智能变电站过程层物理链路图自动生成

苏杨 尹立伟 魏占同 阎胜楠 关仔靖

摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的现代化建设水平也有了很大的提高。当前智能变电站运维工作中，过程层物理链路的监视和诊断是重要环节，然而由于缺乏有效的图形可视化手段，因此少数工程虽然具备监视画面但往往需要手工生成，维护效率低下。通过研究过程层物理链路结构特点，提出一种智能变电站过程层物理链路图自动生成方法，从SCD模型信息中获取过程层物理链路的层次结构和拓扑关系信息，将“交换机-交换机”全局分层布局和“交换机-直连IED”的局部布局相结合，计算出从“中心交换机-间隔交换机-IED装置”的各层布局信息和走线，实现“一键”绘制出过程层物理链路图。该方法不仅实现了过程层物理链路的图形可视化，而且不需要人工绘制图形，大大提高了工程维护的效率。

关键词：智能变电站过程层；物理链路图；自动生成

引言

随着智能变电站的推广应用，物理实端子变为虚端子，二次回路看不见摸不着；电缆变为光缆，物理链路故障点难以定位，对继电保护的在线监视和智能诊断带来了巨大挑战。为此，业界提出了按照层级关系对智能变电站全站虚实回路进行可视化展示，并开展了二次虚回路可视化的相关技术和规范研究。然而，作为智能变电站三层两网结构的重要组成部分，过程层物理链路的可视化研究却较少见。

1典型结构

过程层物理链路一般分电压等级独立建设，并采用单网或双网（AB网）配置。每个过程层网络设备均由过程层交换机和IED（智能电子设备，包括保护测控装置、智能组件构成的智能设备MU、合并单元和智能终端等）组成，整体上呈现层次结构。其主要特点：整体为层次结构，第一层为中心交换机，第二层为间隔交换机；保护、测控、合并单元和智能终端等智能电子设备挂在各层交换机下。在实际工程中，根据变电站规模不同，网络结构设计也有所区别，主要在于：交换机不一定是2层，也有可能是单层组成环网；同层交换机可能几个串接组成环网，并非完全的星形。

2思路及方法

智能变电站SCD模型描述了智能变电站完整的配置信息，是变电站各自动化系统的基础模型，并且含有完整的过程层物理链路模型，因此本文从智能变电站SCD模型获取过程层物理链路模型。通过分析SCD模型中过程层物理链路模型的拓扑结构特点，可发现整个过程层物理链路结构存在两种不同层面的不同结构：一种是整体上的分层结构，主要是“交换机-交换机”分层级联结构；另一种是局部的直连结构，即“交换机-IED”之间的联接结构。因此，过程层物理链路的布局问题可划分为两种布局：“交换机-交换机”全局分层布局，简称大布局；“交换机-直连IED”局部布局，简称小布局。整个布局算法思路是以大布局为“面”，以小布局为“点”。下面介绍大布局和小布局的具体思路。

2.1大布局

“交换机-交换机”分层级联的结构形式，比较适合树形层次结构图的展示方法。树形层次结构图结构清晰规范，层次分明，便于运维人员快速掌握，并且树形层次结构图布局算法比较成熟，计算效率高，因此大布局采用树形层次结构图布局。当然，本文为了更贴近业内运维人员的习惯，将“交换机-交换机”分层级联网络的布局设计，在树形层次结构图的基础上进行了变形，设计为对称分层式布局，即“中心交换机居中，间隔交换机上下均匀分布”。该布局中，第一层交换机在中间水平排列，第二层在第一层交换机上下两层对称排列，以下各层均在上一层交换机的同侧布置，以此类推，可适用于无限层次的布局。

2.2小布局

交换机下直连IED布局比较简单，可以按照IED与交换机之间的相对位置关系分为三种情况，本文采用“双雁形”、“上雁形”和“下雁形”的方式，分别使用于不同的情况，结构清晰且易于走线。（1）“上雁形”用于被布置在上方间隔交换机与其直连的IED之间的布局。所有IED均在交换机上方布局，并分为左右两组排列，IED与交换机之间采用只有一个拐点的折线进行走线。（2）“下雁形”用于被布置在下方间隔交换机与其直连的IED之间的布局。所有IED均在交换机下方布局，并分为左右两组排列，IED与交换机之间采用只有一个拐点的折线进行走线。（3）“双雁形”用于第一层交换机与其直连的IED之间的布局，将IED在交换机的上下分配。所有IED中测控与保护在交换机上方布局，合并单元、智能终端等一次智能设备在交换机下方布局，上方与下方均分为左右两组排列，IED与交换机之间采用只有一个拐点的折线进行走线。

3布局及走线算法

3.1大布局算法

为了计算“交换机-交换机”的分层布局，从顶层中心交换机开始，调用深度优先递归算法，计算出“中心交换机-间隔交换机-IED装置”的各层布局信息。首先获取所有顶层交换机，对每个顶层交换机调用深度优先递归布局流程，从最深层次开始计算布局，逐层往上推算，直到得到各层交换机的布局结果。针对每个顶层交换机开始的深度优先递归流程是算法关键，该流程输入为交换机信息，包括层次、分配位置和下层设备列表，返回为本交换机所辖范围所有层级的布局信息。

3.2小布局算法

小布局流程完成对每个交换机与直连IED之间的布局，从而得到该交换机的局部布局信息，即包含交换机自身和直连IED的包围盒大小，及直连IED相对位置。首先根据交换机的层次，判断是哪种布局形态，并将IED按照布局位置分组。

3.3走线

走线指交换机之间及交换机与IED之间的物理链路连线，一般要求横平竖直、线路弯折次数最少、尽量不交差及不穿越网络设备。常见走线算法有通道布线算法、走迷宫算法、线探索法及这几种算法的改进算法，这些算法都是针对图元布局无规律的情况，基于某些策略进行试探，从而找到较能满足要求的走线方案，因此算法耗时较长，且很难达到理想效果。本文在布局阶段就考虑到走线，通过对称分层布局和“雁形”布局将交换机之间、交换机与IED之间的布局形成了几种固定相对位置，如图6所示，因此走线逻辑将变得明确和简单。具体走线原则为：交换机与交换机之间的走线采用父交换机从侧面连接到子交换机的底边或顶边的方式，交换机与直挂IED之间的走线采用交换机底边或顶边由一个拐点的折线连接到IED侧面的方式。在布局与走线原则的配合下，不会出现交叉或多次转折的情况，使得图形清晰简洁。

结语

智能变电站过程层物理链路可视化无规范可循，本文从过程层物理链路结构特点出发，以智能变电站SCD模型中的过程层物理链路模型为基础，采用全局的“交换机-交换机”分层布局和局部的“交换机-直连IED”布局相结合的方法，计算出合理的布局和走线，实现“一键”生成过程层物理链路的可视化矢量图。本文最后通过实例验证了本方法不仅可实现过程层物理链路的图形可视化，生成布局简洁、走线清晰的图形，而且不需要人工绘制图形，大大提高了工程维护的效率。

参考文献：

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