（计算机软件与理论专业论文）基于iec61850标准的变电站自动化系统模型设计及生成.pdf

摘要 在变电站自动化系统的发展过程中，由于缺少统一的电力规约，导致采用不 同规约的设备之间进行互操作之前，要进行大量的规约转换工作，严重影响了变 电站自动化系统的开发和运行的效率。为了解决这一问题，以实现设备互操作性 为目标的i e c6 1 8 5 0 标准被提出，并得到了广泛的研究和推广。 本文首先介绍了i e c 6 1 8 5 0 标准，包括i e c 6 1 8 5 0 标准的组成、目的、系统结 构、功能分解、信息模型、抽象通信服务接口( a c s i ) 、特殊通信服务映射( s c s m ) 和基于x m l 的变电站配置描述语言( s c l ) 等方面的内容。 接着采用这些知识对一个典型的继电保护功能进行功能分解和智能电子设 备( i e d ) 的模型设计，并在工具x m l s p y 下，根据标准中介绍s c l 的第六部分给出 的8 个描述s c l 语法的s c h e m a 定义文件，对设计的模型进行描述。 在此基础上，提出了基于s c l 解析的静态模型生成和基于a c s i 服务的动态 模型生成两种模型生成方法，并对这两种方法的适用条件和运行效率等进行了比 较；最后在1i n u x 系统下，利用开源的x m l 的c 语言解析包1i b x m l 2 实现了基于 s c l 解析的静态模型生成方法，利用模拟的a c s i 服务实现了基于a c s i 服务的动 态模型生成方法，从而验证了两种方法的可行性。 关键词：i e c6 1 8 5 0 ；变电站自动化系统；模型生成；a c s i ；s c l a b s t r a c t i nt h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so fs 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 r ei sal a c ko f u n i f o r ms p e c i f i c a t i o n so fp o w e rs y s y e m t h a tr e s u l t si nam a s so fs p e c i f i c a t i o n s c o n v e r s i o nb e f o r ei n t e r o p e r a b i l i t ya m o n gd e v i c e su s i n gd i f f e r e n ts p e c i f i c a t i o n s i th a s as t r o n gi m p a c to nt h ee f f i c i e n c yo ft h ed e v e l o p i n ga n dr u n i n go fs u b s t a t i o n a u t o m a t i o ns y s t e m i no r d e rt os o l v et h i sp r o b l e m ，t h ei e c618 5 0s t a n d a r d sw h o s e t a r g e ti st h ei n t e r o p e r a b i l i t ya m o n g d e v i c e sc o m eu p ，a n dg e tae x t e n s i v er e s e a r c ha n d p r o m o t i o n f i r s t l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c et h ei e c6 18 5 0s t a n d a r d s ，i n c l u d i n gt h ec o m p o s i t i o n o fs t a n d a r d s ，t h e t a r g e t o fs t a n d a r d s ，t h e s y s t e ms t r u c t u r e ，t h ed e c o m p o s i t i o no f f u n c t i o n ，t h e i n f o r m a t i o n m o d e l s ，t h e 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 ( a c s i ) ，t h es p e c i a lc o m m u n i c a t i o ns e r v i c em a p p i n g ，c o n f i g u r a t i o nd e s c r i p t i o n l a n g u a g e f o rc o m m u n i c a t i o ni ne l e c t r i c a ls u b s t a t i o n s ( s c l ) w h i c hi sb a s e do n x m l ，a n ds oo n t h e n ，ad e c o m p o s i t i o no ff u n c t i o na n dm o d e l sd e s i g no fi n t e l l i g e n te l e c t r o n i c d e v i c ea r ec a r r i e dt h r o u g hw i t ht h e s ek n o w l e d g e w i t ht h ee i g h tx m ls c h e m a d e f i n i t o nf i l e sa b o u ts c ls y n t a xg i v e ni nt h ea n n e xo ft h es t a n d a r d s p a r t6 ，t h e m o d e l sa led e s c r i b e di nx m l s p y b a s e do nt h e s e ，t w om o d e lg e n e r a t i o nm e t h o d sc o m eu p ，i n c l u d i n gt h es t a t i c m o d e lg e n e r a t i o nm e t h o db a s e do ns c lp a r s ea n dt h ed y n a m i cm o d e lg e n e r a t i o n m e t h o db a s e do na c s i t h e n ，ac o m p a r eb e t w e e nt h et w om e t h o d so na p p l i c a b l e c o n d i t i o n sa n do p e r a t i o n a le f f i c i e n c yi sm a d e f i n a l l y , t h ep a p e ri m p l e m e n t st h es t a t i c m o d e lg e n e r a t i o nm e t h o db a s e do ns c li nl i n u x ，w i t hl i b x m l 2w h i c hi saf r e ex m lc p a r s e ra n dt o o l k i t ，a n di m p l e m e n t st h ed y n a m i cm o d e lg e n e r a t i o nm e t h o db a s e do n a c s ii nl i n u x ，w i t hs i m u l a t i o no fa c s i t h e r e b yt h et w om e t h o d s f e a s i b i l i t yi s v a l i d a t e d k e yw o r d s ：i e c6 18 5 0 ；s u b s t a t i o na u t o m a t i cs y s t e m ；m o d e lg e n e r a t i o n ；a c s i ； s c l 厦门大学学位论文原创性声明 兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立完成的研究成 果。本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在 文中以明确方式标明。本人依法享有和承担由此论文产生的权利 和责任。 声明人( 签名) ：坞舷哆 沙巧年厂月加e l 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦 门大学有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的纸 质版和电子版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允 许论文进入学校图书馆被查阅，有权将学位论文的内容编入有关 数据库进行检索，有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密 的学位论文在解密后适用本规定。 本学位论文属于 1 保密() ，在年解密后适用本授权书。 2 不保密( ( 请在以上相应括号内打“”) 作者签名： 导师签名： 日期：翮年r 月矽日 日期：2 护，侔厂月乙日 第一章绪论 1 1 课题研究的背景 第一章绪论 随着电子技术、计算机技术和通信技术的发展，变电站自动化技术也得到了 迅速的发展和推广。各大小企业纷纷投入到智能电子设备的生产和变电站自动化 系统的开发中去。在这个过程中，人们逐渐发觉，各个厂家生产的智能电子设备 之间不能直接进行互操作已经成为变电站自动化技术发展的最大障碍。而各厂家 生产的设备之间之所以不能直接进行互操作的原因就是这些设备采用不同的模 型设计和不同的电力规约或同一电力规约的不同版本，造成某种设备生成的数据 包不能被另一种设备所解析，当然也就不能进行互操作。由于已经存在的电力规 约及其变种之多，导致设备生产商们将所有规约都实现一遍，在需要的时候选出 合适的一种来使用成为了不可能的做法。在过去的一段时间内，解决这一问题的 方法一直是，交互双方现场编写或修改程序来进行规约转换，这是个效率极其低 下、代价极其高的过程。 在这样的背景下，1 9 9 4 年德国国家委员会建议制定一个能够适应应用功能 不断发展的要求，适应网络技术、通信技术和i t 技术迅速发展的趋势的相对稳 定的变电站系统和通信网络标准。由此开始了i e c 6 1 8 5 0 标准的制定。到2 0 0 4 年1 2 月为止，i e c 6 1 8 5 0 标准的第一版已全部出版，目前正在进行第二版的修订 工作。正如该标准的口号：“一个世界、一个标准、一种技术 所表达的，i e c 6 1 8 5 0 将被强制实施和推广，成为未来唯一的变电站自动化国际标准。当然这需要一个 现场证明、改进、用户接受的比较长的过程。i e c 6 1 8 5 0 标准是一套以实现设备 互操作为目标、完全面向对象的变电站系统和通信网络标准。它具有如下几个显 著的优点胡3 l ： 完全面向对象。与传统的面向点的电力规约不同，i e c 6 1 8 5 0 标准是完全 面向对象的。它采用面向对象的方式，对变电站进行建模，通过对象模型的方法 进行交互，省去了传统面向点的电力规约建立一一对应关系的过程。 抽象通信服务接口( a c s i ) 和特殊通信服务映射( s c s m ) 。这一模型( 见 基于i e c6 1 8 5 0 标准的变电站自动化系统模型设计及生成 图1 1 ) 使变电站自动化系统的应用和通信无关。从而能适应通信技术和网络技 术的不断发展；i e c 6 1 8 5 0 标准提供了一套抽象服务和对象集，用户开发应用程 序的时候只要去调用和响应这些抽象通信服务接口，而不必考虑具体的通信协议 栈。当然，这些抽象通信服务接口最后要被映射到具体的通信协议栈上，但是这 一映射不会影响到上层应用程序。一旦网络技术或通信技术发生变化了，我们需 要改变的也只是抽象服务接口到新的通信协议栈的映射，而没有必要去改变上层 的应用程序。这有利于制造厂商和用户保持应用功能和优化这些功能。 网络独妒接口 ( 抽象通信服务接口) 一特定接口 应用层 l 到6 层 图i ia s c i 和s c s m 的基本模型 变电站配置描述语言( s c l ) 。s c l 语言是基于x m l 的，它提供了一种统 一的描述方式，使得智能电子设备( i e d ) 能够进行自我描述，且这个描述信息 是其它设备可提取和解释的，为实现智能电子设备问的互操作提供了基础。 电力系统统一建模。标准对整个变电站系统进行统一建模，所有采用该 标准的设备或系统都必须用同样的模型去建模，也即具有同样的语法和语义，这 方便了变电站自动化系统的开发和智能电子设备的交互，是实现智能电子设备互 操作的又一保障。 面向实时的服务。标准提供了g o o s e 和g s s e 两个保障传输机制，保障了 快速的实时报文的传输。 i e c 6 1 8 5 0 标准的以上特点，体现了i e c 6 1 8 5 0 标准不止是一个简单的电力规 约，而是变电站自动化系统和网络的系列标准，在传统的电力规约面前显示出了 强大的优越性。 2 第一章绪论 标准之争会演化为企业生存之争，对标准的支持往往直接关乎企业产品的竞 争力。电力市场化已呈不可逆转之势。i e c 6 1 8 5 0 是新一代的标准，是将在今后 的电力系统自动化发展中蕴育出无限可能的标准，尽早对其开展研究具有深远战 略意义。在这样的形势下，厦门大学和北京德威特电力系统自动化有限公司合作， 成立了“i e c 6 1 8 5 0 在变电站自动化系统中的应用和研究 课题。本课题j 下是这 一课题的一个重要组成部分。 1 2i e c6 1 8 5 0 标准的发展和研究现状1 i i e c6 1 8 5 0 标准从提出到第一版出版、再到现在，共经历了十几个年头，其 间取得了一个又一个的突破性进展，下面对标准本身的发展历程和对标准的研究 状况进行简单说明。 在标准发展方面主要经过以下几个阶段h 剐哺m 1 ： 1 9 9 4 年，德国国家委员会建议制定一个能够适应应用功能不断发展的要 求，适应网络技术、通信技术和i t 技术迅速发展的趋势的相对稳定的 变电站系统和通信网络标准； 1 9 9 5 年，i e c6 1 8 5 0 工作组成立； 1 9 9 7 年1 0 月，正式与e p r i u c a 工作组合作； 2 0 0 2 年，标准的3 ，4 部分率先出版； 2 0 0 3 年5 月，标准的第l 、7 - 2 、7 - 3 、7 - 4 、9 - i 部分出版； 2 0 0 3 年8 月，标准的第2 、5 、7 一l 部分出版； 2 0 0 4 年4 月，标准的第8 2 、9 2 出版； 2 0 0 4 年6 月，标准的第6 部分出版； 2 0 0 4 年1 2 月，标准的第1 0 部分出版宣告了i e c 6 1 8 5 0 标准的第一版全 部完成； 之后是第二版的完善和修订工作。 i e c 6 1 8 5 0 标准一提出来就成为各大电力设备生产商、高校和研究机构的研 究热点。以下对标准在国外和国内的应用研究状况分别进行说明： 国外方面： 早在标准还没有出版的2 0 0 2 年，s i m e n s 、a b b 和a l s t o m 就实现了由k e m a 3 基于i e c6 1 8 5 0 标准的变电站自动化系统模型设计及生成 认证的采样值传输的互操作； 2 0 0 2 年，s c c 也开发了基于d l l ( 动态链接库) 的i e c 6 1 8 5 0 服务和客户 端，并在主页上提高免费的d e m o 供下载； 2 0 0 3 年，来自北美和欧洲的2 5 家设备制造商和1 5 家软件丌发商参与了 基于c o b r a 的变电站自动化系统项目，该项目主要是为了验证u c a 标准 的可行性，并为u c a 和i e c 6 1 8 5 0 的修订提供实践建议； 随后，意大利、美国、英国、德国、西班牙等，都依次建立了基于i e c 6 1 8 5 0 的变电站示范工程。 国内方面： 2 0 0 3 年，山东大学和山东电力集团总调联合研究了基于i e c 6 1 8 5 0 标准 的微机保护数据通信模型，分析了如何采用i e c 6 1 8 5 0 标准的数据建模 概念建立微机保护数据通信模型。 2 0 0 3 年，杭州国电信息技术有限公司和浙江省调联合研究开发的“继电 保护故障信息处理系统”，基于x m l 映射方案，部分地实现了i e c6 1 8 5 0 标准。 2 0 0 5 年以来，国家电网公司组织了包括东方电子、许继电气等在内的 1 0 家国内电力自动化系统生产厂家，组成i e c 6 1 8 5 0 互操作实验工作组。 随后先后进行了6 次互操作试验。 2 0 0 6 年到2 0 0 7 年，许继电气、国电南自、南瑞等都向外宣称有基于 i e c 6 1 8 5 0 的变电站试点项目投运。 虽然对i e c6 1 8 5 0 标准的研究进行了很多，也有不少厂商对外宣称已经有 i e c6 1 8 5 0 的试点项目投运，但大部分都是部分实现了i e c6 1 8 5 0 标准或只是提 供了一个代理用于支持i e c6 1 8 5 0 标准而已。i e c6 1 8 5 0 标准并不是一个简单的 通信规约。一个完全基于i e c6 1 8 5 0 标准的变电站自动化系统从系统结构、模型 设计、系统数据库设计、通信实现、智能电子设备生产等方面都必须重新研究设 计，而不是旧的设备和系统经过简单改造可以实现的。因此对i e c6 1 8 5 0 标准继 续进行深入全面的研究还是很有必要的。 1 3i e c6 1 8 5 0 标准研究中的主要问题 4 第一章绪论 i e c6 1 8 5 0 标准作为一个新生的、具有一系列优势的标准，作为一个被定位 为未来变电站自动化领域唯一的国际化标准、即将被强制推广和实施的标准，从 它一出现，就成为了众多大型电力设备生产商、高校、研究机构等的研究目标和 热点。目前对i e c6 1 8 5 0 标准的研究主要有如下几个方面： 1 关于i e c6 1 8 5 0 标准本身完善性的研究。i e c6 1 8 5 0 标准的制定委员会 目前仍在继续完善和修改i e c6 1 8 5 0 标准，同时，一些研究机构和人员在研究和 应用i e c6 1 8 5 0 标准的时也不断发现i e c6 1 8 5 0 标准中存在的一些问题，并将这 些问题反馈给标准制定委员会。 2 基于i e c6 1 8 5 0 标准的变电站自动化系统建模研究嘲嘲n o m 肌2 1 n 3 3 。i e c 6 1 8 5 0 标准变电站通信网络和系统，从这个题目中，我们可以看出i e c6 1 8 5 0 不止是一个通信标准，它对整个电力系统进行统一的建模，这点能保证采用这一 标准的设备工作在同一个语义空间下。因此对i e c6 1 8 5 0 标准中设计的模型、以 及这个模型在实际系统开发中的应用等方面的研究也是一个热点。 3 过渡时期方案的研究n 4 m 5 1 。虽然i e c6 1 8 5 0 被定位为未来变电站自动化 领域的唯一国际标准，将被强行推广和实施，但是目前正在使用的、采用各种各 样已有的电力规约的海量设备，不可能在同一时间被全部更换，因此这个推广必 有一个比较长时间的过渡期。那么在这个过渡期中，如何实现采用i e c6 1 8 5 0 标准的设备和不是采用i e c6 1 8 5 0 标准的老设备之间的通信，也是值得研究的。 4 关于特殊通信服务映射( s c s m ) 的研究n 6 7 1 n 8 m 们。当前的i e c6 1 8 5 0 标 准的第8 部分提供了到制造报文规范( m m s ) 的s c s m ，第9 部分提供了到串行通 信链路和到i s o i e c8 8 0 2 - 3 的s c s m ，这些s c s m 本身可能存在一定的矛盾，这 需要我们去研究解决。而且，已经有人对略显老套的删s 提出了质疑。因此研究 新的，适合当前网络技术和通信技术发展的s c s m 也是必要的。 5 基于i e c6 1 8 5 0 标准的变电站自动化系统数据库的研究。i e c6 1 8 5 0 标 准是完全面向对象的，因此用于保存由i e c6 1 8 5 0 标准采集的数据的数据库的设 计或者由i e c6 1 8 5 0 标准采集的数据和传统数据库和监控界面的接口等也是值得 探讨的。 当然，关于i e c6 1 8 5 0 标准的研究还有很多方面。以上只是简单罗列了本人 认为比较重要的几个方面。 5 基于i e c6 1 8 5 0 标准的变电站自动化系统模型设计及生成 1 4 论文的主要内容和组织结构 论文主要完成了以下几个方面的工作： 介绍了课题提出的背景、意义、研究现状和主要存在的问题。 在深入研究i e c6 1 8 5 0 标准的基础上，介绍了标准的主要内容，包括组成、 目标、系统结构、功能分解、信息模型、抽象通信服务接口、特殊通信 服务映射等。 重点研究了i e c6 1 8 5 0 的功能分解和信息模型，然后利用i e c6 1 8 5 0 标准 的信息模型对一个典型的继电保护功能进行功能分解和i e d 模型设计。 研究了i e c6 1 8 5 0 标准的变电站配置描述语言，并对上面设计的模型进行 了描述。 提出两种模型生成方法：基于s c l 解析的静态模型生成方法和基于a c s i 服务的动态模型生成方法，并加以比较。 利用l i b x m l 2 等工具包在l i n u x 系统下模拟实现了两种模型生成方法。 论文的创新与特色如下： 对一个典型的继电保护功能进行功能分解、模型设计和模型描述。 提出了两种模型生成方法：基于s c l 解析的静态模型生成方法和基于 a c s i 艮务的动态模型生成方法，并在li n u x 系统下加以实现。 论文的组织结构如下： 第一章为背景介绍，主要介绍了课题提出的背景和意义、i e c6 1 8 5 0 标准的 研究现状和主要存在的问题、文章的主要工作及全文组织结构。 第二章为论文的理论基础，在深入研究i e c6 1 8 5 0 标准的基础上，介绍了 i e c6 1 8 5 0 标准的主要内容，包括组成、目标、系统结构、功能分解、信息模型、 抽象通信服务接口、特殊通信服务映射等。 第三章利用i e c6 1 8 5 0 标准的知识，选择一个典型的继电保护功能进行功能 分解和模型设计，并利用基于x m l 的变电站配置描述语言在x m l s p y 工具中对模 型进行了描述。 第四章在模型设计和描述的基础上，提出了两种模型生成的方法：基于s c l 解析的静态模型生成方法和基于a c s i 服务的动态模型生成方法。并对两种方法 6 第一章绪论 进行了比较，然后在l i n u x 系统下利用l i b x m l 2 等工具对两种方法分别进行了模 拟实现。 第五章是本文的工作总结与展望，指出下一步的工作方向。 7 基于i e c6 1 8 5 0 标准的变哇三站自动化系统模型设计及生成 第二章i e c6 1 8 5 0 标准概述 2 1i e c6 1 8 5 0 标准概观1 2 1 1 i e c6 1 8 5 0 标准即变电站通信网络和系统标准。它以“一个世界、一个标准、 一种技术 为口号，目的是规定各项要求，并提供一个框架以达到由不同供应商 提供的智能电子设备( i e d ) 间的互操作。 2 1 1标准组成 i e c6 1 8 5 0 标准有1 4 个部分组成，列举如下： 第l 部分：概论 第2 部分：术语 第3 部分：总体要求 第4 部分：系统和项目管理 第5 部分：功能和设备模型的通信要求 第6 部分：与变电站有关的i e d 通信配置描述语言 第7 - 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 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 第7 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 - 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 - 1 部分：特定通信服务映射( s c s m ) 一映射到m m s ( i s o i e c 9 5 0 6 第二 部分) 和i s o i e c 8 8 0 2 3 第9 - i 部分：特定通信服务映射一通过单向多路点对点串行通信链路传 输采样值 第9 - 2 部分：特定通信服务映射一通过i s o i e c 8 8 0 2 3 传输采样值 第1 0 部分：一致性测试 8 第二章i e c6 1 8 5 0 标准概述 2 1 2 变电站自动化系统结构 变电站自动化系统的功能包括控制和监视、一次设备和电网的继电保护和监 视以及其它和系统本身有关的功能( 如：通信的监视) 。在i e c6 1 8 5 0 标准中，功 能分成三层( 如图2 1 ) ：变电站层、间隔层和过程层。 变电站层 间隔层 过程层 兮一 高压设备 守厂 图2 i 变电站自动化系统结构 其中过程层主要是一些远方i o 、智能传感器和智能执行器等设备，间隔层 主要是一些控制单元、保护单元和每个问隔的监视单元等，变电站层主要是配有 数据库的站级计算机、操作场所和远方通信接口等。 2 1 3 制定一个适用标准的方法 i e c6 1 8 5 0 标准采用如下三种方法制定一个适用标准：功能分解、数据流和 信息建模。具体如下： 功能分解是为了理解分布功能组件问的逻辑关系，并用描述功能、子功 能和功能接口的逻辑节点表示。 数据流是为了理解通信接口，通信接口应该支持分布功能的组件间交换 信息和功能性要求。 9 基于i e c6 1 8 5 0 标准的变电站自动化系统模型设计及生成 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) 和它们之间的关系表示。 本章剩下的部分将大体根据这个思路对i e c6 1 8 5 0 标准进行介绍。 2 2 功能分解1 2 2 l i e c6 1 8 5 0 标准不是要对变电站运行的功能进行标准化或对功能以任何方式 进行限制，也不是对变电站自动化系统内功能的分配进行标准化，而只是对功能 的分解和建模进行标准化。 2 2 1 功能分解及分配原则 为了达到标准化的目的，i e c6 1 8 5 0 标准对已知的所有变电站自动化系统功 能进行了功能分解。分解的这些聚合度比较高、相对独立的子功能在i e c6 1 8 5 0 标准中被称为逻辑节点( l n ) ，逻辑节点是数据通信的基本单位。某个功能分解后 的逻辑节点在变电站自动化系统中的分配是自由的，可以分配在不同的层( 变电 站层、间隔层和过程层) 内或不同的物理设备中。同时可以将功能相关的若干个 f 图2 2 功能、逻辑节点、物理装置、逻辑连接、物理连接的关系 1 0 第二章i e c6 1 8 5 0 标准概述 逻辑节点组合成一个逻辑设备。逻辑节点、功能、物理设备、逻辑连接、物理连 接的关系参照图2 2 。其中圆形表示逻辑节点，粗线椭圆表示功能，阴影椭圆表 示物理设备，虚线表示逻辑连接，实线表示物理连接。如：功能f l 被分解成5 个逻辑节点( l n l 、l n 2 、l n 3 、l n 4 和l n 5 ) ，功能f 2 被分解成3 个逻辑节点( l n 3 、 l n 5 和l n 6 ) 。而这些逻辑节点又被分配到不同的物理设备当中，l n l 、l n 2 、l n 3 在物理设备p d i ，l n 4 、l n 5 在物理设备p d 2 ，l n 6 在物理设备p d 3 。 为了更具体地说明逻辑节点的自由分配原则，下面以断路器同期控制、距离 保护、过电流保护三个具体的功能来举例说明( 如图2 3 ) 。其中断路器同期控制 功能被分解成人机接口、同期切换、断路器、间隔v t 和母线v t 五个逻辑节点， 距离保护功能被分解成人机接口、距离保护、断路器、问隔c t 和问隔v t 五个逻 辑节点，过电流保护功能则被分解为人机接口、过电流距离保护、断路器和间 隔c t 四个逻辑节点。这些逻辑节点又分布在不同的物理设备中，其中距离保护 和过电流距离保护两个逻辑节点分布在同一物理设备中。 i 圆 i 望塑塑兰i | 陬丽习 逻阻面丽司 羹罱 ；圃 l 塑堕! f ；面一 卜功能i 断路器 距离保护过电流保护 同期控制 变电站计算机 同期j f 关设备 带过电流功能 的距离保护 问隔控制单元 电流互感器 电压互感器 母线电压感棵 图2 3 功能、逻辑节点、物理设备之间的关系实例 物 理 设 备 通过上面的抽象图示和具体示例图示，可以清楚地说明i e c6 1 8 5 0 标准对功 能的分解及子功能的分配原则。 基于i e c6 1 8 5 0 标准的变电站自动化系统模型设计及生成 2 2 2 功能分类及描述 i e c6 1 8 5 0 标准中对当前已有的变电站自动化系统功能进行了分类，共分为 六大类，具体如下： 系统支持功能 网络管理、时问同步、物理设备自检。 系统配置或维护功能 节点标识、软件管理、配置管理、逻辑节点运行模式控制、参数设置、测试 模式。 运行和控制功能 存取安全管理、控制、开关状态变位处理、同期切换、参数设定切换、报警 管理、事件( 管理和) 记录、数据再现、扰动故障记录。 本地过程自动化功能 保护功能、距离保护( 保护功能的一个实例) 、间隔连锁。 分布自动化支持功能 全站范围连锁、分散同期。 分布工程自动化功能 断路器失灵、自适应保护、反向闭锁、减载、负荷恢复、电压无功控制、转 供、顺控。 同时，标准对以上所有功能从以下几个方面进行了详细的描述，包括： 功能单元的任务 功能单元的启动原则 功能单元的结果和影响 功能单元的性能 功能单元的分解 这一部分说明功能单元通常怎样分解成逻辑节点( l n ) 和可以分成哪些部分。 由于通讯是基于相互作用的逻辑节点( l n ) 的，因而这一部分信息很重要。 与其它功能单元之间的交互 这样，在实际的变电站自动化系统的设计中，就可以根据系统涉及的具体功 能到标准中去查找其相关说明，特别是其分解情况，为下一步的数据建模做准备。 1 2 第二章i e c6 1 8 5 0 标准概述 2 3 信息模型1 2 3 1 1 2 4 1 1 2 5 i i 2 6 1 j 下如绪论中提到的，i e c6 1 8 5 0 标准采用完全面向对象的思想对整个电力系 统进行统一建模，使得不同厂商生产的符合i e c6 1 8 5 0 标准的设备能够工作在同 一语义空间下。只有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，逻辑节点才能够彼此进行互操作。因此，对赋予逻辑节点的数据对 象和它们在逻辑节点内的标识进行标准化是必要的。 2 3 1建模方法 i e c6 1 8 5 0 标准将应用的数据和服务按三个层次进行建模( 见图2 4 ) ，各层 次说明如下： 第一层：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，并可进行其它的操作，如： 控制一次设备。虽然a c s i 最终要被映射到具体的通信协议栈中，但这对用户是 透明的，因此应用程序只需要跟a c s i 打交道，从而保持了应用程序和特殊通信 协议的独立。这部分内容在标准的第7 - 2 部分阐述。 第三层 第二层 第一层 兼容逻辑节点类 和数据类 公用数据类 抽象通信服务接i j 图2 4i e c6 1 8 5 0 标准的建模方法 第二层：公用数据类( c d c ) 公用数据类定义了由一个或多个属性组成的结构信息。当然数据类和数据属 性都是可以嵌套的。这部分内容在标准的第7 - 3 部分阐述。 1 3 基于i e c6 1 8 5 0 标准的变电站自动化系统模型设计及生成 第三层：兼容逻辑节点类和数据类 兼容逻辑节点类和数据类是公用数据类在应用中的特例。这部分内容在标准 的第7 - 4 部分阐述。 2 3 2 抽象通信服务接口 如上一小节所言，a c s i 模型提供了基本信息模型规范和信息交换模型规范。 其中，基本信息模型包括采用分层分类思想建立的基本概念类模型( 见图2 5 ) 和 对基本概念类模型进行操作的其它服务模型。这些模型都提供了用于交换信息的 服务，即a c s i 。 基本信息模型主要由s e r v e r ( 服务器) 、l o g i c a l - d e v i c e ( 逻辑设备) 、 l o g i c a l - n o d e ( 逻辑节点) 、d a t a ( 数据) 和d a t a a t t r i b u t e ( 数据属性) 组成。服务 器类代表设备的外部可视性能，其它模型都是服务器的一部分。 图2 5i e c6 1 8 5 0 标准的基本概念类模型 操作基本概念类的其它服务模型包括： d a t a s e t ( 数据集) 将各种数据、数据属性编成组，用以直接访问、报告、 日志。 取代用其它值代替过程值。 s e t t i n g g r o u p 弋o n t r o l b l o c k ( 定值组控制块) 定义如何从一组定值切 1 4 第二章i e c6 1 8 5 0 标准概述 换到另一组定值以及如何编辑定值组。 r e p o r t c o n t r o l b l o c k ( 报告控锘0 块) 和l o g c o n t r o l b l o c k ( 同志控铝0 块) 一描述基于客户参数集产生报告和同志的条件。过程数据值的变化或由品质 变化触发产生报告，计入同志以备以后检索。报告可立即发送或延迟发送。 通用变电站事件( g s e ) 控制块支持输入和输出值快速可靠的系统范围分 配以及i e d 二进制状态信息对等交换。 采样值传输控制块进行传输采样值 控制进行设备控制。 时间和时问同步为设备和系统提供了时间基准。 文件传输定义了大型数据块( 如程序) 的交互。 i e c6 1 8 5 0 标准第7 - 2 部分对以上模型分别进行了介绍，包括这些模型包含 了哪些类，每个类的数据成员和提供的服务，每个数据成员的含义和取值，每个 服务的参数和返回值等方面的信息。因为本文后面将用到个别模型提供的服务， 即a c s i ，所以这里给出这些服务的列表( 见表2 1 ) 并介绍它们的工作原理。 表2 1 各模型提供的服务 模型服务 服务器模型g e t s e r v e r d ir e ct o r y ( 读服务器目录) 逻辑设备模型g e t l o g i c a l d e v i c e d i r e c t o r y ( 读逻辑设备目录) g e t l o g i c a l n o d e d i r e c t o r y ( 读逻辑节点目录) 逻辑节点模型 g e t a li d a t a v a l u e s ( 读所有数据值) g e t d a t a v a l u e s ( 读数据值) s e t d a t a v a l u e s ( 设置数据值) 数据模型 g e t d a t a d i r e c t o r y ( 读数据目录) g e t d a t a d e f i n i t i o n ( 读数据目录) 这些服务的工作原理如图2 6 ，客户利用这些服务就可以检索服务器中整个 分层以及全部可访问信息的定义，并检索给定服务器中所有低层类的所有实例的 定义。 基于i e c6 1 8 5 0 标准的变电站自动化系统模型设计及生成 g e t s e r v e r d i r e c t o r y ( l do rf i l e ) r e s p o n s e ( l d n a m e so r f i l e n a n e s ) g e t l d d i r e c t o r y ( l d n a n 忙) r c s p o n s c ( l n n a m c s ) g e t l n d i r e c t o r y ( l n n a m 曲 + r e s p o n s e ( d a m n a m e s ) g e t d a t a d i r e c t o r y ( d a t a n a m e ) f e $ p o r i s e ( d a t t r n a m c s ) 一 g c t d a t a d e f i n i t i o n ( d a t a n a m e ) o r ( d n a m e a t t r l r e s p o n s e ( a l ld a t t rd e f i n i t i o n s ) o h o r i ed a f t rd e f i n i t i o n ) 私 l dl d 图2 6 关于g e t d i r e c t o r y 和g e t d e f i n i t i o n 服务的概述 2 3 3 公用数据类 前面提到数据和数据属性是可嵌套的，通过数据和数据属性的类图( 图2 7 ) 可以说明这点。数据类( d a t a ) 有复合公用数据类( c o m p o s i t e c d c ) 和简单公用数据 类( s i m p l e c d c ) ，其中复合公用数据类又是由多个数据类组成的。数据属性类型 ( d a t y p e ) 有复合组件( c o m p o s i t e c o m p o n e n t ) 和简单组件( p r i m i t i v e c o m p o n e n t ) 。 其中复合组件又是由多个数据属性类型组成的。 图2 7d a t a 和d a t a a t t r i b u t e t y p e 的类图 1 6 第二章i e c6 1 8 5 0 标准概述 值得一提的是图中的f c 和t r g o p s 属性。f c 即功能约束，为数据属性的特 性，它表征数据属性的特殊用途，如：s t ( 状态信息) 、m x ( 测量值) 、c 0 ( 控制) 等。可以根据功能约束属性来设置数据集，这样可以同时对同一类型的数据属性 进行操作。t r g o p s 即触发条件，如d c h g ( 数据变化) 、q c h g ( 品质变化) 、d u p d ( 数 据值刷新) 。触发条件是引起发送报告或将同志条目存入同志中用的。 标准的第7 3 部分详细介绍了一系列的公用数据属性类型和公用数据类，使 用时可以是这些类型的变化( 因为类型中有些成员是可选的) 。 2 3 。4 兼容逻辑节点类和数据类 兼容逻辑节点和数据类是数据类在应用中的特例。标准的第7 4 部分描述了 8 8 个兼容逻辑节点类，其中很大一部分是和继电保护有关的( 见表2 2 ) 。 表2 2 逻辑节点分布情况 逻辑节点组逻辑节点数 系统逻辑节点 2 继电保护功能 2 8 有关继电保护的功能 1 0 监视控制 5 通用引用 3 接口和存档 4 自动控制 4 计量和测量 7 传感器和监视 3 开关 2 仪用变压器 2 电力变压器 4 其它电力系统设备 1 4 逻辑节点总数 8 8 基于i e c6 1 8 5 0 标准的变电站自动化系统模型设计及生成 兼容逻辑节点类在标准中都有特定的标识，如：断路器逻辑节点x c b r 、测 量值单元逻辑节点m l v l x u 等。使用时根据需要选择这些兼容逻辑节点类中的成员 ( 成员有可选的和必须的两种) 形成自己的逻辑节点类，自己特定的逻辑节点类的 命名上只能在原有名称上加前缀或后缀，如m y x c b r 、m y m m x u 。而逻辑节点类的 实例的命名只能在逻辑节点类的名称上加后缀，如m m x u l 、x c b r 2 等。 2 3 5 综合示例 为了更具体的说明数据类、数据属性类、公用数据类以及兼容逻辑节点类和 数据类之间的关系，下面引用一个实例( 见图2 8 ) 进行阐述。其中m i v i x u l 是一个 兼容逻辑节点类m m x u ( 测量值单元) 的实例，兼容逻辑节点类由若干公用数据类 和公用数据属性类组成，公用数据类和公用数据属性类又是嵌套的。 图2 8 综合实例 逻辑节点实例m l x u l 和其它逻辑节点的通信则是通过自身和其它逻辑节点 提供的a c s i 来实现的。如：i h m i ( 人机交互接口逻辑节点) 可以通过调用m m x u l 的g e t l o g i c a l n o d e d i r e c t o r y 来获取删i x u l 的目录信息，继而按图2 。6 描述的方 式获取m m x u l 的整个结构信息，接着可以通过m i x u l 的g e t a l i d a t a v a l u e s 服务 或其成员的其它服务来获取具体的值。同时，m i x u l 也可以根据设置的触发条件， 在触发条件满足时向i h m i 报告数据等。 2 4 变电站配置描述语言1 2 8 l 【2 9 l 1 8 第二章i e c6 1 8 5 0 标准概述 i e c6 1 8 5 0 标准的第6 部分规定了基于x m l ( 可扩展标记语言) 的变电站配置 描述语言( s u b s t a t i o nc o n f i g u r a t i o nd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ：s c l ) ，它是用来 描述i e c6 1 8 5 0 标准的第5 部分和第7 部分定义的i e d 的配置和通信系统的。它 也能描述变电站自动化系统和变电站(