南瑞集團公司（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院） 國電南瑞科技股份有限公司 張叢叢 吳小娟 潘洪湘 刁東宇

引言

變電站模型是電力系統(tǒng)自動化技術(shù)應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。隨著變電站自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，目前智能變電站廣泛采用IEC 61850 模型表達方式[1]。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)定義了一套面向?qū)ο蟮姆?wù)描述體系，此體系由服務(wù)器、客戶機等基本機構(gòu)構(gòu)成，描述了服務(wù)器和客戶機分層機構(gòu)的數(shù)據(jù)、設(shè)備、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等對象語言及建模。

由于監(jiān)控系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫和基于IEC61850的SCD模型文件的存儲格式、數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建差異較大，兩種數(shù)據(jù)格式在轉(zhuǎn)換的過程中難以直接進行映射。監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫按照四遙存儲點表，需要將四遙信號轉(zhuǎn)換為符合61850通訊的格式再與二次設(shè)備進行通訊，效率較低。而點表為工程人員手動創(chuàng)建，存在工作量大，容易出錯等弊端，對工程人員調(diào)試水平要求較高，難度較大。因此采取自動的方式，安全、快速、方便的實現(xiàn)SCD模型數(shù)據(jù)到監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模型映射對變電站日常調(diào)試具有重要意義。

目前針對SCD文件的61850模型到監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的映射有了一定的研究[2-5]，但是模型到數(shù)據(jù)庫的匹配比較繁瑣，映射過于復(fù)雜，本文從實際應(yīng)用出發(fā)，研究通訊和站內(nèi)調(diào)試常用數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫建模的具體方法。

1 SCL語言與建模

變電站智能設(shè)備配置語言SCL（Substation Configure Language）定義了不同廠家的配置工具和系統(tǒng)配置工具間可互操作的變電站系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)。變電站系統(tǒng)建模流程包括：由智能設(shè)備廠家提供生成規(guī)范化的ICD文件；二次設(shè)備自動化廠家集中全站規(guī)范化的ICD文件，并配置系統(tǒng)規(guī)范描述SSD文件，統(tǒng)一生成全站SCD模型；后臺監(jiān)控系統(tǒng)廠家由SCD模型實現(xiàn)全站數(shù)據(jù)庫建模[6]。

變電站配置語言SCL語言用于描述站內(nèi)設(shè)備的配置及配置信息的交互，它將變電站設(shè)備信息抽象出來，以面向?qū)ο蟮念悂矶x這些信息；對這些類的定義與約束構(gòu)成了SCL的語法體系，在IEC61850-6中這些類通常是先采用UML語言來進行概況性定義，然后再采用XML Schema進行具體描述，UML類圖直觀的反映了SCL本質(zhì)的語法結(jié)構(gòu)。

采用SCL語言的變電站的配置文件包括ICD、CID、SCD、SSD等文件，這些文件是SCL語言的實例化應(yīng)用[7]。SCL中主要定義了四部分的信息，通訊類（Communication）、一次設(shè)備類（Substation）、智能電子設(shè)備類（IED）、數(shù)據(jù)類型模板類（DataTypeTemplate）。

其中通訊類按通信子網(wǎng)、訪問點進行劃分，定義了不同設(shè)備間通訊參數(shù)的相關(guān)類；一次設(shè)備類按照電壓等級、間隔對設(shè)備進行劃分，定義了變壓器、母線、開關(guān)、繞組、分接頭等多種設(shè)備類，并對這些設(shè)備的功能進行了邏輯節(jié)點關(guān)聯(lián)；智能電子設(shè)備類主要定義了二次設(shè)備內(nèi)部與通信接口相關(guān)的功能邏輯節(jié)點類、數(shù)據(jù)集類、通信控制塊類等信息，并按照訪問點、服務(wù)器、邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點等層次進行了劃分；數(shù)據(jù)類型模板類定義了邏輯節(jié)點類型、數(shù)據(jù)對象類型、數(shù)據(jù)屬性類型的模板類，這些模板類的實例類主要用于描述IED的信息。圖1描述了SCL中所定義信息的基本架構(gòu)。

圖1 SCL基本架構(gòu)

通訊(Communication)模型是變電站二次通訊網(wǎng)絡(luò)對象的結(jié)構(gòu)定義。主要的數(shù)據(jù)層次為子網(wǎng)(SubNetWork)→訪問點(ConnectedAP)→間隔(Bay)→GSE和SMV→具體參數(shù)(IP地址、最大時間、最小時間等)。層次結(jié)構(gòu)框圖具體如圖2。通過解析以上通訊類的層次結(jié)構(gòu)，獲得變電站通訊網(wǎng)絡(luò)的各種參數(shù)信息，生成相關(guān)數(shù)據(jù)文件供后續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫自動導(dǎo)入。

圖2 Communication部分的結(jié)構(gòu)框圖

Substation類包解析。變電站模型描述的是全站統(tǒng)一化信息，包括變電站基本信息、電壓等級信息、間隔類信息、一次設(shè)備類信息及其子設(shè)備信息。通過解析以上變電站類的相關(guān)類數(shù)據(jù)，獲得變電站所有一次設(shè)備數(shù)據(jù)信息，生成相關(guān)數(shù)據(jù)文件供后續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫自動生成變電站一次設(shè)備。

IED類包解析。IED類描述的是變電站二次硬件設(shè)備信息。包括設(shè)備基本信息、服務(wù)端基本信息、邏輯裝置信息、邏輯節(jié)點信息、數(shù)據(jù)基本類型信息。此類型描述呈層次機構(gòu)，每一層次只描述當(dāng)前指定的內(nèi)容對象，最底層數(shù)據(jù)描述和路徑由其上層所有結(jié)構(gòu)名稱描述合成構(gòu)成。通過解析IED類數(shù)據(jù)包可以得到全站二次設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成，基本網(wǎng)絡(luò)關(guān)系和基本數(shù)據(jù)關(guān)系。

圖3 智能電子設(shè)備(IED)模型結(jié)構(gòu)框圖

DataTypeTemplate類包解析。IED類數(shù)據(jù)包里最底層的數(shù)據(jù)定義了該設(shè)備具體的數(shù)據(jù)單元，而基本數(shù)據(jù)模板類定義了SCD模型里所有數(shù)據(jù)單元的模式和基本屬性。所有LN下的數(shù)據(jù)單元屬性和數(shù)據(jù)基本模板里有一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系，需要讀取模板信息才可以得到全部LN下數(shù)據(jù)單元的信息。

2 數(shù)據(jù)庫配置

數(shù)據(jù)庫信息主要分為以下幾類：字典類。定義系統(tǒng)中所有配置常量、數(shù)據(jù)基準(zhǔn)值、做圖基本顏色信息、告警基本等級等信息。為了系統(tǒng)運行安全，此類表一般不允許用戶修改；系統(tǒng)類。定義的系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，如廠站標(biāo)識、系統(tǒng)節(jié)點信息、用戶信息、文件信息、圖元信息等參數(shù)，此類型表數(shù)據(jù)一般由程序自動生成；一次設(shè)備類。包含一次設(shè)備類按設(shè)備類型分類的表和通訊邏輯節(jié)點參數(shù)表，定義了站內(nèi)所有一次設(shè)備信息和通訊參數(shù)，通訊參數(shù)包括站內(nèi)通訊層級網(wǎng)絡(luò)、二次設(shè)備61850通訊參數(shù)等；量測類。包括普通四遙表。

通過SCD文件進行數(shù)據(jù)庫建模的過程，即是從SCD模型不同類型的數(shù)據(jù)包中解析數(shù)據(jù)模型信息，轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)庫可分辨、可入庫信息。需要將面向?qū)ο蟮慕Ｐ畔⑦M行分解，生成基本數(shù)據(jù)模板信息、一次設(shè)備類信息，抽取測點信息定義告警類型、新建四遙數(shù)據(jù)等。由此可將數(shù)據(jù)庫建模分成三部分：首先由設(shè)備商家提供的ICD文件進行配置生成全站SCD文件，然后解析SCD文件抽取數(shù)據(jù)庫建模信息，最后由解析的分類信息表實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫映射。

圖4 SCD建模主要流程

3 數(shù)據(jù)庫建模實現(xiàn)

數(shù)據(jù)導(dǎo)入具體步驟為：解析全站SCD文件，將所有SCD信息包括通訊類、一次設(shè)備類、智能電子設(shè)備類、數(shù)據(jù)類型模板類存為二進制文件保存數(shù)據(jù)庫中；根據(jù)二進制數(shù)據(jù)文件生成臨時數(shù)據(jù)模板信息。定義臨時數(shù)據(jù)庫模板信息包括接線端子信息、所關(guān)聯(lián)主測點信息、數(shù)據(jù)類型信息、裝置類型信息等；根據(jù)二進制數(shù)據(jù)文件中通訊類數(shù)據(jù)生成數(shù)據(jù)庫模型通訊信息。通過解析通訊類的層次結(jié)構(gòu)，獲得變電站通訊網(wǎng)絡(luò)包括網(wǎng)絡(luò)IP、邏輯節(jié)點等的各種參數(shù)信息；根據(jù)二進制數(shù)據(jù)文件中一次設(shè)備類和智能電子設(shè)備類數(shù)據(jù)生成數(shù)據(jù)庫間隔類、一次設(shè)備類和邏輯節(jié)點類信息。包括間隔分配、一次設(shè)備類型、所屬邏輯節(jié)點關(guān)聯(lián)關(guān)系等；根據(jù)二進制數(shù)據(jù)文件中數(shù)據(jù)類型模板類信息和臨時模板信息生成一次設(shè)備類下測點信息，用于描述解析通訊報文中所描述信號。

由于所生產(chǎn)測點信息完全和61850通訊報文中模型一致，所以通訊報文不需要通訊程序進行數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換可直接解析入庫，進行二次信號的處理如告警和歷史數(shù)據(jù)采樣等，大大節(jié)省了程序處理實時數(shù)據(jù)的時間，提高了監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采樣，歷史數(shù)據(jù)回查等后續(xù)處理操作的效率。

4 結(jié)語

本文提供了一種由SCD模型自動建立數(shù)據(jù)庫模型的方法，分析了SCL語言和數(shù)據(jù)庫不同關(guān)聯(lián)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上提出了一種基于SCD模型直接在數(shù)據(jù)庫建建模的方法，降低了調(diào)式難度，大大提高了工程人員調(diào)試智能變電站的效率。由于數(shù)據(jù)庫模型可直接用于61850通訊，簡化了軟件通訊流程，提高了通訊程序處理的效率。