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          XML在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

          作者: 時(shí)間:2012-06-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          I. 引言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201349.htm

          本質(zhì)是數(shù)字電網(wǎng),它是以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ),將現(xiàn)代先進(jìn)的傳感測量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)。它以充分滿足用戶對電力的需求和優(yōu)化資源配置、確保電力供應(yīng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性、滿足環(huán)保約束、保證電能質(zhì)量、適應(yīng)電力市場化發(fā)展等為目的,實(shí)現(xiàn)對用戶可靠、經(jīng)濟(jì)、清潔、互動(dòng)的電力供應(yīng)和增值服務(wù)。

          我們目前使用的傳統(tǒng)交流電網(wǎng)最早1896年投入運(yùn)行,100多年過去了,一些功能有限的技術(shù)仍然被采用。傳統(tǒng)電網(wǎng)越來越不能滿足現(xiàn)代電力需求?,F(xiàn)代的驅(qū)動(dòng)力大致有4個(gè):

          1) 提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、效率和安全度。

          2) 分布式發(fā)電,提供多樣化的電力來源。

          3) 用電分析、數(shù)據(jù)挖掘與電量管理。

          4) 綠色能源,可再生能源,引導(dǎo)環(huán)保經(jīng)濟(jì)。

          美國2001年EPRI最早提出(Intelligrid),并開始研究,歐洲2005年成立“智能電網(wǎng)(SmartGrids)歐洲技術(shù)論壇”,也將“SmartGrids”上升到戰(zhàn)略地位展開研究。2009年美國政府成立特別小組研究管理智能電網(wǎng)并加大投資力度。目前,“智能電網(wǎng)”被大家普遍接受和認(rèn)可,可以說,智能電網(wǎng)是未來電網(wǎng)發(fā)展的方向。

          IEC TC57技術(shù)委員會建立了一系列可以用作智能電網(wǎng)的系列標(biāo)準(zhǔn). 這些標(biāo)準(zhǔn)包括描述變電站自動(dòng)化架構(gòu)的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)和描述公共信息模型(CIM)的IEC61968/61970。

          I. 在智能電網(wǎng)

          A. 技術(shù)介紹

          (可擴(kuò)展標(biāo)記語言)是一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn),是一種類似HTML的標(biāo)記語言。與HTML用于展示數(shù)據(jù)不同,XML被設(shè)計(jì)為用于傳輸數(shù)據(jù),它是自描述的。

          XML的語法規(guī)范由W3C定義在XML1.0規(guī)范中,它是應(yīng)用程序之間的各種數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畛S玫氖侄?,正成為越來越多的存儲和描述信息領(lǐng)域的歡迎。

          XML的特點(diǎn):

          1)XML在互聯(lián)網(wǎng)直接可用。

          2)XML支持各種應(yīng)用。

          3)易于編寫程序處理XML文檔。

          4)XML文檔易讀,并合理地清晰。

          5)XML設(shè)計(jì)能迅速進(jìn)行。

          6)XML文件易于創(chuàng)建。

          目前XML已經(jīng)發(fā)展為一系列的技術(shù)(見圖1),是一個(gè)在信息技術(shù)中無處不在的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

          B. XML技術(shù)定義IEC61850標(biāo)準(zhǔn)

          B. XML技術(shù)定義IEC61850標(biāo)準(zhǔn)

          1 通信數(shù)據(jù)交換

          IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)是用于變電站自動(dòng)化的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),是在國際電工委員會 (IEC)的技術(shù)委員會57(57技術(shù)委員會)對電力系統(tǒng)的參考架構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)定義的抽象數(shù)據(jù)模型可以映射到一些列的通信協(xié)議,目前能映射成MMS(制造報(bào)文規(guī)范),GOOSE,SMV,并即將擴(kuò)展到WEB服務(wù)。這些協(xié)議可以運(yùn)行在高速以太網(wǎng)交換機(jī)上以獲得4毫秒內(nèi)的繼電保護(hù)相應(yīng)時(shí)間。XML是構(gòu)成WEB服務(wù)的重要技術(shù)基礎(chǔ),因此,XML可以用于通信數(shù)據(jù)交換。

          2 SCL配置

          IEC61850標(biāo)準(zhǔn)采用XML Schema描述,SCL(變電站配置語言)也采用XML格式,XML是IEC61850配置信息交換的基礎(chǔ)。IEC61850的特點(diǎn)包括:

          1)數(shù)據(jù)建模,主要的過程對象或功能模塊被建模為不同的邏輯設(shè)備LD和邏輯節(jié)點(diǎn)LN。

          2)報(bào)告計(jì)劃。

          3)快速事件傳輸,定義通用變電站事件GSE用于快速傳輸,GSE細(xì)分為GOOSE和GSSE。

          4)定值組。

          5)采樣數(shù)據(jù)傳輸。

          6)命令,各種操作控制命令。

          7)數(shù)據(jù)存儲,變電站配置數(shù)據(jù)通過SCL存儲。

          由于XML的信息獨(dú)立于平臺之間,從而使得配置數(shù)據(jù)能夠在不同廠商的智能電子設(shè)備(IED)間進(jìn)行信息交換。這些XML格式的配置數(shù)據(jù)根據(jù)功能分為ICD、SSD、SCD、CID四個(gè)類型。

          配置過程如下:

          1)導(dǎo)入ICD數(shù)據(jù)到系統(tǒng)配置工具。

          ICD是對IED的功能描述。通常由設(shè)備制造商提供,是符合標(biāo)準(zhǔn)定義的XML格式文件。

          2)導(dǎo)入SSD數(shù)據(jù)到系統(tǒng)配置工具。

          SSD包括變電站描述,以及所需要的數(shù)據(jù)類型模板和邏輯節(jié)點(diǎn)類型定義。

          3)系統(tǒng)配置工具配置SCD。

          SCD包括了IED的描述,變電站的描述以及通信系統(tǒng)的描述。

          4)下裝CID數(shù)據(jù)到IED。

          CID是IED最終的配置文件,其內(nèi)部的通信部分將會包含各個(gè)IED的IP地址等完整配置信息。.

          IEC61968(針對分布式管理系統(tǒng)DMS)/IEC61970(針對能量管理系統(tǒng)EMS)的主要內(nèi)容是:

          1) 通用信息模型CIM和CIM XML.

          2) 應(yīng)用編程接口API,定義接口,是互操作的基礎(chǔ)。

          3) XML消息標(biāo)準(zhǔn)

          1 CIM XML

          CIM是定義了應(yīng)用程序間配置信息與電網(wǎng)狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)模型,與IEC61850有重合的地方,CIM模型與IEC61850模型的比較與融合是一個(gè)專門的課題。

          CIM提供了異構(gòu)環(huán)境下不同資源描述與交互的手段,它是一個(gè)用于軟硬件資源建模的面向?qū)ο蟮哪P?。該模型的元素是模式、類、屬性和方法,而且還支持自定義擴(kuò)展。目前的CIM是以UML模型的形式存在,因此在應(yīng)用軟件集成時(shí)可以根據(jù)需要演繹成XML模式(XML Schema)或RDF模式(RDF Schema)。

          XML在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

          圖2CIM XML數(shù)據(jù)交換模型

          RDF(Resource Description Framework資源描述框架)是W3C推薦的用XML展示個(gè)體以及個(gè)體之間關(guān)系的知識表示語言。RDF內(nèi)容包括模型、語義和模式。CIM XML就是RDF在CIM,也就是XML技術(shù)在CIM,這也是一個(gè)專門的研究課題。CIM XML的數(shù)據(jù)交換模型如圖2所示。

          2 互操作

          應(yīng)用編程接口API是各電力控制中心之間應(yīng)用程序接口的國際標(biāo)準(zhǔn),可以實(shí)現(xiàn)各中心之間以及中心內(nèi)多種類異構(gòu)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和信息共享。CIM是API的語義部分,也是互操作的重要基礎(chǔ)??梢姡ゲ僮鲾?shù)據(jù)交換也采用的是XML格式。

          Ⅲ. XML在智能電網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)例

          介紹幾個(gè)我們在智能電網(wǎng)實(shí)施過程中常見的幾種XML應(yīng)用。

          A. IEC61850配置

          IEC61850-6規(guī)定了實(shí)現(xiàn)設(shè)備互操作性的變電站配置描述語言(SCL),該語言用于根據(jù)IEC61850-5 和IEC61850-7 部分描述智能電子設(shè)備的配置和通信系統(tǒng)。系統(tǒng)配置器是一個(gè)獨(dú)立于智能電子設(shè)備的系統(tǒng)級工具,它必須能夠輸入或輸出按照IEC61850-6定義的SCL文件。

          下面簡單介紹我們最新開發(fā)的可視化系統(tǒng)配置器VisualSCD。VisualSCD的核心是SCL模型樹,除了有其它系統(tǒng)配置器類似的XML解析模塊、SCL導(dǎo)入導(dǎo)出模塊、節(jié)點(diǎn)樹屬性表編輯模塊、SCL校驗(yàn)?zāi)K,還包括XML Schema映射模塊、圖形編輯模塊、SVG模塊。下面詳細(xì)介紹后面幾個(gè)模塊:

          1 XML Schema映射模塊

          我們通過研究XML Schema技術(shù),成功研發(fā)出XML Schema語義模型到程序內(nèi)存中SCL語法模型的自動(dòng)映射算法,在系統(tǒng)配置器啟動(dòng)的時(shí)候,快速地將IEC61850-6標(biāo)準(zhǔn)中八個(gè)XSD文件映射到內(nèi)存上并建立起SCL分層模型語法樹。在編輯SCL文檔時(shí),只需要從語法樹中摘取相應(yīng)的節(jié)點(diǎn),就可以根據(jù)語法節(jié)點(diǎn)建立起SCL模型樹中對應(yīng)的語義節(jié)點(diǎn)。

          2 圖形編輯模塊

          在廠站視圖中,可以通過畫圖操作添加刪除一次設(shè)備,也可以通過連線操作為一次設(shè)備建立連接。在IED視圖中,可以直觀的看到一次設(shè)備與IED關(guān)系,也可以通過連線操作為IED之間建立GOOSE連接等等。圖形化操作通過直觀可視化的方式提高了工具的易用性,是以后系統(tǒng)配置器的發(fā)展方向。

          3 SVG模塊

          廠站視圖中配置好的圖形是一張簡要的廠站單線圖,后臺系統(tǒng)需要這樣一張圖,因此VisualSCD提供了對矢量圖形SVG的支持,可以將廠站視圖導(dǎo)出為SVG圖形,后臺系統(tǒng)可以導(dǎo)入該圖形直接利用。這是以后變電站自動(dòng)化系統(tǒng)統(tǒng)一模型的一部分。

          XML在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

          圖3 VisualSCD框架結(jié)構(gòu)

          廠站視圖中配置好的圖形是一張簡要的廠站單線圖,后臺系統(tǒng)需要這樣一張圖,因此VisualSCD提供了對矢量圖形SVG的支持,可以將廠站視圖導(dǎo)出為SVG圖形,后臺系統(tǒng)可以導(dǎo)入該圖形直接利用。這是以后變電站自動(dòng)化系統(tǒng)統(tǒng)一模型的一部分。

          B. 電力WEB

          智能電網(wǎng)作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng),有三個(gè)主要元素:

          1)數(shù)字化的設(shè)備,包括數(shù)字式傳感器、智能電表等等

          2)完備的數(shù)據(jù)收集體系和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合體系。

          3)高級數(shù)據(jù)分析與可視化。

          Web 是一個(gè)非常重要的數(shù)據(jù)表現(xiàn)方式,并已成為通用實(shí)時(shí)平臺一個(gè)重要的組成部分。并且,隨著web 技術(shù)從信息領(lǐng)域進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域,web 平臺的從原來的以信息為中心逐步發(fā)展為以服務(wù)為中心,瀏覽器逐漸由原來的信息查詢界面成為應(yīng)用體系中成熟的用戶交互界面,B/S 架構(gòu)在分布式系統(tǒng)中也成為流行架構(gòu)。

          當(dāng)前國家電網(wǎng)公司明確要求各級EMSWEB 系統(tǒng)采用WEB 通用技術(shù)開發(fā), 不允許使用自定義控件技術(shù)。以SVG+Ajax 技術(shù)為基礎(chǔ)的非控件方式是解決這個(gè)問題很好途徑,將Ajax( Asynchronous JavaScript and XML)模式引入到WEB 系統(tǒng)中,并結(jié)合Ajax、SVG(ScableVector Graphics)等多項(xiàng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了異步交互機(jī)制,可以支持廠站圖的顯示和刷新(如圖4所示)。

          圖4 AJAX+SVG數(shù)據(jù)流

          圖4 AJAX+SVG數(shù)據(jù)流

          結(jié) 論

          XML技術(shù)由于其獨(dú)特的開放性在智能電網(wǎng)上大有可為,智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)離不開XML技術(shù)。

          參考文獻(xiàn)

          [1] “Common Information Model (CIM) for the Control Center Application Program Interface”, EPRI, Sep., 1998

          [2]“CIM RDF Schema” Exported from Ccapi.mdl Version: CIMU08b, Leila Schneberger, http://www.cim-logic.com/cim-rdf/CIM-schemacimu08b.xml

          [3]“Simplified RDF Syntax for Power System Model Exchange”, Arnold deVos, October 2000, http://www.langdale.com.au/DAF/PSModelExchange.pdf

          [4] “Extensible Markup Language (XML) 1.0”, W3C Recommendation,Feb.1998, http://www.w3.org/TR/REC-xml

          [5] “Resource Description Framework (RDF) Schema Specification”,W3C Candidate Recommendation, March 2000,http://www.w3.org/TR/rdf-schema/

          [6]Kenneth B. Sall. XML Family of Specifications: A Practical Guide: Home,Addison Wesley Professional, May 31, 2002, ISBN-10: 0-201-70359-9.

          [7]Erik T. Ray, Learning XML, 2nd Edition, Published by OReilly, September 2003,ISBN: 0-596-00420-6, p. 416.

          [8]IEC61850. Communication Networks and Systems in Substations. 2004

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