隨著直流輸電工程的快速增長和大功率跨區輸送對送受端電網安全穩定問題的突出影響，其核心組成環節——換流站的可靠穩定運行面臨著巨大的挑戰。相較于智能變電站，直流換流站采用變電站物理配置描述（substation physical configuration description, SPCD）文件取代智能變電站的系統配置描述（substation configuration description, SCD）文件來傳輸站內物理配置信息。

該配置文件的正確性對直流換流站的安全穩定運行至關重要，對直流換流站的安全運維有著舉足輕重的作用。光纖物理回路模型SPCD文件包含兩個部分，一部分是物理對象及層級關系，如小室、屏柜、裝置、交換機、光纖配線架（ODF）等，另一部分是光纖回路連接關系。

本文基于直流換流站的應用，對SPCD模型進行了部分擴展，如總線、繼電器、端子排和電纜等格式定義。通過解析SPCD文件可以獲取各個端口的連接設備，獲得設備端口的拓撲關系。

在換流站的建設、調試、運維、檢修、改造和擴建過程中，運維人員需要對SPCD文件內容進行反復地修改并驗證，因此會形成較多版本的SPCD文件，而在實際工程管理中需要詳細了解SPCD的變化信息，若是直接以文本形式查看或是以SPCD配置工具查看操作很不方便，于是運維人員更希望擁有通過方便快捷的比較方式直觀獲得各個版本變化的差異。

以往的SPCD比對方式為傳統的文本字符型比對，通過專用的字符比對工具（如Araxis Merge和Beyond Compare等），以XML文本形式對所有字符依次逐個比對，缺點在于其對人員專業能力有很高的要求，要求使用者清楚地了解SPCL語法和SPCD文件結構，而且不能直觀清晰地展示比對結果，不適合向運維人員大范圍推廣。

本文針對以上這些不足之處提出了一種基于SPCD的換流站控保系統物理回路可視化比對方法，并開發了一款與之相對應的SPCD可視化比對工具，可以由外而內多層級可視化展示SPCD文件信息和比對結果，可以高效地展示不同SPCD文件的版本差異，用于提高運維人員的維護效率，縮短運維時間，降低運維成本。

1 基于換流站控保系統的SPCD文件擴展定義

換流站是指在高壓直流輸電系統中，為了完成將交流電變換為直流電或者將直流電變換為交流電的轉換，并達到電力系統對于安全穩定及電能質量要求而建立的站點。

換流站的控制調節和保護系統是實現停、送直流功率以及控制電力潮流的方向，調節潮流的數量和其他電氣參量，處理和限制換流閥非正常運行以及交、直流系統干擾所造成的影響，保護換流站的設備以及監測換流站的各種參量等功能的智能微機系統。換流站及直流輸電系統的運行性能和安全可靠程度與控制調節系統的性能和可靠程度密切相關，對整個電力系統的運行也有重要的影響。

光纖物理回路SPCD文件已經很好地描繪了二次對象的物理層級關系及光纖回路連接關系，是二次系統物理配置信息的基礎，但標準的SPCD文件并不能很好地兼容換流站的配置運用，所以在此基礎上對換流站特有的物理對象進行補充建模，比如快速現場總線、IDM總線、DP總線、開入開出集線器、端子排、電纜、硬壓板等，可在屏柜元素及線纜元素部分分別擴充對應元素。繼電器擴展建模參照實例如圖1所示。

圖1 K系列繼電器原理圖

繼電器擴展建模采用了通用建模方式進行擴展。繼電器存在于數字量IO回路中，通過多層轉接將信號輸入輸出，同時，內部引腳對于軟件解析來說無必然關系。導致既要對每個引腳寫IntCore，又要對繼電器內部端子寫IntCore，按常規方式配置連接關系，效率非常低下。同時，考慮繼電器部分采用特殊格式來提高配置效率并可優化展示方式。繼電器擴展建模格式如下所示：

K300繼電器

<IPCL>

<Unit name="TEMPLATE" desc="繼電器" iedName=

""manufacture="" type="K300" class="RELAY">

<Board slot="1" desc="" type="virtual">

<Port no="1" desc="A1+" direction="Rx" plug= "Contact" usage="數字量IO" />

<Port no="2" desc="A2-" direction="Rx" plug=" Contact " usage="數字量IO" />

<Port no="3" desc="13+" direction="Tx" plug=" Contact " usage="數字量IO" />

<Port no="4" desc="14" direction="Tx" plug=" Contact " usage="數字量IO" />

<Board/>

</Unit>

</IPCL>

繼電器元素及屬性說明見表1。

表1 繼電器元素及屬性說明

2 可視化比對方法

SPCD模型文件在運維調試過程中會出現一些細小的修改，容易導致SPCD版本管理的混亂，因此對SPCD版本的比對需要進行多層次的差異比較。關于SPCD版本比對的思路滿足兩點：①從SPCD模型文件中提取物理回路信息；②以圖形化方式展示物理回路連接及差異情況。

實施流程如下：首先需要獲取兩個SPCD版本模型文件的屬性信息，然后對兩個模型文件進行多層級的比對，即從站內物理模型屬性、屏間物理線纜、屏間線纜纜芯和柜內纜芯回路4個層次以可視化方式展示SPCD模型文件版本差異性的比對結果，確保SPCD模型文件版本比較的有效性和直觀性。可視化比對流程如圖2所示。

1）基于多層級物理模型屬性的第一層次比對：通過提取換流站內所有物理對象的模型信息，如屏柜編號、設備板卡類別和端子用途等，并比較兩個版本SPCD的差異。

圖2 可視化比對流程

2）基于屏間物理線纜的第二層次比對：通過提取Cable（物理線纜）層級下的配置信息，比對屏間物理線纜的增減情況，線纜自身屬性信息，得出物理線纜的差異變化結果，并用于第三層次比對時選擇差異線纜。

3）基于屏間線纜纜芯的第三層次比對：通過第二層比對結果選擇差異線纜，并解析Core（線纜纜芯）層級下的配置信息，比對出線纜纜芯的增減情況和端口回路信息差異變化。

4）基于柜內纜芯回路的第四層次比對：在屏柜節點下獲取該柜內所有跳纜關系，解析出所選屏柜的IntCore（柜內纜芯）信息，并比對纜芯的增減情況、回路路徑和跳纜類型等差異信息。

3 可視化比對的具體實現

在獲取兩個不同版本的SPCD文件基礎上，依次進行物理模型屬性、屏間物理線纜、屏間線纜纜芯和柜內纜芯回路4個層次的比較，完整獲取SPCD版本差異的比對結果。

3.1 物理模型屬性比對

第一層次的比對，通過提取兩個不同版本SPCD模型文件中的站內物理配置信息，分別對站內小室區域、小室內屏柜、柜內設備、設備板卡和板卡使用端子排等進行多層級比對，比較出小室是否擴建、室內屏柜的類型及數量、柜內設備的更替、設備上板卡的啟停狀態和對應端口的通信方式等差異信息，并以可視化的圖形界面進行展示。

如圖3所示，①在對應圖形通道上以“+”表示物理模型新增；②在對應圖形通道上以“◆”表示物理模型減少；③在對應圖形通道上以“！”表示物理模型信息發生變化。

圖3 物理模型屬性比對

3.2 屏間物理線纜比對

第二層次的比對，通過提取Cable層級下的配置信息，解析出不同屏柜之間的物理線纜回路信息，比對每一條物理線纜的差異，總結出線纜數量的增減和線纜自身屬性的變化，其中線纜屬性變化包括線纜布置長度、線纜內纜芯的數量、線纜連接路徑和線纜類型，隸屬于電纜、光纜和尾纜等。

如圖4所示，①在對應圖形通道上以“+”表示屏間物理線纜新增；②在對應圖形通道上以“◆”表示屏間物理線纜減少；③在對應圖形通道上以“！”表示屏間物理線纜屬性變化。

圖4 屏間物理線纜比對

3.3 屏間線纜纜芯比對

第三層次的比對，SPCD版本1和SPCD版本2逐個導入纜芯比對模塊，根據第二層次的比對結果，選擇差異線纜后，以圖形展示的方式快速比對出產生變化的線纜纜芯。

屏間線纜纜芯比對包括新增纜芯、減少纜芯和纜芯回路變化。以屏間設備為視角，以可視化方式展示所選屏柜設備和屏外設備之間物理回路的關系，并通過可視化的符號標注兩個版本屏柜之間的纜芯端子變化信息。

如圖5所示，①在對應圖形通道上以“+”表示線纜纜芯新增；②在對應圖形通道上以“◆”表示線纜纜芯減少；③在對應圖形通道上以“！”表示存在線纜纜芯回路端子發生變化。

3.4 柜內纜芯回路比對

第四層次的比對，SPCD版本1和SPCD版本2逐個導入纜芯比對模塊，從差異屏柜內選取出差異柜內纜芯后，以圖形展示的方式快速比對出產生變化的線纜纜芯。

柜內纜芯回路比對包括新增纜芯、減少纜芯、纜芯回路變化和跳纜類型。以屏內設備為視角，以可視化方式展示所選設備和屏內其余設備之間屏內跳纜的關系，并通過可視化的符號標注兩個版本屏柜之間的纜芯端子變化信息，點擊變化信息即可呈現跳纜類型和回路功能等信息。

圖5 屏間線纜纜芯比對

如圖6所示，①在對應圖形通道上以“+”表示柜內纜芯回路新增；②在對應圖形通道上以“◆”表示柜內纜芯回路減少；③在對應圖形通道上以“！”表示柜內纜芯回路端子變化或者跳纜類型由跳纜改為雙絞線等差異。

圖6 柜內纜芯回路比對

3.5 可視化比對成果展示

可視化比對工具畫面由軟件自動生成，畫面的生成依賴兩個條件：一個是SPCD數據模型，另一個是圖形可視化技術。軟件分別讀取兩個全站SPCD文件，并進行比對展示，建立起物理回路連接關系示意圖。系統先定義好畫面布局及設備、物理回路連線和虛擬線纜等畫面元素的圖形樣式，然后將圖元樣式與數據模型結合起來，在適當的位置上繪制出各個圖元，最終生成可視化比對展示畫面。

可視化比對工具采用跨平臺軟件QT設計界面框架，軟件擁有直觀簡潔的用戶界面，方便運維人員學習和使用。透明運維配置工具生成軟件采用經典界面布局模式，擁有直觀簡潔的用戶界面：工具欄、樹形導航欄、工作區域，如圖7所示。

運維人員使用時，只需通過上方工具欄分別按下“導入SPCD1”和“導入SPCD2”按鈕導入兩個不同版本的SPCD模型文件，工具就會自動完成模型解析、比對，并按層級關系比對方法流程自動生成可視化比對畫面展示。

圖7 可視化比對工具界面顯示

4 結論

本文提出了一種基于線纜物理回路SPCD文件的可視化比對方案，完成了SPCD文件可視化與文件信息的對比。該工具通過對不同版本的SPCD文件內容的分析與提取，從4個層級自上而下逐步實現SPCD文件比較，通過可視化客戶端顯示所有鏈路信息，對差異處進行標記，直觀地展示了完整的SPCD版本比對信息。

該工具實現了直流換流站線纜回路運維智能化、標準化、可視化，解決了依靠人力保證線纜物理回路配置信息效率低下且錯誤率高的問題，有效提升了運維效率，降低了運維成本，為二次運維和調試等高級應用提供了技術支撐，在直流換流站的管理中具有廣闊的應用前景。

本文編自2021年第1期《電氣技術》，論文標題為“基于變電站物理配置描述的換流站控保系統物理回路可視化比對方法”，作者為湯曉崢、施琳、喻春雷、宋金山、張祥。