（电力系统及其自动化专业论文）基于iec61850的ied通信接口研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第| | 页 a b s t r c t t h es u b s t a t i o na u t o m a t i o ni sb e i n gr a p i d l yd e v e l o p e di nc h i n a ，b u tt h e y a l 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 e l e c t r i cu t i l i t y d e r e g u l a t i o ni se x p a n d i n g f o rs om a n y h e t e r o g e n e o u s s 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 n e x c h a n g e ，c o s t s f o r s y s t e mi n t e g r a t i o na n dd a t am a i n t e n a n c e a r ee x p l o d i n g j u s tf o rt h ec o m p a t i b l e w o r ko fd a t ae 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 ti sn o tp r o p i t i o u st ot h e d e v e l o p i n go fa u t o m a t i o ns y s t e m f 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 e r a p i dd e v e l o p m e n t o fi 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 tt 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 , p o w e r f u l p r o c e s s o r s ，i sm a t u r e t om e e tt o d a y sa n df u t u r er e q u i r e m e n t san e w s t a n d a r d w i t ha na d v a n c e d a p p r o a c h h a sb e e n r e q u e s t e d i e c 6 1 8 5 0 ，i e ，s u b s t a t i o n c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n d s y s t e m i sa n i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r da b o u ts u b s t a t i o na u t o m a t i o nc o n s t i t u t e db yi e ct c 5 7 t or e a c ht h e i n t e r o p e r a t i l i t y a n dt h es e a m l e s sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ko f s u b s t a t i o n ，t h ea 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 ei n t e r f a c e ) i sp r e s e n t s u b s t a i o na u t o m a t i o ns y s t e mi sb u i l d e du p b y a c s im o d e l f i r s t l yt h i st h e s i si n t r o d u c e st h ep r o d u c t i o n ，d e v e l o p m e n to f i e c 6 1 8 5 0 a n di t si n f l u e n c eo ns u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m t h e nt h ec o n s t i t u t i o n t h o u g h t s ，c h a r a c t e r i s t i c s a n ds t a n d a r d s y s t e m c o n t e n to fi e c 6 18 5 0a r e i n t r o d u c e di n d e t a i l u s i n gu m l ( u n i f i e dm o d e ll a n g u a g e ) m o d e l st h e i n f o r m a t i o nm o d e lo fi e d e q u i p m e n t ，a n do nt h i sb a s i s ，t h ea c t u a lp r o t e c t i o n d e v i c e sa r e a n a l y z e d a n dt h ed a t am o d e li s e s t a b l i s h e d a c c o r d i n g t o s u b s t a t i o ns y s t e ma n dt h el a y e r e da n dm u l t i p l es t e p p e dc h a r a c t e r i s t i co fi e d e q u i p m e n t , t h e d a t am o d e lo fl e de q u i p m e n ti sr e a l i z e d b ya d o p t i n g o b j e c t o r i e n t e dp r o g r a ml a n g u a g ej a v a ，a n di sc h a n g e di n t ot h ef i l eo fx m l ( e x t e n dm a r k e dl a n g u a g e ) f o r m a t f i n a l l yt h et h e s i so p e n su pp r o s p e c t sf o r t h er e a l i z a t i o no f t h es t a n d a r d k e yw o r d s ：a c s i ，l e d ，d a t am o d e l ，u m l ，x m l 西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 1 1 引言 第一章绪论 变电站自动化系统( s t a t i o n a u t o m a t i o ns y s t e m ，s a s ) 主要的功能有 控制、监视和保护变电站的设备及其馈线。另外，还包括一些变电站自动 化系统的维护，即系统配置、通讯管理或者软件管理等功能【5 l 。 基于大规模集成电路的发展，导致了快速的、功能强的微型处理器的 出现，才有变电站自动化系统实现的可能。引起了变电站二次设备从电子 机械设备向数字化设备发展。变电站二次设备部分按功能分为四大类产 品：继电保护、故障录波、当地监控和远动。按系统模式出现顺序可将变 电站自动化发展分为三个阶段： ( 1 ) 面向功能设计的集中式r t u 加常规保护模式 8 0 年代及以前，是以r t u 为基础的远动装置及当地监控为代表。该 系统实际上是在常规的继电保护及二次接线的基础上增设r t u 装置，功 能主要为与远方调度通信实现“二遥”或“四遥”( 遥测、遥信、遥控、 遥调) ：与继电保护及安全自动装置的联结通过硬接点接入或串行口通信。 ( 2 ) 面向功能设计的分布式测控装置加微机保护模式 第二阶段始于9 0 年代初期，单元式微机保护及按功能设计的分散式 微机测控装置得以广泛应用，保护与测控装置相对独立，通过通信管理单 元能够将各自信息送到后台或调度端计算机。特点是继电保护( 包括安全 自动装置) 按功能划分的测控装置独立运行，应用了现场总线和网络技术， 通过数据通信进行信息交换。此系统电缆互联仍较多，扩展性功能不强。 ( 3 ) 面向间隔、面向对象设计的分层分布式结构模式 第三阶段始于9 0 年代中期，随着计算机技术、网络及通信技术的飞 速发展，采用按间隔为对象设计保护测控单元，采用分层分布式的系统结 构，形成真正意义上的分层分布式自动化系统。目前国内外主流厂家均采 用了此类结构模式。1 1 0 k v 以下电压等级变电站，保护测控装置要求一体 化、1 1 0 k v 级以上电压等级保护测控大多按间隔分别设计，对超高压变电 站规模比较大的系统，为减少中间环节，避免通信瓶颈，要求装置直接上 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 以太网与监控后台通信，甚至要求保护和监控网络独立组网，由于采用了 先进的网络通信技术和面向对象设计，系统配置灵活、扩展方便【1 1 】。 变电站自动化系统的发展，主要体现在智能电子设备和设备之间的高 效通讯的发展，因此对标准协议的要求与日俱增。到目前为止许多制造厂 采用各自的特定专用通讯协议，采用不同的制造厂的智能电子设备时，要 求复杂的、高费用的协议转换。不同厂家的产品之间的互操作性很差。 随着电力系统的发展，制定新的标准通讯协议的需求越来越强烈，新 的通讯标准要求支持不同制造厂生产的智能电子设备具有互操作性。互操 作性是指能够工作在同一个网络上或者通信通路上共享信息和命令的能 力。互操作性是电力公司、设备制造厂和标准化组织的共同目标。变电站 自动化标准化的目的就是制定一个满足功能和性能要求的通信标准，并能 够支持将来技术的发展【l j 。 1 2i e c 6 1 8 5 0 标准的产生和发展 为适应变电站自动化技术的迅速发展，1 9 9 5 年国际电工委员会第5 7 技术委员会( i e c t c 5 7 ) 为此成立了3 个工作组1 0 ，l l ，1 2 ( w g l o 1 1 1 2 ) ， 负责制定i e c 6 1 8 5 0 标准。工作组成员分别来自欧洲、北美和亚洲国家， 他们有电力调度、继电保护、电厂、操作运行及电力企业的技术背景，其 中有些成员参加过北美及欧洲一些标准的制定工作。3 个工作组有明确的 分工：第1 0 工作组负责变电站数据通信协议的整体描述和总体功能要求： 第1 l 工作组负责站级数据通信总线的定义；第1 2 工作组负责过程级数据 通信协议的定义。这3 个工作组参考和吸收了已有的许多相关标准，其中 主要有：i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 远动通信协议标准：i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 继电保护信 息接口标准：u c a 2 0 ( u t i l i t y c o m m u n i c a t i o n a r c h i t e c t u r e2 0 ) ，由美国电 科院制定的变电站和馈线设备通信协议体系；i s o i e c 9 5 0 6 制造商信息规 范m m s ( m a n u f a c t u r em e s s a g es p e c i f i c a t i o n ) 2 3 】。 1 9 9 9 年3 月，提出了委员会草案版本。而后，相继提出委员会投票 草案c d v 版本( c o m m i t t e e d r a f t f o r v o t i n g ) 、国际标准最终草案f d i s 版 本( f i n a ld r a f ti m e r n a t i o n a ls t a n d a r d ) ，并定于从2 0 0 4 年开始陆续推出 i e c 6 1 8 5 0 国际标准正式版。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 i e c 6 1 8 5 0 对变电站自动化系统的网络和系统做出了全面、详细的描述 和规范。与传统的通信协议体系相比在技术上i e c 6 1 8 5 0 有如下突出特点： ( 1 ) 使用面向对象建模技术，系统采用分布、分层体系； ( 2 ) 使用抽象通信服务接口( a b s t r a c tc o m m u n i c a t i o ns e r v e r i n t e r f a c e ，a c s i ) 、特殊通信服务映射( 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 e m a p p i n g ，s c s m ) 技术； ( 3 ) 使用m m s 技术、具有面向未来的、开放的体系结构。 ( 4 ) 具有互操作性； i e ct c 5 7 以i e c 6 1 8 5 0 为基础制定无缝通信系统体系标准，就是变电 站内、变电站到调度所之间的协议都是i e c 6 1 8 5 0 。从变电站到控制中心 的公共信息模型( c o m m o ni n f o r m a t i o n m o d e ，c i m ) i e c 6 1 9 7 0 也是采用 和i e c 6 1 8 5 0 一样的分布、分层体系，它们具有相同的数据模型，这样从 过程层到阆隔层、从间隔层到变电站层、从变电站到控制中心都是采用 i e c 6 1 8 5 0 ，数据模型从过程层、间隔层、变电站层、从变电站到控制中心 都是一致的【”i 。 1 3 引入i e c 6 1 8 5 0 后的变电站自动化系统 i e c 6 1 8 5 0 所要达到的最主要的目的是i e d ( i n t e l l i g e me l e c t r o n i c d e v i c e ) 设备之间的互操作性( i n t e r o p e m b i l i t y ) ：一个制造商或不同制造 商提供的两个或多个智能电子设备i e d 之间能够交换信息和使用这些信 息执行特定功能的能力，称之为互操作性。 i e c 6 1 8 5 0 是迄今为止最为完善的关于变电站自动化的通信标准1 2 2 i ， 它不仅能够适应日新月异的通信技术的变化发展适应复杂多变的变电站 自动化应用功能，能够科学地评估变电站自动化系统的通信性能，更重要 的是，它适应了变电站应用功能的分布式( d i s t r i b u t e d ) 实现和组合 ( c o m p o s i t i o n ) 应用，真正意义上支持了变电站自动化相关设备的互操作 性( i n t e r o p e r a b i l i t y ) 。与以往的通信标准相比，i e c 6 1 8 5 0 为了实现互操作 性，建立了完整的支持体系，对该体系作出了严格的规定，不再仅仅是一 个传统的通信协议【2 l j 。 i e c 6 1 8 5 0 是一个系统，而不只是协议。与传统的变电站自动化系统的 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 工程设计和通信实现相比，i e c 6 1 8 5 0 更加侧重于一个统一环境即系统平 台的建立，这个平台包括通信平台( 模型、接口、性能要求等) 、管理平 台( 参数、工具、文件化等) 以及测试平台( 系统测试、设备测试、规约 测试等) ，在这个平台上可以实现一致性要求。 引入i e c 6 1 8 5 0 对变电站自动化系统将有深远的影响： ( 1 ) 不同的制造厂商的设备之间能自由地交换信息 由于采用了面向对象统一的数据( 设备) 模型、通信数据文件采用 x m l ( e x t e n s i b l e m a r k u pl a n g u a g e ) 文件格式、采用一致性测试方法，使 得不同的制造厂商的设备之间达到互操作。 ( 2 ) 分布、分层体系使得系统的扩展和开发更加容易 由于对整个变电站的系统和数据对象进行分层，建立起一个完整的对 象数据模型。这将方便设备和数据的修改和重构配景，降低这个变电站系 统的维护成本。 ( 3 ) 采用a s c i 技术使得系统能适应网络飞速发展 抽象通信服务接口( a c s i ) ，它和具体的网络应用层协议( 例如m m s 、 t c p ) 独立，和采用的网络( 如l o n w o r k s 、e t h e m e t ) 无关。由于电力系 统的复杂性，信息传输的响应时间要求不同，在变电站内需要采用不同的 网络应用层协议和通信栈。只要改变相应特定通信服务映射( s c s m ) 便 可完成。不同的网络应用层协议和通信栈，由不同的s c s m 对应，具有 很强的网络适应能力【1 2 j 。 但对于i e c 6 1 8 5 0 的研究和应用是一个系统工程，需要电力工程师与 软件工程师协同工作。尽管就目前的实际应用来看，现有的通信体系和协 议基本可以满足系统的功能要求，并且对研究工作的投资短时期内很难带 来经济效益，但是考虑到国际上电力系统的发展趋势，以及随着电力系统 的发展扩大造成当前存在的各种问题的激化，对i e c 6 1 8 5 0 的研究和应用 还是具有长期的经济价值。 1 4 本文的主要工作 本文首先介绍i e c 6 1 8 5 0 的主要结构体系，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。然后针对变 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 负 电站内l e d 设备的通信，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 便开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。使用u m l 对i e c 6 1 8 5 0 中定义的模型 进行了建模，在此基础上并对现实i e d 设备w k h 8 9 2 ( 馈线保护测控装 置) 进行建模和分析。 其次运用j a v a 语言对u m l 建模的抽象通信服务接口( a c s i ) 的模型 进行实例化。并运用j a v a 语言实现公共数据类( c o m m o nd a t ac l a s s ， c d c ) 。针对在变电站自动化系统中l e d 配置文件都是采用x m l 标准的 文件格式进彳亍传输，本文对公共数据类转换成x m l 文档用j a v a 语言给予 实现，并给出了i e d 配置文件的配置流程。 谣南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第二章ie 0 6 1 8 5 0 介绍 2 1 i e c 6 1 8 5 0 的组成部分和主要概念 i e c 6 1 8 5 0 是个完整的标准体系，从它的章节构成我们能够对标准有个 初步的了解。同时贯穿整个标准中有些重要的概念和名词及其缩写是很重 要的，熟悉这些概念、名词对于我们理解标准有很大的帮助。 2 1 1 标准的主要组成部分 目前的i e c 6 1 8 5 0 资料是标准的草案，它由1 0 章1 4 个部分组成，从 标准的整个构成能看出标准不仅仅是对变电站的通信进行规范，而且对整 个变电站的设计都具有重要的指导意义。 第1 章：介绍和概述 第2 章：术语 第3 章：总体要求 第4 章：系统和项目管理 第5 章：功能和设备模型的通信要求 第6 章：变电站自动化系统配置语言 第7 章第1 部分：变电站和馈线设备的基本通信结构一原理和模型 第7 章第2 部分：变电站和馈线设备的基本通信结构一抽象通信服务接 口( a c s l l 第7 章第3 部分：变电站和馈线设备的基本通信结构一公共数据类 第7 章第4 部分：变电站和馈线设备的基本通信结构一兼容的逻辑节点 类和数据类 第8 章第1 部分：特殊通信服务映射( s c s m ) 一映射到m m s ( i s 0 i e c 9 5 0 6 第1 部分和第2 部分) 第9 章第1 部分：特殊通信服务映射( s c s m ) 一串行单方向多点共线 点对点链接 第9 章第2 部分：特殊通信服务映射( s c s m ) 一映射到基于过程总线 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 的i e e e 8 0 2 3 第1 0 章：一致性测试 从i e c 6 1 8 5 0 通信协议体系的组成可以看出，这一体系对变电站自动 化系统和网络做出了全面、详细的描述和规范。 整个标准的主体是在功能建模( 第5 章) 、变电站配置语言( 第6 章) 、 通信服务( 第7 章第l 部分) 、数据建模( 第7 章第2 、3 部分) 、通信协 议栈的映射( 第8 章) 。 因为论文从事的是基于i e c 6 1 8 5 0 标准的i e d 设备通信接口的研究， 所以主要涉及标准的第6 、7 章的内容。虽然通信接口涉及到通信协议栈 的映射问题，但i e c 6 1 8 5 0 并没有明确要求商家采用哪种通信协议栈，而 且由于到通信协议栈的映射可以采用的方法比较多，标准只给出了抽象通 信服务接口( a c s i ) n s t j 造报文规范( m m s ) 的映射，同时标准允许a c s i 映射到c o r b a ( c o m m o n o b j e c t r e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e ) 、现场总线 等协议栈上。由此可看出对于协议栈的映射很大程度上是在工程上决定 的，因此在本论文中对于通信协议栈的映射部分就不作讨论。 2 1 2 常用名词“6 7 ( 1 ) 智能电子设备( i e d ) 一个或多个处理器协同工作的任何设备具有从或者到一个外部源接 受和发送数据控制( 例如电子多功能表计，数字继电保护，控制器) 的 能力l l 】。具有这种能力的设备称为智能电子设备( i e d ) 。 ( 2 ) 功能( f u n c t i o n ) 由变电站自动化系统( s a s ) ，例如由应用功能所完成的任务。一般地， 功能可以和其他功能交换数据。其细节和所考虑的功能密切相关，i e d 智 能电子设备( 物理设备) 实现功能。功能可分成许多常驻在不同i e d 内， 彼此之间通信( 分布式功能) ，并和其他功能之间通信。这些通信功能部 分称为逻辑节点。在i e c 6 1 8 5 0 中功能的分解或者它们分解的力度仅受通 信性能制约。因此，全部功能由交换数据的这些逻辑节点所组成。 ( 3 ) 逻辑节点( l o g i c a l n o d e ，l n ) 逻辑节点是交换数据的最小功能，l n 是由它的数据和方法所定义的 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 对象。 ( 4 ) 数据对象( d a t a o b j e c t ，d o ) 它是特定信息例如状态或者测量值的逻辑节点对象的一部分。从面向 对象的观点来看，数据对象是数据对象类的实例。通常( 例如它们是数据 结构) 采用d o 作为交换对象。 ( 5 ) 自我描述( s e l f - d e s c r i p t i o n ) 设备包括它的配置方面的信息。这些信息的表示必需标准化，并且( 在 这个标准系列范围内) 通过通信可以访问。 ( 6 ) 特殊通信服务映射( s c s m ) s c s m 是一个标准规则，它提供了抽象通信服务接口服务和对象对特 殊应用协议通信协议集的具体映射。 为达到互操作性，应使协议集和s c s m 的数量尽量少。特殊的应用范 畴例如站总线和过程总线可能形成多个映射。然而，对于每一个选定的协 议栈规定仅有一个s c s m 和一个拂议。 s c s m 将详细描述抽象服务实例对a s c i 中特定单个服务、或者服务 序列的映射，s c s m 详细描述将a s c i 对象映射到应用协议所支持的对象。 ( 7 ) 抽象通信服务接口( a c s i ) 它是对l e d 各个功能的抽象，它是用于变电站领域，要求智能电子 设备实现协同工作。a s c i 和它下层的通信系统独立。i e c 6 1 8 5 0 在下述几 个方面定义了抽象通信服务接口： 通过通信网络可以对它们进行访问的全部信息获得分层类模型； 对这些类进行操作的服务： 和每个服务相关的参数。 a c s i 主要提供了1 3 种模型，按照面向对象的方法来说就是1 3 个类， 类方法就是i e d 设备对外实现的抽象通信服务接口，类的参数就是l e d 设备具体的性能和状态的描述。 ( 8 ) 逻辑设备( l o g i c a ld e v i c e ，l d ) 物理设备( p h y s i c a l d e v i c e ，p h ) 逻辑设备是一种虚拟设备。由于虚拟设备的存在，才能够进行通信、 汇集有关逻辑节点和数据集。此外逻辑设备内有经常访问或引用的信息、 变量表。 物理设备是在特殊的条件下、由接口限定的范围内，执行一个或多个 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 设备功能的物理实体，即与i e d 等效。 逻辑设备存在于物理设备中，而一个物理设备则有可能有好几个逻辑 设备。 ( 9 ) 逻辑连接( l o g i c a lc o n n e c t i o n ，l c ) 物理连接( p h y s i c a lc o n n e c t i o n ， p c ) 逻辑连接指两个l n 之间的( 功能和，或子功能) 虚拟连接，虚拟连 接供通信信息片( p i e c eo f i n f o r m a t i o nf o rc o m m u n i c a t i o n ，p i c 0 m ) 数据 交换。 物理连接指物理装置i e d 之间的通信链接。任何一个逻辑连接都要映 射到某一个物理连接，一个物理连接可能容纳多个逻辑连接。 2 2 标准制定的主要思路 为了更深层次了解标准，有必要对i e c 6 1 8 5 0 的制定思想进行了解。 i e c 6 1 8 5 0 主要是从功能分解、数据流和信息建模三个方面作为制定整个 标准的思想。 功能分解是为了理解分步功能组件间的逻辑关系，用逻辑节点的形式 描述功能、子功能和功能接口。 数据流是为了理解通信接口，它们支持分布功能的组件间信息交换和 功能性能要求。 信息建模用于定义信息交换的抽象语义和语法，并用数据对象类和类 型、属性、抽象对象方法( 服务) 和它们之间关系表示【l 】。 2 2 1 功能分解和逻辑节点、智能电子装置( i e d ) 由变电站自动化系统执行的任务称之为功能。一般来说，一个功能是 由若干个一些相互交换数据的部分组成，这些部分称之为逻辑节点。按照 定义，仅有逻辑节点交换数据，因此，一个同其他功能交换数据的功能必 然至少在逻辑节点上。 智能电子装置( i e d ) 由一个或多个处理器过程，且可接受外部资源 和向外部资源发送数据控制命令的装置。如：电子多功能仪表、数字式 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 继电器、控制器等。在本标准中物理装置等同于l e d 。 逻辑节点l n 是交换数据功能的最小部分。逻辑节点l n 代表物理装 置内部的功能，执行这一功能的某些操作。逻辑节点l n 是由一些数据和 方法组成的对象。本标准对l n 之间的通信性能进行了标准化，实现了 l n 之间的互操作性，从而由逻辑节点组成的功能之间实现了互操作性。 与一次设备相关的逻辑节点不是一次设备本身，而是它的智能部分或者是 它在二次系统中的映像，即本地或远方 o 单元，智能传感器和执行器【5 】0 变电站自动化系统的功能是控制和监视，以及一次设备和电网的继电 保护和监视。其他( 系统) 功能是和系统本身有关的，例如对通信的监视。 i e c 6 1 8 5 0 把变电站按功能分为3 层：变电站层功能、间隔层功能和过程 层功能。图2 1 是i e c 6 1 8 5 0 标准系列的基本框图。 图2 1 变电站系统基本接口模型 图2 1 中各接口的意义 接口1 ：间隔层和变电站层之间交换保护数据； 接口2 ： 接口3 ： 接口4 ： 接口5 ： 远方保护 间隔层和远方保护之间交换保护数据( 超出本标准范围) 间隔层内交换数据； 过程层和间隔层之间c t 和p t 瞬时数据交换 过程层和间隔层之间交换控制数据： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1l 页 接口6 ： 接口7 ： 接口8 ： 接口9 ： 间隔层和变电站层之间交换控制数据； 变电站层和远方工程师站之间交换数据： 间隔层之间交换数据，特别是快速功能，如联锁； 变电站层之间交换数据； 接口1 0 ：变电站层和远方工程师站之间交换控制数据( 超出本标准范 围) 。 变电站自动化系统的装置可能被安装在三个不同的功能层上( 变电站 层、间隔层和过程层) 这参照图2 1 物理解释。上图的接口只是在逻辑上 的划分。i e c 6 1 8 5 0 只是对逻辑接口有规范，对于物理接口没有进行规范。 注：通过使用广域网、局域网以及过程总线技术，使得功能在通讯环 境下实现分布。然而，功能分布不约束和受制于某一种通讯技术 引。 2 2 2 数据流 由于功能的要求和变电站规模无关。但对于性能的分析，有必要确定 不同类型和规模变电站的数据流( 总线负荷) 。因此对典型变电站类型的 分析，将会得到不同的数据流结果。 数据流的分析必需针对变电站正常状态和极端情况。在i e c 6 1 8 5 0 5 对各种变电站模型进行了相应的数据流分析，本文对此不作详细介绍。 2 2 3 数据建模 当逻辑节点能够解释并处理接收的数据( 语法和语义) 和采用的通信 服务，它们之间才能进行互操作，因此对于逻辑结点的数据对象和它们在 逻辑结点内的标识进行标准化是必要的。 应用的数据和服务可按三个层次建模( 如图2 2 ) ，第一层描述抽象模 型以及在逻辑结点间交换信息的通信服务，第2 ，3 层定义应用域的特定 对象模型。 层1 ：抽象通信服务接口( a c s i ) 抽象通信服务接口规定了模型和访问域( 变电站自动化) 特定对象模 型单元的服务，通信服务提供的机能不仅为了读和写对象值，并可以进行 西南交通大学硕士研究生学位论文第l2 页 其他的操作例如控制一次设备。 层2 ：公共数据类 该层定义了公共数据类( c d c ) 。公菇数据类定义了由一个或多个属 性组成的结构信息。属性的数据类型可为基本类型，多数数据类型为公共 数据属性类型。 层3 ：兼容逻辑节点类和数据类 该层定义了兼容对象模型，它规定了逻辑结点类和数据类。定义了兼 容逻辑节点类和数据类的标识和意义，不需要任何额外的规范。 图2 2 数据建模的3 层关系 抽象通信服务接口在本章下面部分和下一章将介绍，对于逻辑节点和 其相应的数据类、数据对象在下一章中将会进行详细的介绍。 2 3 变电站建模一面向对象的自我描述哺1 目前传输信息和定义信息的方法是变电站和控制中心的数据库分别 定义。变电站远动设备的某信息，要和控制中心的数据库预先约定，一一 对应才能正确反映现场设备的状态。在现场验收前，需将每一个信息动作 西南交通大学硕士研究生学位论文第l3 页 一次，以验证其正确性，这种技术是面向点的【l2 1 。由于新技术的不断发展， 变电站内的应用功能不断涌现，如果需要传输新的信息，经定义好的协议 可能无法传输这些新的信息，使新功能的应用受到限制。采用面向对象自 我描述就可以适应这种形势发展的要求，在变电站l e d 中对信息进行自 我描述，在初始化阶段将全部信息的定义和描述送至u 控制中心，没有预先 约定限制，什么样的信息都可以自我描述、定义和传输采用面向对象自我 描述的方法传输到控制中心数据都带说明，能马上建立数据库，使得现 场验的验证工作大大简化，数据库的维护工作量大减少。 基于i e c 6 1 8 5 0 的信息均采用面向对象自我描的方法，传输时开销增 加。由于网络技术的发展，传输速率提高，使得面向对象自我描述方法的 实现有可能。 i e c 6 1 8 5 0 标准的基本目的之一是支持变电站内各种应用的开放式操 作功能和信息交换。为此i e c 6 1 8 5 0 定义了约8 0 个逻辑节点代码、2 3 个 公共数据类( c d c ) 、3 5 0 个属性数据类，和多于2 0 0 0 多个命名的信息元 素。同时还定义了用这些代码组成完整地描述数据对象的方法和一套面向 对象的服务。这几个方面有机地结合在一起，完善地解决了面向对象的自 我描述问题，也为面向对象的变电站建模提供了基础。 i e c 6 1 8 5 0 6 规定了描述通信有关的智能电子装置l e d 配置和参数、通 信系统配置、开关间隔( 功能) 结构及它们之间关系的文件格式。规定文 件格式的主要目的是：可以以某种兼容的方式，在不同厂家提供的智能电 子设备l e d 管理工具和系统管理工具间，交换智能电子装置内描述和变 电站自动化系统描述。这种所定义的语言称为变电站配置描述语言s c l ( 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 ) ，s c l 基于x m l l 0 版一j 。 2 3 1s c l 变电站配置语言 变电站配置语言( s c l ) 能够将l e d 配黉描述传给通信和应用系统管 理工具，也能够以某种兼容的方式将系统的配置描述传回l e d 配置工具。 这样实现了配置数据可以在不同制造商提供的l e d 配置工具和系统配置 工具之间相互交换。 图2 3 说明了管理变电站自动化系统过程中s c l 语言数据交换的用 西南交通大学硕士研究生学位论文第l4 页 法。虚线以上表示在这些地方使用s c l 。i e d 容量框表示预先配置i e d 时需要从i e d 的现有数据库中读取配置信息，将信息传递给系统配置器， 由系统配置器进行整个系统的信息配置。i e d 配置器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m d 进行特有的设嚣。系 统配置器是一个独立于i e d 的工具，它能够从多个i e d 输入配置文件， 满足系统管理的需要，也供配置工程师使用，增加不同i e d 共享的系统 信息。系统配置器接收的s c l 文件，根据标准规定产生变电站相关的配 置文件。该s c l 文件作为系统相关的砸d 配置返回到i e d 配罱器【l 4 1 。 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i e d ， 正如图2 3 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。在第4 章中将对在 配置过程中的x m l 格式信息文件给出实现过程。 图2 3 配置过程的信息流参考模型 s c l 包括了如下的一些系统模型： 一次系统结构：描述了使用哪些一次设备功能，一次设备的连接 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 方式。 通信系统：描述智能电子设备i e d ，通过那个通信访问点( 通信 端口) 连到子网或网络上。 应用层通信：描述数据怎样分组、组合为发送数据集，智能电子 装置怎样启动发送，选择何种服务，需要从其他智能电子装置处 取得哪些数据。 每一个智能电子设备l e d ：描述每一个智能电子装置配置了哪些 逻辑装置。每一个逻辑装置有哪些逻辑节点，这些逻辑节点属于 那类，何种类型，可得到什么报告，报告中哪些数据和( 预配置) 关联，哪些数据应该记录。 具体l n 类型定义：正如数据和服务都含有可选部分一样，具体 l n 在这里定义，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。 具体l n 和对应l e d 的关系。 s c l 文件用一专门的方法来描述模型实例，但是它的语义只有被引用 模型本身才能充分理解。因此i e c 6 1 8 5 0 采用u m l 符号来描述模型。图 2 4 就是s c l 和变电站各个对象之间的关系图： 西南交通大学硕士研究生学位论文第l6 页 图2 4s c l 对象模型 图2 4 是变电站系统的u m l 表示图，在下一章我们将介绍u m l 。从 上图可以看到s c l 的对象模型具有三个基本对象层次： 变电站模型：最上面部分是基于变电站功能结构的对象分层， 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 表示变电站的电压等 级；b a y 表示间隔部分：p r i m a r y d e v i c e 表示一次设备如c b r ( 断 路器) 、d i s ( 隔离开关) 、v t r ( 电压互感器) ；s u b d e v i e e 表示 一次设备的一部分如三相设备中的一项；c o n n o d e 表示电气连接 的节点如连接间隔的母线或间隔的连接点等； i e d 设备模型：主要是i e d 设备及其设备内的逻辑节点( l n o d e ) ， 组成变电站自动化系统的一些服务，例如服务器( s e r v e r ) 、逻辑 设备( l d e v i c e ) 、数据( d a m ) 。 通信系统模型：与通信相关的对象模型主要是描述有关智能电子 装置间的连接，间接地描述逻辑节点间作为客户和服务器的连接。 例如子网( s u b n e t w o r k ) 、通信访问点( a c c e s s p o i m ) 、路由器 ( r o u t e r ) 、时钟( c l o c k ) 。 2 3 2x m l 与s c l 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。配置文件分为两种：i e d 配置文件和系统配置文件，两种 文件都是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： i 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 。 i e d 配置文件是用于将配置数据从i e d 配置工具传递到系统配置工具 的数据。该文件描述i e d 的所有功能主要包括逻辑节点类型的定义。系 统配置文件是用于将配置数据从系统配置工具传递到i e d 配置工具的数 据。该文件包括所有i e d 的描述信息、通信系统模型、以及变电站一次 设备模型i “。 由于标准i e c 6 1 8 5 0 只给我们提供了变电站通信网络和系统的数据对 象以及对象提供的服务建模，在实现的应用程序中必须采用某种特定的语 言出来。标准提供了可扩展标记语言( ) a 帆) 来描述变电站的配置信息。 西南交通大学硕士研究生学位论文第l7 页 x m l 技术是继j a v a 语言之后，计算机技术的又一次革命。x m l 标 准是由w 3 c ( w o r l dw i d ew e bc o n s o r t i u m ，万维网联盟) 创建的。w 3 c 是一个开放的、公共的组织，其任务是开发i n t e m e t 上的技术和标准。 第一个标准化的标记语言是由i b m 创建，称为s g m l ( s t a n d a r d g e n e r a l i z e d m a r k u p l a n g u a g e ，标准通用标记语言) ，它最初是为了使用合 法文档而创建的。s g i 沮。随后被拓展成通用的标记标准，且很快得到广泛 应用。1 9 8 6 年，i s o ( 国际标准化组织) 将s g m l 发布成官方标准。s g m l 是一项非常强大和灵活的技术，因而不可避免地带来很大的复杂性和处理 开销。i n t e m e t 的出现促进了标记语言的进一步发展，于是由s g m l 衍生 出了h t m l ( h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e ) 。随着h t m l 语言的出现，由 所有链接文档的w 曲页丽组成的万维网( w w w ) 应运而生了。但随这网 络的发展，由于h n 吸。使用固定标签集，开发人员只能使用h t m l 定义 的标签集，没法扩展，因此h t m l 将不再能够满足w e b 开发人员的需要。 另外一方面s g m l 全面支持自定义标签，然而s g m l 的复杂性和处理开 销使得它无法适应于普通的w e b 应用l l ”。 1 9 9 6 年，w 3 c 着手相关标准的开发工作，要求该标准以某种形式提 供合适w e b 使用的、强大而灵活的s g m l 。新标准的要求中包括了以下3 条s g m l 最重要的优越性： 扩展性( e x t e n s i b i l i t y ) ：开发人员能够根据特定应用的需要定义自 定义标签。 结构性( s t r u c t u r e ) ：语法遵循定义明确的结构。 有效性( v a l i d a t i o n ) ：文档对于数据模型应该是有效的。 w 3 c 委员会为此付出了差不多两年时间。1 9 9 8 年2 月，语言标准的 第一版问世，即可扩展标记语言x m l1 0 版i l “。 s c l 基于x m l1 0 版，在程序设计中，采用x m l 来描述i e c 6 1 8 5 0 中规定的数据模型，子站将采集到的不同厂家的数据按照i e c 6 1 8 5 0 标准， 使用x m l 语言将数据打包成符合统一规范的x m l 文件，然后进行鹾缩， 再按照具体网络通信协议将数据处理后传送到主站进行处理h 6 j ”。 下