蘇楊 尹立偉 魏占同 閻勝楠 關(guān)仔靖

摘要：現(xiàn)階段，隨著社會的發(fā)展，我國的現(xiàn)代化建設(shè)水平也有了很大的提高。當(dāng)前智能變電站運維工作中，過程層物理鏈路的監(jiān)視和診斷是重要環(huán)節(jié)，然而由于缺乏有效的圖形可視化手段，因此少數(shù)工程雖然具備監(jiān)視畫面但往往需要手工生成，維護(hù)效率低下。通過研究過程層物理鏈路結(jié)構(gòu)特點，提出一種智能變電站過程層物理鏈路圖自動生成方法，從SCD模型信息中獲取過程層物理鏈路的層次結(jié)構(gòu)和拓?fù)潢P(guān)系信息，將“交換機-交換機”全局分層布局和“交換機-直連IED”的局部布局相結(jié)合，計算出從“中心交換機-間隔交換機-IED裝置”的各層布局信息和走線，實現(xiàn)“一鍵”繪制出過程層物理鏈路圖。該方法不僅實現(xiàn)了過程層物理鏈路的圖形可視化，而且不需要人工繪制圖形，大大提高了工程維護(hù)的效率。

關(guān)鍵詞：智能變電站過程層；物理鏈路圖；自動生成

引言

隨著智能變電站的推廣應(yīng)用，物理實端子變?yōu)樘摱俗?，二次回路看不見摸不著；電纜變?yōu)楣饫|，物理鏈路故障點難以定位，對繼電保護(hù)的在線監(jiān)視和智能診斷帶來了巨大挑戰(zhàn)。為此，業(yè)界提出了按照層級關(guān)系對智能變電站全站虛實回路進(jìn)行可視化展示，并開展了二次虛回路可視化的相關(guān)技術(shù)和規(guī)范研究。然而，作為智能變電站三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，過程層物理鏈路的可視化研究卻較少見。

1典型結(jié)構(gòu)

過程層物理鏈路一般分電壓等級獨立建設(shè)，并采用單網(wǎng)或雙網(wǎng)（AB網(wǎng)）配置。每個過程層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均由過程層交換機和IED（智能電子設(shè)備，包括保護(hù)測控裝置、智能組件構(gòu)成的智能設(shè)備MU、合并單元和智能終端等）組成，整體上呈現(xiàn)層次結(jié)構(gòu)。其主要特點：整體為層次結(jié)構(gòu)，第一層為中心交換機，第二層為間隔交換機；保護(hù)、測控、合并單元和智能終端等智能電子設(shè)備掛在各層交換機下。在實際工程中，根據(jù)變電站規(guī)模不同，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計也有所區(qū)別，主要在于：交換機不一定是2層，也有可能是單層組成環(huán)網(wǎng)；同層交換機可能幾個串接組成環(huán)網(wǎng)，并非完全的星形。

2思路及方法

智能變電站SCD模型描述了智能變電站完整的配置信息，是變電站各自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)模型，并且含有完整的過程層物理鏈路模型，因此本文從智能變電站SCD模型獲取過程層物理鏈路模型。通過分析SCD模型中過程層物理鏈路模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點，可發(fā)現(xiàn)整個過程層物理鏈路結(jié)構(gòu)存在兩種不同層面的不同結(jié)構(gòu)：一種是整體上的分層結(jié)構(gòu)，主要是“交換機-交換機”分層級聯(lián)結(jié)構(gòu)；另一種是局部的直連結(jié)構(gòu)，即“交換機-IED”之間的聯(lián)接結(jié)構(gòu)。因此，過程層物理鏈路的布局問題可劃分為兩種布局：“交換機-交換機”全局分層布局，簡稱大布局；“交換機-直連IED”局部布局，簡稱小布局。整個布局算法思路是以大布局為“面”，以小布局為“點”。下面介紹大布局和小布局的具體思路。

2.1大布局

“交換機-交換機”分層級聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，比較適合樹形層次結(jié)構(gòu)圖的展示方法。樹形層次結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)清晰規(guī)范，層次分明，便于運維人員快速掌握，并且樹形層次結(jié)構(gòu)圖布局算法比較成熟，計算效率高，因此大布局采用樹形層次結(jié)構(gòu)圖布局。當(dāng)然，本文為了更貼近業(yè)內(nèi)運維人員的習(xí)慣，將“交換機-交換機”分層級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的布局設(shè)計，在樹形層次結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行了變形，設(shè)計為對稱分層式布局，即“中心交換機居中，間隔交換機上下均勻分布”。該布局中，第一層交換機在中間水平排列，第二層在第一層交換機上下兩層對稱排列，以下各層均在上一層交換機的同側(cè)布置，以此類推，可適用于無限層次的布局。

2.2小布局

交換機下直連IED布局比較簡單，可以按照IED與交換機之間的相對位置關(guān)系分為三種情況，本文采用“雙雁形”、“上雁形”和“下雁形”的方式，分別使用于不同的情況，結(jié)構(gòu)清晰且易于走線。（1）“上雁形”用于被布置在上方間隔交換機與其直連的IED之間的布局。所有IED均在交換機上方布局，并分為左右兩組排列，IED與交換機之間采用只有一個拐點的折線進(jìn)行走線。（2）“下雁形”用于被布置在下方間隔交換機與其直連的IED之間的布局。所有IED均在交換機下方布局，并分為左右兩組排列，IED與交換機之間采用只有一個拐點的折線進(jìn)行走線。（3）“雙雁形”用于第一層交換機與其直連的IED之間的布局，將IED在交換機的上下分配。所有IED中測控與保護(hù)在交換機上方布局，合并單元、智能終端等一次智能設(shè)備在交換機下方布局，上方與下方均分為左右兩組排列，IED與交換機之間采用只有一個拐點的折線進(jìn)行走線。

3布局及走線算法

3.1大布局算法

為了計算“交換機-交換機”的分層布局，從頂層中心交換機開始，調(diào)用深度優(yōu)先遞歸算法，計算出“中心交換機-間隔交換機-IED裝置”的各層布局信息。首先獲取所有頂層交換機，對每個頂層交換機調(diào)用深度優(yōu)先遞歸布局流程，從最深層次開始計算布局，逐層往上推算，直到得到各層交換機的布局結(jié)果。針對每個頂層交換機開始的深度優(yōu)先遞歸流程是算法關(guān)鍵，該流程輸入為交換機信息，包括層次、分配位置和下層設(shè)備列表，返回為本交換機所轄范圍所有層級的布局信息。

3.2小布局算法

小布局流程完成對每個交換機與直連IED之間的布局，從而得到該交換機的局部布局信息，即包含交換機自身和直連IED的包圍盒大小，及直連IED相對位置。首先根據(jù)交換機的層次，判斷是哪種布局形態(tài)，并將IED按照布局位置分組。

3.3走線

走線指交換機之間及交換機與IED之間的物理鏈路連線，一般要求橫平豎直、線路彎折次數(shù)最少、盡量不交差及不穿越網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。常見走線算法有通道布線算法、走迷宮算法、線探索法及這幾種算法的改進(jìn)算法，這些算法都是針對圖元布局無規(guī)律的情況，基于某些策略進(jìn)行試探，從而找到較能滿足要求的走線方案，因此算法耗時較長，且很難達(dá)到理想效果。本文在布局階段就考慮到走線，通過對稱分層布局和“雁形”布局將交換機之間、交換機與IED之間的布局形成了幾種固定相對位置，如圖6所示，因此走線邏輯將變得明確和簡單。具體走線原則為：交換機與交換機之間的走線采用父交換機從側(cè)面連接到子交換機的底邊或頂邊的方式，交換機與直掛IED之間的走線采用交換機底邊或頂邊由一個拐點的折線連接到IED側(cè)面的方式。在布局與走線原則的配合下，不會出現(xiàn)交叉或多次轉(zhuǎn)折的情況，使得圖形清晰簡潔。

結(jié)語

智能變電站過程層物理鏈路可視化無規(guī)范可循，本文從過程層物理鏈路結(jié)構(gòu)特點出發(fā)，以智能變電站SCD模型中的過程層物理鏈路模型為基礎(chǔ)，采用全局的“交換機-交換機”分層布局和局部的“交換機-直連IED”布局相結(jié)合的方法，計算出合理的布局和走線，實現(xiàn)“一鍵”生成過程層物理鏈路的可視化矢量圖。本文最后通過實例驗證了本方法不僅可實現(xiàn)過程層物理鏈路的圖形可視化，生成布局簡潔、走線清晰的圖形，而且不需要人工繪制圖形，大大提高了工程維護(hù)的效率。

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