IEC 61850系統(tǒng)配置器的研究與Visual SCD的開(kāi)發(fā)

1、IEC61850系統(tǒng)配置器的研究與VisualSCD的開(kāi)發(fā)來(lái)源：輸配電設(shè)備網(wǎng) 時(shí)間：2008-10-20 閱讀：956次標(biāo)簽：王炎初 胡劍鋒 陸鑫 林慶農(nóng) （南瑞繼保電氣公司研發(fā)中心軟件平臺(tái)部，江蘇南京，郵編211102） 信息來(lái)源:摘要：IEC 61850系列標(biāo)準(zhǔn)的第6部分為變電站智能電子設(shè)備的配置規(guī)定了一種描述語(yǔ)言，該語(yǔ)言稱為變電站配置描述語(yǔ)言（SCL）。變電站配置描述語(yǔ)言主要作用就是使得通信系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)可在不同制造商提供的智能電子設(shè)備和系統(tǒng)配置工具之間相互交換。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(jí)工具，它必須能夠輸入或輸出IEC61850-6定義的SCL文件。本文首先介紹并研究了與

2、系統(tǒng)配置器相關(guān)的技術(shù)，分析總結(jié)了同類產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)，然后介紹了我們最新開(kāi)發(fā)的可視化系統(tǒng)配置器VisualSCD。該編輯器采用動(dòng)態(tài)SCL語(yǔ)法樹(shù)和可視化的圖形編輯操作，該語(yǔ)法樹(shù)從SCL的XML Schema文件直接映射而來(lái)。VisualSCD具有通用的架構(gòu)、可擴(kuò)展性好和方便使用等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：IEC61850SCLSCD變電站IED系統(tǒng)配置SCL配置 1 引言 IEEE TC57小組制定了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，作為基于通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)唯一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)已經(jīng)將其引入為電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T860，貫徹實(shí)施能提高我國(guó)變電站自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)互操作性，從而降低系統(tǒng)復(fù)雜度和實(shí)施成本，提高系統(tǒng)

3、的可靠性，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和社會(huì)意義1。 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(yǔ)言(SCL),該語(yǔ)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(jí)工具，它必須能夠輸入或輸出按照IEC61850-6定義的SCL文件。 信息來(lái)源: 目前國(guó)內(nèi)外部分廠家已經(jīng)根據(jù)IEC61850-6開(kāi)發(fā)出了各種版本的系統(tǒng)配置器。我們?cè)诮?jīng)過(guò)考察后發(fā)現(xiàn)，目前的系統(tǒng)配置器開(kāi)發(fā)在模型上還是采用僵化的靜態(tài)模型；在界面操作上大多數(shù)還是采用樹(shù)與表格控件。這些是以前廠點(diǎn)模型常用的做法，技術(shù)水平總體還處于初級(jí)階段。為此，我們深入

4、研究XML/Schema技術(shù)和圖形化交互技術(shù)后，開(kāi)發(fā)出了具有開(kāi)放的程序結(jié)構(gòu)、靈活動(dòng)態(tài)的SCL模型與直觀方便的圖形化交互操作特色的新一代系統(tǒng)配置器VisualScd。 2 系統(tǒng)配置器的現(xiàn)狀 2.1 SCL介紹 IEC 61850 -6為變電站智能電子設(shè)備的配置規(guī)定了變電站配置描述語(yǔ)言（SCL）。變電站配置描述語(yǔ)言主要作用就是使得通信系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)可在不同制造商提供的智能電子設(shè)備和系統(tǒng)配置工具之間相互交換。 SCL 文件用于在可能來(lái)自不同制造商的不同工具間交換配置數(shù)據(jù)，有下列四種類型SCL 文件：智能電子設(shè)備能力描述文件（ICD）、系統(tǒng)說(shuō)明文件（SSD）、智能電子設(shè)備配置描述文件（CID）、變電站配

5、置描述文件（SCD）。 變電站配置描述文件（SCD）用來(lái)說(shuō)明各個(gè)孤立的智能電子設(shè)備是怎樣整合成為功能完善的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，包含了變電站系統(tǒng)全面的配置信息，包括功能信息、設(shè)備裝置之間的拓?fù)潢P(guān)系、IED的全部模型信息，以及各種通信結(jié)構(gòu)信息等，是變電站系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)文件。 信息來(lái)源:2.2 XML技術(shù)介紹 XML由W3C組織發(fā)布，最初設(shè)計(jì)目的是彌補(bǔ)HTML的不足，后來(lái)逐漸成為業(yè)界一種通用的結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)文件格式。XML技術(shù)發(fā)展很快，已經(jīng)發(fā)展成為沒(méi)有版權(quán)限制、獨(dú)立于操作系統(tǒng)及有足夠良好支援的技術(shù)平臺(tái)2。 XML Schema是一種用來(lái)描述與驗(yàn)證XML文件結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，也可以視為一種工具。另一種類似技術(shù)是

6、DTD，Schema是DTD的替代品。IEC61850已經(jīng)完全拋棄了DTD，采用了W3C推薦的XML/Schema來(lái)描述SCL模型。 XML Schema有時(shí)又稱為XML Schema Definition（XSD），因此Schema文件是以xsd為后綴的。SCL的XML/Schema文件有8個(gè)，里面包含有SCL模型完善的語(yǔ)法信息，因此我們的研究思路是從這些XSD文件中直接映射出SCL的語(yǔ)法樹(shù)。 2.3 目前系統(tǒng)配置器的進(jìn)展與不足 由于SCL是XML格式，為了避免用戶對(duì)XML復(fù)雜語(yǔ)法的依賴，各廠家都會(huì)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)配置器。傳統(tǒng)的系統(tǒng)配置器實(shí)現(xiàn)包括如下模塊： XML解析模塊 XML解析分為DOM解析和

7、SAX/SAX2解析。由于SCL模型是分層的樹(shù)狀模型，因此一般都采用DOM解析。在一些工具中，還采用XML/Schema技術(shù)對(duì)SCL做一些語(yǔ)法校驗(yàn)工作。XML/Schema技術(shù)的潛力還遠(yuǎn)沒(méi)有挖掘出來(lái)。對(duì)于語(yǔ)義校驗(yàn)的工作也都沒(méi)有開(kāi)展。 信息來(lái)源:SCL樹(shù)編輯模塊 在系統(tǒng)配置器的內(nèi)存中一般都有一棵SCL樹(shù)，這棵樹(shù)節(jié)點(diǎn)的語(yǔ)法內(nèi)容根據(jù)IEC61850-6的語(yǔ)法定義在程序中手工加入，即為程序中每個(gè)SCL節(jié)點(diǎn)類固定添加相應(yīng)的語(yǔ)法屬性。這種方式我們稱為靜態(tài)語(yǔ)法模型。靜態(tài)語(yǔ)法模型的缺點(diǎn)非常明顯：結(jié)構(gòu)僵化。標(biāo)準(zhǔn)改變后，程序必須做相應(yīng)的修改，否則就與標(biāo)準(zhǔn)不一致。ASE Visual SCL也采用了靜態(tài)語(yǔ)法模型，所

8、以細(xì)心的用戶會(huì)發(fā)現(xiàn)它的模型與最新的IEC61850模型不一致。 節(jié)點(diǎn)屬性編輯模塊 針對(duì)每個(gè)SCL節(jié)點(diǎn)，都有一些屬性需要編輯。對(duì)這些屬性的編輯是配置工作的重要部分。屬性編輯的界面形式一般采用表格，最簡(jiǎn)單的方式是直接輸入，更高級(jí)的是通過(guò)拖拽輔助編輯。ASE Visual SCL還部分采用圖形操作來(lái)輔助編輯，這種方式最直觀易用，是以后發(fā)展的趨勢(shì)。還有一些屬性不方便用圖形來(lái)編輯，并且與其它節(jié)點(diǎn)有對(duì)應(yīng)語(yǔ)義聯(lián)系，這方面的方便性編輯方式還沒(méi)有充分考慮。 SCL文檔導(dǎo)入導(dǎo)出模塊 系統(tǒng)編輯器的一個(gè)重要功能是能導(dǎo)入各種SCL文件，也能將配置好的SCL文件導(dǎo)出。導(dǎo)入模塊負(fù)責(zé)調(diào)用解析模塊，將SCL文件節(jié)點(diǎn)信息插入到S

9、CL樹(shù)上。導(dǎo)出模塊負(fù)責(zé)調(diào)用解析模塊，將SCL樹(shù)上一個(gè)或者多個(gè)節(jié)點(diǎn)保存為XML格式的SCL文件。技術(shù)水平較高的系統(tǒng)配置器在導(dǎo)入文件時(shí)會(huì)先進(jìn)行語(yǔ)法校驗(yàn)，如果有錯(cuò)誤，能提示出來(lái)。校驗(yàn)的精度和提示的友好性都還有待進(jìn)一步提高。語(yǔ)義校驗(yàn)這一塊還極少有人涉及。在中文環(huán)境下導(dǎo)入SCL文件還有一個(gè)字符編碼的問(wèn)題，有的用utf8編碼，有的用GB2312編碼，或者GB18030編碼，這一塊也缺少應(yīng)有的關(guān)注。國(guó)外的系統(tǒng)編輯器(如ASE VisualSCL)沒(méi)有這方面的需要，因此也基本上沒(méi)有處理字符編碼的問(wèn)題。 信息來(lái)源:系統(tǒng)編輯器以上不足的原因大概有以下幾方面： 廠點(diǎn)模型時(shí)代的觀念還沒(méi)有完全轉(zhuǎn)變過(guò)來(lái) 采用廠點(diǎn)模型的軟

10、件一直采用的靜態(tài)模型，由于傳統(tǒng)的103協(xié)議和CIM模型等已經(jīng)比較成熟，不會(huì)經(jīng)常由于協(xié)議和模型的修改導(dǎo)致軟件的修改。但是IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)不一樣，由于其不成熟，還需要大量的工程實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)與完善，標(biāo)準(zhǔn)本身會(huì)不斷改進(jìn)，因此采用靜態(tài)建模會(huì)使軟件缺乏必要的靈活度和擴(kuò)展性，在與其它廠商的SCL文件互導(dǎo)時(shí)就會(huì)容易出問(wèn)題。 XML相關(guān)技術(shù)新穎，還沒(méi)有完全被掌握和應(yīng)用 XML技術(shù)平臺(tái)發(fā)展迅速，其中IEC61850采用的XML 1.0是2000年才定稿，XML Schema技術(shù)是2001年才被W3C推薦使用，并制定了XML Schema 1.0。IEC61850在2004年才正式采用該技術(shù)來(lái)取代DTD作為S

11、CL文檔的語(yǔ)義描述標(biāo)準(zhǔn)。XML技術(shù)平臺(tái)作為一個(gè)年輕的發(fā)展迅速的技術(shù)平臺(tái)，其技術(shù)潛力還遠(yuǎn)沒(méi)有被我們挖掘。 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)工程應(yīng)用較少，問(wèn)題暴露不夠充分 IEC61850是一個(gè)全新的標(biāo)準(zhǔn)，目前國(guó)內(nèi)外實(shí)施該標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)量有限，而且標(biāo)準(zhǔn)本身會(huì)不斷改進(jìn)。 3 VisualSCD介紹 3.1 VisualSCD設(shè)計(jì)思路 信息來(lái)源: 如圖所示，VisualSCD的核心是SCL模型樹(shù)，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(shù)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： 請(qǐng)登陸: 瀏覽更多信

12、息 圖 VisualSCD內(nèi)部結(jié)構(gòu) 信息來(lái)源:XML Schema映射模塊 我們通過(guò)研究XML Schema技術(shù)，成功研發(fā)出XML Schema語(yǔ)義模型到程序內(nèi)存中SCL語(yǔ)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(yǔ)法樹(shù)。在編輯SCL文檔時(shí)，只需要從語(yǔ)法樹(shù)中摘取相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，就可以根據(jù)語(yǔ)法節(jié)點(diǎn)建立起SCL模型樹(shù)中對(duì)應(yīng)的語(yǔ)義節(jié)點(diǎn)。 圖形編輯模塊 與ASE Visual SCL類似，我們?yōu)閺S站與IED建立相應(yīng)的圖形視圖。在廠站視圖中，可以通過(guò)畫(huà)圖操作添加刪除一次設(shè)備，也可以通過(guò)連線操作為一次設(shè)備建立連接。在IED視

13、圖中，可以直觀的看到一次設(shè)備與IED關(guān)系，也可以通過(guò)連線操作為IED之間建立GOOSE連接等等。圖形化操作通過(guò)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。 信息來(lái)源: 圖 VisualSCD主界面 請(qǐng)登陸: 瀏覽更多信息SVG模塊 廠站視圖中配置好的圖形是一張簡(jiǎn)要的廠站單線圖，后臺(tái)系統(tǒng)需要這樣一張圖，因此VisualSCD提供了對(duì)矢量圖形SVG的支持，可以將廠站視圖導(dǎo)出為SVG圖形，后臺(tái)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。 3.2 VisualScd功能特點(diǎn) 能靈活適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)變化 完全與IEC61850標(biāo)準(zhǔn)保持一致 可視化編輯簡(jiǎn)單易用 編輯方

14、式多樣化，適合各種層次的用戶 結(jié)構(gòu)通用開(kāi)放，可擴(kuò)展性好 3.3 VisualSCD與ASE VisualSCL對(duì)比 可視化圖形編輯 兩個(gè)配置器都支持，VisualSCD的圖形編輯上還做了一些改進(jìn)，比如支持IED視圖上的圖形編輯，而ASE VisualSCL只支持廠站視圖的可視化編輯。在后續(xù)開(kāi)發(fā)中，我們還考慮加入通信視圖的可視化編輯。 語(yǔ)法模型 ASE VisualSCL是靜態(tài)語(yǔ)法模型，VisualSCD是動(dòng)態(tài)語(yǔ)法模型。也就是說(shuō)，如果要支持最新的標(biāo)準(zhǔn)，前者需要修改程序，而后者只需要換掉標(biāo)準(zhǔn)的XSD文件。 SVG支持 VisualSCD支持SVG矢量圖形導(dǎo)出，ASE VisualSCL不支持。向?qū)?/p>

15、式編輯 ASE VisualSCL支持向?qū)降木庉?，VisualSCD還不支持。這和國(guó)內(nèi)外用戶的編輯習(xí)慣有關(guān)，國(guó)內(nèi)用戶對(duì)向?qū)Ь庉嫷囊蟛桓摺?4 結(jié)論 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)作為基于通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)唯一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)已經(jīng)將其引入為電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T860。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(jí)工具，它必須能夠與不同廠商的配置器交換IEC61850-6定義的SCL文件。本文在研究系統(tǒng)配置器的相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析并總結(jié)了目前國(guó)內(nèi)外系統(tǒng)編輯器的現(xiàn)狀與不足，最后介紹了南瑞繼保新開(kāi)發(fā)的新一代系統(tǒng)編輯器VisualSCD。VisualScd在模型上采用了自主研發(fā)的映射算法，能夠從IEC 61850-6的XSD文件中直接映射出SCL模型語(yǔ)法樹(shù)，保障最大限度地與標(biāo)準(zhǔn)兼容，并靈活地適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)。VisualScd在可視化編輯上也進(jìn)行了深入的探索，對(duì)于站內(nèi)一次設(shè)備之間關(guān)系、一次設(shè)備與IED、IED與IED的通訊數(shù)據(jù)等最重要的配置都可以直接通過(guò)畫(huà)圖完成，配置好的接線圖還可以導(dǎo)出為SVG矢量圖，方便后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)使用。對(duì)于IEC61850 SCL配置器的開(kāi)發(fā)有一定的參考意義和實(shí)用價(jià)值。 參考文獻(xiàn) 1 IEC61850. Communication Networks and System