基于典型接線方式的向?qū)綇S站圖自動(dòng)生成方法研究

引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大,新建電廠、變電站需求越來越多,對(duì)應(yīng)電網(wǎng)自動(dòng)化調(diào)度主站系統(tǒng)數(shù)字化圖紙及模型構(gòu)建的工作量也不斷增加。在電網(wǎng)自動(dòng)化、調(diào)度領(lǐng)域,電力廠站一次圖是日常調(diào)度運(yùn)行管理的基本工具,對(duì)保證圖形運(yùn)維的高效性、及時(shí)性和準(zhǔn)確性具有積極的現(xiàn)實(shí)意義,有利于主站系統(tǒng)圖模數(shù)的一體化建設(shè)及信息共享。

目前工程應(yīng)用中各個(gè)調(diào)度主站系統(tǒng)在新投運(yùn)廠站時(shí),主要通過手工繪制或拷貝相似結(jié)構(gòu)的廠站圖進(jìn)行修改生成新的廠站圖,再通過模型錄入、檢索器關(guān)聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)圖模一體化構(gòu)建,人工維護(hù)工作量較大。理論研究方面,針對(duì)電力系統(tǒng)圖形自動(dòng)生成的研究主要集中在根據(jù)電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ托畔?gòu)建圖形。文獻(xiàn)描述了根據(jù)一次CIM模型信息借助oraclespatial網(wǎng)絡(luò)分析功能自動(dòng)識(shí)別廠站圖典型接線方式,按不同電壓等級(jí)分區(qū)布局廠站接線圖的方法。文獻(xiàn)描述了包括布局、容器和圖形3種由高到低的層次化樣式生成廠站一次圖和分圖的方法,開發(fā)實(shí)現(xiàn)了一套廠站圖輔助生成系統(tǒng)。文獻(xiàn)從電網(wǎng)潮流圖自動(dòng)生成的角度出發(fā),研究根據(jù)廠站、饋線模型自動(dòng)生成電網(wǎng)潮流圖。文獻(xiàn)描述了配網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域中基于拓?fù)淠Ｐ托畔⒌膯尉€圖、聯(lián)絡(luò)圖自動(dòng)生成算法。文獻(xiàn)針對(duì)IEC61970一301標(biāo)準(zhǔn)提出改進(jìn)建議,通過構(gòu)建通用布局模型,解決變電站模數(shù)圖的一致性映射,實(shí)現(xiàn)由模型自動(dòng)生成廠站圖形。

本文從電網(wǎng)廠站圖典型接線方式出發(fā),詳細(xì)描述廠站圖內(nèi)部元素特征,包括發(fā)電機(jī)、主變、母線接線、進(jìn)出線間隔、母聯(lián)間隔、母分間隔、附屬設(shè)施間隔及設(shè)備圖元等,配合相關(guān)配置策略,向?qū)矫枋鰪S站圖內(nèi)部結(jié)構(gòu),靈活生成廠站一次圖。

1典型接線方式

廠站圖的接線方式一般由廠站的容量、出線回?cái)?shù)、環(huán)境、負(fù)荷特性等諸多因素決定。理論上,基礎(chǔ)的電氣接線方式是可以枚舉的,一般按母線分類,常用的形式分為有母線和無母線兩大類。有母線的主接線形式包括單母線和雙母線。無母線的主接線主要有單元接線、橋形接線和角形接線等。通過梳理廠站基本接線方式,分析廠站內(nèi)部一次圖拓?fù)溥B接關(guān)系,可逐次構(gòu)建廠站圖內(nèi)部組合結(jié)構(gòu)。

1.1單母

單母接線主要包括單母無分段、單母分段、單母(分段）加旁母等接線形式,其中單母無分段結(jié)構(gòu)如圖1所示。

單母接線布局主要根據(jù)各個(gè)母線配置的負(fù)荷間隔數(shù)及負(fù)荷間隔配置信息進(jìn)行二維空間的位置劃分。布局過程為:(1）確定母線起始位置及長(zhǎng)度(根據(jù)間隔數(shù)量及水平間距參數(shù)）。(2）根據(jù)間隔數(shù)量依次布局間隔元件。其中間隔布局過程為:根據(jù)間隔配置確定間隔垂直長(zhǎng)度:從母線側(cè)依次放置刀閘、地刀、虛擬節(jié)點(diǎn)、開關(guān)、刀閘、地刀等元件。(3）對(duì)配置有旁母的情況,布局當(dāng)前間隔與旁母連接刀閘的位置。此外,對(duì)分段的情況,通過多個(gè)母線獨(dú)立配置,并通過母分間隔實(shí)現(xiàn)連接。

1.2雙母

雙母結(jié)構(gòu)包括雙母無分段、雙母3分段、雙母4分段、3/2接線、4/3接線、變壓器母線組接線及雙母(分段）加旁母接線等,其中雙母無分段結(jié)構(gòu)如圖2所示。

雙母接線比單母接線相對(duì)較復(fù)雜。與單母布局類似,首先根據(jù)母線起始位置及配置的負(fù)荷間隔布局母線位置,需要根據(jù)雙母間距參數(shù)設(shè)置為兩個(gè)母線。其次根據(jù)負(fù)荷間隔的配置信息布局負(fù)荷間隔元件。不同之處在于各個(gè)負(fù)荷間隔需根據(jù)偏移參數(shù)設(shè)置兩個(gè)刀閘與兩個(gè)母線建立關(guān)聯(lián)。再次,與單母接線相比,雙母結(jié)構(gòu)需增加母聯(lián)元件布局,對(duì)母線的長(zhǎng)度也需要有一定的調(diào)整。

最后,針對(duì)3/2接線和4/3接線等特殊方式,在布局時(shí)需設(shè)計(jì)特殊的布局函數(shù)來實(shí)現(xiàn)布局,根據(jù)負(fù)荷垂直長(zhǎng)度計(jì)算雙母單位的布局。

1.3單元接線

單元接線方式下發(fā)電機(jī)與變壓器直接連接,沒有或很少有橫向聯(lián)系的接線方式,一般用于發(fā)電廠中。如圖3所示。

單元接線方式的布局較簡(jiǎn)單,主要根據(jù)布局起點(diǎn)設(shè)備對(duì)象,依次向上或向下排列元件圖元位置即可。

1.4橋形接線

橋形接線分為內(nèi)橋接線和外橋接線兩種形式,如圖4所示。

與雙母接線中的3/2接線和4/3接線等特殊方式類似,橋形接線也設(shè)計(jì)為對(duì)應(yīng)的布局函數(shù)進(jìn)行H形元件圖元布局,根據(jù)內(nèi)橋、外橋參數(shù)配置,計(jì)算水平連接斷路器的位置。

1.5角形接線

角形接線的各個(gè)邊互相連接成閉合的環(huán)形,各進(jìn)出線回路中只裝設(shè)隔離開關(guān),分別接至多角形的各個(gè)頂點(diǎn)上。與橋形接線方式類似,三角接線、四角接線都可以通過特定的布局函數(shù)實(shí)現(xiàn),根據(jù)幾何形狀特性,計(jì)算各個(gè)元件圖元在幾何圖形中的具體位置。

2廠站圖生成

2.1總體流程

本文主要針對(duì)有匯流母線特征的廠站圖進(jìn)行自動(dòng)生成。無匯流母線結(jié)構(gòu)的一次圖一般結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,暫不做討論。廠站圖自動(dòng)生成的總體流程如圖5所示。

首先通過向?qū)浇缑?配置待生成廠站的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、模型及布局參數(shù),生成一個(gè)廠站結(jié)構(gòu)描述文件(SSD）。其次由廠站自動(dòng)成圖算法實(shí)現(xiàn)從廠站結(jié)構(gòu)描述文件到圖形(G）文件的轉(zhuǎn)化。用戶對(duì)生成的G文件進(jìn)行效果評(píng)估,包括主觀感知和量化分析。針對(duì)成圖效果不夠理想的情況,可進(jìn)行向?qū)Ы缑娴牟季謪?shù)修正,重新成圖。此外,在當(dāng)前圖模一體化的應(yīng)用場(chǎng)景下,工具也支持同步生成廠站模型,免于人工維護(hù)模型和檢索器關(guān)聯(lián)的過程。在具體生成模型時(shí)基于模型約束規(guī)則實(shí)現(xiàn)設(shè)備名稱唯一、設(shè)備編號(hào)自動(dòng)生成等。

2.2主變描述

主變分為兩卷變(有載和無載兩種）和三卷變(有載、無載、有載自耦、無載自耦）,接線方式也不盡相同。經(jīng)過分析總結(jié),主變描述包含:主變名稱、主變類型兩卷變、三卷變）、主變圖元、各個(gè)電壓等級(jí)(高、中、低）的中心點(diǎn)設(shè)備、各個(gè)電壓等級(jí)繞組的附屬設(shè)備信息等。通過提供最大化描述主變對(duì)象的能力,實(shí)現(xiàn)各個(gè)不同應(yīng)用場(chǎng)景下的主變描述。

2.3母線描述

母線描述體現(xiàn)了基本電氣接線方式。通過高、中、低不同電壓等級(jí)分別配置其間隔寬度、母線數(shù)量、母分信息等。母線配置中除提供基本的接線形式外,還考慮附屬設(shè)備的配置、進(jìn)出線類型及對(duì)側(cè)廠站等信息。

2.4間隔描述

間隔對(duì)象用于構(gòu)建母線與母線、母線與主變、母線與負(fù)荷(端子）、母線與附屬設(shè)施的連接拓?fù)潢P(guān)系,定義了間隔中的斷路器、刀閘、地刀、電抗、避雷器等設(shè)備的配置情況。

此外還包括母分間隔、主變間隔、附屬設(shè)施間隔等,具體配置基本類似。

2.5布局布線

布局環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)主變、母線、間隔等元素的坐標(biāo)分配。布局針對(duì)各個(gè)電壓等級(jí)區(qū)域分別處理。以某一特定電壓等級(jí)區(qū)域?yàn)槔?布局過程如下:

(1）根據(jù)該區(qū)域內(nèi)的母線集合計(jì)算區(qū)域尺寸(長(zhǎng)度和寬度）:

(2）根據(jù)母線順序、間隔數(shù)及排列風(fēng)格（水平、均勻網(wǎng)格）劃分各個(gè)母線的子區(qū)域空間:

（3）根據(jù)母線類型、間隔分配線端、負(fù)荷、附屬設(shè)備位置:

（4）根據(jù)母分間隔、主變間隔分配對(duì)應(yīng)連接線位置。

在完成各個(gè)區(qū)域的布局后,通過布線實(shí)現(xiàn)各個(gè)母線區(qū)域內(nèi)的連線及各個(gè)區(qū)域間的連線。廠站圖內(nèi)部布線一般以直線或一個(gè)拐點(diǎn)的折線居多,但在處理母線與主變對(duì)象的布線時(shí),由于主變區(qū)域內(nèi)的多個(gè)主變處于同一個(gè)水平位置且連接多個(gè)不同母線,因此,需要根據(jù)主變位置動(dòng)態(tài)設(shè)定連接線拐點(diǎn)坐標(biāo)的位置偏差,以避免連接線重疊。

3應(yīng)用案例

上述廠站圖向?qū)лo助生成方法,在國網(wǎng)某分中心具體項(xiàng)目實(shí)施過程中,輔助繪制了多張發(fā)電廠、變電站一次接線圖,加以少量的模型維護(hù)及修正工作,完全滿足用戶繪圖的需求。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn),完全通過人工制作模型庫和繪制圖形,平均一張圖需要約6h,而基于輔助工具一次性生成圖模再局部修正,可在10min左右的時(shí)間內(nèi)完成全廠站設(shè)備模型、圖形的維護(hù),有效提高了圖形制作效率和標(biāo)準(zhǔn)化程度,驗(yàn)證了該方案的可用性和有效性。

4結(jié)語

根據(jù)典型電氣接線方式,實(shí)現(xiàn)了典型廠站圖的輔助生成工具。通過某分局的具體應(yīng)用,可有效增強(qiáng)廠站圖模的繪制效率。實(shí)際應(yīng)用中的接線形式靈活多樣,難以窮盡枚舉。因此,針對(duì)部分更為復(fù)雜、特殊的接線方式,還需要進(jìn)一步分析研究。