（电力系统及其自动化专业论文）基于svg及iec+61850的图形显示系统关键技术研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第| f 页 a bs t r a c t p o w e r g r a p h i c ss y s t e mi s a l li m p o r t a n tp a r to ft h ep o w e rs y s t e ma p p l i c a t i o n ss o f t w a r e t h ei m p o r t a n tp a r ta b o u tt h ev i s u a l i z a t i o no fp o w e rg r a p h i c ss y s t e mi st h eg r a p h i c a ld i s p l a y o ft h ea c t u a lp o w e rs y s t e ma n dt h eo u t p u to fav a r i e t yo fg r a p h i c a ld a t a o nt h eo t h e rh a n d ， a f t e rt h ei e c 618 5 0s t a n d a r dw a so f f i c i a l l yp u b l i s h e d ，m o r ea n dm o r et r a n s f e rs u b s t a t i o n s a r o u n dt h ew o r l dh a v ep u ti ti n t oa p p l i c a t i o nt o t a l l ya n dp a r t l y i no r d e rt om a k ei tt r u l y b e c o m et h es t a n d a r do ne l e c t r i c i t yn e t w o r ks e a m l e s sa u t o m a t i o nc o n t r o lo ft h eu n i v e r s a l c o m m u n i c a t i o np l a t f o r mt h ew g 10w o r k i n gg r o u po fi e ct c 5 7i sd e v e l o p i n gt h es e c o n d e d i t i o no fi e c 6 1 8 5 0s t a n d a r d t h en e wv e r s i o nw i l li n c r e a s et h ei e c 6 1 8 5 0 8 0 - 1 ( m a p b e t w e e ni e c 6 1 8 5 0 a n di e c 6 0 8 7 0 - 5 1 0 4 1 0 1 ) ，i e c 6 1 8 5 0 9 0 1 ( i e c 6 1 8 5 0u s e dt o c o m m u n i c a t ea m o n gt h et r a n s f e rs u b s t a t i o n s ) a n di e c 618 5 0 - 9 0 2 ( i e c 618 5 0u s e dt o c o m m u n i c a t eb e t w e e nc o n t r o lc e n t e ra n dt r a n s f e rs u b s t a t i o n ) a n ds oo n w ec a nf o r e s e et h a t n e wp r o d u c tw i l lg r a d u a l l yf u l ls u p p o r ti e c 618 5 0s t a n d a r d t h i sa r t i c l e ，w h i c hi sb a s e do nt h ei n - d e p t hs t u d yo fi e c618 5 0s t a n d a r d ，d i s c u s s e st h e p r o b l e m s o fc u r r e n tp o w e rg r a p h i c s d i s p l a ys y s t e ma n dt r i e s t o a p p l yi e c618 5 0 c o n f i g u r a t i o nf i l et ot h eg r a p h i c a lt o p o l o g yd i s p l a ys y s t e mo ft r a n s f e rs u b s t a t i o n f i r s t l y , i t i n t e g r a l l yi n t r o d u c e st h ef r a m e ，c o m p o s i t i o n ，f u n c t i o nd i s t r i b u t i o no ft h ep o w e rg r a p h i c a l d i s p l a yp r o t o t y p es y s t e m ，b a s e d o nt h ei e c618 5 0s t a n d a r d ，a n dt h e c o m p o s i t i o n r e l a t i o n s h i p s o fs o m e k e yt e c h n o l o g i e s s e c o n d l y , t h e i e dm o d e l i n gm e t h o d sa n d c h a r a c t e r i s t i c sa b o u ti e c618 5 0a r ed e s c r i b e di nd e t a i l a tt h es a m et i m et h i sp a p e ra n a l y s e s a n dc o m p a r e st h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sa b o u tt h et o ww a y s ，o n eo fw h i c hi sb a s e d o nr e l a t i o n a ld a t a b a s ea n dt h eo t h e ro n ei sb a s e do no b je c t o r i e n t e dd a t a b a s e ，i nm o d e l i n go f i e c6 18 5 0 t h es p e c i f i cs o l u t i o n sa b o u ti e dm o d e la c c e s sb a s e do no b j e c t o r i e n t e d d a t a b a s ea r eg i v e n a n dt h e ni tg i v ead e t a i l e da n a l y s i so fi e c6185 0i nt h es c ll a n g u a g e f e a t u r e sr u l e si nt h ec o m b i n a t i o no fs v g g r a p h i c st e c h n o l o g yt oc o n d u c tac o m p r e h e n s i v e a n a l y s i so ft r a n s f e rs u b s t a t i o nc o n f i g u r a t i o nf i l e sa n di n f o r m a t i o nm a t c h i n g a n dt h e ni t d e s i g n ss v g d e v i c eg r a p h i cb a s e do no b j e c t o r i e n t e dd a t a b a s ea n dp r e s e n t sp a r t i c u l a rb l u e p r i n to fa c c e s sa b o u td e v i c eg r a p h i cd e p o tb a s e do nd b 4 0d a t a b a s e s u b s e q u e n t l y , i tg i v e sa n i n d e p t hs t u d yo ft h ea c s im a p p i n gt om m s o ft h ei e c618 5 0a n das p e c i f i ca n a l y s i so ft h e f i l et r a n s f e rs e r v i c ea n ds o m ej a v a b a s e ds e r v i c es o l u t i o n s f i n a l l y , i tp r o p o s e dt h et o t a l d e s i g np l a na b o u tt h ep o w e rg r a p h i cd i s p l a ys y s t e ms o f t w a r ea n dg i v e sa na n a l y s i sa b o u t 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 li 页 d e v i c eg r a p h i ca c c e s s ，t r a n s m i s s i o na n da n a l y s i so ft h et r a n s f e rs u b s t a t i o nc o n f i g u r a t i o nf i l e a n dt h et o p o l o g ym a pd i s p l a y i n gp r o c e s s i nt h ew i n d o w sp l a t f o r m ，e a c hm o d u l e p r o g r a m m i n gi sc o m p l e t e di nj a v a - b a s e ds o f t w a r ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ，a n dt h e f e a s i b i l i t yo ft h i sd e s i g ni sv e r i f i e dt h r o u g ht h ec o n f i g u r a t i o nf i l eo fa ni e c6 18 5 0t r a n s f e r s u b s t a t i o ns a m p l e t h i sa r t i c l ei st h es t u d yo fb e n e f i c i a le f f e c t st h a tm a yb ep r o d u c e db yi e c6 18 5 0 c o n f i g u r a t i o nf i l e o nt h ef u t u r es c h e d u l i n ga p p l i c a t i o n e l e c t r i c a ls u b s t a t i o nc o n n e c t i o n d i a g r a m ，g e n e r a t e db yt h a t i e c618 5 0c o n f i g u r a t i o nf i l ei nc o m b i n a t i o nw i t hs v g t e c h n o l o g y , h a ss o 、m ev a l u ea b o u t t h et r a n s f e rs u b s t a t i o nc o n s t r u c t i o nw h i c hi sb a s e do ni e c 6 18 5 0a n dh a se n t e r e dt h e e n g i n e e r i n gp h a s e i na d d i t i o n ，t h i s i s s u ea l s oh a ss o m e s i g n i f i c a n c ep r o s p e c t i v es t u d ya b o u t f u t u r ea p p l i c a t i o no fi e c618 5 0s t a n d a r dt ot h ee l e c t r i c p o w e rs c a d a k e yw o r di e c6 18 5 0 ；g r a p h i cd i s p l a y ；s v g ；o b j e c t o r i e n t e dd a t a b a s e 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密函使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“v ”) 学位论文作者签名：秀氆妻 日期：2 0 防2 7 指导老师签名：访杳刍 日期： o 弋。一。 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 结合s v g 技术、面向对象数据库技术设计实现了i e c6 l8 5 0 设备图元的 存取，基于对象的方式更符合i e c6 18 5 0 标准的设计初衷；深入分析了i e c 6 18 5 0 的a c s i 文件传输服务到m m s 的映射，给出了基于j a v a 的实现；完全 按照i e c6 18 5 0 配置文件结构来解析变电站电气拓扑结构，并依据该结构生成 对应的电气连接图。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在 文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本 人承担。 学位论文作者签名：魂李 日期：2 0 o 。孓7 ， 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 课题的研究背景及意义 i e c6 1 8 5 0 是一个关于变电站自动化系统结构和数据通信的国际标准，目的是使变 电站内不同厂家的智能电子设备( 1 i d i n t e l l i g e n te l e c t r i cd e v i c e ) 之间通过一种标准( 协 议) 实现互操作和信息共享。该标准自发布后，中国电力标准委员会积极开展跟踪研 究，组织国内科研单位、生产开发单位的专家进行翻译，目前已形成了国内d l t 8 6 0 系列电力行业标准。该标准定义了与变电站自动化系统网络和通信相关的功能、服务、 模型、配置描述语言、一致性测试等方面内容，使用了很多新技术，已成为了一个较 为完整的技术体系【1 j 。 按照i e c6 1 8 5 0 标准，变电站综合自动化系统( 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 ) 分为变电站层、间隔层和过程层。其中变电站层需要有图形人机界面，通过图形界面 展示发布信息和数据，进行交互操作，方便快捷而且直观，因而是s a s 的重要组成部 分。变电站层图形界面包含的信息实际是完全包括在变电站的配置信息中，然而符合 i e c6 1 8 5 0 标准的变电站系统配置工具并不要求生成图形显示信息的配置文件，一般情 况下，系统的配置信息与图形表示是区别对待的。 i e c6 1 8 5 0 标准对变电站资源定义了统一的建模方式，以实现系统的开放和互操 作，但并没有涉及系统图形数据的统一建模。目前电力系统中存在的可视化图形主要 以各种不同格式的位图图像形式存在于各个应用系统中，通常的做法是单独维护一个 配置信息库保存系统的配置信息，而图形是特制软件人工绘制，图形资源一般与数据 模型相分离，并且在系统集成的过程中无法共享和重用。 另一方面，i e c ( i n t e r n a t i o n a le l e c t r o t e c h n i c a lc o m m i s s i o n ，国际电工委员会) t c 5 7 的w g l 0 小组正在开展将i e c6 1 8 5 0 引入电力远动的研究工作，新版将增加 i e c 6 1 8 5 0 8 0 1 ( i e c 6 1 8 5 0 与i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 4 1 0 1 之间的映射) 、i e c 6 1 8 5 0 9 0 1 ( 变电 站之间采用i e c 6 1 8 5 0 进行通信) 及i e c 6 1 8 5 0 9 0 2 ( 控制中心与变电站之间采用 i e c 6 1 8 5 0 进行通信) 等内容，包括在变电站之间以及变电站与调度中心之间的通信均 采用i e c6 1 8 5 0 标准 2 - 3 j 。可以预见，今后行业内新开发的s c a d a 产品无论是控制中 心还是被控站将逐渐全面支持i e c6 1 8 5 0 标准。同样对于调度中心来说，实现符合i e c 6 1 8 5 0 要求的变电站电气连接图形化显示尤为重要。传统的变电站自动化系统在站级配 置好相应的电气拓扑图后，还要重复在调度端重新配置、映射该站对应的电气连接图， 增加了无谓的重复工作量。因此，利用i e c6 1 8 5 0 标准定义的变电站详述文件 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 ( 木s s d s y s t e ms p e c i f i c a t i o nd e s c r i p t i o n ) 生成变电站电气连接图具有较好的应用前景， 可以避免调度端需要手动生成变电站电气连接图的工作量，从而大大提高电网s c a d a 系统的实施速度。 随着网络技术的深入发展，s v g ( s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ，可缩放矢量图形) 为 电力系统运行可视化图形数据的发布提供了一种开放性的解决方案，使电力图形数据 成为了一种可扩展可移植的图形资源。s v g 是基于x m l ( e x t e n s i b l em a r k l a n g u a g e ， 可扩展标记语言) 的二维图形描述语言。采用s v g 格式进行图形交换，使保存的文件 具有很强的通用性，不仅可供w e b 调用或第三方应用软件使用，还有利于不同开发商 的系统进行图形交互，是当前图形交换的最佳方案【4 】。鉴于s v g 的种种优点，国际电 工委员会( i e c ) 推荐s v g 作为图形交换的标准格式。 本课题进行i e c6 1 8 5 0 配置文件对将来调度应用方面有可能产生的有利影响的研 究，结合s v g 技术生成变电站电气连接图，对已进入工程应用阶段的基于i e c6 1 8 5 0 的变电站建设具有一定的使用价值；同时对于未来i e c6 1 8 5 0 标准应用到电力远动调 度方面也具有一定的前瞻性研究意义。 1 2 国内外现状分析 国外符合i e c6 1 8 5 0 标准的变电站自动化系统产品已经成功应用于上百个变电站 中。针对工程应用，国外主要大公司( a b b 、s i e m e n s 、a r e v a ( 原a l s t o m ) 、k e m a 等) 积极开展多边互操作试验，对各厂家的i e c6 1 8 5 0 系统进行验证，包括模型、工 程配置工具等的互操作。 目前国调中心成功组织国内外主要厂家进行了6 次i e c6 1 8 5 0 互操作试验，取得 了很大成果。经过6 次试验的锻炼，国内各厂家开发生产的设备已实现了i e c6 1 8 5 0 标准中规定的基本模型、服务和功能，与国内外主要厂家的设备顺利完成了互连互通， 表明国内大多数厂家的研究水平与国外厂家已处于同一水平。 1 2 1i e c6 1 8 5 0 标准的研究现状 针对本课题，国外关于i e c6 1 8 5 0 的研究文献主要集中在以下几个方面： 文献 5 介绍了i e c6 1 8 5 0 对将来变电站设计的影响，描述了基于i e c6 1 8 5 0 的变 电站自动化系统中不同的组件及其组件的组成方式。并分析了不同组成方式下的系统 通信性能。但并未涉及m c6 1 8 5 0 有可能对将来调度方面产生的影响。 文献【6 至 8 介绍了针对不同装置功能的i e c6 1 8 5 0 的i e d 建模，分析了i e c6 1 8 5 0 对模型的功能要求、构成方式及性能方面的评估。说明了i e d 模型建立的基本方式， 解释了i e c6 1 8 5 0 对于具体装置功能的分散组合理念。但是对于实际应用的模型配置 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 文件方面未做深入探讨，也未针对具体的建模工具进行研究。 目前国内关于l e c6 1 8 5 0 的研究文献主要集中在以下几个方面： 1 标准的研究：早期对l e c6 1 8 5 0 标准的内容、特点和与其他标准比较等综述性 的文献，对国内了解和认识i e c6 1 8 5 0 起到了很大的帮助作用【9 15 1 。 2 标准的分析：主要从计算机领域对i e c6 1 8 5 0 的结构化模型、语义约定和自动 理论等进行研究【1 6 19 1 。 3 装置的建模：主要基于i e c6 18 5 0 的保护装置建模，但对如何实现模型未做更 深层次的讨论【2 眦4 1 。 4 通信服务及映射的研究：主要包括采样值、基于t c p i p 的m m s 映射，但对 如何具体实现m m s 服务未做深入细致的分析【2 5 2 7 】。 5 变电站配置语言的研究：给出了如何实现l e d 配置工具和系统配置工具，但对 详细实现过程及实现效果未做更深入的阐述【2 8 3 1 】。 6 互操作性的研究：主要是对国内外互操作实验进行介绍，提出国内进行互操作 实验的建议和对i e c6 1 8 5 0 的互操作性进行理论分捌3 2 3 5 】。 1 2 2 基于s v g 和i e c6 1 8 5 0 标准的图形显示研究现状 s v g 是由w 3 c 组织开发的一种开放标准的文本式矢量图形描述语言，主要面向 网络应用。s v g 仅仅是一种图形的技术标准，不附带任何的电力背景，要把它运用到 电力系统当中，就要把它和具体的电力设备联系起来，使它带上电力系统特有的性质。 文献 3 6 给出了一种使用s v g 来表示基本图元、电力设备符号和统计图表的设计 方案，并介绍如何使用元数据来表示电力系统图元的业务数据。但并未涉及在i e c 6 1 8 5 0 中的应用。 文献 3 7 大量针对s v g 进行分析研究，并设计了基于s v g 的电气一次接线图绘制 系统，对系统进行功能设定和模块划分，并对关键部分予以实现。对于其技术层面， 有一定的借鉴价值，但并未涉及在i e c6 18 5 0 中的应用。 文献 3 8 】阐述了电力图形系统的发展现状及s v g 的应用优点，并采用s v g 作为监 控画面的图形格式，介绍了监控画面图形生成软件图元库模块和图元属性模块的设计 方法。但并未涉及其在i e c6 1 8 5 0 中的应用。 文献 3 9 介绍了图库一体化的概念及实现方法，采用图形与实时量关联数据库的方 法来使用图形显示现场设备的实时状态。同样，也未涉及到i e c6 1 8 5 0 。 文献 4 0 】分析了i e c6 18 5 0 中的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 ，变电站 配置语言) 语言特点以及变电站一次接线图，设计了基于s v g 的符合i e c6 1 8 5 0 标准 的变电站设备拓扑图形表示方法的解决方案。但并未对具体的应用进行尝试，也没有 提及s v g 电力图形扩展至调度端的应用。尤其对于l e c6 1 8 5 0 的模型建立与s v g 图 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 形之间的映射未做深入的研究。 文献 4 1 详细讨论了s c l 与s v g 嵌套结合的可行性和途径，给出了种将s c l 嵌入s v g 的方法，分析了扩展后的s v g 文件结构，实现了通过图形绘制生成s s d 文 件的功能，具有一定的借鉴性。但并未进行逆向的考虑，即利用已生成的s s d 文件或 s c d 文件，反向生成变电站电气接线图，以便为将来调度方面直接利用配置文件完成 变电站拓扑图提供可行的依据和参考。 因此，目前以上已有文献均未考虑l e c6 1 8 5 0 结合s v g 图形将来对电网s c a d a 调度端系统所产生的影响，尤其是如何利用已有的s s d 或s c d 文件描述生成直观的变 电站电气连接图，便成为了一个具有重要意义的研究方向。 1 3 论文所做的主要工作 论文的研究工作主要分为5 部分： ( 1 ) 变电站通信网络与系统的国际标准l e c6 1 8 5 0 的理论分析与应用【4 2 1 。 ( 2 ) 基于i e c6 1 8 5 0 的图形显示系统的整体架构及工作模式分析。 ( 3 ) 面向对象数据库及s v g 图形技术在l e d 建模和i e c 6 1 8 5 0 的s c l 语言中应用。 ( 4 ) i e c 6 18 5 0 文件传输服务部分a 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 e r si n t e r f a c e ， 抽象通信服务接口) 到m m s ( m a n u f a c t u r i n gm e s s a g es p e c i f i c a t i o n ，制造报文规范) 的 映射及实现。 ( 5 ) w i n d o w s 平台下基于j a v a 环境的原型系统的开发。 全文的各章节安排如下： 第1 章：介绍论文的研究背景及意义，分析研究国内外文献，提出将1 e c6 1 8 5 0 应用到电力远动调度方面进行一定的前瞻性研究的目标。 第2 章：整体介绍基于l e c6 1 8 5 0 标准的电力图形显示系统的框架结构、系统组 成、功能分布以及相关关键技术的构成关系。 第3 章：详细介绍i e c6 1 8 5 0 标准的l e d 建模方式及特点，分析对比基于关系数 据库和面向对象数据库技术在l e c6 1 8 5 0 建模中的优缺点后，给出采用面向对象数据 库进行l e d 模型存取的具体解决方案。 第4 章：在详细分析l e c6 1 8 5 0 的s c l 语言功能规则的基础上，结合s v g 图形技 术对变电站配置文件进行全面分析及信息匹配。基于面向对象数据库技术设计了对应 s v g 格式的设备图元，并给出基于d b 4 0 ( d a t a b a s ef o ro b j e c t ) 数据库的s v g 图元库 的存取方案。 第5 章：深入研究l e c6 1 8 5 0 的a c s i 到m m s 的映射关系，具体分析其中的文件 传输服务部分并给出基于j a v a 的服务解决方案。 第6 章：给出电力图形显示系统的软件总体设计方案。分析设备图元存取、变电 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 站配置文件传输和解析以及拓扑结构图的显示流程。在w i n d o w s 平台上基于j a v a 环境 完成各个模块软件编程，最后通过i e c6 1 8 5 0 中的一个变电站示例配置文件来验证本 设计的可行性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章基于i e c6 1 8 5 0 的图形显示系统框架及其关键技术 2 1 基于i e c6 18 5 0 的图形显示系统框架 图形显示系统是电力系统应用软件的重要组成部分，对电力接线图的显示以及各 种数据的图形化输出是其可视化的重要内容。目前各种电力系统应用软件中图形支持 系统的实现和提供的功能各异，有些采用完全独立开放的图形模块，有些采用基于文 件的图形数据存储方式。多样化的软件环境使得不同的电网主接线图绘制软件和显示 软件之间存在着难以共享和交换数据的问题。 同时，传统的变电站综合自动化系统在站级配置好相应的电气拓扑图后，还要重 复在s c a d a 系统调度端重新绘制和配置该站对应的电气连接图，增加了无谓的重复 工作量。因此符合良好的系统化、格式化，以及高内聚、低耦合要求的图形系统就显 得尤为重要：首先，当变电站综合自动化系统采用i e c6 1 8 5 0 后，其系统配置文件的 结构包含了对应的电气拓扑关系，其基于i e c6 1 8 5 0 的图形显示就成为可能；其次， 调度端系统通过远程访问基于i e c6 1 8 5 0 的配置文件，即可获取调度系统所需的图形 绘制信息。 本章将对基于i e c6 1 8 5 0 标准的图形显示系统的整体结构以及具体功能构成进行 设计。 基于i e c6 1 8 5 0 标准的图形显示系统主要由五部分功能构成，分别为：系统主模 块、文件传输模块、文件解析模块、d b 4 0 数据库、图形显示模块，如图2 1 所示。其 中主模块负责系统运行及对各模块进行功能调度；文件传输模块实现对变电站后台机 上的i e c6 1 8 5 0 系统配置文件的提取；文件解析模块实现对配置文件的电气拓扑关系 的解析；d b 4 0 数据库是一个完全面向对象的数据库，其中存储了符合i e c6 1 8 5 0 面向 对象思想的i e d 设备图元。图形显示模块将提取出的图元组件按照解析后的电气拓扑 关系组装显示。 系统运行基本流程如下： 1 系统通过i e c618 5 0a c s i 文件传输服务来实现从文件存储器提取文件，该服 务映射到i s o9 5 0 6 1 和i s o9 5 0 6 2 规定的个m m s 文件打开、文件读、文件关闭服 务序列。 2 在成功获取文件后，文件解析功能对规范的、符合x m l 格式的i e c6 1 8 5 0 系 统配置文件进行遍历分析，在内存中建立与之对应的电气拓扑结构模型，等待与对应 的图元进行匹配。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 3 随后系统主模块按照内存拓扑模型对设备图元数据库进行查询，提取对应的设 备图元符号，按照己解析完成的电气拓扑结构进行组装，完成图形的显示。 。艘| m m s 通1 g 文件传输服务 图2 1 系统框架图 实际的电力图形显示系统涉及到很多的方面，如画面的交互功能、地理信息的展 示以及实时信息的更新等功能，而本文的重点在于依照i e c6 1 8 5 0 标准来设计和实现 基本的电气设备图元和拓扑连接的显示功能，关键放在对i e c6 1 8 5 0 标准的应用以及 适合该标准的面向对象图元库的开发应用等方面。 因此接下来把该系统的关键技术以及这些技术与系统构成之间的关系进行简单介 绍，其中相关技术的详细介绍在后面章节单独详细阐述。 2 2 相关关键技术 在基于i e c6 1 8 5 0 标准的图形显示系统中，本文将重点介绍了以下几个关键实现 技术： 1 面向对象数据库在i e c6 1 8 5 0 建模中的应用。 2 基于面向对象数据库的s v g 设备图元库设计。 3 系统配置文件的传输及图元解析。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 2 2 1i e c6 18 5 0 的i e d 建模及存取方式 与以往的远动通信协议采用面向点的信息描述方式不同，i e c6 1 8 5 0 标准的一个显 著特点是采用面向对象的方法描述变电站及设备信息，它为变电站设备、通信体系及 服务建立了基于对象的数据模型，这些模型描述和定义了大多数公共实际设备和设备 组件的公共数据标识、格式、行为、控制以及设备之间进行信息交换所需要的服务， 因此面向对象的信息模型和建模方法是i e c6 1 8 5 0 的核心。 i e c 6 1 8 5 0 将i e d 按功能抽象为一个个逻辑节点。逻辑节点为基本数据模型，包含 一定的数据( 对象) ，数据( 对象) 又由相应的属性构成。层次间是父与子的一对多关 系，即一个物理设备可由多个逻辑设备构成，依此类推。设备在建立模型时必须遵照 标准的定义，但其逻辑节点、公共数据类是可以扩充的。图2 2 为不同的逻辑节点构 成i e d 的简单示例。 图2 - 2 不同的逻辑节点构成i e d 图2 2 中包含的逻辑节点有p t o c ( 定时过流保护) 、p d i s ( 距离保护) 、p t r c ( 跳 闸条件) 、x c b r ( 断路器) 。通过将功能抽象为逻辑节点，各个功能就能很容易地组合 到i e d 中，从而满足各种不同情况下相对应的需求。如图中所示，可以将p t o c 功能 和p d i s 功能放在同一个i e d 内作为i e d 的两种功能通过网络向断路器传送跳闸报文； 也可以将它们包含在两个专门设备内作为两种功能同时处理同一个故障，独立地通过 网络向断路器传送跳闸报文。 由于i e c6 1 8 5 0 完全采用面向对象的分层设计思想，而目前实际应用中大多采用 关系数据库来存取建模数据，这就需要从关系数据库提取零散的字段数据，再按照i e c 6 1 8 5 0 的定义将其组织成符合要求的i e d 对象模型。这个过程无疑增加了建模中的额 外资源开销以及后续数据更薪及修改的工作量，同样对于工程应用来说也增加了对设 计思想的理解，不利于对现场故障的定位及排除。因此本文提出依照i e c6 1 8 5 0 面向 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 对象的建模思想，对l e d 的建模数据采用面向对象的d b 4 0 数据库存储的方案，实现了 i e d 建模工具完全面向对象地对模型对象数据进行存储、提取等操作。这不仅利于对 l e d 面向对象模型的理解，还大大提高了模型数据的存取效率。 2 2 2 基于面向对象数据库的s v g 设备图元库设计 s v g 技术的产生为电力系统可视化图形数据的发布提供了一种开放性的解决方 案，使电力图形数据成为了一种可扩展可移植的图形资源。s v g 是基于x m l 的二维 图形描述语言，采用s v g 格式进行图形交换，使保存的文件具有很强的通用性，不仅 可供w e b 调用或第三方应用软件使用，还有利于不同开发商的系统进行图形交互，是 当前图形交换的最佳方案。鉴于s v g 的种种优点，国际电工委员会推荐s v g 作为图 形交换的标准格式。 s v g 仅仅是一种图形的技术标准，不附带任何的电力背景，要把它运用到电力系 统当中，就要把它和具体的电力设备联系起来，使它带上电力系统特有的性质。 文献 4 3 给出了一种使用s v g 来表示基本图元、电力设备符号和统计图表的设计 方案，介绍了如何使用元数据来表示电力系统图元的业务数据。文献 4 4 介绍了监控画 面图形生成软件图元库模块和图元属性模块的设计方法。但对于i e c 6 1 8 5 0 标准而言， 尽量在全系统中保持比较一致的面向对象结构是很重要的设计理念。因此本文在系统 设计时吸取i e c 6 1 8 5 0 5 装置建模的面向对象思想来构建s v g 图形对象库，使得s v g 图形和s c l 语言在对象和元素之间保持一定的统一。 2 2 3 配置文件的网络传输及图元解析 i e c 6 1 8 5 0 的文件传输模型的a c s i 定义在其第7 2 部分，定义了基本的类和服务 参数。在第8 1 部分定义了文件传输模型的a c s i 到m m s 服务的映射，定义了具体的 a c s i 文件参数所对应的m m s 服务和参数。如表2 1 所示： 表2 - 1 文件传输服务部分a c s i 到m m s 的映射 a c s i 参数 m m s 服务和参数 文件名称 ( f i l e n a m e ) 文件数据 ( f i l e d a t a ) 文件关闭 ( f i l e c l o s e ) 打开文件请求文件名 ( f i l e o p e n r e q u e s tf i l e n a r n e ) 读文件响应文件数据 ( f i l e r e a d r e s p o n s ef i l e d a t a ) 文件关闭请求 ( f i l e c l o s e r e q u e s t ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 本文实现了一个包含基本功能的1 e c6 1 8 5 0 服务器端，主要提供文件传输功能。 由于只是提供文件传输服务，因此所实现的i e d 模型并不完整，只具备基本的文件传 输服务，是一个基本的展示。 按照i e c 6 1 8 5 0 6 的规定，变电站功能( 变电站部分或一次设备或二次设备) 是在 变电站模型中定义的，所以要获取变电站的连接拓扑图，主要就是分析该模型的部分 间关系。在清晰了模型设备之间的关系后，通过一定的拓扑算法对己提取出的s v g 图 元组件进行分析，即可获得与配置文件对应的电气连接图。 2 3 本章小节 本章具体阐述了基于i e c6 1 8 5 0 标准的图形显示系统的框架构成及相关关键技术 的关系，理清了具体的技术思路及实现方式，后续章节所有的设计工作均以此框架进 行展开。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 第3 章基于面向对象数据库的i e c6 18 5 0 模型数据存取 3 1 面向对象数据库的技术特点 面向对象数据库系统( o b j e c to r i e n t e dd a t a b a s es y s t e m ，简称o o d b s ) 是数据库 技术与面向对象程序设计方法相结合的产物【4 5 1 。对于o o 数据模型和面向对象数据库 系统的研究主要体现在： 1 研究以关系数据库和s q l 为基础的扩展关系模型； 2 以面向对象的程序设计语言为基础，研究持久的程序设计语言，支持o o 模型； 3 建立新的面向对象数据库系统，支持o o 数据模型。 面向对象程序设计方法是一种支持模块化设计和软件重用的实际可行的编程方 法。它把程序设计的主要活动集中在建立对象和对象之间的联系( 或通信) 上，从而 完成所需要的计算。一个面向对象的程序就是相互联系( 或通信) 的对象集合。面向 对象程序设计的基本思想是封装和可扩展性。 面向对象数据库系统支持面向对象数据模型( 以下简称o o 模型) 。即面向对象数 据库系统式一个持久的、可共享的对象库的存储和管理者：而一个对象库是由一个o o 模型所定义的对象的集合体。一个o o 模型是用面向对象观点来描述现实世界实体( 对 象) 的逻辑组织、对象间限制、联系等的模型。一系列面向对象核心概念构成了o o 模型的基础。而o o d b 语言用于描述面向对象数据库模式，说明并操纵类定义与对象 实例。o o d b 语言主要包括对象定义语言( o d l ) 和对象操纵语言( o m l ) ，对象操 纵语言中一个重要子集是对象查询语言( o q l ) 。o o d b 语言一般应具备下述功能： 1 类的定义与操纵：面向对象数据库语言可以操纵类，包括定义、生成、存取、 修改与撤销类。其中类的定义包括定义类的属性、操作特征、继承性与约束等。 2 操作方法的定义：面向对象数据库语言可用于对象操作方法的定义与实现。 在操作实现中，语言的命令可用于操作对象的局部数据结构。对象模型中的封装特性 允许操作方法由不同程序设计语言来实现，并且隐藏不同程序设计语言实现的事实。 3 对象的操纵：面向对象数据库语言可用于操纵( 即生成、存取、修改和删除) 实例对象。 目前，还没有像s q l 那样的关于面向对象数据库语言的标准，因此不同的 o o d b m s 其具体的数据库语言各不相同。 面向对象数据库与传统关系型数据库相比，具有如下几方面的优势： 1 面向对象数据库对数据语义的扩展更大，允许定义任何复杂的数据类型和提供 西南交通大学硕士研究生学位论文 第12 页 与数据相关联的行为。 2 面向对象数据库具有表示和构造复杂对象的能力，可以模拟复杂的现实世界， 其对象的取值可以是另外一个对象，实际储存的又是该对象的标识，这样的表示又自 然，又容易理解。 3 面向对象技术强调与数据相关软件的组织而不是控制流，从而把开发者的注意 力转向数据库设计者的意图。如图3 1 所示【46 | ，对于面向对象数据库而言，不用再像 关系数据库那样考虑对象在数据库中是如何映射存取的了。 ， 图3 - 1 面向对象数据库的存取方式 4 面向对象数据库在功能方面与关系数据库有很大的区别。关系数据库在运行时 根据存在表中的数据集而导出一个虚结构。而面向对象数据库本身含有对象，这些对 象在运行时不需要导出。 5 面向对象数据库是一种主动型数据库，而一个关系型数据库则是被动型的数据 库。关系数据库主要提供的是增加和删除记录的能力，而面向对象数据库主要提供在 对象中嵌入方法的能力。 3 1 1 抽象、扩展的数据模型 面向对象数据模型即是用面向对象方法所建立的数据模型，它包括数据模式，建 立在模式上的操作以及建立在模式上的约束，一般可以用面向对象方法中类层次结构 表示o o d m ( o b j e c t o r i e n t e dd a t am o d e l ，面向对象数据模型) ，其具体解释如下： ( 1 ) 数据模式：用对象与类结构以及类间