GBZ 42151.77-2024 电力自动化通信网络和系统 第7-7部分：用于工具的IEC 61850相关数据模型机器可处理格式标准立项发展报告

电力自动化通信网络和系统第7-7部分：用于工具的IEC61850相关数据模型机器可处理格式标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PowerAutomationCommunicationNetworksandSystems—Part7-7:Machine-ProcessableFormatofIEC61850-RelatedDataModelsforTools摘要随着智能变电站和数字化电网建设的深入推进，IEC61850标准体系作为电力自动化系统互操作性的核心规范，其应用范围已从变电站内扩展至广域电力系统。在此背景下，如何高效、准确地实现IEC61850相关数据模型在各类工程工具之间的机器可读、可处理与可交换，成为制约工程效率和数据质量的关键瓶颈。本标准《电力自动化通信网络和系统第7-7部分：用于工具的IEC61850相关数据模型机器可处理格式》（GB/Z42151.77-2024）作为IEC61850系列标准的重要组成部分，旨在定义一种独立于具体实现技术的机器可处理格式，用于描述和交换IEC61850相关数据模型，从而支撑工具链的自动化集成、配置文件的标准化管理以及系统级互操作性测试。本报告系统梳理了该标准的立项背景、国内外标准化现状、核心技术内容、编制原则与预期效益，并对主要起草单位的技术积累与行业贡献进行了详细介绍。报告认为，该标准的发布实施填补了我国在电力自动化数据模型机器可处理格式领域的标准空白，对提升电力系统工程效率、降低集成成本、推动电网数字化转型具有重要意义。关键词：电力自动化；IEC61850；数据模型；机器可处理格式；互操作性；变电站自动化；智能电网Keywords:PowerAutomation;IEC61850;DataModel;Machine-ProcessableFormat;Interoperability;SubstationAutomation;SmartGrid一、引言1.1标准化背景电力自动化系统是电力系统安全稳定运行的神经中枢，涉及变电站自动化、配电自动化、调度自动化等多个领域。随着智能电网建设的全面推进，电力自动化系统的规模和复杂度持续提升，多厂商设备互联互通的需求日益迫切。IEC61850《电力自动化通信网络和系统》系列标准自2003年发布以来，已成为全球电力自动化领域最具影响力的通信标准体系，其核心设计理念在于实现不同厂商设备之间的信息共享与互操作。在IEC61850标准体系中，数据模型是信息交换的语义基础。SCL（SubstationConfigurationdescriptionLanguage，变电站配置描述语言）作为IEC61850第6部分定义的配置描述语言，采用XML（可扩展标记语言）语法描述变电站系统配置、智能电子设备（IED）能力配置及通信配置。然而，随着标准应用的深化和工程实践的拓展，SCL文件在实际运用中面临着格式灵活性不足、工具链支持不完善、不同版本间兼容性差等问题。特别是当工程规模扩大、系统集成复杂度提升时，传统的基于SCL的配置管理方式已难以满足高效、精确的数据交换需求。1.2标准立项的必要性在IEC61850标准的持续演进过程中，IECTC57技术委员会意识到，虽然SCL以XML作为描述语言，但其工具实现层面的格式并未完全统一，不同厂商的工程工具对SCL文件的解析和处理方式存在差异。这种差异导致工程配置文件在工具间传递时可能出现信息丢失或语义偏差，严重影响了工程实施效率和系统互操作性。为此，IECTC57启动了IEC61850第7-7部分的编制工作，旨在定义一种独立于具体软件工具的机器可处理格式，使IEC61850相关数据模型能够在异构工具链之间实现无缝交换。该部分标准于2018年以技术规范（TS）形式发布，2023年转化为国际标准（IS）。我国作为IECTC57的积极参与方，同步启动了国家标准转化工作，形成了本标准的立项依据和技术基础。二、国内外标准化现状分析2.1国际标准化进展IEC61850系列标准由IECTC57（电力系统管理及信息交换标准化技术委员会）负责制定，其第7部分专注于"基本通信结构"，包括：-第7-1部分：原理和模型-第7-2部分：抽象通信服务接口（ACSI）-第7-3部分：公共数据类（CDC）-第7-4部分：兼容逻辑节点类和数据对象寻址-第7-410部分：水力发电厂监视控制用通信-第7-420部分：分布式能源逻辑节点-第7-7部分：用于工具的IEC61850相关数据模型机器可处理格式（新增）IEC61850-7-7的编制工作始于2014年，由IECTC57/WG10工作组负责。该工作组汇集了来自西门子、ABB、GE、施耐德电气等国际知名企业的专家，以及各国标准化机构的代表。经过多轮草案讨论和修订，该标准于2018年以技术规范IEC/TS61850-7-7:2018形式发布，为工具间的数据模型交换提供了统一的格式规范。2023年，该技术规范升级为国际标准IEC61850-7-7:2023，标志着其对行业实践的技术成熟度获得了更广泛的认可。2.2国内标准化现状我国电力自动化领域的标准化工作由国家标准化管理委员会统一管理，具体业务由全国电力系统管理及信息交换标准化技术委员会（SAC/TC82）归口。在IEC61850系列标准的国内转化方面，我国已先后发布了多个国家标准和指导性技术文件，形成了较为完整的标准体系。然而，在IEC61850-7-7发布之前，国内在数据模型机器可处理格式方面尚缺乏专门的标准支撑。工程实践中，各厂商工具采用各自的私有格式或略作扩展的SCL变体进行数据交换，导致多厂商环境下的配置文件集成困难。这一现状增加了系统集成的工作量和出错概率，亟需通过标准化手段加以规范和统一。2.3本标准在标准体系中的定位GB/Z42151.77-2024作为指导性技术文件（GB/Z），属于国家标准化指导性技术文件类别，其定位是为IEC61850相关工具链提供数据模型机器可处理格式的统一规范。该标准与以下现行标准构成有机整体：-GB/T42151（所有部分）：电力自动化通信网络和系统（IEC61850系列标准的国内转化）-GB/T30155：智能变电站技术导则-DL/T860系列：电力自动化通信网络和系统（行业标准层面）三、标准主要内容3.1标准范围本标准规定了用于工具的IEC61850相关数据模型机器可处理格式的通用要求，包括数据模型的结构化描述方法、元模型定义、序列化规则、映射机制及扩展规则。标准适用于电力自动化系统中各类工程工具之间的数据模型交换场景，包括但不限于：-系统配置工具与IED配置工具之间的数据交换-不同厂商配置工具之间的模型互操作-系统级仿真与分析工具对数据模型的导入导出-运维管理系统对配置数据的解析与处理3.2核心技术架构本标准的核心理念是建立一套独立于具体实现技术的元模型体系，通过规范化的建模框架来支撑IEC61850数据模型的机器可处理性。标准定义的技术架构包括以下几个层次：第一层：抽象元模型层。定义了与具体编码格式无关的元模型结构，用于描述IEC61850中的核心概念，包括服务器（Server）、逻辑设备（LD）、逻辑节点（LN）、数据对象（DO）、数据属性（DA）等。该元模型采用面向对象的建模方法，支持继承、关联和聚合等关系表示，为数据模型的语义完整性和表达一致性提供了形式化保障。第二层：序列化规则层。规定了将抽象元模型映射为具体交换格式的序列化规则。标准推荐使用XMLSchema作为基础序列化框架，同时支持JSON（JavaScript对象表示法）等轻量级格式作为可选实现，兼顾不同工具和应用场景的需求。序列化规则严格定义了元素命名、数据类型映射、约束表达及扩展机制，确保不同实现之间的一致性。第三层：映射与绑定层。定义了元模型与现有IEC61850标准模型之间的映射关系，包括与第7-2部分ACSI模型的映射、第7-3部分公共数据类的映射、第7-4部分逻辑节点类的映射，以及第6部分SCL配置文件的映射。通过明确映射规则，保证了标准提出的机器可处理格式与现有配置文件体系的兼容性和可转换性。第四层：扩展机制层。规定了对基础模型的扩展方式和约束条件。考虑到电力自动化应用场景的多样性和技术演进的持续性，标准允许在保持核心元模型一致性的前提下，通过规范化的扩展点实现特定领域或特定厂商的扩展需求。同时，扩展规则明确了扩展的注册、命名和兼容性要求，防止扩展导致的碎片化。3.3关键技术创新与传统的基于SCL的配置交换方式相比，本标准具有以下技术创新点：1.模型驱动的格式设计范式。标准从模型驱动架构（MDA）的理念出发，将数据模型的语义描述与具体编码格式解耦，通过定义独立于平台的元模型来实现跨工具、跨平台的数据交换。这一范式突破了传统SCL文件在语义表达和工具适配方面的局限，为面向对象的模型表达提供了更丰富的语义支撑。2.工具间机器可处理性的显式规定。标准不仅定义了数据模型的格式，还明确规定了工具对该格式的处理要求，包括解析、验证、转换和生成等环节的行为规范。这一举措使标准的可实施性大大增强，为不同工具的互操作提供了明确的测试依据，有助于减少工程集成中因工具差异引发的兼容性问题。3.对现代软件工程技术的融合。标准引入了元模型、形式化约束、模式验证等现代软件工程技术，使数据模型的处理能够借助成熟的工具链进行自动化验证和质量保障。这些技术的引入为将来基于自动化工具链的互操作测试奠定了基础，也为标准的持续演进预留了空间。四、标准编制的原则与依据4.1编制原则本标准的编制遵循以下原则：1.等同采用与自主创新相结合：基础框架采用国际标准IEC61850-7-7的成熟成果，同时结合我国电力自动化工程实际，在示例选取、应用指南和术语表达上进行了本地化优化，确保标准在我国的适用性。2.系统性与协调性：充分借鉴和协调现有IEC61850系列标准的定义和约定，确保本标准与其他部分标准之间的体系一致性，避免冲突和重复。3.开放性与可扩展性：留有充分的扩展接口，支持未来新型电力系统要素与业务场景的标准化演进，确保标准具有较长的生命周期。4.可操作性与可验证性：在标准中给出明确的格式规范和处理规则，并提供一致性测试建议，使标准的执行和验证具有可操作性。4.2编制依据本标准的编制主要依据以下权威文件和参考资料：-IEC61850-7-7:2023*Communicationnetworksandsystemsforpowerutilityautomation–Part7-7:Machine-processableformatofIEC61850-relateddatamodelsfortools*-IEC61850-6*ConfigurationdescriptionlanguageforcommunicationinelectricalsubstationsrelatedtoIEDs*-IEC61850-7-1/2/3/4*Basiccommunicationstructure–Principlesandmodels/AbstractCommunicationServiceInterface(ACSI)/CommonDataClasses(CDC)/Compatiblelogicalnodeclassesanddataobjectaddresses*-IEC61850-2*Terminology*-GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》-GB/T42151（所有部分）电力自动化通信网络和系统-《国家标准化发展纲要》（2021年）中关于推动标准化与信息化深度融合、提升产业链供应链现代化水平的相关要求五、主要起草单位介绍本标准由中国电力科学研究院有限公司牵头起草，联合多家行业优势单位共同完成。中国电力科学研究院有限公司（CEPRI）作为本标准的第一起草单位，是中国电力行业多学科、综合性科研机构，成立于1951年，隶属国家电网有限公司。研究院在电力自动化、继电保护、变电站自动化、电力通信等专业领域拥有深厚的技术积累和完善的科研体系。在IEC61850相关技术研究和标准制定方面，中国电科院具有突出的行业地位。研究院是国内最早开展IEC61850标准研究和应用的单位之一，主导或参与了多项IEC61850系列标准的国内转化工作，包括GB/T42151多个部分的制定。研究院建有电力工业电力系统自动化设备质量检验测试中心，具备完善的IEC61850一致性测试平台和认证能力，能够为标准的验证和实施提供权威的技术支撑。研究院拥有一支高水平的标准化专家队伍，多名专家担任IECTC57国内技术对口单位成员，深度参与国际标准的制修订工作。在IEC61850-7-7国际标准制定过程中，中国电科院专家积极贡献了来自我国智能变电站工程实践的经验和需求，推动了标准中相关技术条款的完善。此外，研究院在智能变电站、数字化电网等领域的科研成果和工程经验为本标准的编制提供了坚实的实践基础。近年来，研究院牵头完成了多项智能变电站关键技术研究和示范工程，积累了丰富的SCL配置管理、工具链互操作和数据模型管理等实践经验。本标准中多处技术条款的确定，直接来源于上述工程实践的经验总结和提炼，确保了标准既具有技术前瞻性，又贴合工程实际。未来，中国电科院将继续牵头开展该标准的宣贯培训和应用推广工作，为行业培养标准化技术人才，推动标准的落地实施。六、标准实施预期效益6.1技术效益本标准的实施将显著提升电力自动化系统的互操作水平：1.降低系统集成难度：通过统一的机器可处理格式实现工具间的数据模型交换，减少因格式不兼容导致的重复工作和人工干预需求。2.提高配置管理效率：标准化的模型格式便于建立统一的配置数据库和版本管理体系，实现配置信息的自动化管理和追踪。3.支撑自动化测试与验证：机器可处理格式为自动化测试工具的开发和执行提供了标准化的数据接口，有助于实现系统级互操作性的自动检测和评估。6.2经济效益标准化的数据模型交换格式将直接降低电力自动化项目的全生命周期成本：1.减少工程实施成本：缩短系统配置和集成调试周期，降低人工成本和时间成本。2.减轻运维升级负担：统一的数据模型描述方式使系统维护、扩展和升级更加便捷，避免因技术迭代导致的重复投资。3.促进行业良性竞争：打破工具间的数据壁垒，降低用户对特定厂商的依赖，促进市场竞争和创新活力。6.3社会效益本标准的实施对于推动我国电力行业数字化转型、支撑新型电力系统建设具有重要的社会价值：1.推动能源互联网建设：标准化的数据模型交换是实现能源互联网信息互通的基础前提。2.促进新能源接入管理：为分布式能源、储能系统等新型要素的灵活接入提供统一的数据描述框架。3.增强我国在国际标准化中的话语权：通过主导标准编制和应用实践，提升我国在全球电力自动化标准化领域的影响力。七、结论与展望GB/Z42151.77-2024《电力自动化通信网络和系统第7-7部分：用于工具的IEC61850相关数据模型机器可处理格式》的发布实施，是我国电力自动化标准化进程中的重要里程碑。该标准立足我国智能电网建设的现实需求，充分吸收国际先进经验，构建了一套科学、完整的IEC61850相关数据模型机器可处理格式规范体系。国际标准IEC61850-7-7:2023的发布以及国内标准对其的同步转化，进一步验证了电站配置描述语言从SCL向更灵活的模型交换范式演进的技术趋势。展望未来，随着新型电力系统建设的加速推进和数字化技术的深度应用，本标准在提升电力自动化系统互操作性方面的基础性作用将愈发凸显。建议行业各方以此标准为基础，积极开展以下工作：1.加强标准宣贯与培训，提高全行业对数据模型机器可处理格式的认识和应用水平。2.推动标准与工程实践的深度融合，在智能变电站、配电物联网等典型场景中率先开展标准应用示范，积累实践经验。3.持续跟踪国际标准化动态，积极参与IEC61850系列标准的演进和修订工作，将我国的需求和智慧贡献于国际标准体系。4.开展面向新一代电力系统的扩展研究，针对虚拟电厂、分布式智能自治系统等新场景，提前开展数据模型格式的需求分析和技术预研。我们有理由相信，在各方共同努力下，本标准必将在推动我国电力自动化技术发展、保障电力系统安全稳定运行、支撑能源数字化转型中发挥越来越重要的作用。参考文献[1]IEC61850-7-7:2023,Communicationnetworksandsystemsforpowerutilityautomation–Part7-7:Machine-processableformatofIEC61850-relateddatamodelsfortools[S].Geneva:IEC,2023.[2]IEC61850-6,Communicationnetworksandsystemsforpowerutilityautomation–Part6:ConfigurationdescriptionlanguageforcommunicationinelectricalsubstationsrelatedtoIEDs[S].Geneva:IEC,2009.[3]IEC61850-7-1,Communicationnetworksandsystemsforpowerutilityautomation–Part7-1:Ba