智能變電站過程層物理鏈路圖自動生成

蘇楊 尹立偉 魏占同 閻勝楠 關仔靖

摘要：現階段，隨著社會的發展，我國的現代化建設水平也有了很大的提高。當前智能變電站運維工作中，過程層物理鏈路的監視和診斷是重要環節，然而由于缺乏有效的圖形可視化手段，因此少數工程雖然具備監視畫面但往往需要手工生成，維護效率低下。通過研究過程層物理鏈路結構特點，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構和拓撲關系信息，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“一鍵”繪制出過程層物理鏈路圖。該方法不僅實現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的效率。

關鍵詞：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用，物理實端子變為虛端子，二次回路看不見摸不著；電纜變為光纜，物理鏈路故障點難以定位，對繼電保護的在線監視和智能診斷帶來了巨大挑戰。為此，業界提出了按照層級關系對智能變電站全站虛實回路進行可視化展示，并開展了二次虛回路可視化的相關技術和規范研究。然而，作為智能變電站三層兩網結構的重要組成部分，過程層物理鏈路的可視化研究卻較少見。

1典型結構

過程層物理鏈路一般分電壓等級獨立建設，并采用單網或雙網（AB網）配置。每個過程層網絡設備均由過程層交換機和IED（智能電子設備，包括保護測控裝置、智能組件構成的智能設備MU、合并單元和智能終端等）組成，整體上呈現層次結構。其主要特點：整體為層次結構，第一層為中心交換機，第二層為間隔交換機；保護、測控、合并單元和智能終端等智能電子設備掛在各層交換機下。在實際工程中，根據變電站規模不同，網絡結構設計也有所區別，主要在于：交換機不一定是2層，也有可能是單層組成環網；同層交換機可能幾個串接組成環網，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的基礎模型，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撲結構特點，可發現整個過程層物理鏈路結構存在兩種不同層面的不同結構：一種是整體上的分層結構，主要是“交換機-交換機”分層級聯結構；另一種是局部的直連結構，即“交換機-IED”之間的聯接結構。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”分層級聯的結構形式，比較適合樹形層次結構圖的展示方法。樹形層次結構圖結構清晰規范，層次分明，便于運維人員快速掌握，并且樹形層次結構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構圖布局。當然，本文為了更貼近業內運維人員的習慣，將“交換機-交換機”分層級聯網絡的布局設計，在樹形層次結構圖的基礎上進行了變形，設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，結構清晰且易于走線。（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中測控與保護在交換機上方布局，合并單元、智能終端等一次智能設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，調用深度優先遞歸算法，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用深度優先遞歸布局流程，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果。針對每個頂層交換機開始的深度優先遞歸流程是算法關鍵，該流程輸入為交換機信息，包括層次、分配位置和下層設備列表，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。首先根據交換機的層次，判斷是哪種布局形態，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、線路彎折次數最少、盡量不交差及不穿越網絡設備。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算法，這些算法都是針對圖元布局無規律的情況，基于某些策略進行試探，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側面的方式。在布局與走線原則的配合下，不會出現交叉或多次轉折的情況，使得圖形清晰簡潔。

結語

智能變電站過程層物理鏈路可視化無規范可循，本文從過程層物理鏈路結構特點出發，以智能變電站SCD模型中的過程層物理鏈路模型為基礎，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”布局相結合的方法，計算出合理的布局和走線，實現“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的效率。

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