基于物理回路建模的智能标签的优化研究
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国网宁夏电力公司建设部、国网天津滨海供电公司、南京五采智电电力科技有限公司的研究人员田源、张志朋、张畅、李展、张国辉，在2017年第3期《电气技术》杂志上撰文指出，当前智能变电站中智能标签技术采用私有数据库结构方式，该技术不规范、不统一、不利于项目的普及与推广。
文中对基于物理回路建模的设计与“虚实对应”进行优化，设计方法的提出基于物理回路建模文件方式，“虚实对应”提出物理回路与逻辑回路的自动解耦技术。
物理回路SPCD文件中定义二次设备板卡、端口等物理能力描述信息及光缆连接关系，逻辑回路SCD文件在各个IED设备中采用Inputs容器方式存储所有虚回路的接收连线，通过SPCD文件中检索物理回路和SCD文件中检索逻辑回路，即可获取物理回路与逻辑回路的虚实映射关系，生成含有逻辑信息流的智能标签，节约了智能标签的制作时间、降低了智能标签制作中虚实对应出错率。
相比较传统变电站，智能变电站二次回路原理的设计改为光缆联系图和变电站配置描述SCD(SubstationConfiguration Description)文件表达，二次回路的原理设计实现了数字化。智能标签[1]技术在变电站中的应用使得SCD中的逻辑回路[1-2]信息查找简单快捷。智能标签包含了变电站所有的二次设备信息，包括设备对象、逻辑子网、屏柜连接、线缆管理、信息逻辑和虚拟连接关系尤其是跳合闸[2]、采样等关键的连接关系[3-4]。
现有的智能变电站中智能标签技术采用私有数据库[3]作为智能标签可视化应用的数据源，私有数据库数据源作为智能标签唯一解析源。在设计智能标签中创建设备信息不够统一需要反复进行修改、手动关联信息逻辑和屏柜连线过程中需要翻阅大量的信息流图和光缆联系图来确定每根光纤的用途、ODF的光纤没有被定义而是无序地自动生成。
此方法需要设计人员对物理回路和逻辑回路很精通同时也会消耗大量的时间。变电站的运维、检修、改造和扩建过程中需要确保链路信息的准确性，希望通过准确快捷的配置软件来进行智能标签的配置工作。
本文针对上述问题提出了一种基于物理回路建模的智能标签优化方案，设备厂商设计人员通过配置工具配置装置物理端口自描述（IPCD）文件，对IED设备中的装置板卡和物理端口进行描述；设计单位将IPCD文件实例化成屏柜模型，再设计屏柜间的光缆连接和装置间的光纤连接，完成全站物理回路配置（SPCD）文件设计；设计单位可同步通过装置能力自描述（ICD）文件完成全站的SCD文件设计。
将SPCD文件和SCD文件同时导入Smart Show Helper软件自动生成智能标签数据库[4]，极大提高了智能变电站调试、运检和改扩建的效率及正确性，准确实现了过程层物理回路和逻辑回路的“虚实对应”[5-7]。
1 智能标签设计方法优化
1.1现有标签软件的问题
现有的智能变电站光缆标签系统分为生成模块软件和解析模块软件2个部分：设计人员使用生成模块软件依据设计院光缆联系图、信息流图和厂家背板图设计变电站智能标签数据库，但在设计智能标签中创建设备信息不够统一需要反复进行修改、手动关联信息逻辑和屏柜连线过程中需要翻阅大量的信息流图和光缆联系图来确定每根光纤的用途、ODF的光纤没有被定义而是无序地自动生成，此方法需要设计人员对物理回路和逻辑回路很精通同时也会消耗大量的时间。
1.2 智能标签设计方法优化
参考《Q/GDW 1396-2012工程继电保护应用模型》标准[8]，智能变电站二次系统物理回路建模的总体思路是：设备厂商设计人员通过配置工具配置装置物理端口自描述（IPCD）文件，对IED设备中的装置板卡和物理端口进行描述；设计单位将IPCD文件实例化成屏柜模型，再设计屏柜间的光缆连接和装置间的光纤连接，完成全站物理回路配置（SPCD）文件设计；设计单位可同步通过装置能力自描述（ICD）文件完成全站的SCD文件设计。
基于虚实回路的信息流解析过程是通过将SCD文件和SPCD文件导入解析工具来实现虚实一体化设计，可以通过移动终端设备解析，绘制全站设备的信息流图和施工物理回路光缆图[9-11]，信息流图可以实现“虚实对应”功能，通过实回路可以显示虚回路连接，通过虚回路可以显示实回路连接。
2 智能标签整体设计优化
2.1智能标签设计流程优化
智能变电站二次系统逻辑回路配置过程：设备厂商通过IED配置工具生成ICD文件，设计人员收集ICD文件后由系统配置工具配置产生SCD文件，通过SCD文件即可以展示全站二次设备的通讯参数及虚拟连线关系，系统配置完成后，由设备厂商通过IED配置工具导出IED实例配置（CID）文件下载至装置中，调试人员进行现场调试。
物理回路的建模方法也将参照虚回路的建模方法，各设备厂家提供描述物理端口的IPCD文件，并通过配置工具进行光缆连接后形成描述物理端口和回路的SPCD文件，图1为二次回路全景模型设计流程。
图1 基于物理回路建模的智能标签设计流程
2.2 SPCD文件逆向解析优化
将SPCD文件导入SPCL Creator软件中，这个流程分为两部分，第一部分是初始化部分，第二部分是解析正式流程部分。
通过初始化SPCD文件中的IED设备模型、交换机设备模型和ODF设备模型，获取每个设备的拓扑连接关系，即每个设备端口的物理连接路径名。
根据初始化之后的设备拓扑连接关系，进入SPCD解析阶段，SPCD层级分为变电站、小室、汇控柜、设备和光纤等元素。主要分为屏柜内纤芯自动解析和屏柜与屏柜之间的ODF光缆纤芯自动解析，屏柜内纤芯自动解析通过设备板卡信息的端口物理连接路径名完成纤芯自动搜索连接，绘制成屏柜内物理回路图，图2为SPCD文件屏柜内光纤自动解析方法。
图2 SPCD文件屏柜内光纤自动解析方法
2.3 SCD文件逆向解析优化
智能变电站二次系统逻辑回路SCD文件在各个IED设备中采用Inputs容器方式存储所有虚回路的接收连线，而不存储发送连线，这样既可以节约模型空间，也能够减少冗余连线，解析更为方便。将SCD文件导入Smart ShowHelper软件，这个流程分为两部分，第一部分是初始化部分，第二部分是解析正式流程部分。
在初始化过程SCD的解析，这个阶段主要完成的是SCD文件的IED逻辑关系拓扑。在解析SCD文件中输出数据集和Inputs连线得到IED（智能电子设备）的输入和输出虚端子，以及利用Inputs（模型文件中虚端子连接存放容器）得到虚端子的连接关系。图3为SCD文件逆向解析方法。
图3 SCD文件逆向解析方法
2.4“虚实对应”优化
解析SPCD文件可以获得屏柜内部的跳纤物理回路，解析SCD文件可以获得包含信息流的逻辑回路，Smart ShowHelper软件中导入SPCD文件和SCD文件，“虚实对应”技术根据SCD文件解析包含信息流的逻辑回路。即SV直采板卡端口、GOOSE直采直跳板卡端口、SV和GOOSE组网板卡端口等信息，自动搜索连接屏柜与屏柜间的ODF光缆信息，通过光缆获得其承载的逻辑回路信息，通过逻辑回路获得对应物理回路的光缆信息。图4为“虚实对应”技术。
图4 “虚实对应”解耦技术
3 工程实例
3.1苏州电校应用
基于物理回路建模的智能标签研究成果在苏州电校实训基地得到了示范应用。
在设计阶段，首先配置工程内的物理信息模型，包括中标设备的型号、板卡和端口信息、组屏信息等，其次进行虚端子回路配置，配置工程所需的虚端子回路信息，最后自动将端口信息与光缆纤芯信息进行“虚实对应”，上述文件随同其他设计资料一同交付给安装和调试单位。见图5苏州电校部分智能标签。
图5 苏州电校部分智能标签
4 结语
本文针对当前智能变电站中智能标签技术采用私有数据库结构方式，该技术不规范、不统一、不利于项目的普及与推广，文中基于物理回路建模的智能变电站二次系统智能标签的优化方案，对基于物理回路建模的设计与“虚实对应”进行优化，设计方法的提出基于物理回路建模文件方式，物理回路与逻辑回路提出了“虚实对应”技术。极大提高了智能变电站调试、运检和改扩建的效率及正确性，准确实现了过程层物理回路和逻辑回路的“虚实对应”。