（电力系统及其自动化专业论文）iec61850及其corba实现方法的研究.pdf

塑垩盔堂堡! ：兰篁堡；! ! ! ； a b s t r a c t a u t o m a t i o ns y s t e m si nt h ea r e ao fp o w e rs y s t e m sa r ew i d e l ya c c e p t e dt o d a y , b u tt h e y a r em o s t l yb a s e do nm a n yp r o p r i e t a r ys o l u t i o n so rs t a n d a r d s w o r l d w i d e e l e c t r i c u t i l i t yd e r e g u l a t i o ni se x p a n d i n gf o rs om a n yh e t e r o g e n e o u ss o l u t i o n s u t i l i t i e ss p e n d a n e v e r - i n c r e a s i n g a m o u n tf o rr e a l t i m ei n f o r m a t i o ne x c h a n g e ，c o s t sf o r s y s t e m i n t e g r a t i o na n dd a t am a i n t e n a n c ea r ce x p l o d i n gj u s tf o rt h ec o m p a t i b l ew o r ko f d a t a e x c h a n g i n gb e t w e e nd i f f e r e n ts y s t e m s ，i t i sn o t p r o p i t i o u s t ot h e d e v e l o p i n g o f a u t o m a t i o ns y s t e mf o rp o w e rs y s t e m a d d i t i o n a l l y , w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , t h eb a s eo fa u t o m a t i o ns y s t e m f o re x a m p l ei n t e r n e t t e c h n o l o g y ，o b j e c t o r i e n t e dt e c h n o l o g y , m u l t i a g e n tt e c h n o l o g y , s e c u r i t yt e c h n o l o g y i ti e c 6 1iiii i i 1i e c i t s ， ， i ij ii 1ilr 1 a p， i1 iiir b a1 1 ， k e y w o r d s s u b s t a t i o na u t o m a t i o n i e c 6 18 5 0 u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ) j a v a 3 浙江人学硕i j 学位论文 第一章绪论 电网调度自动化系统发展迄今为止已经历三代：2 0 世纪7 0 年代基于专用计 算机和专用操作系统的s c a d a 系统可以称为第一代；8 0 年代基于通用计算机 的e m s 系统称为第二代；9 0 年代基于r i s g u n i x 的开放分御式e m s d m s 系 统称为第三代，第三代系统已经发展了近1 0 年。随着计算机和网络技术的飞速 发展，第四代自动化系统的基础条件如i n t e r n e t 技术、面向对象技术、多代 理技术、厂站自动化技术、安全防护技术等已经具备，新一代调度自动化系统即 将诞生。 电厂罩的发电机把机械能转化为电能，电能经过变压器、变换器、和输电线 路送到需要用电的地方，再经过降压变电所降压，最后由配电线路把电能送到用 户，电力系统就是由发、输、变、配电和用户这五个环节组成的。变电站在输、 变、配电之中是电力系统中不可缺少的重要环节，它担负着电能转换和电能重新 分配的重要任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的任务。国际电工委员 中t c 5 7 技术委员会的w g l 0 1 2 工作组负责变电站的通信标准的制定，目前其 核心内容就是制定新的变电站自动化的系列标准l e c 6 1 8 5 0 。i e c 6 1 8 5 0 系 列标准与其他系列标准之间的关系如图1 1 。 6 1 盯0 e 1 8i n t e r - a d p l i c a * o nm e s s a g i n g v 曲c i 。n t 6 1 9 7 0 ，b 1 9 8 8c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e l ( 0 1h m 1 e 1 9 7 0c o m p o n a n t i n t e r f a c es p e o i f i 怕t i o n s ( c l s ) l m e | _ c c d a t au n k s e m s a p p sd m s a p p s e 1 8 5 0 口 a c s i 兰兰 $6 0 8 t 0 - 6 8 若 苎兰 掣 同 !o m寿 q 磬 h ( i s o t c p ) 8 ( i s o t c p ) 。j n c o n c o i s u b n a d o n s f i dd e v i c e s c e r l t er 图1 1 现有i e c 数据通信协议体系 浙江人学硕一i j 学位论文 变电站自动化系统s a s ( s u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ) 根据i e c 6 1 8 5 0 中的定义就是指在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化。变电站自动化 系统的功能包括控制、监视和保护变电站的设备及其馈线。同时，还包括变电站 自动化系统的维护功能，即系统组态、通信管理和软件管理等功能。 变电站自动化系统的传输规约和传输网络，是实现变电站自动化系统标准化 的重要方面，只有实现传输规约的标准化和传输网络的标准化，做到传输规约和 网络的统一，才能实现变电站自动化系统内设备的互换性。 目前变电站自动化通信规约呈现“百花齐放”的局面。国内电力公司一个普 通的变电站使用的规约可能是：南瑞、东方电子、许继、四方、a b b 、g e 、 6 0 8 7 0 5 1 0 3 ，几乎每个产品供应商都具有一套自己的标准，整个电网罩运 行的规约就可能达到上百种。而某些国外的大公司以自己的产品能够支持几百种 通信规约而感到骄傲。 在一个变电站内如果需要使用不同厂家的产品时，就必须进行规约转换。进 行规约转换需要大量的信息管理包括模型的定义、合法性验证、解释和使用等等， 这些都是非常耗时而且昂贵的。 传统的s c a d a 标准规约在设计时主要考虑有效利用带宽和硬件的配合。 i e c 6 0 8 7 0 5 ( 远动设备及系统传输规约) 与d n p 3 0 ( d i s t r i b u t e dn e t w o r k p r o t o c 0 1 分御式网络协议，主要用于北关) 就是在这种条件下产生的，实现了数 据采集的低层次意义上的互操作能力。而在硬件设备和网络技术飞速发展的今 天，存储空间和带宽已经不是主要问题，对于大量数据的统一管理成为目前发展 的迫切需要。 这一切表明传统规约已经不利于变电站自动化的发展。迫切需要一一种适合于 大量信息管理的、融入当前成熟的新技术( 比如说x m l ) 并且能够适应今后网 络技术发展的新的标准规约。i e c 6 1 8 5 0 就是在这种条件下产生的。 目前，典型的变电站自动化系统分层结构如图1 2 。在传统规约的情况下， “节点”的含义一般是指数据所处的硬件位置，比如说：r t u ，l e d ( i n t e l l i g e n t e l e c t r o n i cd e v i c e 智能电子装置) 、数据库、或者应用程序。这样就产生一个问 题，当增加一个节点时意味着需要付出相当高的代价用于现有数据库的维护和节 点通信( 如：规约转换) 。越来越多的应用程序需要和现有数据接口，应用程 序的使用变得越来越复杂，而非标准规约的普遍存在只能使这种复杂性交得更为 严重。因此，这种按照传统规约方式定义的“节点”表现不够合理。 浙江大学硕i 学位论文 设 备 层 一。 电 监控主机 远动主机 站 层 ， ： j ii 单 一 保保兀 f 测量 f i 控伟 f 护护层 i 盟监 间兀兀 隔ln 层 丌丌 j1 ， 1 r 过 11 程 t ， r葛压t p 高压t a 断t a 断 层 t 、 ：发备 t 、 良备 t v 路 t v 路 图1 2 变电站自动化系统结构框图 器器 i e c 6 1 8 5 0 从根本上改变了传统规约节点限于硬件的局限性。它按照系统的 功能定义了逻辑节点的概念，即逻辑节点是变电站自动化系统中最小的功能单 位。根据定义，一个包含了多种保护类型的微机保护装置可以包含若干个逻辑节 点，监控主机和远动主机均按功能分为多个逻辑节点，传统型的t a 、t v 由于只 提供数据采集功能而分别作为一个逻辑节点，新型的基于光学原理嵌有微处理器 的t - a 、t v 具有对数据进行一定的处理功能，因而可以包括多个逻辑节点。在新 的标准条件下，变电站内部每个二次设备都含有微处理器，可以独立实现一定的 功能；各个设备之阃不是通过固定的物理设备直接连接的，而是连接到通信总线 上，逻辑节点之间通过总线寻址找到与之通信的逻辑节点；整个变电站的功能是 通过各个逻辑节点之间的通信完成的，而逻辑节点可能位于各种类型的物理设备 上，因而整个系统是完全分布式的，图1 3 显示了逻辑节点在各个层之问可能的 分布情况。 浙江大学坝l 学位论文 监控主机远动主机 婴。 l 品li l v 黼节点 电 站 层 拿 - 堕 间隔设备1间隔设需n 一 兀 层 o o o o 间 o 隔 jl jl 层 1r 1r 。 ：过 程 层 oo ot a 、t v 、以及传感器 ooo 图1 3 逻辑节点在变电站自动化系统中的分布 i e c 6 1 8 5 0 满足了目前对于信息管理和数据集成的需要。它定义了能够跨 越各个公司的标准的数据模型。区别于传统规约在网络上传递原始数据( r a w d a t a ) 的方式，新的标准在网络上能够传递一种实时的、自我描述即元数据 ( m e t a d a t a ) 的、可进行在线验证的信息模型。数据对象的传递形式不是以各 用户或者产品供应商定义的特殊值，而是以带有自己的名称的形式传递。 i e c 6 1 8 5 0 还定义了标准的数据模型，一系列的实时s c a d a 服务，以及高 级通信系统的实现方式。这一切实现了高层次意义上的应用程序的互操作能力。 从这一点上讲，i e c 6 1 8 5 0 远远超出了传统s c a d a 规约。 为了更清楚的描述i e c 6 18 5 0 产生的意义，这里举例进一步说明：假如在自 己的家旱，所有的家用电器不是通过电源插座和插头这样的接口来用电的，而是 家用电器直接和电源用导线连接。这样，每个电器都要有一条导线嵌在墙罩和电 源相连。各种电器好比是变电站的站内设备，电源好比是变电站的通信方式。可 以想象，每条线路的接法都不同，使用的每条导线也可能不同。如此的接线方式， 无论更换电器，还是更换电源都是复杂而令人烦恼的事情。而这就是目前变电站 遇到的同样的情况。i e c 6 1 8 5 0 就相当于在家里安装了插座和插头。它作为变电 站的通用通信标准使更换电源与电器都变得相当简单。 在变电站自动化的发展初期，产品供应商只能根据公司员工的创造力制定一 塑翌盔兰堡! ：堂垡堡；! ! ! ； 套通信标准以便实现自动化的功能。这些产品包括各种类型的直接与计算机相连 接的串口及串口规约；供应商设计出能够将变电站内部各元件联接成网络，并能 够向远方传递信息的自动化系统，然而这样的系统所使用的规约，或者报文的数 据和结构仍然是不同的。因此，用户选择变电站自动化系统时往往只能选择一个 整套的解决方案，而不能在几个解决方案中选择一部分进行综合配置。 这样问题就出来了，电力公司在选择自动化系统时，一开始看供应商提供的 解决方案都比较合理，主要的功能也都可以实现，但是，当需要选择各种各样的 保护、测控装置时，发现各个设备和系统之问由于不同的通信规约根本不可能直 接连接，于是不得不对每个供应商的产品进行规约转换。无疑这需要增加投资， 也增加了系统的复杂性。 于是电力公司提出希望能够在一个变电站内部可以轻松的将各种l e d 结合 起来的要求，更进一步，希望能够将整个电力系统整合起来，而在这个更宽领域 的网络内部，不仅仅要实现数据采集的功能，还要能实现远程控制，多个l e d 之间能够高速的共享数据和控制指令。要实现这些互操作要求，就必须消除现有 的变电站内大量专用控制线甚至整个电网内的专用通信。 现在许多电力公司已经在变电站内某种程度上实现了自动化，但是，在系统 与高层系统之间的通信由于方式的多样性，显得不够完美。 在美国，e p r i ( e l e c t r i cp o w e rr e s e a r c hi n s t i t u t e 电力研究院) 早在八十 年代就意识到这些问题，并开始制定u c a ( u t i l i t yc o m m u n i c a t i o n sa r c h i t e c t u r e 电力通信框架) 计划，其目标就是实现电力系统整体框架内的通信标准化。 在八十年代后期，欧洲的供应商所提供的变电站自动化系统是基于 i e c 6 0 8 7 0 5 ，可以实现不同供应商l e d 之间的通信。虽然此时的北美变电站自 动化才刚刚丌始，然而这些自动化产品在北美却打不开市场，原因是其复杂的结 构和昂贵的价格，主要就是规约转换带来的问题。于是，开发新一代的变电站控 制和保护通信标准的要求变得更加迫切，1 9 9 5 年，i e c 丌始了6 1 8 5 0 的制定计 划，其主要目标正如e p r i 一样定义变电站监控的标准通信框架，基于新标准的 各供应商的l e d 之间互操作应该避免复杂的兼容系统。i e c 6 1 8 5 0 为了和北美现 有u c a 兼容，其基本模型参照原有u c a 模型，并在其基础上进行扩展，结合 i e c 6 0 8 7 0 5 、i e c 6 0 8 7 0 6 部分的经验以国际化为目标制定的，如图1 4 。 我国变电站自动化在近几年发展迅速，各个公司都相应提出了各种变电站自 动化解决方案，因此在发展过程中同样遇到各种产品的兼容性问题。例如，我国 5 0 0 k v 变电站的建设，国内的惯例是保护和自动化系统分别招标，一般来说， 保护和自动化系统不是同一厂家的，这就造成保护和自动化系统之间通信接口不 兼容的困难。 塑竖叁堂堕! ：兰垡堡塞 综上所述，i e c 6 1 8 5 0 标准将对变电站自动化系统乃至整个电网的自动化系 统的发展起到相当重要的作用，并将产生深远的影响。 图1 4i e c 6 1 8 5 0 的全球目标 本文首先介绍i e c 6 1 8 5 0 的主要特点和内容，其中重点介绍标准的第六、七 部分变电站配置描述语言与基本通信结构的信息建模原理。然后针对控制中心与 变电站之问通信的问题，作者进行了以下几个方面的工作： 信息模型的统一建模语言u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) 建模。 i e c 6 1 8 5 0 中定义了十四个服务模型、几十种公共数据和九十个左右的逻辑节点。 其中逻辑节点中详细说明的属性达二千多个。对这些模型建模可以使工程实践变 得更加简单，u m l 易于使用，可以进行可视化建模，方便丌发者和使用者进行 交流。因此，使用u m l 描述i e c 6 1 8 5 0 模型是工程实践分析、设计和表示的基 础。作者使用u m l 对i e c 6 1 8 5 0 中定义的模型均进行了建模，并描述了模型之 i 、白j 的关系。 i e c 6 1 8 5 0 与公共对象请求代理结构c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e ) 的映射。对象管理组织o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 是一个由多个计算机软件和硬件丌发商组成的组织，由它提出的c o r b a 是一种 跨语言、进程和机器边界的分布式对象体系结构，是目前使用的主流远程体系结 构。本文对i e c 6 1 8 5 0 与c o r b a 映射的基本方法做了介绍。 使用j a v a 语言实现i e c 6 1 8 5 0 与c o r b a 的映射。作者针对控制中心与变 电站之问通信用到的基本服务做了c o r b a 的映射，并实现了部分模型。本文的 第五章介绍了实现映射的基本过程。 浙江人学倾i 学位论文 2 1 特点及影响 第二章i e c 6 1 8 5 0 介绍 i e c 6 1 8 5 0 本身所具有的与传统规约不同的主要特点以及将对变电站自动化 系统产生的影响如下。 2 ，1 1 独立于具体通信技术 目前，通信技术普遍将网络划分为7 层，如图2 1 所示，底层的通信部分更 新速度比较快，而上层的应用领域一般发展比较慢。i e c 6 1 8 5 0 在应用层定义了 抽象通信服务接口( a b s t r a c ti n t er f a c e ) ，抽象通信服务接口通过具体的映射 ( m a p p i n g ) 将抽象服务映射为实际的通信技术，这样就使6 1 8 5 0 独立于目前 飞速发展的网络技术而存在。例如，目前i e c 6 1 8 5 0 可以在光纤物理层上实现 m m s ( m a n u f a c t u r i n g m e s s a g e s p e c i f i c a t i o n 制造报文规范) 、t c p i p 、c o r b a 等等的映射，而将来随着网络技术的发展，可以在无线网络的物理层或者千兆以 太网的链路层实现映射。在抽象接口之上定义的对象模型和相关服务不会因为这 些底层网络技术的改变而受到影响，应用领域的投资将会得到保障。 图2 1 i e c 6 1 8 5 0 通信建模减少对通信技术的依赖 浙江人学硕i ：学位论文 2 1 2 按功能划分节点 传统规约中节点的含义一般就是指数据所处的硬件位置，比如说r t u i e d 、 数据库、或者应用程序，这样的节点相当不灵活。i e c 6 1 8 5 0 中普遍使用逻辑节 点( l o g i c a ln o d e ) 的概念，即所有功能的最小单位为逻辑节点。逻辑节点位于 物理设备内，并执行物理设备的一个功能，如距离保护逻辑节点( p d i s ) 位于 保护设备内。i e c 6 1 8 5 0 中定义了大约九十个逻辑节点，所有变电站的功能将通 过这些逻辑节点之间的信息传递来完成。图2 2 举例说明逻辑节点在变电站自动 化系统中可能的几种分布情况。 图2 2 逻辑节点在变电站自动化系统中的分布 这种按功能划分节点的方法非常重要。各个变电站自动化系统虽然结构不尽 相同，但是其要实现的功能基本相同。i e c 6 1 8 5 0 正是使各个不同的变电站自动 化系统最终都按功能拆分成逻辑节点，避免了实际系统由于不同的结构和生产厂 家而造成复杂多样的通信系统，从而将设备之间的通信转变成逻辑节点之间的通 信。 图中圆点代表逻辑节点，任何一个逻辑节点都是由数据和逻辑节点服务构成 的，其中中间有阴影的圆点代表功能性的单元，无阴影的代表冗余逻辑节点单元。 2 1 3 支持长期的系统维护 在长期的系统维护中，比如说系统的扩展，用户可以选择任何一种支持 e c 6 1 8 5 0 的产品和原有系统搭配。新的标准内部定义了变电站配置语言( s c l s u b s t a t i o nc o n f i g u r a t i o nl a n g u a g e ) ，所有符合新标准的产品都使用这种语言 浙江人学硕十学位论文 对产品进行标准的自我描述。整个系统的配置语言同样也是s c l ，这样，当新 的产品加入到系统中时，系统配置工具就能够认识该产品，并进行系统的重新配 置，如图2 3 。图中心位置的是系统配置工具，设备( 1 e d ) 将设备本身的配置 信息提交给系统配置工具，系统配置工具根据系统配置文件标准( s c l 标准) 进行系统配置，并将新的配置文件通过设备特有配置工具传到设备中，同时，系 统配置工具更新系统配置文件，完成整个配置过程。系统配置文件中含有变电站 系统中所有的通信接口，逻辑节点的描述，系统根据配置文件可以完成寻找通信 接口和逻辑节点的功能。这样一来，产品供应商只需要提供符合i e c 6 18 5 0 标准 的设备配置工具，即可以与现有系统交互配置信息。如果完全兼容，产品内部还 应该定义符合i e c 6 1 8 5 0 的信息模型。由此可见，只要设备产品符合i e c 6 1 8 5 0 标准就可以满足变电站自动化系统的要求，而不需要传统规约中的产品与系统之 问的规约转换问题，大大提高了系统的灵活性。 图23 变电站配置语言( s o l ) 在设备和配置工具之间的使用 2 1 4 对变电站结构的影响 变电站的功能在逻辑上可以分为三层：变电站层、间隔层、过程层。然而传 统条件下，过程层实际上就是t a 、t v 等设备直接通过导线连接到问隔层，过程 层执行极其简单的i o 过程。在i e c 6 1 8 5 0 的条件下，将会出现具有嵌入式系统 的数据采集单元( d a u d a t a a c q u i s i t i o nu n i t ) ，这种包含微处理器的数据采集 14 单元替代传统的t a 、t v 及其他传感器设备。多个数据采集单元将模拟信号转换 成数字信号直接连接在过程层主线上，如图2 4 所示。过程层总线同时支持各种 数据采集单元和间隔层设备，间隔层与过程层之间可以通过“点对点”p e e r t o p e e rs ) 直接连接，也可以通过过程层主线以虚拟直接连接的方式实现。目前北美 和欧洲一些大公司币在进行这种新式数据采集单元的研究工作。 图24 未来变电站过程层结构 2 2i e c 6 1 8 5 0 内容概述 i e c 6 1 8 5 0 包含了变电站自动化系统从性能要求，工程管理，到数据建模和 网络通信的一系列内容，该标准共包括十个部分的内容，具体内容见表2 1 。 表2 1i e 0 6 1 8 5 0 内容 部分内容标题 1基本原理 b a s i cp r i n c i p l e s 2术语 g l o s s a r yo ft e r m s 3 总体要求 g e n e r a lr e q u i r e m e n t s a 系统和工程管理 浙江人学硕l 学位论文 s y s t e m a n dp r o j e c tm a n a g e m e n t 5功能和设备模型的通信要求 c o m m u n i c a t i o n r e q u i r e m e n t s f o rs u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e mf u n c t i o n s 6 变电站智能电子装置结构语言 c o n f i g u r a t i o nl a n g u a g e f o re l e c t r i c a ls u b s t a t i o nl e d s 7基本通信结构 b a s i cc o m m u n i c a t i o ns t r u c t u r e 8 变电站层与间隔层具体通信服务映射 s p e c i f i cc o m m u n i c a t i o ns e r v i c em a p p i n g ( s c s m ) 9 间隔层与过程层具体通信服务映射 s p e c i f i cc o m m u n i c a t i o n s e r v i c e m a p p i n g ( s c s m ) 一m a p p i n g t c p o i n t - t o p o i n tl i n kw i t he t h e r n e t 1 0 一致性测试 c o n f o r m a n c e t e s t i n g 第一部分基本原理，主要介绍了i e c 6 1 8 5 0 产生的必要性，以及标准各部 分主要内容的简介。 第二部分术语，这部分内容为该标准中变电站自动化系统专门术语词汇表。 第三部分总体要求，介绍了变电站自动化系统内通信系统的质量要求，包 括可靠性、可用性、可维护性和安全性等等。 第四部分系统和工程管理，包括变电站内必备硬件配置的定义、功能和信 号质量的适应性以及所有具体定义的文档。 第五部分功能和设备模型的通信要求，内容包括变电站功能和接口的逻辑 分配、互操作方法、逻辑节点的概念、p i c o m ( p i e c eo fi n f o r m a t i o nf o r c o m m u n i c a t i o n 通信信息片) 的概念、功能定义的规则、功能分类、逻辑节点 列表、逻辑节点和相关的p l c o m 、逻辑节点分配和交互原理、使用逻辑节点附 加原理、p i c o m 表结果、报文类型以及动态性能要求。 第六部分变电站智能电子装置语言，主要介绍变电站配置语言s c l 的对象 模型和语言内容。 第七部分基本通信结构，该部分是整个标准的核心内容，分为四个部分： 7 1 原理和模型；7 2 抽象通信服务接i ：1a c s i ( a b s t r a c tc o m m u n i c a t i o ns e r v i c e i n t e r f a c e ) ；7 - 3 公共数据模型；7 _ 4 兼容逻辑节点和数据类。 第八部分变电站层与问隔层具体通信服务映射，将变电站层的服务映射到 具体通信服务，比如说映射成m m s 、c o r b a 。 第九部分问隔层与过程层具体通信服务映射，这一部分说明了间隔层和过 浙江人学硕“j 。学位论文 程层之间通信的具体通信服务映射。 第十部分一致性测试，系统的一致性进行测试。 从上述内容来看，第七部分基本通信结构的原理和模型是标准的核心部 分，是变电站自动化系统上层应用和下层实现的接口部分。本文的重点内容也将 集中介绍第七部分内容，并重点介绍7 2 部分抽象通信服务接口，同时对于第五 部分和第六部分的主要相关部分也作了相应的介绍。第八部分，变电站层到间隔 层映射为m m s ，主要是由于u c a 的最初模型就采用了这种映射方式，i e c 6 1 8 5 0 吸收了这一部分直接继承下来。i e c 将来会制定6 1 8 5 0 的c o r b a 映射标准， 本文对映射过程的各方面内容包括模型的u m l 描述、映射内容、实现方法作了 初步的探索。 2 3 变电站自动化系统的功能与逻辑节点 变电站自动化系统s a s ( s u b s t a t i o n a u t o m a t i o ns y s t e m ) 的功能包括控制、 监视、保护变电站的设备与馈线。另外还包括一些变电站自动化系统的维护功能， 即系统配置、通信惯例或者软件管理等功能。一般来讲，一个变电站自动化功能 变电站 间隔层 压力 技术服务 上觚设稀少l 图2 5 变电站自动化系统的分层结构 方佩护 是山一些相互交换数据的逻辑节点组成的，逻辑节点是功能的最小单位，功能间 可以相互交换数据，若一个功能由分布在不同物理设备上的二个或者多个逻辑节 浙江人学i ! ； 学位论文 点共同完成，则这个功能称作分布式功能。 变电站自动化系统的功能在逻辑上可分为三层( 变电站层、间隔层或单元层、 过程层) 。这些层及逻辑接口1 9 之间的逻辑关系如图2 5 所示。 1 、过程层功能包含所有与过程接口的功能，即普通的状态量和模拟量的输 入输出功能，如数据采集和发布命令。这些功能通过逻辑接口4 和5 与间隔层 通讯。 2 、间隔层功能主要是使用一个问隔的数据并且对这个间隔的一次设备进行 操作。在i e c 6 1 8 5 0 中，间隔意味着变电站的任一部分，如一条馈线、一个线路 变压器组。间隔的定义考虑变电站一次配置的一些有意义的子结构以及二次系统 ( 变电站自动化) 的本地功能和自控能力，例如，线路保护或者间隔控制功能。 这些功能通过逻辑接口4 和5 与过程层通讯，通过逻辑接口3 与间隔层通讯。 3 、变电站层功能有两类： 过程层关联的变电站层功能可以使用多个间隔或者整个站的数据，并且对多 个间隔或者整个站的一次设备进行监视和控制，如变电站级闭锁、顺控或者母线 保护。这些功能主要通过接口8 通讯。 站级功能相关的接口表示变电站自动化系统s a s 与本站操作h m i ( h u m a n m a c h i n e i n t e r f a c e 人机接口) 的接口、远方控制中一i 二, t c i ( t e l e c o n t r o li n t e r f a c e ) 的接口以及远方监视和维护工程师站t m i ( t e l e m o n i t o r i n gi n t e r f a c e ) 的接口。 这些功能通过逻辑接i ：q 1 和6 以及变电站之间的逻辑接i ：q 7 通信。 接1 32 的远方保护不在i e c 6 1 8 5 0 的讨论范围之内。接口1 0 是变电站与网 络控制中心之间的控制数据通信，此内容目前也不在i e c 6 1 8 5 0 的讨论范围之 内。由于接1 ：37 与接口1 0 非常相似，i e c 6 1 8 5 0 将来会进一步协调这两个接i z l 的功能。 变电站自动化系统的设备物理上被安装在三个不同的功能层上( 变电站层、 问隔层和过程层) 。 ( 1 ) 典型的过程层设备是远方i o ，智能传感器和执行机构。 ( 2 ) 间隔层设备包含控制、保护和每个间隔的监视单元。 ( 3 ) 变电站层包括配有数据库的站级计算机、操作场所、远方通讯接1 ：3 等组成。 逻辑节点是i e c 6 1 8 5 0 中非常重要的一个概念。变电站的所有功能被分解成 逻辑节点，逻辑节点是变电站自动化系统中功能的最小单位。这些节点可能分布 在一个或多个物理设备上。逻辑节点零( l n o ) ，作为一个特殊的逻辑节点用来 管理和控制逻辑设备自身。逻辑节点( l n ) 通过逻辑连接( l c ) 相连。如图2 6 所示，一个物理连接可能用于多个逻辑连接，物理连接和逻辑连接可以在一个物 理设备内实现，也可以在不同的物理设备之间实现。 塑垩叁兰塑! ：兰丝堡苎 图2 6f 功能模块、l n 逻辑节点、p d 物理装置、l c 逻辑连接和p c 物理连接之间的关系 逻辑繁点 【- 一嘞青豁一j 断潞器 距离保常 造电流缳妒 同雕铡 xxx _ ) ( 1 _ x x _ _ xxx xx j xx l x l 图2 7 功能模块、逻辑节点和物理装置之间的关系 例如图2 7 中距离保护功能拆分成逻辑节点包括人机接口、距离保护、过电 流保护、断路器、间隔t a 、t v 。这些逻辑节点之问通过互相协作就可以完成整 个距离保护需要实现的功能。图中数字含义：1 工作站；2 同步开关：3 距离保 护单元和过流保护；4 问隔控制单元；5 、6 电流电压互感器；7 母线电压互感器。 i e c 6 1 8 5 0 种定义了大约9 0 种逻辑节点。 帮；ll；黪漆藩。擎ll；蕊 图豳露塑露露露圃一圆圈圈圈团圈 塑坚叁兰堡! ：堂竺丝苎 2 4 变电站配置语言 2 4 1 概述 i e c 6 1 8 5 0 第六部分定义了一种描述设备l e d ( i n t e l l i g e n t e l e c t r o n i c d e v i c e ) 和通讯系统配置的语言，称为变电站配置语言s c l ( s u b s t a t i o nc o n f i g u r a t i o n l a n g u a g e ) 。其目的是为了在变电站自动化系统之间传递设备l e d 功能描述文 件和变电站自动化系统功能描述文件。 该语言能够传递一个l e d 配置文件到通信和应用系统，并且能够反过来将 整个系统的配置文件以兼容的方式传递给l e d 。它的主要目的是能够在不同产品 供应商的l e d 之间实现互操作功能。 图2 8 是一个配置过程信息流参考模型，该图解释了工程中s c l 数据交换 的使用方法，其中虚线框表示s c l 文件的使用。l e dc a p a b i l i t i e s 框表示预先配 置l e d 时需要从l e d 的现有数据库中读取配置信息，将信息传递给系统系统配 置工具( s y s t e mc o n f i g u r a t o r ) ，由系统配置工具进行整个系统的信息配置。设 备配置器( 1 e dc o n f i g u r a t o r ) 是产品供应商对产品的专有配置工具，它能够下 载配置文件，并对l e d 进行特有的设置。系统配置工具是独立于l e d 而存在的， 它能够从l e d 中读入该设备的配置信息，作为系统级的工具，它还必须将整个 系统的配置信息传递给所有系统内的l e d 。 虚线以下部分表示设备配置器产生的配置信息如何传递到各个l e d ，f 如图 2 ，8 中所示，可以通过本地的文件传输，或者远程的文件传输，也可以通过 i e c 6 1 8 5 0 内定义的文件传输服务进行传输。 实际工程中，一个最典型的配置过程是在系统中新加一个l e d 。这样一个配 置过程可以总结如下： 1 、 设备l e d 将本身的描述信息传递给系统配置工具。 2 、 系统配置工具检查l e d 配置信息是否符合i e c 6 18 5 0 的配置文件标 准。 3 、 如果符合标准，系统配置工具将更新系统配置文件，并将新的系统配 置文件传递给所有l e d 。如果不符合标准，则表示新的l e d 不兼容， 系统配置失败。 浙江人学硕| + 学位论文 图28 配置过程信息流参考模型 2 4 2 $ c l 对象模型 s c l 包含了如下模型： 一次系统结构：描述了一次设备需要用到的一次系统接线方式。 通信系统：描述了l e d 通过哪些通信接口点与系统及子系统进行连接的。 应用层通信：描述数据是如何打包成数据集的，什么条件下触发发送数据服 务，来自其他l e d 的数据哪些是必需的。 每一个l e d ：描述一个l e d 中包含哪些逻辑设备，逻辑设备中包含哪些逻辑 节点以及逻辑节点属于哪些类，哪些数据以及连接是可用的，哪些数据应该 写入r 志。 临时逻辑节点类型定义：正如数据和服务都含有可选部分一样，临时逻辑节 点在这早定义，作为包含数据对象和服务的模板是可选的，不是必须定义的。 临时逻辑节点与其相对应的l e d 的关系。 s c l 描述的对象模型各部分之间的关系用u m l 模型表述如图29 所示。 塑垩叁兰堡! ：堂竺堡壅 一 图2 9s c l 对象模型 从图中可以看到，s c l 主要包括三部分：变电站主接线部分、l e d 描述 和通信结构。 变电站主接线部分。图中s u b s t a t i o n 表示整个变电站；v o l t a g el e v e l 表示变电站电压等级相同的部分，是可选部分；b a y 指间隔部分； p r i m ar yd e v i c e 指一次系统部分，例如：断路器、隔离开关、变压 器绕组等等；s u b d e v i c e 指一次系统的部分，比如洗三相设备中 的一相；c o n n o d e 指连接一次设备的电气连接节点对象，比如说连 接间隔的母线、问隔内的连接点、连接不同变电站的线路等。图中 c b r 、d i s 、v t r 分别表示断路器、隔离丌关、电压互感器等一次 设备。 l e d 模型。l e d 由硬件部分和软件部分组成，s c l 在这里只包括l e d 中构成变电站自动化系统的硬件部分，次设备作为产品不在这罩 描述，但是它们的功能部分作为变电站的结构为了功能的命名目的 在此进行了建模。图中l e d 模型部分含义如下： 变电站自动化设备l e d ，由多个逻辑节点组成，实现变电站自 动化功能； 服务器s e r v e r ，l e d 内的通信实体，如标准第7 部分定义的， 通过它的服务才能进一步访问它内部包含的逻辑设备和逻辑节点 的数据。 逻辑设备l d e v i c e ( l o g i c a ld e v i c e ) ，如标准第7 部分定义的， 它位于一个l e d 的s e r v e r 内部。 22 浙江人学硕：i 学位论文 逻辑节点l n o d e ( l o g i c a ln o d e ) ，逻辑节点。正如标准第7 部分定义的，它位于一个l d e v i c e 内部。 数据对象d o ( d a t ao b j e c t ) ，逻辑节点内定义的数据对象。 通信系统模型。与上述两种模型不同的是通信系统模型没有明显的 层次关系，模型表达了l e d 之问以及通过接口点( a c c e s sp o i n t ) 的子网络( s u b n e t w o r k ) 的逻辑连接。其中子网络在这里仅仅指连 接接1 ：3 点的连接节点。接口点是逻辑设备与子网络的通信接口点， 它可能是一个物理接口，也可能是一个s e r v e r 内的逻辑地址。 r o u t e r 和c l o c k 表示路由器和时钟。 2 4 3 配置描述文件 配置描述文件简称配置文件，是用于在不同配置工具之间进行交换配置数据 的文件。正如本小节概述中的描述，配置文件分为两种：l e d 配置文件和系统配 置文件，两种文件都是用s c l 语言描述的，在工程实际中，用不同的扩展名进 行区分：l e d 配置文件使用扩展名i c d ；系统配置文件使用扩展名s c d 。 l e d 配置文件是用于将配置数据从l e d 配置工具传递到系统配置工具侧的。 该文件描述l e d 的所有功能主要包括逻辑节点类型的定义。另外，变电站模型 作为可选部分，也可以进行描述。该文件l e d 的n a m e 属性如果是空的，则描 述的是一种设备类型，n a m e 属性非空，则描述的是项目中的l e d 实体。 系统配置文件是用于将配置数据从系统配置工具传递到l e d 配置工具侧的。 陔文件包括所有l e d 的描述信息，通信系统模型，以及变电站一次设备模型。 2 4 4x m l 下一部分将介绍s c l 语言，但是，出于浚语言是基于x m l 技术的，因此， 有必要先对x m l 进行简要的介绍。 可扩展标、庀语言x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 由万维网联盟( w 3 c ) 设计，是通用标记语言s g m l ( s t a n d a r dg e n e r a lm a r k u pl a n g u a g e ) 的一个 子集。概括地说，x m l 是一种元数据标记语言( m e t a m a r k u pl a n g u a g e ) ，可 提供描述结构化资料的格式，详细来说，x m l 是一种类似于超文本链接标示语 言h t m l ( h y p e r t e am a r k u pl a n g u a g e ) ，被设计成用于描述数据的语言。x m l 提供了一种独立于运行程序的方法来共享数据，它是用来自动描述信息的一种新 的标准语占，它通过计算机通信把i n t e r n e t 的功能由信息传递扩大到人类其他多 种多样的活动中去。 x m l 由若干规则组成，这些规则可用于创建标记语言，并能用一种被称作 浙江大学硕士学位论文 解析程序的软件处理所有新创建的标记语言，正如h t m l 为一个计算机用户阅 读i n t e r n e t 文档提供一种显示方式一样，x m l 也创建了一种任何人都能读出和 写入的世界语。x m l 解决了h t m l 不能解决的两个w e b 问题，即i n t e r n e t 发展 速度快而接入速度慢的问题，以及可利用的信息多，但难以找到自己需要的那部 分信息的问题。x m l 能增加结构和语义信息，可使计算机和服务器即时处理多 种形式的信息。因此，运用x m l 的扩展功能不仅能从w e b 服务器下载大量的信 息，还能大大减少网络业务量。由于x m l 的可扩展性和已经标准化的特点，x m l 迅速被应用到各个领域用于数据交换。 与h t m l 一样，x m l 也是一种基于文本的标记语言，用标记( 一对尖括号) 来表示数掘。不同的是，x m l 的标记说明了数据的含义，而不是如何显示它。 x m l 的标记由一对尖括号组成，在它们之间是x m l 数据的一个元素。一