導(dǎo)語：保護(hù)邏輯可視化展示系統(tǒng)設(shè)計分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：針對目前電力系統(tǒng)故障分析和繼電保護(hù)動作行為評價中存在的效率低等問題，提出一種基于G格式的保護(hù)邏輯可視化展示系統(tǒng)實現(xiàn)方案。首先，介紹了電力系統(tǒng)圖形描述規(guī)范表達(dá)圖形的方法，提出了基于G格式的保護(hù)邏輯可視化展示系統(tǒng)總體設(shè)計方案；其次，通過分析基于G格式的保護(hù)裝置總體設(shè)計方案，研究了保護(hù)裝置中實現(xiàn)基于G格式的保護(hù)邏輯圖抽象的方法，以及在綜合應(yīng)用服務(wù)器中實現(xiàn)可視化展示和回放的步驟；最后，對所提方案可視化展示與回放效果進(jìn)行了示例展示。展示結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠以時間為線索，清晰再現(xiàn)保護(hù)裝置故障過程中各保護(hù)功能元件的動作邏輯和順序，提高發(fā)現(xiàn)保護(hù)裝置隱形故障的效率。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；G格式；保護(hù)邏輯；可視化展示

作為智能電網(wǎng)重要組成部分的繼電保護(hù)，是電力系統(tǒng)安全運行的保障，其能否履行所設(shè)計的保護(hù)區(qū)安全職責(zé)是電網(wǎng)安全運行的關(guān)鍵所在，其自身的可靠性和有效動作可避免系統(tǒng)受到擾動或發(fā)生故障時造成嚴(yán)重停電事故，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行[3]。由于繼電保護(hù)裝置的特殊地位，對其動作行為和故障緣由的分析評估一直是電力系統(tǒng)研究的熱點。文獻(xiàn)[4]基于變權(quán)重系數(shù)和模糊關(guān)系矩陣，通過逐層計算模糊評判結(jié)果相量完成對繼電保護(hù)裝置的狀態(tài)評估，有效地解決了模糊綜合評判法不能反映狀態(tài)量變化的不足；文獻(xiàn)[5]構(gòu)建了基于正向推理的繼電保護(hù)動作評價體系，實現(xiàn)了故障的在線檢測、分析報告打印以及專家系統(tǒng)推理等功能；文獻(xiàn)[6]提出了基于智能變電站系統(tǒng)特性的繼電保護(hù)在線監(jiān)測方法，能夠充分利用繼電保護(hù)狀態(tài)信息間豐富的耦合及約束關(guān)系，全面分析和評價繼電保護(hù)狀態(tài)，并實現(xiàn)故障定位；文獻(xiàn)[7]探討了在繼電保護(hù)功能時序可視化中應(yīng)用規(guī)范描述語言的可行性，通過消息序列圖動態(tài)展示各元件動作過程，達(dá)到直觀展示繼電保護(hù)功能邏輯時序的目的；文獻(xiàn)[8]提出了多種基于繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)的保護(hù)裝置常態(tài)特性在線監(jiān)視與隱性故障診斷方法，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬量診斷繼電保護(hù)隱性故障；文獻(xiàn)[9]提出了一種基于SVG圖形的保護(hù)邏輯圖的表達(dá)方式，通過標(biāo)準(zhǔn)化的定義輸入關(guān)聯(lián)、邏輯關(guān)系和連接線等元件，形成標(biāo)準(zhǔn)化保護(hù)邏輯關(guān)系圖，配合標(biāo)準(zhǔn)化的錄波文件，清晰地完成繼電保護(hù)故障分析，解決了分析工具不統(tǒng)一的問題；文獻(xiàn)[10]運用Matlab與C混合編程方式，能夠在PC平臺上提供脫離繼電保護(hù)裝置的實驗驗證環(huán)境，利用各種錄波波形驗證保護(hù)程序邏輯，實現(xiàn)對繼電保護(hù)故障的模擬；文獻(xiàn)[11]提出基于多參信息量的繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測及故障診斷方法，通過網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析裝置或保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測及診斷裝置，構(gòu)建一套繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)；文獻(xiàn)[12]采用動態(tài)故障樹分析全數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，解決了傳統(tǒng)可靠性分析方法無法體現(xiàn)全數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)動態(tài)失效特性的問題。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)故障分析方法一般是打印保護(hù)裝置動作報告、動作錄波，查看故障錄波并進(jìn)行分析。目前國內(nèi)基于Comtrade的錄波分析軟件層出不窮，能夠解析Comtrade格式，以波形方式再現(xiàn)故障數(shù)據(jù)[13]，在一定程度上增強了錄波數(shù)據(jù)的可讀性，然而這種方式僅能呈現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的變化、錄波開關(guān)量的分合，而故障時保護(hù)裝置動作的標(biāo)志集狀態(tài)、動作原因及流程則需要專業(yè)的保護(hù)裝置研發(fā)人員才能分析出來。這種方法不僅較為煩瑣，而且只能看到保護(hù)裝置最終的動作狀態(tài)，無法對其內(nèi)部工作情況以及潛在問題進(jìn)行分析[14]。目前，作為智能變電站高級應(yīng)用重要功能之一的基于一體化信息平臺方式的智能告警和故障信息綜合分析決策已得到應(yīng)用[15]，主要實現(xiàn)方案是通過提取繼電保護(hù)裝置內(nèi)部保護(hù)邏輯中間狀態(tài)，并將其中間狀態(tài)生成為文件，可脫離保護(hù)源程序?qū)崿F(xiàn)對其邏輯的離線監(jiān)測分析，以有效解決繼電保護(hù)內(nèi)部缺陷。但定義的中間節(jié)點文件僅包含數(shù)據(jù)源，沒有保護(hù)邏輯圖以及保護(hù)邏輯圖與中間節(jié)點數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。如果實現(xiàn)可視化保護(hù)邏輯展示，需要在展示平臺手動配置保護(hù)邏輯，但保護(hù)裝置種類繁多，不同廠家保護(hù)原理和邏輯又各不相同，造成保護(hù)邏輯圖配置困難且容易出錯，無法實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)共享。針對上述存在的問題和IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用為動態(tài)展示保護(hù)功能時序提供的信息模型基礎(chǔ)[16]，本文提出一種基于G格式的保護(hù)邏輯可視化展示系統(tǒng)實現(xiàn)方案，即在保護(hù)裝置生成中間狀態(tài)數(shù)據(jù)文件時自動生成保護(hù)邏輯圖形描述文件（簡稱G格式或G語言）；利用展示平臺對G格式文件進(jìn)行解析，生成各保護(hù)裝置的可視化保護(hù)邏輯圖，并根據(jù)中間節(jié)點文件數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)回放，實現(xiàn)對保護(hù)裝置內(nèi)部元件、模塊、總線和邏輯動作等的透明化監(jiān)視分析，及時發(fā)現(xiàn)保護(hù)裝置的安全隱患，確保繼電保護(hù)裝置能在系統(tǒng)發(fā)生故障時快速切除故障，從而保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

1G格式介紹

G格式是一種基于標(biāo)記的遵循XML標(biāo)準(zhǔn)的純文本語言[17]，和SVG之間可以相互轉(zhuǎn)換，適用于描述電力系統(tǒng)圖形和電力應(yīng)用系統(tǒng)間圖形交換，支持高效存取電力圖形和模型關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，以及不同系統(tǒng)廠家和電力企業(yè)之間電力圖形與模型關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的交換。目前，由中國牽頭制定的電力系統(tǒng)圖形描述規(guī)范（CIM/G規(guī)范）已成為中國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)號DL/T1230—2016），該標(biāo)準(zhǔn)是在IEC61970－453基于公共信息模型（CIM）的圖形交換基礎(chǔ)上發(fā)展起來并且應(yīng)用于電力系統(tǒng)的一種新型的圖形描述語言[18-19]。電力系統(tǒng)圖形描述規(guī)范采用CIM/G語言作為圖形存儲和交換的標(biāo)準(zhǔn)，能夠以圖形方式表達(dá)電力設(shè)備和電網(wǎng)的相關(guān)信息，定義CIM中電力設(shè)備的圖形繪制和存儲方式[20]，解決基于SVG交換規(guī)范描述效率低的缺陷。采用G格式進(jìn)行保護(hù)邏輯可視化展示，能夠從根本上解決不同廠家設(shè)備間的兼容性和互操作性、保護(hù)程序和保護(hù)邏輯圖不匹配等問題。G格式的元素主要由基本繪圖元素組成圖元模板的電網(wǎng)圖形元素，如直線、折線、矩形、橢圓和多邊形等。G格式中每個圖元均有一個索引號，可與中間節(jié)點文件中的通道，按通道號進(jìn)行映射，以實現(xiàn)G格式描述圖形與數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。

2系統(tǒng)總體設(shè)計方案

基于G格式的保護(hù)邏輯可視化展示系統(tǒng)總體設(shè)計方案如圖1所示，繼電保護(hù)裝置在收到召喚觸發(fā)命令或在擾動/故障生成錄波的同時自動生成一個G語言自描述文件，將中間文件數(shù)據(jù)進(jìn)行組態(tài)處理，建立邏輯圖與中間狀態(tài)數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系，綜合應(yīng)用服務(wù)器采用通用的G語言解析工具對其保護(hù)邏輯圖進(jìn)行解析，并結(jié)合內(nèi)部各級監(jiān)視點的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示與回放，從而實現(xiàn)脫離保護(hù)源程序?qū)ζ溥壿嬤M(jìn)行離線監(jiān)測分析。綜合應(yīng)用服務(wù)器可將監(jiān)測數(shù)據(jù)文件及分析結(jié)果上送至調(diào)控中心主站。

3基于G格式的保護(hù)裝置設(shè)計方案研究

3.1總體方案分析。目前，繼電保護(hù)裝置已具備導(dǎo)出中間節(jié)點文件功能，中間節(jié)點文件名與Comtrade格式文件一致，后綴分為.mid文件（中間文件，采用Comtrade格式的dat文件）、.des文件（描述文件，采用Comtrade格式的cfg文件），傳輸方式采用DL/T860的文件服務(wù)，保護(hù)動作信息與該次故障的保護(hù)錄波、中間節(jié)點信息相關(guān)聯(lián)。但目前定義的中間節(jié)點文件僅包含數(shù)據(jù)源，沒有保護(hù)邏輯圖以及其與中間節(jié)點數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。如果實現(xiàn)遠(yuǎn)端保護(hù)邏輯可視化展示，保護(hù)裝置僅提供中間節(jié)點文件是無法實現(xiàn)的，而且保護(hù)裝置種類繁多，又涉及不同廠家保護(hù)原理和邏輯的不同，只有保護(hù)裝置研發(fā)人員才能提供保護(hù)邏輯圖。本文提出一種實現(xiàn)可視化展示的保護(hù)裝置實現(xiàn)方案，即保護(hù)裝置動作或起動后產(chǎn)生動作記錄文件，包括暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)、中間節(jié)點數(shù)據(jù)和單獨的內(nèi)部邏輯自描述G格式圖形文件（.g），如圖2所示。G格式圖形文件名稱與Comtrade文件名稱相同，綜合應(yīng)用服務(wù)器將后綴為.g文件調(diào)取，分析故障時可以選擇是否進(jìn)行波形和可視化邏輯同步回放。3.2基于G格式的保護(hù)邏輯圖抽象實現(xiàn)。將保護(hù)邏輯圖的各節(jié)點元素均設(shè)計為基本元件模板，實際圖形中應(yīng)用時引用模板中的元件，每個元件都有Id和KeyId屬性，初始值均為－1。Id用于描述實例化的元件在圖形中的序號；KeyId用于關(guān)聯(lián)中間節(jié)點文件數(shù)據(jù)、傳遞數(shù)值和判斷結(jié)果。按照文獻(xiàn)[13]所述構(gòu)建Id和KeyId的方法，以圖3部分保護(hù)邏輯圖為例，說明利用G格式抽象的結(jié)果。4基于G格式的保護(hù)邏輯可視化展示及回放實現(xiàn)研究保護(hù)裝置動作時同時生成故障錄波、G格式和保護(hù)邏輯中間節(jié)點文件，三者所記錄的時間段及采樣點數(shù)相同，利用綜合應(yīng)用服務(wù)器將保護(hù)邏輯可視化展示功能嵌入故障錄波工具中，通過解析保護(hù)邏輯圖形文件，關(guān)聯(lián)保護(hù)邏輯中間節(jié)點狀態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合故障錄波文件，以時間為線索，實現(xiàn)故障過程中各保護(hù)功能元件的動作邏輯及先后順序的可視化展示與回放，上述實現(xiàn)框圖如圖4所示。基于G格式的保護(hù)邏輯可視化實現(xiàn)步驟如下：1）保護(hù)裝置起動或動作后，將其內(nèi)部的保護(hù)邏輯生成基于G格式描述的保護(hù)邏輯圖形文件。2）解析基于G格式描述的保護(hù)邏輯圖形文件及圖元文件，繪制出保護(hù)邏輯圖的初始畫面。保護(hù)邏輯圖形中圖元之間連接線的狀態(tài)由左端圖元的狀態(tài)決定。左端圖元的狀態(tài)為1時，連接線顏色為紅色；左端圖元的狀態(tài)為0時，連接線顏色為黑色。3）保護(hù)裝置生成保護(hù)邏輯圖形文件的同時，還會生成保護(hù)邏輯中間節(jié)點狀態(tài)的數(shù)據(jù)文件，解析該數(shù)據(jù)文件，獲取保護(hù)動作過程中保護(hù)邏輯所有中間節(jié)點在各個采樣時刻的斷面數(shù)據(jù)，采用波形曲線的方式展示，并根據(jù)其時間范圍生成時間游標(biāo)，該時間游標(biāo)可被定位至任一采樣時刻。4）建立保護(hù)邏輯中間節(jié)點通道數(shù)據(jù)與保護(hù)邏輯圖形中各圖元的關(guān)聯(lián)關(guān)系，將節(jié)點通道數(shù)據(jù)傳遞給相應(yīng)的節(jié)點圖元，根據(jù)圖元內(nèi)部定義的方式實時繪制其動態(tài)效果，從而實現(xiàn)以圖形化的方式展示保護(hù)邏輯動作情況。5）保護(hù)邏輯圖共用波形曲線的時間游標(biāo)，拖動時間游標(biāo)至某采樣時刻，便可將該時刻的保護(hù)邏輯中間節(jié)點的斷面數(shù)據(jù)在保護(hù)邏輯圖上展示，從而回放故障過程中保護(hù)裝置保護(hù)邏輯的動作情況。此外，保護(hù)邏輯圖形與波形還具有數(shù)據(jù)交互驗證功能。將鼠標(biāo)放在保護(hù)邏輯圖某元件，可彈出該元件關(guān)聯(lián)的通道ID及名稱等信息；鼠標(biāo)左鍵單擊某元件，可自動定位到該元件關(guān)聯(lián)的通道波形，方便查看波形曲線。

5可視化展示與回放實現(xiàn)算例分析

基于本文方案，所開發(fā)的保護(hù)邏輯可視化展示工具實際應(yīng)用效果如圖5所示。移動波形曲線時間游標(biāo)，可將任一時刻的保護(hù)邏輯中間節(jié)點斷面數(shù)據(jù)在保護(hù)邏輯圖形上展示；通過手動拖動時間游標(biāo)或設(shè)置為自動播放模式，可回放保護(hù)裝置保護(hù)邏輯的動作過程，如圖6所示。保護(hù)邏輯圖形還可通過鼠標(biāo)與波形曲線進(jìn)行交互，即通過將鼠標(biāo)懸停到保護(hù)邏輯圖形某保護(hù)邏輯元件上，可彈出當(dāng)前元件的通道ID及通道名稱等信息；鼠標(biāo)左鍵單擊某元件，可在波形展示窗口上將相應(yīng)通道的波形設(shè)置為選中狀態(tài)，如圖7所示。

6結(jié)束語

本文提出一種基于G格式的保護(hù)邏輯可視化系統(tǒng)展示方案，實現(xiàn)了對保護(hù)裝置內(nèi)部的元件、模塊、總線和邏輯動作行為等的透明化監(jiān)視分析，能夠及時發(fā)現(xiàn)保護(hù)裝置的安全隱患，提高繼電保護(hù)裝置的可靠性，確保繼電保護(hù)裝置在系統(tǒng)發(fā)生故障時可靠動作，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。目前，該方案已在現(xiàn)有保護(hù)裝置和綜合應(yīng)用服務(wù)器中成功應(yīng)用，并在國內(nèi)某變電站成功掛網(wǎng)，其有效性得到了充分驗證。

作者:王旭東 王雷濤 單位:1.中國核電工程有限公司鄭州分公司 2.許繼集團(tuán)有限公司