基于人工智能的智能变电站图模一体化自动配置研究现状及技术原理研究

朱辰 刘文昕 王罡 孟令健

摘要：在智能变电站的集中建设及枢纽变电站智能化改造过程中，基于SCL语言的多种配置描述文件发挥着举足轻重的作用，为此国内外对于智能变电站图模配置开展了大量研究。本文通过对国内外研究现状的分析比较，决定研究基于人工智能的智能变电站图模一体化自动配置技术。

关键词：智能变电站;图模一体化;自动配置

引言

“十三五”规划将我国智能电网的建设已经上升至国家战略层面的高度，随着电力系统迈入智能时代步伐的加快，智能变电站建设所涉及的新技术、新设备、新工艺，已经成为推动智能技术创新发展的关键。

2009年国网公司启动智能变电站试点建设，2011年全面推广建设智能变电站，2012年提出研究与建设新一代智能变电站。截至目前，共有智能站4900余座。智能变电站围绕系统高度集成、结构布局合理、装备先进适用、经济节能环保等方向取得了一定成效。主要采用了合并单元、智能终端、交换机、智能汇控柜、一体化监控等设备;取消了传统的二次接线，用 SCD 文件（全站系统配置文件）决定设备间逻辑关系和数据流向;使用光缆，减少了电缆的使用。

1国内研究现状

现阶段，国内智能变电站虚端子连接工作主要依靠设计院人员手动完成，工作量大，时间长且容易出错，对智能变电站的安全运行造成隐患。因此采用计算机自动连接智能变电站 IED 间的虚端子成为了当前的研究方向。由于智能变电站内的 IED 种类型号繁多，不同设备生产厂家对同一类型的虚端子表示形式不一，而且虚端子连接的规则十分复杂，使用传统的字符串匹配方法实现虚端子自动连接存在巨大的困难。随着机器学习技术的发展和实际运行的智能变电站数量的增加，为使用机器学习方法学习智能变电站虚端子连接规则创造了条件。国内对智能变电站二次系统虚端子的连接方法进行了大量的研究，根据具体实现方式主要分为三种：1、表格结合拖动的方法;2、基于图形化模型的可视化设计方法;3、自动连接方法。

国内学者针对SCD文件也开展了大量研究，主要包括：采用基于位置的文本比较算法查找SCD文件的变化内容;综合运用装置过程层配置CRC码在线管控、SCD文件虚回路配置信息比对和SCD文件虚回路可视化校验等方法;利用二次回路文件比对生成差异文件。在运维过程中，过程层网络基于VLAN划分的配置需要运维人员根据SCD 文件手工配置，且变电站改扩建后的配置仍需人工完成。

对于变电站图纸的生成，国内思源电气公司的系统配置工具EASY50和南瑞继保公司的SCL Configurator内嵌了SSD生成工具，采用基于IEC61850的图模一体化建模方法，一次设备模型及之间的拓扑连接关系根据绘制的主接线图自动生成，全站只需维护一套图形和一套变电站模型。此外，国内部分厂家正在推广和开发的基于AutoCAD的图形化模型设计工具软件，以AutoCAD二次开发、图模一体化设计为手段，实现设计和配置的一体化。此实施方法，主要为设计单位提供符合其使用习惯的配套工具，突出设计单位的设计、集成、配置一体功能。但上述设计的软件具有根据私有的数据库文件自动出图的功能，但完全依赖公开的规范文件，对SCD和SPCD文件进行自动出图尚没有进行研究。

2 国外研究现状

相比于国内在智能变电站方面火热的研究与工程实践，国外相关的研究发展相对滞后，国外针对智能变电站研究与工程实践不多。

首先，国外智能变电站的虚连接没有专门的设计单位，也没有虚端子的概念。国外如法国等电力公司采用设备厂商成套设计模式，不需要额外的设计部门，其智能变电站SCD文档的设计主要依靠厂商通过配置工具完成。其中较为著名的SCD 配置工具包括SCL Manager和Visual SCL for IEC 61850 等。国外SCD设计采用如下流程：首先由设备厂商使用设备配置工具生成设备的ICD文件;同时根据智能变电站主接线图及功能配置，生成系统规格描述文件SSD;系统集成商从设备厂商获得装置的ICD文件，并导入到系统配置工具，完成所有装置的实例配置和连接，得到全站配置文件SCD;设备厂商将配置好以后的SCD文件设备导入到设备配置工具中，生成装置配置描述文件CID，并下载到装置中，完成装置配置。

此外，国外的设备厂商在智能变电站二次设备的虚连接和互操作上积累了大量经验。国际上的大型电力设备公司，如ABB、西门子等，作为IEC61850标准的制定者，早期就进行了各个厂家设备间的互操作实验，并且研制了配套设备，在实际现场中进行了试用。例如，1998年-2000年，ABB、西门子和ALSTOM共同在德国完成了间隔层设备和主控站之间的互操作试验。试验中通过在以太网上实现IEC61850-8-1，ABB使用主控站完成了ABB、ALSTOM和西门子的设备间的相互连接。2001年ABB和西门子在加拿大进行了使用GOOSE信号控制间层设备的试验。试验中西门子的保护将跳闸开入信号发送给ABB的断路器模拟器，收到信号后ABB的断路器模拟器进行跳闸，同时向网络广播开关打开的 GOOSE信号，ABB保护接收信号后向断路器发出重合命令。2002年1月，ABB和西门子在美国使用SV网络进行互操作试验，同年9月，这两家公司又实现了设备间的跳闸和采样值互操作性，都取得了成功。目前，国外61850研究主要集中在61850体系下的通信性能和继电保护可靠性、建模技术、二次系统设计和多厂商设备工程集成软件应用等方面。

综上所述，国内外关于智能变电站图模配置的研究主要是通过绘制主接线图形成SSD文件和通过SSD文件繪制主接线图，对于一次、二次融合的应用研究较少。在SCD配置过程中提出过间隔复制，批量复制，图形化连接，表格连接等方面，并未曾提出过以建立模板库的方式实现自动化配置SCD文件的方法。而物理回路的设计方式依然为手动方式设计，自动化程度不高。

因此，为了更加有效的提升变电站全景模式设计和校验过程中的效率问题，本项目将基于人工智能技术对智能变电站图模一体化配置开展深入研究。

2基于人工智能的智能变电站图模一体化自动配置技术原理

本项目首先建立了虚端子连接模板库，在逻辑回路模板库研究的基础上，引入RKR-GST算法和中文分词技术解决模板自动创建及学习的问题，使模板库具有人工智能的属性，实现自动学习、自动整理和自动完善。其次，对虚端子连接模板库进行分类处理，通过解析变电站SSD文件获取变电站的电压等级和主接线方式，再匹配到合适的逻辑回路模板文件，实现对SCD文件虚回路的自动设计和校验。进一步地，在模板库中创建物理间隔，存放通用物理设备，并根据各间隔设备的物理关系连接信息逻辑，在模板库快速连接SPCD时，通过映射关系将模板库中的设备映射到实际工程中，逻辑信息根据模板库中物理端口所存在的信息同样映射到实际工程端口中，实现快速设计SPCD文件。最后，开发SPCD文件和SCD文件生成设计软件的私有数据库，实现智能变电站自动出图。

3结束语

综上所述，国内外关于智能变电站图模配置的研究主要是通过绘制主接线图形成SSD文件和通过SSD文件绘制主接线图，对于一次、二次融合的应用研究较少。在SCD配置过程中提出过间隔复制，批量复制，图形化连接，表格连接等方面，并未曾提出过以建立模板库的方式实现自动化配置SCD文件的方法。而物理回路的设计方式依然为手动方式设计，自动化程度不高。因此，本文基于人工智能技术对智能变电站图模一体化配置开展深入研究可以有效的提升变电站全景模式设计和校验过程中的效率问题，降低智能变电站建设与设计成本，促进智能变电站改造升级，并推动我国制造业的发展，能产生较高的社会效益，具有重要的应用价值。

参考文献：

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[2]徐敏.基于人工智能的电气自动化控制研究[J].名城绘，2018，000（001）：P.205-205.