智能变电站矩阵式虚端子连接可视化方法.pdf

本发明公开了一种智能变电站矩阵式虚端子连接可视化方法，包含以下步骤：一、虚端子信息导入及解析，采用SCD文件解析工具导入IED设备涉及到的有关虚端子信息；二、对GOOSE和SV信息进行层次化处理；三、进行端子排矩阵式处理，对各控制块进行编号，在各访问点下方按照矩阵排列方式布置虚端子的虚拟端子排；四、根据解析出的IED设备关联的IED所属类型分别布置在过程层或者间隔层；五、根据解析出的IED各控制块和相关联的IED设备的虚端子信息，将各关联IED输入输出和各控制块采用矩阵式连接。本发明对虚端子的连接可视化采用多种层次化处理手段和矩阵式处理手段，使虚端子连接信息显示更加直观、具有层次化、实用化和可扩展性强。

权利要求书
1.  一种智能变电站矩阵式虚端子连接可视化方法，其特征在于，包含以下步骤：
虚端子信息导入及解析，采用SCD文件解析工具导入IED设备涉及到的有关虚端子信息，导入信息包括GOOSE控制块信息、SV控制块信息以及inputs信息，并解析出IED设备相关的虚端子连接IED设备及信息流；
对GOOSE和SV信息进行层次化处理，对某个IED设备解析出的虚端子控制块信息，根据61850的层次结构，按照GOOSE对应G1访问点，SV对应M1访问点，再按照LD装置到DataSet控制块的层次关系进行处理；
进行端子排矩阵式处理，对各控制块进行编号，在各访问点下方按照矩阵排列方式布置虚端子的虚拟端子排；
对关联设备IED进行层次化处理，根据解析出的IED设备关联的IED所属类型分别布置在过程层或者间隔层；
进行虚端子连接矩阵式处理，根据解析出的IED各控制块和相关联的IED设备的虚端子信息，将各关联IED输入输出和各控制块采用矩阵式连接。

2.  如权利要求1所述智能变电站矩阵式虚端子连接可视化方法，其特征在于，在对关联设备IED进行层次化处理时，合并单元和智能终端布置在过程层，其他设备布置在间隔层。

3.  如权利要求1所述的智能变电站矩阵式虚端子连接可视化方法，其特征在于，在对关联设备IED进行层次化处理时，对同层各IED设备进行排列，仍然按照矩阵式排列，对不同层的IED采用竖排列，对同层的IED则按照横排列。

4.  如权利要求1所述的智能变电站矩阵式虚端子连接可视化方法，其特征在于，进行虚端子连接矩阵式处理时，GOOSE、SV信息流采用不同颜色，输入输出采用箭头标明，虚端子连接的具体数量在连接线上标注。

5.  如权利要求1-4任一项所述的智能变电站矩阵式虚端子连接可视化方法，其特征在于，还包括连接信息表格化处理的步骤，当选择某个虚端子连接时以表格方式显示两侧的连接关系。

说明书智能变电站矩阵式虚端子连接可视化方法
技术领域
本发明涉及到智能变电站设备信息及连接关系可视化领域，具体涉及一种智能变电站矩阵式虚端子连接可视化方法。
背景技术
目前智能变电站虚端子可视化根据不同的用途，其实现的方式也有多种，显示方式也不同。下面介绍两种典型的虚端子可视化系统。
1、针对智能变电站调试运维人员的虚端子可视化系统
这种虚端子可视化连接以某个IED设备为对象，将整个IED作为一个整体，将虚端子所涉及的GOOSE和SV信息块简单的组装在一起。通过查找SCD文件外部相关联的IED设备，解析出相关的输入信息和输出信息，并用不同颜色标明GOOSE信息或者SV信息及输入和输出信息。由于每个控制块连接信息较多，对于详细的虚端子连接信息则采用较详细的点对点连接显示方式以表达连接关系。
2、以针对设计人员的虚端子可视化系统
此种虚端子可视化系统主要针对各电力设计院人员，利用类似visio流程图的方式在autoCAD中实现，其基本实现方式是在解析出SCD文件的虚端子相关信息和连接关系后以适合设计院图纸的方式，主要以输入输出方式显示IED设备间虚端子信息连接情况。
通过前述两种可视化技术可知，现有虚端子连接可视化的主要缺点有：
1）现有的虚端子连接可视化方法的信息显示层次性不够清晰。无论是哪种方式的虚端子连接其显示主要考虑GOOSE和SV信息的输入和输出，但对于GOOSE和SV信息的组织结构层次并不清楚，比如某个IED的GOOSE访问点G1有两个LD装置（逻辑装置），每个LD装置分别有三个GOOSE控制块，但前述的可视化软件系统并不能区分每个GOOSE控制块属于哪个LD装置，这对于检修运维人员理解61850是不方便的，且在调试过程中容易产生概念混淆。另外，虚端子连接涉及的类型主要在合并单元、智能终端、保护测控之间，涉及的信息流主要在于过程层和间隔层，而这种虚端子连接对于不同类型IED、不同层级的信息流均未进行考虑，因此造成信息显示只是单纯的输入输出，对于信息流直接的连接显示的层次性不够，比如不能标明信息流在那些IED设备间，属于过程层或者间隔层，且不够直观。从前述实现方案1可见，其虚端子连接未按照过程层间隔层等方式布置，因此信息层次性不够好。
2）现有虚端子连接可视化扩展性较差。由于现有的虚端子连接可视化连接采用直接将各IED设备端子按照一定方式排列，在遇到某些保护IED设备连接关系较为复杂时，则显示很不直观，扩展性差。如图1所示的对母差保护IED的显示，其连接关系显示不直观。
目前智能变电站虚端子可视化软件系统主要针对各IED设备的输入和输出进行，重点关心各IED设备虚端子连接情况，但一方面其详细的控制块信息没有体现出来，61850架构也无法体现，另一方面显示层次性和可扩展性较差。
相关术语解释：
智能变电站（smart substation）：采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。
智能电子设备（Intelligent Electronic Device，IED）：包含一个或多个处理器，可接收来自外部源的数据，或向外部发送数据，或进行控制的装置。例如，电子多功能仪表、数字保护、控制器等，为具有一个或多个特定环境中特定逻辑接点行为且受制于其接口的装置。
全站系统配置文件（Substation Configuration Description，SCD文件）：应全站唯一，该文件描述所有IED的实例配置和通信参数、IED之间的通信配置以及变电站一次系统结构，由系统集成厂商完成。SCD 文件应包含版本修改信息，明确描述修改时间、修改版本号等内容。
GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event）：GOOSE是一种面向通用对象的变电站事件，主要用于实现在多IED之间的信息传递，包括传输跳合闸信号（命令），具有高传输成功概率。
采样值（Sampled Value，SV）：基于发布/订阅机制，交换采样数据集中的采样值的相关模型对象和服务，以及这些模型对象和服务到ISO/IEC8802-3帧之间的映射。
过程层：过程层包括变压器、断路器、隔离开关、电流/电压互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子装置。
间隔层：间隔层设备一般指继电保护装置、系统测控装置、监测功能组主IED等二次设备，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能，即与各种远方输入/输出、传感器和控制器通信。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种智能变电站矩阵式虚端子连接可视化方法，采用层次化设计，引用继电保护端子排概念和跳闸矩阵的连接理念，解决了对IED层次化排列解决信息显示不够层次化的问题，采用矩阵式连接显示扩展性良好，更加直观。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种智能变电站矩阵式虚端子连接可视化方法，包含以下步骤：
虚端子信息导入及解析，采用SCD文件解析工具导入IED设备涉及到的有关虚端子信息，导入信息包括GOOSE控制块信息、SV控制块信息以及inputs信息，并解析出IED设备相关的虚端子连接IED设备及信息流；
对GOOSE和SV信息进行层次化处理，对某个IED设备解析出的虚端子控制块信息，根据61850的层次结构，按照GOOSE对应G1访问点，SV对应M1访问点，再按照LD装置到DataSet控制块的层次关系进行处理；
进行端子排矩阵式处理，对各控制块进行编号，在各访问点下方按照矩阵排列方式布置虚端子的虚拟端子排；
对关联设备IED进行层次化处理，根据解析出的IED设备关联的IED所属类型分别布置在过程层或者间隔层；
进行虚端子连接矩阵式处理，根据解析出的IED各控制块和相关联的IED设备的虚端子信息，将各关联IED输入输出和各控制块采用矩阵式连接。
在上述方案中，在对关联设备IED进行层次化处理时，合并单元和智能终端布置在过程层，其他设备布置在间隔层。
在上述方案中，在对关联设备IED进行层次化处理时，进行同层各IED设备排列，仍然按照矩阵式排列，对不同层的IED采用竖排列，对同层的IED则按照横排列。
在上述方案中，进行虚端子连接矩阵式处理时，GOOSE、SV信息流采用不同颜色，输入输出采用箭头标明，虚端子连接的具体数量在连接线上标注。
在上述方案中，还包括连接信息表格化处理的步骤，当选择某个虚端子连接时以表格方式显示两侧的连接关系。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：解决了目前智能变电站对虚端子的连接可视化信息流显示层次感不强，信息流展示不够清晰，排列可扩展性差，控制块信息展示不够全面等技术问题。对虚端子的连接可视化采用多种层次化处理手段和矩阵式处理手段，使虚端子连接信息显示更加直观、具有层次化、实用化和可扩展性强。
附图说明
图1是对母差保护IED的传统显示示意图。
图2是实现本发明智能变电站矩阵式虚端子连接可视化方法的流程示意图。
图3是本发明中对GOOSE和SV信息进行层次化处理后示显示意图。
图4是本发明中端子排矩阵式处理后显示示意图。
图5是本发明中虚端子连接矩阵式处理后显示示意图。
图6是本发明中在较多IED设备的情况下虚端子连接矩阵式处理后显示示意图。
图7是本发明中虚端子连接矩阵式处理后，每条连接线信息表格化处理后的显示示意图。
具体实施方式
目前，传统的虚端子连接可视化未按照61850层次性关系将各控制块所属的LD层次、访问点层显示出来，其次未按照过程层、间隔层的方式进行连接关系展示，缺乏层次性。也没有按照较合理的方式进行连接，使得连接不够直观、可扩展性较差，尤其对于较多IED设备相关联时尤其突出。
本发明采用矩阵式端子排处理、矩阵式IED排列、矩阵式连接，使得虚端子间连接显得很有序直观，也符合现场人员的习惯，可扩展性良好。
1、本发明智能变电站矩阵式虚端子连接可视化方法主要包括以下步骤。
1）虚端子信息导入和解析：从SCD文件导入有关的IED虚端子信息并对输入和输出及关联设备进行解析。
2）GOOSE和SV信息层次化处理：按照61850层次结构对GOOSE和SV信息层次化处理。
3）端子排矩阵式排列：对于虚端子涉及的各控制块采用端子排方式引出，并进行矩阵化排列处理。
4）关联IED设备层次化处理：对IED设备相关联的IED按照过程层、间隔层，模拟信息和开入信息进行层次化处理。
5）虚端子连接矩阵式处理：对于主IED和关联IED虚端子的连接进行矩阵式连接可视化处理。
6）连线信息表格化处理：对于具体某个信息流连接，其信息进行表格化处理。
2、本发明智能变电站矩阵式虚端子连接可视化方法实现流程框图如图2所示，详细说明如下。
1）虚端子信息导入及解析：该部分为IED虚端子矩阵式连接可视化准备工作，利用通用的SCD文件解析工具对IED设备涉及到的有关虚端子信息导入，导入信息包括GOOSE控制块信息、SV控制块信息，inputs信息，并解析出IED设备相管理的虚端子连接IED设备及信息流。
2）GOOSE和SV信息层次化处理：对于某个IED设备解析出的虚端子控制块信息，根据61850的层次结构，按照GOOSE对应G1访问点，SV对应M1访问点，再按照LD装置到DataSet控制块的层次关系进行处理。以某个主变保护IED为例，M1访问点包括两个LD的逻辑设备SVLD_PROT和SVLD_BCU，每个LD装置仅包括两个inputs部分；G1访问点包括两个LD的逻辑设备PI_PROT和PI_BCU，其中PI_PROT包括一个控制块dsGOOSE0；其中PI_BCU则包括5个控制块dsGOOSE1~ dsGOOSE5和1个inputs输入块，按照前述层次化处理示意图如图3所示。采用层次化处理后建立了访问点到LD装置，再到控制块的层次化可视化风格。
3）端子排矩阵式处理：由于虚端子连接最终是以控制块连接进行展示，为了方便进行连接处理，将上述各控制块首先进行编号，对于各访问点，inputs控制块命名为In1、In2…，其余控制块按照先后顺序命名为1、2、3…，在各访问点下方按照矩阵排列方式布置虚端子的虚拟端子排，示意图如图4所示。本步骤为后续矩阵式连接作基础。
4）关联设备IED层次化处理：根据解析出的IED设备关联的IED所属类型分别布置在过程层、间隔层，具体来讲，合并单元和智能终端布置在过程层，其他设备布置在间隔层。并将本IED设备也布置在相应层。比如本IED设备为线路保护，则关联的合并单元和智能终端布置在过程层，关联的母线保护和本IED一同布置在间隔层，这样可以更清楚看出各IED设备信息在各层间的信息交互情况。
为便于后续矩阵式连接处理，在进行同层各IED设备排列时仍然按照矩阵式排列，为便于查看，对于不同层的IED采用竖排列，对于同层的则按照横排列。本步骤是解决信息显示层次化问题。
5）虚端子连接矩阵式处理：根据解析出的IED各控制块和相关联的IED设备的虚端子信息，将各关联IED输入输出和各控制块采用矩阵式连接。对于过程层和间隔层间矩阵连接采用纵向直接连接，如一个控制块连接多个IED，则进行分流处理，如图5所述的合并单元MT1070和MT1166到I1和I2虚端子的连接。对于同在过程层或者同在间隔层的，则信息流先进行横向扩展后再进行矩阵式连接，图5中，同在间隔层的IED设备：QT1148、PZ1150、PE1006和需端子1、2、In的连接。
为更好可视化展示，GOOSE、SV信息流采用不同颜色。输入输出采用箭头标明。虚端子连接的具体数量在连接线上标注。采用矩阵连接方式后，对于前述即使很复杂的很多IED设备都有关联的情形，也能很好的进行有序显示，如图6所示。
6）连接信息表格化处理：由于上述连接线上每根线实际有多个信息传送，具体的连接关系可以采用图形也可以采用表格，考虑到此时的连接已经只是一对一的点对点关系，采用图形化意义不大，因此当选择某个虚端子连接时以表格方式显示两侧连接关系，示意图如图7所示。