РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ГЛАВНОЙ СХЕМЫ ПОДСТАНЦИИ ПО ФАЙЛУ SCD

Цель работы.

Известно, что в соответствии с МЭК 61850, главная схема подстанции полностью описывается файлом SCD (Substation Configuration Description). Но прочитать и понять содержимое этого файла достаточно тяжело и времязатратно, так как файл содержит миллионы строк и сложную структуру, а в случае если читающий не владеет знаниями основных принципов и правил описания подстанции согласно международному стандарту, то и вовсе невозможно. При этом в настоящее время не существует программных средств для визуализации главной схемы подстанции по файлу SCD. Поэтому целью данной работы является написание программного алгоритма, который бы считывал данный файл и генерировал главную схему в виде изображения со всеми необходимыми обозначениями. 

Краткая информация об основных файлах конфигурации.

Согласно МЭК 61850, описание конфигурации IED-устройств (Intelligent Electronic Device) и систем связи на электрической подстанции осуществляется на языке Substation Configuration description Language (SCL). Этот язык позволяет выполнить формальное описание отношений между системой автоматизации подстанции и подстанцией (распределительным устройством). Язык SCL базируется на общепринятом в IT-среде языке разметки XML.

Существует несколько типов файлов описания на языке SCL. Эти файлы служат для обмена данными между различными средствами управления конфигураций. Для обмена данными применяют четыре вида файлов SCL с различными расширениями: *.ICD, *.SSD, *.SCD, *.CID. Подробное описание типов файлов и выполняемых ими функций представлено в МЭК 61850-6. Для разработки программы, решающей поставленную задачу, раздел Substation файла *.SCD является достаточным.

Структура файла *.SCD (Substation Configuration Description).

В заголовке SCD-файла записана информация для идентификации файла и его версии. В структуру файла входят следующие основные разделы:

• Substation – служит для описания функциональной структуры подстанции, идентификации основных устройств и их электрических соединений.
• Communication – содержит описание возможности прямых коммуникационных соединений между логическими узлами посредством логических шин и точек доступа IED-устройств.
• IED – описывает конфигурацию IED-устройства, его точки доступа, а также определяет возможности IED-устройства.

         Раздел Substation файла SCD подразделяется на подразделы (элементы):

1. Элемент VoltageLevel.

Элемент Voltagelevel является вложенным в элемент Substation и имеет дополнительный элемент Voltage (напряжение на данном уровне). Кроме того, он может содержать логические узлы LNode, силовые трансформаторы PowerTransformer, и несколько присоединений, реализуемых через элемент Bay.

2. Элемент PowerTransformer.

Элемент PowerTransformer может быть присоединен на нескольких уровнях: Substation, VoltageLevel или Bay. Данный элемент включает в себя логические узлы LNode и элемент обмотки трансформатора TransformerWinding.

3. Элемент Bay.

Элемент Bay может содержать силовые трансформаторы, общее оборудование, логические узлы, токопроводящее оборудование ConductingEquipment и узлы связи ConnectivityNode, которые служат для определения топологических соединений между оборудованием в пределах однолинейной схемы.

4. Элемент ConductingEquipment.

Элемент ConductingEquipment может подключаться только на уровне присоединения Bay. Данный элемент включает в себя логические узлы LNode, контакты Terminal. Элемент ConductingEquipment имеет атрибут type, определяющий тип оборудования. Например, тип CBR означает выключатель, DIS – разъединитель, CBR/VTR – трансформатор тока/напряжения, PTR – силовой трансформатор и т.д.

Более подробное описание типов оборудования представлено в МЭК 61850-6.

Описание разработанной программы.

Программа разработана в языке программирования Python 3. В качестве образца SCD-файла был использован пример SCD-файла, взятый из МЭК 61850-6. Данный SCD-файл описывает следующую схему, представленную на рис. 1.

Рисунок 1. Образец схемы

Первым этапом была создана объектная модель подстанции в программе Python. Были созданы все необходимые для визуализации классы, соответствующие элементам в файле SCD.

При выполнении программы считывается SCD-файл, создается объектная модель, в которой каждый экземпляр соответствует элементу в SCD-файле т.е. действительному физическому объекту. И каждый экземпляр имеет сведения о его присоединениях, классе напряжения и его составе.

Следующим этапом разработки программы стало создание для каждого элемента специального файла с расширением *.xml (*.html), которое представляет собой изображение элементов схемы. Использована программа Inkscape, которая позволяет, начертив нужное изображение, получить файл этого изображения в формате *.xml. В качестве примера представлен файл *.xml элемента PowerTransformer (силовой трансформатор) на рис. 2.

Рисунок 2. Графическое изображение трансформатора

Следующим этапом стало формирование алгоритма, который в соответствии с полной информацией схемы, ее соединений между всеми элементами, содержащейся в ранее созданной объектной модели, собирает все ранее созданные файлы формата *.xml для каждого элемента и проводит все необходимые манипуляции над ними и частичное их редактирование. На выходе получается конечный файл формата *.xml, который хранит в себе полное изображение схемы. Преобразовав данный формат в формат *.html, имеется возможность открыть этот файл в любом браузере и посмотреть полученную сгенерированную схему в виде изображения.

Результат работы программы приведен на рисунке 3.

Тестирование программы.

Для демонстрации гибкости программы был редактирован SCD-файл путем добавления в него двух дополнительных элементов присоединения, в которые были добавлены по одному элементу ConductingEquipment типа выключатель. Необходимо отметить, что никакого физического смысла расположение добавленных выключателей не несет.

Рисунок 3. Результат визуализации

Результат приведен на рисунке 4.

Также стоит отметить, что границы каждого элемента на полученном изображении служили сугубо для облегчения процесса наладки программы и при желании можно их удалить.

Рисунок 4. Результат тестирования

Вывод.

Результатом данной работы является создание прототипа программы для визуализации главной схемы подстанции по файлу SCD в графическом виде. Разработанная программа способна, с легкостью, создавать объектные модели и по ним чертить простейшие схемы. Однако, на данный момент, программа не приспособлена для более тяжелых схем со сложными вариациями схем распредустройств, параллельными силовыми трансформаторами и так далее. Дальнейшие работы буду направлены на адаптацию данной программы к работе с любыми схемами.

Список литературы:

1. МЭК 61850-6-2009. Сети и системы связи на подстанциях. Часть 6. – Москва: “Стандартинформ”, 2011. – с.147.