隨著直流輸電技術的大力發展，換流站的可靠穩定執行將面臨著巨大的挑戰。雖然智慧變電站光纖物理迴路模型檔案已經規定了智慧站二次迴路中光纖迴路描述資訊，但許多換流站特有的物理物件都沒有涉及，從而無法完全相容直流換流站使用；並且模型圖紙數量過多，內部時分多路複用匯流排、DP匯流排修改等原因，導致運維人員需要對物理迴路模型檔案不斷地進行修改調整，於是便出現了變電站物理配置描述檔案版本較多、運維不便的問題。
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——換流站的可靠穩定執行面臨著巨大的挑戰。相較於智慧變電站，直流換流站採用變電站物理配置描述（substation physical configuration description, SPCD）檔案取代智慧變電站的系統配置描述（substation configuration description, SCD）檔案來傳輸站內物理配置資訊。
該配置檔案的正確性對直流換流站的安全穩定執行至關重要，對直流換流站的安全運維有著舉足輕重的作用。光纖物理迴路模型SPCD檔案包含兩個部分，一部分是物理物件及層級關係，如小室、屏櫃、裝置、交換機、光纖配線架（ODF）等，另一部分是光纖迴路連線關係。
本文基於直流換流站的應用，對SPCD模型進行了部分擴充套件，如匯流排、繼電器、端子排和電纜等格式定義。透過解析SPCD檔案可以獲取各個埠的連線裝置，獲得裝置埠的拓撲關係。
在換流站的建設、除錯、運維、檢修、改造和擴建過程中，運維人員需要對SPCD檔案內容進行反覆地修改並驗證，因此會形成較多版本的SPCD檔案，而在實際工程管理中需要詳細瞭解SPCD的變化資訊，若是直接以文字形式檢視或是以SPCD配置工具檢視操作很不方便，於是運維人員更希望擁有透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字字元型比對，透過專用的字元比對工具（如Araxis Merge和Beyond Compare等），以XML文字形式對所有字元依次逐個比對，缺點在於其對人員專業能力有很高的要求，要求使用者清楚地瞭解SPCL語法和SPCD檔案結構，而且不能直觀清晰地展示比對結果，不適合向運維人員大範圍推廣。
本文針對以上這些不足之處提出了一種基於SPCD的換流站控保系統物理迴路視覺化比對方法，並開發了一款與之相對應的SPCD視覺化比對工具，可以由外而內多層級視覺化展示SPCD檔案資訊和比對結果，可以高效地展示不同SPCD檔案的版本差異，用於提高運維人員的維護效率，縮短運維時間，降低運維成本。
1 基於換流站控保系統的SPCD檔案擴充套件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，並達到電力系統對於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執行以及交、直流系統干擾所造成的影響，保護換流站的裝置以及監測換流站的各種參量等功能的智慧微機系統。換流站及直流輸電系統的執行效能和安全可靠程度與控制調節系統的效能和可靠程度密切相關，對整個電力系統的執行也有重要的影響。
光纖物理迴路SPCD檔案已經很好地描繪了二次物件的物理層級關係及光纖迴路連線關係，是二次系統物理配置資訊的基礎，但標準的SPCD檔案並不能很好地相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物件進行補充建模，比如快速現場匯流排、IDM匯流排、DP匯流排、開入開出集線器、端子排、電纜、硬壓板等，可在屏櫃元素及線纜元素部分分別擴充對應元素。繼電器擴充套件建模參照例項如圖1所示。
圖1 K系列繼電器原理圖
繼電器擴充套件建模採用了通用建模方式進行擴充套件。繼電器存在於數字量IO迴路中，透過多層轉接將訊號輸入輸出，同時，內部引腳對於軟體解析來說無必然關係。導致既要對每個引腳寫IntCore，又要對繼電器內部端子寫IntCore，按常規方式配置連線關係，效率非常低下。同時，考慮繼電器部分採用特殊格式來提高配置效率並可最佳化展示方式。繼電器擴充套件建模格式如下所示：
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 視覺化比對方法SPCD模型檔案在運維除錯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。關於SPCD版本比對的思路滿足兩點：①從SPCD模型檔案中提取物理迴路資訊；②以圖形化方式展示物理迴路連線及差異情況。
實施流程如下：首先需要獲取兩個SPCD版本模型檔案的屬性資訊，然後對兩個模型檔案進行多層級的比對，即從站內物理模型屬性、屏間物理線纜、屏間線纜纜芯和櫃內纜芯迴路4個層次以視覺化方式展示SPCD模型檔案版本差異性的比對結果，確保SPCD模型檔案版本比較的有效性和直觀性。視覺化比對流程如圖2所示。
1）基於多層級物理模型屬性的第一層次比對：透過提取換流站內所有物理物件的模型資訊，如屏櫃編號、裝置板卡類別和端子用途等，並比較兩個版本SPCD的差異。
圖2 視覺化比對流程
2）基於屏間物理線纜的第二層次比對：透過提取Cable（物理線纜）層級下的配置資訊，比對屏間物理線纜的增減情況，線纜自身屬性資訊，得出物理線纜的差異變化結果，並用於第三層次比對時選擇差異線纜。
3）基於屏間線纜纜芯的第三層次比對：透過第二層比對結果選擇差異線纜，並解析Core（線纜纜芯）層級下的配置資訊，比對出線纜纜芯的增減情況和埠迴路資訊差異變化。
4）基於櫃內纜芯迴路的第四層次比對：在屏櫃節點下獲取該櫃內所有跳纜關係，解析出所選屏櫃的IntCore（櫃內纜芯）資訊，並比對纜芯的增減情況、迴路路徑和跳纜型別等差異資訊。
3 視覺化比對的具體實現在獲取兩個不同版本的SPCD檔案基礎上，依次進行物理模型屬性、屏間物理線纜、屏間線纜纜芯和櫃內纜芯迴路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，透過提取兩個不同版本SPCD模型檔案中的站內物理配置資訊，分別對站內小室區域、小室內屏櫃、櫃內裝置、裝置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、室內屏櫃的型別及數量、櫃內裝置的更替、裝置上板卡的啟停狀態和對應埠的通訊方式等差異資訊，並以視覺化的圖形介面進行展示。
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，透過提取Cable層級下的配置資訊，解析出不同屏櫃之間的物理線纜迴路資訊，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佈置長度、線纜內纜芯的數量、線纜連線路徑和線纜型別，隸屬於電纜、光纜和尾纜等。
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逐個匯入纜芯比對模組，根據第二層次的比對結果，選擇差異線纜後，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、減少纜芯和纜芯迴路變化。以屏間裝置為視角，以視覺化方式展示所選屏櫃裝置和屏外裝置之間物理迴路的關係，並透過視覺化的符號標註兩個版本屏櫃之間的纜芯端子變化資訊。
3.4 櫃內纜芯迴路比對
第四層次的比對，SPCD版本1和SPCD版本2逐個匯入纜芯比對模組，從差異屏櫃內選取出差異櫃內纜芯後，以圖形展示的方式快速比對出產生變化的線纜纜芯。
圖5 屏間線纜纜芯比對
圖6 櫃內纜芯迴路比對
3.5 視覺化比對成果展示
視覺化比對工具畫面由軟體自動生成，畫面的生成依賴兩個條件：一個是SPCD資料模型，另一個是圖形視覺化技術。軟體分別讀取兩個全站SPCD檔案，並進行比對展示，建立起物理迴路連線關係示意圖。系統先定義好畫面佈局及裝置、物理迴路連線和虛擬線纜等畫面元素的圖形樣式，然後將圖元樣式與資料模型結合起來，在適當的位置上繪製出各個圖元，最終生成視覺化比對展示畫面。
視覺化比對工具採用跨平臺軟體QT設計介面框架，軟體擁有直觀簡潔的使用者介面，方便運維人員學習和使用。透明運維配置工具生成軟體採用經典介面佈局模式，擁有直觀簡潔的使用者介面：工具欄、樹形導航欄、工作區域，如圖7所示。
圖7 視覺化比對工具介面顯示
4 結論本文提出了一種基於線纜物理迴路SPCD檔案的視覺化比對方案，完成了SPCD檔案視覺化與檔案資訊的對比。該工具透過對不同版本的SPCD檔案內容的分析與提取，從4個層級自上而下逐步實現SPCD檔案比較，透過視覺化客戶端顯示所有鏈路資訊，對差異處進行標記，直觀地展示了完整的SPCD版本比對資訊。
該工具實現了直流換流站線纜迴路運維智慧化、標準化、視覺化，解決了依靠人力保證線纜物理迴路配置資訊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，為二次運維和除錯等高階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。