專利名稱：一種基于61850的智能化變電站拓撲五防實現方法
技術領域：
本發明涉及智能化變電技術領域，具體指一種基于61850的智能化變電站拓撲五 防實現方法。
背景技術：
在電力生產中存在的諸多不安全因素中，人的錯誤或疏忽是一個最復雜、最難以 控制的重要因素。因而使變電站誤操作事故具有成因復雜，偶然性、隨機性高，預防和控制 難度大的特點。
電力系統的“五防”是指①防止誤分、合斷路器②防止帶負荷分、合隔離開關③ 防止帶電合地刀(掛接地線)④防止帶地線(接地刀閘)合斷路器⑤防止誤入帶電間隔，防 誤操作閉鎖系統歷經多年研發，目前已廣泛采用，是以防止運行人員誤操作為目的重要技 術措施。但由于受到各種主客觀條件的限制，目前已有的各類防誤系統還遠未達到理想的 程度。實際上，現有的防誤系統并不能解決防誤操作的所有問題。它只是針對防誤操作中 頻繁、多發的主要問題，在防誤的要求與簡單可靠的要求兩者之間取得平衡的一個產物。其 局限性甚至是負面效應也是十分明顯的。特別是目前電網的運行模式發生了很大的變化， 變電站的無人值班、多變電站遠程監控業已成為主流，由此產生的新的需求也是傳統防誤 操作系統所難以適應的。
目前的變電站微機防誤是由維護人員直接定義設備間的操作閉鎖關系，每個設備 都要人工編寫防誤邏輯不僅工作量大且容易出錯，而且由于閉鎖邏輯是預先寫死，所以靈 活性比較差，當設備變動或變電站改擴建時，受影響的閉鎖邏輯需要重寫，維護工作量大。
隨著網絡技術的高速發展，基于IEC61850規約基礎上的智能化變電站已由技術 研制階段進入工程試用階段，智能變電站已成為變電站自動化建設的發展方向。目前基于 61850的系統描述文件SSD已普遍實現自動生成，其對變電站一次設備及其連接關系描述 為實現一種免配置、自適應的防誤操作閉鎖系統提供了必要的基礎。發明內容
本發明所要針對傳統五防系統存在的以上不足，提供了一種根據SSD文件和設備 操作規則自動實現五防閉鎖的方法，用于變電站防止電氣誤操作，做到了防誤閉鎖邏輯免 配置和自適應，減少了維護工作量，降低了使用復雜度，但卻沒有降低可靠度和嚴密性。
一種基于61850的智能化變電站拓撲五防實現方法，主要包括以下步驟(1)變電站一次設備連接關系的分析與提取將SSD文件中的一次設備連接關系進行 有效的分析和提取，一次設備之間的連接關系是由連接點(ConnectivityNode)和設備端點 (Terminal)共同描述的，因此需要將連接點和端點信息提取出來固化到文件或數據庫中， 作為后面的建立拓撲模型的基礎；(2)基于一次設備連接關系的拓撲模型構建將一次設備連接關系抽象成“圖”，連接點 和設備分別映射成圖的頂點和邊，構成一個完整的“無向圖”，利用圖算法中的鄰接矩陣、深度優先、廣度優先等算法可以將一個現實問題轉化為一個數學問題以便于求解；(3)設備操作規則的抽象化表達將設備的操作規則總結歸納后轉化成一種可以由計 算機識別的表達式，每一類設備總結一個表達式。例如地刀的合操作規則可以表達為“地 刀(地線)連接點所有方向的刀閘都為分”。之所以稱之為抽象化表達，是因為該表達中涉及 的“地刀”或“刀閘”并沒有具體到某一個設備，需要有具體的實例時才會被具體化；(4)設備操作規則的推理與運算根據上述無向圖利用拓撲算法匹配設備的抽象規則， 運算設備抽象規則獲得一個值，該值即為防誤判斷結果。當某一設備需要操作時首先根據 其類型匹配一個抽象規則，然后通過推理和計算獲得該規則的值(真或假)，從而判斷該設 備的操作規則是否滿足，進而達到防止誤操作的目的。


圖1拓撲五防系統原理圖。
圖2為一次接線圖示例。
圖3為圖2所示一次接線圖的拓撲結構圖。
圖4為圖3所示拓撲結構圖的鄰接矩陣。
圖5設備操作規則推理運算流程圖。
具體實施方式
一種基于61850的智能化變電站拓撲五防實現方法，主要包括以下步驟(1)變電站一次設備連接關系的分析與提取將SSD文件中的一次設備連接關系進行 有效的分析和提取，一次設備之間的連接關系是由連接點(ConnectivityNode)和設備端點 (Terminal)共同描述的，因此需要將連接點和端點信息提取出來固化到文件或數據庫中， 作為后面的建立拓撲模型的基礎；(2)基于一次設備連接關系的拓撲模型構建將一次設備連接關系抽象成“圖”，連接點 和設備分別映射成圖的頂點和邊，構成一個完整的“無向圖”，利用圖算法中的鄰接矩陣、深 度優先、廣度優先等算法可以將一個現實問題轉化為一個數學問題以便于求解；(3)設備操作規則的抽象化表達將設備的操作規則總結歸納后轉化成一種可以由計 算機識別的表達式，每一類設備總結一個表達式。例如地刀的合操作規則可以表達為“地 刀(地線)連接點所有方向的刀閘都為分”。之所以稱之為抽象化表達，是因為該表達中涉及 的“地刀”或“刀閘”并沒有具體到某一個設備，需要有具體的實例時才會被具體化；(4)設備操作規則的推理與運算根據上述無向圖利用拓撲算法匹配設備的抽象規則， 運算設備抽象規則獲得一個值，該值即為防誤判斷結果。當某一設備需要操作時首先根據 其類型匹配一個抽象規則，然后通過推理和計算獲得該規則的值(真或假)，從而判斷該設 備的操作規則是否滿足，進而達到防止誤操作的目的。
本發明主要包括一次設備連接關系提取模塊、拓撲模型構建模塊、設備操作規則 庫、運算推理弓I擎等部分組成。
首先，根據變電站配置工具輸出的標準的SSD文件導出一次設備及其連接關系， 并固化形成拓撲數據庫(以后當變電站需要擴建或結構發生變化，只需重新導出更新此拓 撲數據庫即可，無需其他變動)；然后，拓撲模型構建模塊讀取并分析拓撲數據，根據無向圖建模需要對其中的數據進行必要的加工后載入形成完整的拓撲模型；總結設備操作規則， 對規則進行計算機語言的抽象化處理形成設備操作規則庫；程序運行時運算推理引擎將拓撲模型和設備操作規則庫結合，接收外部的五防校驗命令后進行必要的規則匹配和邏輯運算工作，并將運算結果返回給調用者。
變電站一次設備連接關系的分析與提取標準的SSD文件將一次設備的連接關系表示為如下形式〈Substation name=〃 金南變〃><VoltageLevel name="110KV_l">〈Bay name=〃l# 內橋〃>〈ConductingEquipment type=〃DIS〃 name=〃 隔刀 5001〃>〈Terminal name=〃Terml〃 cNodeName=〃N41〃 …/>〈Terminal name=〃Term2〃 cNodeName=〃N40〃 …/></ConductingEquipment><ConnectivityNode name="N40" pathName="金南變/110KV-1/1# 內橋/N40"/〉 <ConnectivityNode name="N41" pathName="金南變/110KV-1/1# 內橋/N41"/〉 〈/Bay〉〈/VoItageLeveI></ Substation) 每一個設備下有若干個端點(Terminal)，每個端點連接到一個連接點 (ConnectivityNode)上，可以使用兩張數據表存儲這些連接關系，一張是連接點表，包含了一次接線圖上所有的連接點信息(包含連接點名稱和編號)，另一張表是設備端點表，包含了所有一次設備的端點信息(包含端點名、關聯的連接點名、所屬設備等)。導出的數據用以下結構存儲。
struct Terminal / / 端點的信息基于一次設備連接關系的拓撲模型構建把變電站一次設備連接關系抽象成一個無向圖(undirected graph)，即由頂點集與邊集構成的二元組，其中連接點映射成頂點，設備映射邊。圖中的頂點進行統一編號(從O開始)，頂點的屬性即為該連接點的屬性，這些連接點可能為進線、出線、大地、普通連接點等；char szTerminalName [32] ;/ / 端點名char szEquipmentName [128] ; / / 所屬設備名 char szConnectivityNode [32] ; / / 關聯的連接點名struct ConnectivityNode / / 連接點的信息char SzConnectivityNodeName[32] char szConnectivityNodePath[128] int nVoltageLevel;/ /連接點名 / /連接點路徑//電壓等級圖中的邊為對應的兩個連接點之間的設備，這里所說的設備是指斷路器、隔離刀閘、地刀等具有分合狀態的開關設備，其屬性即為邊的屬性。
根據邊的信息創建鄰接矩陣，具體方法為創建一個二維數組graph[n] [η] (η為頂點個數即為形成鄰接矩陣的階數)，遍歷每個開關設備，取設備對應邊的兩個頂點號i和 j，矩陣中i行j列的元素標記為1，即graph[i][j]=l。如此即可生成鄰接矩陣。
根據鄰接矩陣創建鄰接關系表，鄰接關系表主要用于深度優先和廣度優先遍歷圖的算法中，具體方法為遍歷鄰接矩陣為每個連接點創建一個鏈表存儲與之有連通關系的連接點，該鏈表即為鄰接關系表。鄰接關系表是拓撲模型構建的重要組成部分，是拓撲算法的基礎。
設備操作規則的抽象化表達根據長期的五防應用經驗設備操作規則可以抽象的表達為(I)開關的拓撲五防規則 開關以模擬操作的正確結果作為開放操作的條件，這里不作考慮。
(2)隔離刀閘(含小車)的拓撲五防規則合規則①隔離刀閘直接相連的開關必須為分，如果沒有直接相連的開關則深度搜索其間接相連的開關，搜索到的所有開關都應在分位。
②由本刀閘兩側導線向各方向延伸至所有刀閘為止所構成的電氣接線內沒有地線或接地刀合位。其間如有開關、變壓器、電流互感器、串聯電抗器等設備仍視為導線連通。
分規則隔離刀閘直接相連的開關必須為分，如果沒有直接相連的開關則深度搜索其間接相連的開關，搜索到的所有開關都應在分位。
例外情況隔離刀閘兩側經站內其它閉合的開關、刀閘連接為一個導通回路的(即分合刀閘之前兩側是等電位的)可以操作。
(3)接地刀閘(接地線)的拓撲五防規則合規則接地刀閘(接地線)非地端連接點所有方向的隔離刀閘都在分位，其間有開關、 變壓器、電流互感器、串聯電抗器等設備仍視為導線相連。
分規則無。
設備操作規則的推理與運算將上述設備的合規則和分規則作為判據在建好的拓撲模型上進行推理和運算，如果合規則判據成立，則表示該設備允許合操作，如果分規則判據成立，則表示該設備允許分操作，空判據一律視作允許操作，推理運算過程如圖5。
本實施例與現有技術相比實現了防誤閉鎖邏輯免配置和自適應，減少了建設及維護工作量，降低了使用復雜度，防止誤操作等優點。
權利要求
1.一種基于61850的智能化變電站拓撲五防實現方法，其特征在于，主要包括以下步驟 (1)變電站一次設備連接關系的分析與提取將SSD文件中的一次設備連接關系進行有效的分析和提取，一次設備之間的連接關系是由連接點(ConnectivityNode)和設備端點(Terminal)共同描述的； (2)基于一次設備連接關系的拓撲模型構建將一次設備連接關系抽象成“圖”，連接點和設備分別映射成圖的頂點和邊，構成一個完整的“無向圖”，利用圖算法中的鄰接矩陣、深度優先、廣度優先等算法將一個現實問題轉化為一個數學問題； (3)設備操作規則的抽象化表達將設備的操作規則總結歸納后轉化成一種可以由計算機識別的表達式，每一類設備總結一個表達式； (4)設備操作規則的推理與運算根據上述無向圖利用拓撲算法匹配設備的抽象規則，運算設備抽象規則獲得一個值，該值即為防誤判斷結果。
全文摘要
本發明公開了一種基于61850的智能化變電站拓撲五防實現方法，包括以下步驟1、變電站設備連接關系的分析與提取將SSD文件中的設備連接關系進行的分析和提取，設備之間的連接關系是由連接點和設備端點共同描述的；2、基于設備連接關系的拓撲模型構建將設備連接關系抽象成“圖”，連接點和設備分別映射成圖的頂點和邊，構成完整的“無向圖”；3、設備操作規則的抽象化表達將設備的操作規則總結歸納后轉化成計算機識別的表達式；4、設備操作規則的推理與運算根據無向圖利用拓撲算法匹配設備的抽象規則，運算設備抽象規則獲得一個值，該值即為防誤判斷結果。實現了防誤閉鎖邏輯免配置和自適應，減少了建設及維護工作量，降低了使用復雜度，防止誤操作。
文檔編號H02J13/00GK103001318SQ20111026575
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月8日 優先權日2011年9月8日
發明者唐衛華, 張力, 孫志云, 其他發明人請求不公開姓名 申請人:湖南省電力勘測設計院, 上海思源弘瑞自動化有限公司