基于网络拓扑的数字化变电站虚回路三维可视化方法

科技通报

Vol．35No．7Jul．2019

BULLETINOFSCIENCEANDTECHNOLOGY

基于网络拓扑的数字化变电站虚回路三维可视化方法

1

王韩文军，

22

磊，李达锋，张

23

满，汤道清

（1．国网经济技术研究院有限公司，北京102206；北京102209；2．北京博超时代软件有限公司，

3．华北电力大学，北京102206）

摘

要：数字化变电站以二次虚回路代替传统的二次硬回路，将配置信息存储于SCD文件内，使得运行维护人员能

够及时、准确地开展工作。但传统SCD文件可视化尚存在信息显示较抽象、光纤回路信息不完善和图示缺乏人性化等问题，为此，提出了基于网络拓扑的数字化变电站虚回路三维可视化方法。首先阐述了数字化变电站网络结构和二次回路特点；然后分析数字化变电站SCD文件结构和传统SCD可视化存在的问题；最后，结合数字化变电站虚回路特点和实际工作需求，研究基于网络拓扑的数字化变电站虚回路三维可视化方法。本文方法已在某市数字化变电站部署实施，简化了现场工作流程，提高了工作效率和工作质量。关键词：数字化变电站；虚回路；网络拓扑；三维可视化中图分类号：TM63

文献标识码：A

文章编号：1001－7119（2019）07－0122－04

DOI：10.13774/j．cnki．kjtb．2019.07.022

DigitalSubstationVirtualCircuitThree-dimensionalVisualization

MethodBasedonNetworkTopology

HanWenjun1，WangLei2，LiDafeng2，ZhangMan2，TangDaoqing3

（1．StateGridEconomicTechnologyＲesearchInstituteCo．，Ltd．，Beijing102209，China；

2．BeijingBochaoTimesSoftwareCo．，Ltd．，Beijing102206，China；3．NorthChinaElectricPowerUniversity，Beijing102206，China）

Abstract：ThesecondaryvirtualcircuitisusedinthedigitalsubstationinsteadofthetraditionalsecondaryhardcircuitandtheconfigurationinformationisstoredintheSCDfilesothattheoperationandmaintenancepersonnelcancarryouttheworkinatimelyandaccuratemanner．However，thevisualizationoftraditionalSCDfilesstillhassomeproblemssuchasabstractdisplayofinformation，imperfectinformationofopticalfiberloopandlackofhumanizationofgraphics．Therefore，athree-dimensionalvisualizationmethodofvirtualcircuitofdigitalsubstationbasedonnetworktopologyisproposed．Firstly，thenetworkstructureandsecondarycircuitcharacteristicsofdigitalsubstationareexpounded；thentheSCDfilestructureofdigitalsubstationandtheexistingproblemsoftraditionalSCD

visualizationareanalyzed；finally，thevirtualofdigitalsubstationiscombined．Thethree－dimensionalvisualizationmethodofvirtualloopindigitalsubstationbasedonnetworktopologyisstudiedinthispaper．Themethodinthispaperhasbeendeployedinadigitalsubstationinacity，whichsimplifiesthefieldworkflowandimprovestheworkefficiencyandquality．

Keywords：digitalsubstation；virtualcircuit；networktopology；3Dvisualization

收稿日期：2018－09－22

基金项目：国家电网有限公司科技项目（编号：B3441617K007）。

作者简介：韩文军（1965－），高级工程师，研究方向：电力数据管理及大数据分析。男，黑龙江哈尔滨人，本科，

第7期韩文军等．基于网络拓扑的数字化变电站虚回路三维可视化方法123

数字化变电站与常规综合自动化变电站不同，其通过电、光、化学等丰富的技术手段在线监测变压器、开关或避雷器等一次设备状态，能够综合展示状

态信息［1］

。数字化变电站实现了信息数字化、通信网络化、信息共享标准化、功能应用互动化的要

求

［2，3］

。数字化变电站二次系统信息存储配置描述文件SCD，

SCD文件对数字化变电站二次回路的可视化具有重要作用。文献［

4］研究了SCD管控问题，从智能变电站中SCD文件的重要性出发，对智

能变电站SCD管控系统进行研究，进而建立智能变电站中二次设备和虚拟二次回路的简化模型和CＲC校验实现方法和管控方案，最后，在变电站SCD管控系统的总体方案设计中，引入改进的基于位置的文本文件对比算法，实现管控的目的。但是该方法的SCD文件可视化存在信息显示较抽象；文献［5］研究了智能变电站二次回路可视化问题，以网络分析仪在变电站实时运行及与全站二次设备可靠通信的特点，利用报文分析、服务解析、网络节点变化、校验码等手段，实时对装置运行配置文件与归档配置文件进行比对分析。但是该方法的图示缺乏人性化；文献［

6］研究了数字化变电站二次回路三维接口设计问题，在实现传统变电站数字化设计基础上，利用电力设计软件实现智能变电站光缆虚端子的链接和自动生成。最后，建立变电站一次设备与二次设备之间、电缆清册与电缆敷设之间、光缆/虚拟端子与设备之间的二维到三维的可视化接口，实现面向对象的图模一体化变电站设计。但是该方法的光纤回路信息不完善。

针对以上问题，提出了基于网络拓扑的数字化变电站虚回路三维可视化方法。首先阐述了数字化变电站网络结构和二次回路特点；然后分析数字化变电站SCD文件结构和传统SCD可视化存在的问题；最后，结合数字化变电站虚回路特点和实际工作需求，研究基于网络拓扑的数字化变电站虚回路三维可视化方法。目前本文方法已在某市供电公司辖区数字化变电站部署实施，在技术培训、设备运行维护、春秋季检修、电气试验和消缺工作中得到应用。该系统的部署实施简化了现场工作流程，提高了工作效率和工作质量。

1

数字化变电站及二次回路

1.1

数字化变电站网络拓扑结构

数字化变电站由互感器和开关等智能化一次设

备和网络化二次设备分层构建，主要采用IEC61850

通信规范进行电气设备间的信息共享和互操作。其

中，数字化变电站的网络化二次设备包括过程层、间

隔层和站控层［7］

。数字化变电站主要分为点采网跳模式和网采网跳模式。数字化变电站网络拓扑结构如图1所示。

图1数字化变电站网络拓扑结构示意图

Fig．1

Schematicdiagramofnetworktopologyofdigitalsubstation

站控设备层包括监控系统、

操作员站、远动装置、保信子站和通信分析系统等。站控设备通过网络实时获取全站设备状态信息，并不断更新数据库和存储历史数据。按调度需求将有关实时数据信息上报，并接受相关命令下发执行。过程交换层主要设备包括电子式PT或CT、合并单元、智能终端等，实时采集、监测电气设备的状态信息，接受执行站控层下发的相应控制命令。其中，数字化变电站合并单元在一个地点采集数据信息并分散使用；智能终端属于智能化电子装置，具有获取、传送、处理、控制信息等功能。

1.2数字化变电站二次回路

数字化变电站二次回路充分运用VLAN技术，依托GOOSE和SV传输机制实现二次回路功能。二次设备网络化，即数据采集、跳闸和信号传输的网络化。该二次回路的连接关系通过虚端子映射表来反映，避免常规变电站一次故障，而影响二次回路。数字化变电站二次回路过程层网络实现数字化形态，二次设备类型沿用以往二次回路特征，由测控、线路保护和母差保护等组成网络化信息共享，将硬件电缆回路转变为以太网形式的虚回路，有虚拟端子排图，设置相应编号，有利于数字化变电站设

124科技通报第35卷

计、施工和运行。

2数字化变电站SCD文件研究

分析数字化变电站SCD文件结构和传统SCD

可视化存在的问题。

2.1

数字化变电站SCD文件结构

SCD配置文件为全站系统配置文件，描述了数

字化变电站各IED设备及其逻辑连接关系。SCD文件实现了二次回路的无纸化设计，涵盖所有设备的运行信息，如IED信息、数据类型以及分闸与合闸回路等。基本信息（Header）阐述文件版本和更新信息；变电站功能描述（Substation）主要包括电压等级、设备间隔、电气设备和网络拓扑点等信息；通讯参数（Communication）包括MMS、

GOOSE等类型参数；智能电子设备（IED）描述服务功能、命名、类型和网桥等信息；数据类型模板（DataTypelate）包括结构和非结构数据。数字化变电站SCD文件结构如图2所示。

图2数字化变电站SCD文件结构

Fig．2

SCDfilestructureofdigitalsubstation

2.2

传统SCD可视化存在的问题

解析SCD文件，能够将变电站自动化系统IED

配置信息和一次结构信息透明化。现阶段二次回路可视化存在信息显示欠直观、光纤回路信息不完善、图形显示缺乏人性化等问题。由于传统SCD界面显示操作复杂，虚端子信息不易读取，采样、信号传递失败较多，光纤回路信息不完善，设备验收管理人员的工作效率较低，光纤端口插拔次数多，从而影响

寿命［8］

。

3基于网络拓扑的数字化变电站虚回

路三维可视化方法

结合数字化变电站虚回路特点和实际工作需

求，研究基于网络拓扑的数字化变电站虚回路三维

可视化方法。3.1

可视化研究

结合实际工作需求，数字化变电站虚回路按照单装置信号、单装置虚回路及其逻辑链路图进行划分。数字化变电站SCD文件可视化界面如图3所示。其中，其逻辑链见图4。逻辑链呈现不同装置之间的网络通讯参数，如MAC、

APPID等［9］。图3数字化变电站SCD可视化逻辑链示意图

Fig．3

SchematicdiagramofSCDvisual

logicchainindigitalsubstation

图4数字化变电站SCD文件可视化界面

Fig．4

VisualizationInterfaceofDigitalSubstationSCDFile

建立电气一次设备（主变、

开关和电缆等）与二次二路设备的三维数字接口，在三维视图中编辑设备属性、定义等信息，建立相关映射。建立设备虚端子配置与二次设备接口，生成相应的三维模型，能够查看型号、长度和路径等［10］

。

3.2系统部署

目前该系统已在某市供电公司辖区内的12座220kV数字化变电站部署实施。在技术培训、设备运行维护、春秋季检修、电气试验和消缺工作中得到应用。该系统的部署实施简化了现场工作流程，提高了工作效率和工作质量。其中，某220kV线路二次虚回路实际映射如图5所示。

从系统虚回路三维可视化信息显示直观、光纤回路信息完善和图形显示人性化等角度。系统部署实施前后部分指标对比如图6所示。

经调查问卷得知，系统实施前后，虚回路信息显示直观程度从65分上升至90分，回路信息完善度

第7期韩文军等．基于网络拓扑的数字化变电站虚回路三维可视化方法125

息，以人性化、直观的方式展现虚回路，利于工作开展，确保变电站安全运行。虚回路三维可视化直观的反映了信息流，便于一线人员排查错误，缩短排查周期，提高工作效率。参考文献：

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图5

某220kV线路二次虚回路实际映射Actualmappingofa220kVlinesecondaryvirtualcircuit

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Fig．5

图6数字化变电站虚回路可视化效果对比Comparisonofvisualizationeffectofvirtualcircuitindigitalsubstation

Fig．6

从50分提升至85分，图形显示灵活度从40分提升

至90分，运检工作效率从60分提升至90分，人员

满意度从55分提升至85分。综上，系统取得了预期效果。

4结语

本文提出基于网络拓扑的数字化变电站虚回路可视化方法，能够为运维检修人员充分展示关键信

（上接第121页）

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