描述、板卡类型、插槽号、板卡宽度和是否背板；所述二次设备级的XML格式的文本文件，由装置属性建模模块接收设计人员对继电保护装置的二次设备属性设置，二次设备属性为：二次设备名称、二次设备中文描述、二次设备类型、制造厂家、配置版本号、前面板大小、后视图装置大小、二次设备类别、二次设备所在屏柜位置、继电保护动作最大功率和稳态最大功率。

本发明的绘制继电保护装置原理图图形，由装置原理图建模模块接收设计人员输入设置的绘图工具和图形参数，将设置的详细信息形成一个整体。

本发明的绘图工具设有绘制点、直线、矩形、椭圆和写文本的参数；所述点的图形参数有点的名称和位置坐标；所述直线的图形参数有直线的名称、起点坐标和终点坐标；所述矩形的图形参数有矩形的名称、坐标、长度和宽度；所述椭圆的图形参数有椭圆的名称、椭圆中心的坐标、横向水平的半径和纵向垂直的半径；所述写文本的参数有文本的名称、文本起点坐标和文本内容。

本发明的装置原理图实例化模块接收装置属性建模模块的端子级的XML格式的文本文件、板卡级的XML格式的文本文件和二次设备级的XML格式的文本文件，接收装置原理图建模模块的继电保护装置原理图图形，根据设计人员在输入设置的图模关联和实例参数，完成继电保护装置原理图实例。

本发明的装置模型输出模块，接收装置原理图实例化模块传来的继电保护装置原理图实例化结果，先将其中的图形参数转化为可缩放的矢量图形SVG参数，包括以下步骤：

(6)将点的详细参数转化为可缩放的矢量图形SVG半径为1的圆形；

(7)将直线的详细参数转化为可缩放的矢量图形SVG的直线；

(8)将矩形的详细参数转化为可缩放的矢量图形SVG的矩形；

(9)将椭圆的详细参数转化为可缩放的矢量图形SVG的椭圆；

(10)将文本的参数转化为可缩放的矢量图形SVG的文本；

然后，装置模型输出模块将设置的属性类型及属性值转化为XML格式，在对应的端子级的XML格式的文本文件、板卡级的XML格式的文本文件和二次设备级的XML格式的文本文件上添加一个属性Value，用于存储设计人员设定的属性值；

最后，将包含有可缩放的矢量图形SVG描述的图形信息和XML格式的属性类型及属性值转化为描述的属性信息以及设计人员基本信息的建模内容，输出可缩放的矢量图形SVG格式的文本文件。

本发明与现有技术相比，在继电保护的设计阶段，根据二次设备制造商提供的数字化二次设备图纸文档，在运维阶段，继承继电保护数字化图档在线管控，包括继电保护装置建模内容、建模层次和图模结合，实现继电保护装置的数字化描叙，提高了继电保护的工程设计和运维管理水平，提高电网运行安全性。

附图说明

图1是本发明的继电保护装置的数字化建模系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

现有技术的继电保护系统在设计时，二次设备制造厂家只提供继电保护装置外部特性图纸，图纸大多采用dwg格式，其表达方式是一种图形，其携带的继电保护装置信息有限。

本发明的继电保护装置的数字化建方法，建立继电保护装置的数字化建模系统(系统)，根据二次设备厂商提供的设计图纸，除了有图形，还包括有二次设备的制造信息、结构信息、二次设备的端子信息。本发明的系统可服务于变电站智能化设计，图纸的校核和运行阶段的数字化管控，提高继电保护的工程设计和运维管理水平。

本发明的继电保护装置的数字化建模方法，包括以下步骤：

一、在个人电脑上建立继电保护装置的数字化建模系统。

二、设计人员输入继电保护装置的端子、板卡、二次设备属性的内容，分别形成端子级的XML格式的文本文件、板卡级的XML格式的文本文件和二次设备级的XML格式的文本文件。

三、绘制继电保护装置原理图图形。

四、设计人员在系统界面上输入设置的图模关联和实例参数，完成继电保护装置原理图实例。

五、将继电保护装置原理图实例化中的图形参数转化为可缩放的矢量图形SVG参数，将设置的属性类型及属性值转化为XML格式，得到继电保护装置的数字化建模结果，接收设计人员输入的设计人员基本信息，设计人员基本信息为设计人员姓名、职责、日期、工作内容和存在问题与建议，输出到继电保护装置的数字化建模文件中。

六、在继电保护装置的运维阶段，继承继电保护装置的数字化图档在线管控，包括继电保护装置建模内容、建模层次和图模结合。

本发明的系统具有工具属性，用于设置和建模。设置为输入继电保护装置的端子、板卡、二次设备的属性内容和设计人员的基本信息，基本信息为姓名、职责、日期、工作内容、存在问题和建议。建模为输入继电保护装置原理图的具体内容，具体内容为使用的绘图工具和图形参数、指定继电保护装置原理图的属性类型和属性值。继电保护装置原理图包括图形的绘制、图形和模型的关联、属性的设置。

如图1所示，本发明的继电保护装置的数字化建模系统，设有装置属性建模模块、装置原理图建模模块、装置原理图实例化模块和装置模型输出模块。

装置属性建模模块接收设计人员输入的继电保护装置的端子、板卡、二次设备属性的内容，分别形成端子级的XML格式的文本文件、板卡级的XML格式的文本文件和二次设备级的XML格式的文本文件，用于提供给装置原理图实例化模块使用。

端子级的XML格式的文本文件，由装置属性建模模块接收设计人员对继电保护装置的端子属性设置，端子属性为：端子编号、端子中文描述、电源方式、电源电压、端子极性和配对端子。端子属性设置结果以端子级的XML格式存储，输出port1.xml格式的文本文件。端子级的XML格式的文本文件设有：端子类型PortType和端子属性PA。端子属性为标识id、类别class、中文描述desc、名称name、基本类型bType和是否必备condition。以电源端子为例，端子级的XML格式的文本文件如下：

板卡级的XML格式的文本文件，由装置属性建模模块接收设计人员对继电保护装置的板卡属性设置，板卡属性为：板卡名称、板卡中文描述、板卡类型、插槽号、板卡宽度和是否背板。板卡属性设置结果以板卡级的XML格式存储，输出board1.xml格式的文本文件。板卡级的XML格式的文本文件设有：板卡类型BoardType和板卡属性BA。板卡属性为标识id、类别class、中文描述desc、名称name、基本类型bType和是否必备condition。以板卡模型为例，板卡级的XML格式的文本文件如下：

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二次设备级的XML格式的文本文件，由装置属性建模模块接收设计人员对继电保护装置的二次设备属性设置，二次设备属性为：二次设备名称、二次设备中文描述、二次设备类型、制造厂家、配置版本号、前面板大小、后视图装置大小、二次设备类别、二次设备所在屏柜位置、继电保护动作最大功率和稳态最大功率。二次设备属性设置结果以二次设备级的XML格式存储，输出device1.xml格式的文本文件。设备级的XML格式的文本文件设有：二次设备类型DeviceType和二次设备属性DA。二次设备属性为标识id、类别class、中文描述desc、名称name、基本类型bType和是否必备condition。以二次设备装置为例，二次设备级的XML格式的文本文件如下：

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装置属性建模模块完成了继电保护装置端子、板卡、二次设备的属性设置，分别输出端子级的XML格式的文本文件、板卡级的XML格式的文本文件和二次设备级的XML格式的文本文件，供装置原理图建模模块使用。

装置原理图建模模块绘制继电保护装置原理图图形，将绘制完成的继电保护装置原理图图形保存在内存数据库中，供装置原理图实例化模块使用。

绘制继电保护装置原理图图形，由装置原理图建模模块接收设计人员在系统界面输入设置的绘图工具和图形参数，将设置的详细信息形成一个整体，存入内存数据库中，供装置原理图实例化模块使用。形成一个整体，是指输入图形参数后不可以再编辑。

绘图工具设有绘制点、直线、矩形、椭圆和写文本的参数。图形参数针对不同的绘图工具有不同的详细参数，具体如下：

点的图形参数有点的名称和位置坐标，如点1：P1(100，80)，P1为点的名称，(100，80)是点的位置坐标，位置坐标是点在图中的位置，如点1，在图中以右上角为原点(0，0)，向左横向水平移动100个像素单位，向下纵向垂直移动80个象数单位，就是点1的位置。

直线的图形参数有直线的名称、起点坐标和终点坐标，如直线2：L2[P2(50,60),P3(50,80)],L2为直线的名称，从点P2到点P3的直线L2。

矩形的图形参数有矩形的名称、坐标、长度和宽度。如矩形3；R3[P4(60，60)，30，30]，R3为矩形名称，从点P4开始，分别向左横向水平移动30个像素单位、向下纵向垂直移动30个象数单位所覆盖的区域。

椭圆的图形参数有椭圆的名称、椭圆中心的坐标、横向水平的半径和纵向垂直的半径。如椭圆4：E4[P5(120，120)，60，80]，E4为椭圆的名称，椭圆的中心是P5，向左横向水平半径为60个像素单位、向下纵向垂直半径为80个象数单位。

写文本的参数有文本的名称、文本起点坐标和文本内容。如文本5：T5[P6(100,100),原理图]，T5为文本的名称，文本从P6开始，向左横向水平展开，展开的文字内容为“原理图”。

装置原理图实例化模块接收装置属性建模模块的端子级的XML格式的文本文件、板卡级的XML格式的文本文件和二次设备级的XML格式的文本文件，接收装置原理图建模模块的继电保护装置原理图图形，根据设计人员在系统界面上输入设置的图模关联和实例参数，完成继电保护装置原理图实例，将继电保护装置原理图实例保存在内存数据库中，供装置模型输出模块使用。

装置原理图实例化模块首先接收装置属性建模模块传来的端子级的XML格式的文本文件、板卡级的XML格式的文本文件和二次设备级的XML格式的文本文件，分别按端子级的XML格式的文本文件、板卡级的XML格式的文本文件和二次设备级的XML格式的文本文件定义的格式解析文件，提取出端子属性、板卡属性和二次设备属性。解析文件，提取端子属性、板卡属性和二次设备属性，按装置属性建模模块设置时的格式，每一行读出一个属性，属性的名称为id后面引号“”内的内容，属性的中文描述为desc后面引号“”内的内容，如板卡级的XML格式的文本文件解析完成后，提取出的板卡属性如表1的第一列、第二列所示。

表1从板卡级的XML格式的文本文件中提取出的板卡属性

然后，接收装置原理图建模模块传来的继电保护装置原理图图形，接收设计人员在系统界面上为继电保护装置原理图图形指定的属性类型。指定属性类型是指，设计人员为继电保护装置原理图图形指定的端子属性、板卡属性或二次设备属性，完成继电保护装置原理图图形和模型的关联。关联是指继电保护装置原理图图形和指定的属性构成一个整体。

最后，装置原理图实例化模块再接收设计人员通过系统界面为继电保护装置原理图图形指定的属性类型设置的属性值，完成继电保护装置原理图图形实例。如，接收设计人员指定的继电保护装置原理图图形，接收设计人员为继电保护装置原理图图形指定的属性类型为板卡属性，弹出板卡属性的编辑框，接收设计人员在编辑框中设定的属性值，如表1第三列所示，完成继电保护装置原理图实例化，将实例化结果存入内存数据库中，供装置模型输出模块使用。

装置模型输出模块接收装置原理图实例化模块传来的继电保护装置原理图实例结果，将继电保护装置原理图实例化中的图形参数转化为可缩放的矢量图形SVG参数，将设置的属性类型及属性值转化为XML格式，得到继电保护装置的数字化建模结果，接收设计人员输入的设计人员基本信息，设计人员基本信息为设计人员姓名、职责、日期、工作内容和存在问题与建议，输出到继电保护装置的数字化建模文件中。

装置模型输出模块，接收装置原理图实例化模块传来的继电保护装置原理图实例化结果，先将其中的图形参数转化为可缩放的矢量图形SVG参数，包括以下步骤：

(11)将点的详细参数转化为可缩放的矢量图形SVG半径为1的圆形circle，圆形circle的坐标对应点的位置坐标，如P1。

(12)将直线的详细参数转化为可缩放的矢量图形SVG的直线line，直线line的起点和终点对应直线的起点坐标、终点坐标，如P2、P3。

(13)将矩形的详细参数转化为可缩放的矢量图形SVG的矩形rect，矩形rect的宽和高分别对应矩形的长度、宽度，如R1的30、30。

(14)将椭圆的详细参数转化为可缩放的矢量图形SVG的椭圆ellipse，椭圆ellipse的中心点X坐标和Y坐标以及水平半径和垂直半径分别对应椭圆的中心坐标、横向水平的半径、纵向垂直的半径，如E1的120、120、60、80。

(15)将文本的详细参数转化为可缩放的矢量图形SVG的文本text，文本text的属性X、属性Y和属性内容分别对应文本起点坐标、文本内容，如T1的100、100、原理图。

然后，装置模型输出模块将设置的属性类型及属性值转化为XML格式，在对应的端子级的XML格式的文本文件、板卡级的XML格式的文本文件和二次设备级的XML格式的文本文件上添加一个属性Value，用于存储设计人员设定的属性值。如装置原理图实例化模块传来的、为继电保护装置原理图实例化指定了板卡属性并设置了属性值的XML转化结果：

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最后，将包含有可缩放的矢量图形SVG描述的图形信息和XML格式的属性类型及属性值转化为描述的属性信息以及设计人员基本信息的建模内容，输出可缩放的矢量图形SVG格式的文本文件。

可缩放的矢量图形SVG格式的文本文件具有形象、直观、清晰的图形表达效果，对二次设备、板卡、端子属性的深度表达，除了能满足现有的自动化设计需要，还为后续的智能化运维打下了坚实的数据基础。

本发明的继电保护装置的数字化建模方法，对继电保护装置分别按端子、板卡、二次设备分层建模，模型文件与图形文件结合，展示继电保护装置的外特性的同时，富含详实的继电保护装置信息。简化了继电保护工程设计，降低了设计出错的概率，同时，继电保护装置投运后，为后续的修改提供了数字化的文件基础，保证了设计图纸与实际的物理接线的一致性，提高了智能变电站的运维管理水平。为自动化设计、数字化出图提供了数据支撑的同时，满足了智能化运维的交互需要。