引言

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展,電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大,新建電廠、變電站需求越來越多,對應電網(wǎng)自動化調度主站系統(tǒng)數(shù)字化圖紙及模型構建的工作量也不斷增加。在電網(wǎng)自動化、調度領域,電力廠站一次圖是日常調度運行管理的基本工具,對保證圖形運維的高效性、及時性和準確性具有積極的現(xiàn)實意義,有利于主站系統(tǒng)圖模數(shù)的一體化建設及信息共享。

目前工程應用中各個調度主站系統(tǒng)在新投運廠站時,主要通過手工繪制或拷貝相似結構的廠站圖進行修改生成新的廠站圖,再通過模型錄入、檢索器關聯(lián)的方式實現(xiàn)圖模一體化構建,人工維護工作量較大。理論研究方面,針對電力系統(tǒng)圖形自動生成的研究主要集中在根據(jù)電網(wǎng)拓撲模型信息構建圖形。文獻描述了根據(jù)一次CIM模型信息借助oraclespatial網(wǎng)絡分析功能自動識別廠站圖典型接線方式,按不同電壓等級分區(qū)布局廠站接線圖的方法。文獻描述了包括布局、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)實現(xiàn)了一套廠站圖輔助生成系統(tǒng)。文獻從電網(wǎng)潮流圖自動生成的角度出發(fā),研究根據(jù)廠站、饋線模型自動生成電網(wǎng)潮流圖。文獻描述了配網(wǎng)應用領域中基于拓撲模型信息的單線圖、聯(lián)絡圖自動生成算法。文獻針對IEC61970一301標準提出改進建議,通過構建通用布局模型,解決變電站模數(shù)圖的一致性映射,實現(xiàn)由模型自動生成廠站圖形。

本文從電網(wǎng)廠站圖典型接線方式出發(fā),詳細描述廠站圖內部元素特征,包括發(fā)電機、主變、母線接線、進出線間隔、母聯(lián)間隔、母分間隔、附屬設施間隔及設備圖元等,配合相關配置策略,向導式描述廠站圖內部結構,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、出線回數(shù)、環(huán)境、負荷特性等諸多因素決定。理論上,基礎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,分析廠站內部一次圖拓撲連接關系,可逐次構建廠站圖內部組合結構。

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,其中單母無分段結構如圖1所示。

單母接線布局主要根據(jù)各個母線配置的負荷間隔數(shù)及負荷間隔配置信息進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度:從母線側依次放置刀閘、地刀、虛擬節(jié)點、開關、刀閘、地刀等元件。(3）對配置有旁母的情況,布局當前間隔與旁母連接刀閘的位置。此外,對分段的情況,通過多個母線獨立配置,并通過母分間隔實現(xiàn)連接。

1.2雙母

雙母結構包括雙母無分段、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,其中雙母無分段結構如圖2所示。

雙母接線比單母接線相對較復雜。與單母布局類似,首先根據(jù)母線起始位置及配置的負荷間隔布局母線位置,需要根據(jù)雙母間距參數(shù)設置為兩個母線。其次根據(jù)負荷間隔的配置信息布局負荷間隔元件。不同之處在于各個負荷間隔需根據(jù)偏移參數(shù)設置兩個刀閘與兩個母線建立關聯(lián)。再次,與單母接線相比,雙母結構需增加母聯(lián)元件布局,對母線的長度也需要有一定的調整。

最后,針對3/2接線和4/3接線等特殊方式,在布局時需設計特殊的布局函數(shù)來實現(xiàn)布局,根據(jù)負荷垂直長度計算雙母單位的布局。

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單,主要根據(jù)布局起點設備對象,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,橋形接線也設計為對應的布局函數(shù)進行H形元件圖元布局,根據(jù)內橋、外橋參數(shù)配置,計算水平連接斷路器的位置。

1.5角形接線

角形接線的各個邊互相連接成閉合的環(huán)形,各進出線回路中只裝設隔離開關,分別接至多角形的各個頂點上。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)實現(xiàn),根據(jù)幾何形狀特性,計算各個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

本文主要針對有匯流母線特征的廠站圖進行自動生成。無匯流母線結構的一次圖一般結構相對簡單,暫不做討論。廠站圖自動生成的總體流程如圖5所示。

首先通過向導式界面,配置待生成廠站的內部結構、模型及布局參數(shù),生成一個廠站結構描述文件(SSD）。其次由廠站自動成圖算法實現(xiàn)從廠站結構描述文件到圖形(G）文件的轉化。用戶對生成的G文件進行效果評估,包括主觀感知和量化分析。針對成圖效果不夠理想的情況,可進行向導界面的布局參數(shù)修正,重新成圖。此外,在當前圖模一體化的應用場景下,工具也支持同步生成廠站模型,免于人工維護模型和檢索器關聯(lián)的過程。在具體生成模型時基于模型約束規(guī)則實現(xiàn)設備名稱唯一、設備編號自動生成等。

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,主變描述包含:主變名稱、主變類型兩卷變、三卷變）、主變圖元、各個電壓等級(高、中、低）的中心點設備、各個電壓等級繞組的附屬設備信息等。通過提供最大化描述主變對象的能力,實現(xiàn)各個不同應用場景下的主變描述。

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,還考慮附屬設備的配置、進出線類型及對側廠站等信息。

2.4間隔描述

間隔對象用于構建母線與母線、母線與主變、母線與負荷(端子）、母線與附屬設施的連接拓撲關系,定義了間隔中的斷路器、刀閘、地刀、電抗、避雷器等設備的配置情況。

此外還包括母分間隔、主變間隔、附屬設施間隔等,具體配置基本類似。

2.5布局布線

布局環(huán)節(jié)實現(xiàn)主變、母線、間隔等元素的坐標分配。布局針對各個電壓等級區(qū)域分別處理。以某一特定電壓等級區(qū)域為例,布局過程如下:

(1）根據(jù)該區(qū)域內的母線集合計算區(qū)域尺寸(長度和寬度）:

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

（3）根據(jù)母線類型、間隔分配線端、負荷、附屬設備位置:

（4）根據(jù)母分間隔、主變間隔分配對應連接線位置。

在完成各個區(qū)域的布局后,通過布線實現(xiàn)各個母線區(qū)域內的連線及各個區(qū)域間的連線。廠站圖內部布線一般以直線或一個拐點的折線居多,但在處理母線與主變對象的布線時,由于主變區(qū)域內的多個主變處于同一個水平位置且連接多個不同母線,因此,需要根據(jù)主變位置動態(tài)設定連接線拐點坐標的位置偏差,以避免連接線重疊。

3應用案例

上述廠站圖向導輔助生成方法,在國網(wǎng)某分中心具體項目實施過程中,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及修正工作,完全滿足用戶繪圖的需求。

根據(jù)經(jīng)驗,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左右的時間內完成全廠站設備模型、圖形的維護,有效提高了圖形制作效率和標準化程度,驗證了該方案的可用性和有效性。

4結語

根據(jù)典型電氣接線方式,實現(xiàn)了典型廠站圖的輔助生成工具。通過某分局的具體應用,可有效增強廠站圖模的繪制效率。實際應用中的接線形式靈活多樣,難以窮盡枚舉。因此,針對部分更為復雜、特殊的接線方式,還需要進一步分析研究。