基于IEC61850ft9變電站自動化系統(tǒng)配置工具的分析與實現(xiàn)

　　IEC61850是一種變電站自動化系統(tǒng)的配置工具，其中在IEC61850-6部分定義了變電站配置描述語言(SCL)。SCL語言是根據(jù)XML的語法規(guī)則和結構定義，同時結合IEC61850標準的需要定義的一種特定用途的、可擴展的標識性語言。SCL語言就相當于XML語言在基于IEC61850變電站系統(tǒng)中的特定應用。而XML具有平臺無關性，因而可使得文件中的數(shù)據(jù)能在不同廠家、不同平臺的工程化工具之間進行交換。

　　引入SCL主要有以下兩個作用：一是對IED的功能和運行參數(shù)進行描述；二是對系統(tǒng)進行描述。本文主要對基于IEC61850的變電站自動化系統(tǒng)中配置工具進行了分析，同時介紹了SCL系統(tǒng)配置工具的應用的設計方法。

　　1 SCL的文檔結構

　　XML文檔包括DTD(文檔類型定義)文件、XML文件和式樣單三部分，SCL語言是基于XML的。同樣，SCL文檔也包括這三部分。

　　1．1 DTD文件

　　DTD文件定義了標簽及其屬性，可完成聲明標記任務。IEC61850-6標準中給出了SCL語言的DTD文件的詳細定義。理論上，可以在該標準內根據(jù)需要任意定義標簽及屬性，但在實際應用中，DTD的定義有很高的難度，包括標簽的可用性、簡潔性、從實際設備抽象出的良好的數(shù)據(jù)模型等，都需要有很豐富的實際工作經驗。所有支持該標準的裝置將使用相同的DTD文件。

　　1．2 XML文件

　　該文件是采用DTD文件定義的標簽，用于完成數(shù)據(jù)對象置標的任務，也就是將IED、系統(tǒng)等數(shù)據(jù)對象描述出來。XML文件嚴格受DTD的定義約束。IEC61850-6標準沒有規(guī)定功能，也沒有規(guī)定功能分配，各裝置功能各不相同，其配置在IED上的LN也不同。所以，XML文件的內容也是不同的，但IED具有處理XML文件的能力。

　　1．3 式樣單

　　式樣單是專門描述結構性文檔表現(xiàn)方式的文檔。從應用角度講，IED可直接處理SCL數(shù)據(jù)文件，只要獲取所需信息即可正常運行并與系統(tǒng)交互，所以，式樣單文件一般不是系統(tǒng)所必須的。

　　2 SCL對象模型

　　根據(jù)變電站體系結構，SCL描述了變電站、通訊和IED三種對象模型。

　　其中變電站模型主要用于描述一個變電站的功能結構，標識變電站內的一次電力設備及其之間的連接關系。

　　通訊模型主要用于描述邏輯節(jié)點之間通過邏輯總線和IED訪問點所建立起的連接。該通訊結構具體包括的對象模型有IED的mac地址、IP地址和子網掩碼，以及邏輯節(jié)點之間的客戶端／服務器關系等信息。

　　IED模型中描述了各IED的模型信息，包括報告接收者、邏輯節(jié)點實例、數(shù)據(jù)對象實例等。

　　3 SCL數(shù)據(jù)交換模式

　　3．1 SCL信息流模型

　　SCL文件在變電站內的通訊傳輸涉及到系統(tǒng)配置工具、IED配置工具、IED數(shù)據(jù)庫三個概念。

　　系統(tǒng)配置工具是使用SCL進行變電站自動化系統(tǒng)的配置和管理的工具，可輸入、輸出按IEC61850-6標準定義的SCL文件。

　　IED配置工具是IED制造商提供的IED調試專用工具，該工具能生成特定的IED描述文件(以．ICD為后綴的SCL文件)并下載到IED中，同時可向系統(tǒng)配置工具提供ICD文件并能處理來自系統(tǒng)配置工具生成的SCD文件。

　　IED數(shù)據(jù)庫分為參數(shù)庫和實時庫，參數(shù)庫用于描述變電站模型和通訊模型，實時庫則用于描述IED模型。IED數(shù)據(jù)庫包括了變電站的各種信息數(shù)據(jù)和屬性，可以供配置工具和系統(tǒng)調用。

　　3．2 SCL信息流動過程

　　SCL數(shù)據(jù)流模型中不包含DTD文件，XML文件才是真正包含配置數(shù)據(jù)的文件，也是參與配置數(shù)據(jù)流動的主要文件。圖1所示是SCL文檔在整個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換流程，也就是系統(tǒng)管理配置的過程。

　　IED配置工具可以獲取各IED的ICD文件并將其發(fā)給系統(tǒng)配置工具，該ICD文件只包含IED的基本信息，其相關參數(shù)(如網絡參數(shù)等)都沒有進行設置。

　　系統(tǒng)配置工具在接受全站的ICD文件后，將分析各IED信息，并結合IED數(shù)據(jù)庫取得各邏輯節(jié)點及數(shù)據(jù)對象的信息，以生成或人工輸入配置信息，同時生成SCD文件并返回給IED配置工具。

　　IED配置工具可接受并處理SCD文件，它可根據(jù)得到的各IED配置信息生成下載到具體IED的配置文件CID。

　　IED啟動時首先解析CID文件以獲取信息，并據(jù)此信息進行IED初始化，例如網絡I／O將按獲取的網絡參數(shù)配置并啟動。

　　IED正常運行時可與IEC61850客戶端進行通訊以交互數(shù)據(jù)，SCADA系統(tǒng)可根據(jù)SCD文件進行參數(shù)配置，在實時運行時，它將生成參數(shù)庫和實時數(shù)據(jù)庫。

　　4 SCL配置工具的設計和實現(xiàn)

　　IEC61850為變電站模型定義了分層結構，與之對應的SCL也采用了分層結構來描述變電站的數(shù)據(jù)模型?；赟CL文件的這種分層模型，本程序利用網格式數(shù)據(jù)模型來模擬實現(xiàn)這種數(shù)據(jù)結構，并通過基于SAX(Simple API for XML)的XML解析技術來實現(xiàn)SCL文件的信息提取。使用嵌套圖表的方式將各層次數(shù)據(jù)、屬性以及他們之間的關聯(lián)顯示出來，其人機交互界面友好并可以進行SCL文檔的配置。本程序整體上采用C／S架構，可支持多IED的讀取和配置。設計時可以在某些細節(jié)部分(如XML膜塊)采用插件技術架構，以便于利用成熟的軟件模塊，這樣更有利于以后的維護和升級。

　　本程序的開發(fā)環(huán)境為VC++6．0，可采用模塊化設計方案和基于COM的組件技術，并可大量采用成熟的軟件和開放的程序模塊，故可降低開發(fā)成本和開發(fā)周期，同時也便于軟件維護和升級。本設計主要由圖表控件模塊、XML解析模塊、信息庫模塊、配置界面模塊和通訊模塊組成。

　　4．1 配置界面模塊

　　本程序主要提供一個友好的可視化用戶配置界面，以打開相應的SCL文件，如IED的ICD格式文件，點擊菜單或按鈕“Configuration”即可打開用戶配置界面，而點擊相應的屬性頁即可對該IED進行網絡參數(shù)、數(shù)據(jù)集、GOOSE等系統(tǒng)需求的配置，圖2所示是名為REF615的IED的基本參數(shù)配置界面。

　　4．2 XML解析模塊

　　本程序選用JAVA版本的Xerces-J1．4．4解析器，這是目前最健壯、最強大的XML解析器，可以保證程序處理SCL文件的高效性、可靠性、正確性，另外，利用JAVA語言跨平臺的優(yōu)點，對于程序的維護升級和移植也具有極大的便利性。Xerces-J解析器的XML解析功能可支持基于DOM、SAX、JAXP的三種XML解析技術?？紤]到IEC61850變電站巨大的數(shù)據(jù)量，以及多層次的、關聯(lián)復雜的數(shù)據(jù)對象，數(shù)據(jù)豐富多樣的功能約束和屬性，需要使用一個高效且容錯性較高的解析器?；赟AX的XML解析技術，本設計使用流的方式來讀入SCL文件并逐行解析且順序操作。該方法相對于DOM技術占用資源少、快速穩(wěn)定，同時也無需像在DOM中那樣為所有節(jié)點創(chuàng)建對象，因此，本程序采用基于SAX技術的Xerces-J解析器。另外，SAX采用了處理XML事件的“推”模型，該模型無需將SCL文件一次加載到內存中，這使得SAX解析器可以解析大于系統(tǒng)內存的文檔，并且SAX“推”模型可用于廣播環(huán)境，能夠同時注冊多個ContentHandler。它可以并行接收事件，而不是像DOM只能在一個管道中一個接一個地進行處理。

　　4．3 數(shù)據(jù)庫模塊

　　數(shù)據(jù)庫模塊主要是分析和存儲XML模塊解析出來的SCL文件的各種數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)對象存儲模型具體可按IEC61850-7部分的定義來實現(xiàn)，包括邏輯設備LD、邏輯節(jié)點LN、公共數(shù)據(jù)類CDC的基本信息、關聯(lián)服務、訪問接口等一系列的數(shù)據(jù)模型和對象實例。

　　4．4 圖表控件模塊

　　對于分層模型，目前比較先進的程序設計技術是使用樹形控件進行控制和顯示，這種技術能直觀的顯示出層次間的關系，但是不能直觀顯示出數(shù)據(jù)和屬性、功能約束之間的關系，而使用圖表控件模型就可以用表格和圖形標記的方式直觀立體的顯示出這種關聯(lián)，同時也能高效地添加、刪除和修改SCL元素節(jié)點。該模塊根據(jù)XML模塊獲取的數(shù)據(jù)信息可以形成網格關聯(lián)模型，并使用CrystalCell圖表控件顯示出來；每層可用一個相對獨立(每個SCL文件是一個大表格，數(shù)據(jù)層層嵌套在大表格的相應單元格中)的表格顯示