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

摘要：針對(duì)目前電力系統(tǒng)故障分析和繼電保護(hù)動(dòng)作行為評(píng)價(jià)中存在的效率低等問(wèn)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(shí)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(jì)方案；其次，通過(guò)分析基于G格式的保護(hù)裝置總體設(shè)計(jì)方案，研究了保護(hù)裝置中實(shí)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(shí)現(xiàn)可視化展示和回放的步驟；最后，對(duì)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(shí)間為線索，清晰再現(xiàn)保護(hù)裝置故障過(guò)程中各保護(hù)功能元件的動(dòng)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(yùn)行的保障，其能否履行所設(shè)計(jì)的保護(hù)區(qū)安全職責(zé)是電網(wǎng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵所在，其自身的可靠性和有效動(dòng)作可避免系統(tǒng)受到擾動(dòng)或發(fā)生故障時(shí)造成嚴(yán)重停電事故，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[3]。由于繼電保護(hù)裝置的特殊地位，對(duì)其動(dòng)作行為和故障緣由的分析評(píng)估一直是電力系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[4]基于變權(quán)重系數(shù)和模糊關(guān)系矩陣，通過(guò)逐層計(jì)算模糊評(píng)判結(jié)果相量完成對(duì)繼電保護(hù)裝置的狀態(tài)評(píng)估，有效地解決了模糊綜合評(píng)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(dòng)作評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)了故障的在線檢測(cè)、分析報(bào)告打印以及專(zhuān)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(cè)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(píng)價(jià)繼電保護(hù)狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)故障定位；文獻(xiàn)[7]探討了在繼電保護(hù)功能時(shí)序可視化中應(yīng)用規(guī)范描述語(yǔ)言的可行性，通過(guò)消息序列圖動(dòng)態(tài)展示各元件動(dòng)作過(guò)程，達(dá)到直觀展示繼電保護(hù)功能邏輯時(shí)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(guò)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(wèn)題；文獻(xiàn)[10]運(yùn)用Matlab與C混合編程方式，能夠在PC平臺(tái)上提供脫離繼電保護(hù)裝置的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)境，利用各種錄波波形驗(yàn)證保護(hù)程序邏輯，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)及故障診斷方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析裝置或保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及診斷裝置，構(gòu)建一套繼電保護(hù)二次回路在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)；文獻(xiàn)[12]采用動(dòng)態(tài)故障樹(shù)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(wú)法體現(xiàn)全數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)失效特性的問(wèn)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(dòng)作報(bào)告、動(dòng)作錄波，查看故障錄波并進(jìn)行分析。目前國(guó)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(qiáng)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(kāi)關(guān)量的分合，而故障時(shí)保護(hù)裝置動(dòng)作的標(biāo)志集狀態(tài)、動(dòng)作原因及流程則需要專(zhuān)業(yè)的保護(hù)裝置研發(fā)人員才能分析出來(lái)。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(dòng)作狀態(tài)，無(wú)法對(duì)其內(nèi)部工作情況以及潛在問(wèn)題進(jìn)行分析[14]。目前，作為智能變電站高級(jí)應(yīng)用重要功能之一的基于一體化信息平臺(tái)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(shí)現(xiàn)方案是通過(guò)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(duì)其邏輯的離線監(jiān)測(cè)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(diǎn)文件僅包含數(shù)據(jù)源，沒(méi)有保護(hù)邏輯圖以及保護(hù)邏輯圖與中間節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。如果實(shí)現(xiàn)可視化保護(hù)邏輯展示，需要在展示平臺(tái)手動(dòng)配置保護(hù)邏輯，但保護(hù)裝置種類(lèi)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(cuò)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)共享。針對(duì)上述存在的問(wèn)題和IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用為動(dòng)態(tài)展示保護(hù)功能時(shí)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(shí)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(shí)自動(dòng)生成保護(hù)邏輯圖形描述文件（簡(jiǎn)稱(chēng)G格式或G語(yǔ)言）；利用展示平臺(tái)對(duì)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(diǎn)文件數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)回放，實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)裝置內(nèi)部元件、模塊、總線和邏輯動(dòng)作等的透明化監(jiān)視分析，及時(shí)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(shí)快速切除故障，從而保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)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(yǔ)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(guó)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(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)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(lái)并且應(yīng)用于電力系統(tǒng)的一種新型的圖形描述語(yǔ)言[18-19]。電力系統(tǒng)圖形描述規(guī)范采用CIM/G語(yǔ)言作為圖形存儲(chǔ)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(chǔ)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(wèn)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(gè)圖元均有一個(gè)索引號(hào)，可與中間節(jié)點(diǎn)文件中的通道，按通道號(hào)進(jìn)行映射，以實(shí)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(jì)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(jì)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(dòng)/故障生成錄波的同時(shí)自動(dòng)生成一個(gè)G語(yǔ)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(duì)應(yīng)關(guān)系，綜合應(yīng)用服務(wù)器采用通用的G語(yǔ)言解析工具對(duì)其保護(hù)邏輯圖進(jìn)行解析，并結(jié)合內(nèi)部各級(jí)監(jiān)視點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示與回放，從而實(shí)現(xiàn)脫離保護(hù)源程序?qū)ζ溥壿嬤M(jìn)行離線監(jiān)測(cè)分析。綜合應(yīng)用服務(wù)器可將監(jiān)測(cè)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(jì)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(diǎn)文件功能，中間節(jié)點(diǎn)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(dòng)作信息與該次故障的保護(hù)錄波、中間節(jié)點(diǎn)信息相關(guān)聯(lián)。但目前定義的中間節(jié)點(diǎn)文件僅包含數(shù)據(jù)源，沒(méi)有保護(hù)邏輯圖以及其與中間節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。如果實(shí)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(diǎn)文件是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，而且保護(hù)裝置種類(lèi)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(shí)現(xiàn)可視化展示的保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)方案，即保護(hù)裝置動(dòng)作或起動(dòng)后產(chǎn)生動(dòng)作記錄文件，包括暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)、中間節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和單獨(dú)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(chēng)與Comtrade文件名稱(chēng)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(shí)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(shí)現(xiàn)。將保護(hù)邏輯圖的各節(jié)點(diǎn)元素均設(shè)計(jì)為基本元件模板，實(shí)際圖形中應(yīng)用時(shí)引用模板中的元件，每個(gè)元件都有Id和KeyId屬性，初始值均為－1。Id用于描述實(shí)例化的元件在圖形中的序號(hào)；KeyId用于關(guān)聯(lián)中間節(jié)點(diǎn)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(shuō)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(shí)現(xiàn)研究保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)同時(shí)生成故障錄波、G格式和保護(hù)邏輯中間節(jié)點(diǎn)文件，三者所記錄的時(shí)間段及采樣點(diǎn)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(guò)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(diǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合故障錄波文件，以時(shí)間為線索，實(shí)現(xiàn)故障過(guò)程中各保護(hù)功能元件的動(dòng)作邏輯及先后順序的可視化展示與回放，上述實(shí)現(xiàn)框圖如圖4所示?；贕格式的保護(hù)邏輯可視化實(shí)現(xiàn)步驟如下：1）保護(hù)裝置起動(dòng)或動(dòng)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(huà)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(shí)，連接線顏色為紅色；左端圖元的狀態(tài)為0時(shí)，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(shí)，還會(huì)生成保護(hù)邏輯中間節(jié)點(diǎn)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(dòng)作過(guò)程中保護(hù)邏輯所有中間節(jié)點(diǎn)在各個(gè)采樣時(shí)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(shí)間范圍生成時(shí)間游標(biāo)，該時(shí)間游標(biāo)可被定位至任一采樣時(shí)刻。4）建立保護(hù)邏輯中間節(jié)點(diǎn)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(diǎn)通道數(shù)據(jù)傳遞給相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)圖元，根據(jù)圖元內(nèi)部定義的方式實(shí)時(shí)繪制其動(dòng)態(tài)效果，從而實(shí)現(xiàn)以圖形化的方式展示保護(hù)邏輯動(dòng)作情況。5）保護(hù)邏輯圖共用波形曲線的時(shí)間游標(biāo)，拖動(dòng)時(shí)間游標(biāo)至某采樣時(shí)刻，便可將該時(shí)刻的保護(hù)邏輯中間節(jié)點(diǎn)的斷面數(shù)據(jù)在保護(hù)邏輯圖上展示，從而回放故障過(guò)程中保護(hù)裝置保護(hù)邏輯的動(dòng)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(yàn)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(chēng)等信息；鼠標(biāo)左鍵單擊某元件，可自動(dòng)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(shí)現(xiàn)算例分析

基于本文方案，所開(kāi)發(fā)的保護(hù)邏輯可視化展示工具實(shí)際應(yīng)用效果如圖5所示。移動(dòng)波形曲線時(shí)間游標(biāo)，可將任一時(shí)刻的保護(hù)邏輯中間節(jié)點(diǎn)斷面數(shù)據(jù)在保護(hù)邏輯圖形上展示；通過(guò)手動(dòng)拖動(dòng)時(shí)間游標(biāo)或設(shè)置為自動(dòng)播放模式，可回放保護(hù)裝置保護(hù)邏輯的動(dòng)作過(guò)程，如圖6所示。保護(hù)邏輯圖形還可通過(guò)鼠標(biāo)與波形曲線進(jìn)行交互，即通過(guò)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(chēng)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(yǔ)

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(shí)現(xiàn)了對(duì)保護(hù)裝置內(nèi)部的元件、模塊、總線和邏輯動(dòng)作行為等的透明化監(jiān)視分析，能夠及時(shí)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(shí)可靠動(dòng)作，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)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(guó)內(nèi)某變電站成功掛網(wǎng)，其有效性得到了充分驗(yàn)證。

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