IEC 61850系统配置器的研究与Visual SCD的开发

IEC61850系统配置器的研究与VisualSCD的开发来源：输配电设备网时间：2008-10-20阅读：956次标签：王炎初胡剑锋陆鑫林庆农（南瑞继保电气公司研发中心软件平台部，江苏南京，邮编211102）摘要：IEC61850系列标准的第6部分为变电站智能电子设备的配置规定了一种描述语言，该语言称为变电站配置描述语言（SCL）。变电站配置描述语言主要作用就是使得通信系统配置数据可在不同制造商提供的智能电子设备和系统配置工具之间相互交换。系统配置器是一个独立于智能电子设备的系统级工具，它必须能够输入或输出IEC61850-6定义的SCL文件。本文首先介绍并研究了与系统配置器相关的技术，分析总结了同类产品的优缺点，然后介绍了我们最新开发的可视化系统配置器VisualSCD。该编辑器采用动态SCL语法树和可视化的图形编辑操作，该语法树从SCL的XMLSchema文件直接映射而来。VisualSCD具有通用的架构、可扩展性好和方便使用等优点。关键词：IEC61850SCLSCD变电站IED系统配置SCL配置1引言IEEETC57小组制定了IEC61850标准，作为基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，我国已经将其引入为电力行业标准DL/T860，贯彻实施能提高我国变电站自动化水平，实现互操作性，从而降低系统复杂度和实施成本，提高系统的可靠性，具有重大的现实意义和社会意义[1]。IEC61850-6规定了实现设备互操作性的变电站配置描述语言(SCL),该语言用于根据IEC61850-5和IEC61850-7部分描述智能电子设备的配置和通信系统。系统配置器是一个独立于智能电子设备的系统级工具，它必须能够输入或输出按照IEC61850-6定义的SCL文件。目前国内外部分厂家已经根据IEC61850-6开发出了各种版本的系统配置器。我们在经过考察后发现，目前的系统配置器开发在模型上还是采用僵化的静态模型；在界面操作上大多数还是采用树与表格控件。这些是以前厂点模型常用的做法，技术水平总体还处于初级阶段。为此，我们深入研究XML/Schema技术和图形化交互技术后，开发出了具有开放的程序结构、灵活动态的SCL模型与直观方便的图形化交互操作特色的新一代系统配置器VisualScd。2系统配置器的现状2.1SCL介绍IEC61850-6为变电站智能电子设备的配置规定了变电站配置描述语言（SCL）。变电站配置描述语言主要作用就是使得通信系统配置数据可在不同制造商提供的智能电子设备和系统配置工具之间相互交换。SCL文件用于在可能来自不同制造商的不同工具间交换配置数据，有下列四种类型SCL文件：智能电子设备能力描述文件（ICD）、系统说明文件（SSD）、智能电子设备配置描述文件（CID）、变电站配置描述文件（SCD）。变电站配置描述文件（SCD）用来说明各个孤立的智能电子设备是怎样整合成为功能完善的变电站自动化系统，包含了变电站系统全面的配置信息，包括功能信息、设备装置之间的拓扑关系、IED的全部模型信息，以及各种通信结构信息等，是变电站系统的总体设计文件。2.2XML技术介绍XML由W3C组织发布，最初设计目的是弥补HTML的不足，后来逐渐成为业界一种通用的结构化的数据文件格式。XML技术发展很快，已经发展成为没有版权限制、独立于操作系统及有足够良好支援的技术平台[2]。XMLSchema是一种用来描述与验证XML文件结构的标准，也可以视为一种工具。另一种类似技术是DTD，Schema是DTD的替代品。IEC61850已经完全抛弃了DTD，采用了W3C推荐的XML/Schema来描述SCL模型。XMLSchema有时又称为XMLSchemaDefinition（XSD），因此Schema文件是以xsd为后缀的。SCL的XML/Schema文件有8个，里面包含有SCL模型完善的语法信息，因此我们的研究思路是从这些XSD文件中直接映射出SCL的语法树。2.3目前系统配置器的进展与不足由于SCL是XML格式，为了避免用户对XML复杂语法的依赖，各厂家都会开发系统配置器。传统的系统配置器实现包括如下模块：XML解析模块XML解析分为DOM解析和SAX/SAX2解析。由于SCL模型是分层的树状模型，因此一般都采用DOM解析。在一些工具中，还采用XML/Schema技术对SCL做一些语法校验工作。XML/Schema技术的潜力还远没有挖掘出来。对于语义校验的工作也都没有开展。SCL树编辑模块在系统配置器的内存中一般都有一棵SCL树，这棵树节点的语法内容根据IEC61850-6的语法定义在程序中手工加入，即为程序中每个SCL节点类固定添加相应的语法属性。这种方式我们称为静态语法模型。静态语法模型的缺点非常明显：结构僵化。标准改变后，程序必须做相应的修改，否则就与标准不一致。ASEVisualSCL也采用了静态语法模型，所以细心的用户会发现它的模型与最新的IEC61850模型不一致。节点属性编辑模块针对每个SCL节点，都有一些属性需要编辑。对这些属性的编辑是配置工作的重要部分。属性编辑的界面形式一般采用表格，最简单的方式是直接输入，更高级的是通过拖拽辅助编辑。ASEVisualSCL还部分采用图形操作来辅助编辑，这种方式最直观易用，是以后发展的趋势。还有一些属性不方便用图形来编辑，并且与其它节点有对应语义联系，这方面的方便性编辑方式还没有充分考虑。SCL文档导入导出模块系统编辑器的一个重要功能是能导入各种SCL文件，也能将配置好的SCL文件导出。导入模块负责调用解析模块，将SCL文件节点信息插入到SCL树上。导出模块负责调用解析模块，将SCL树上一个或者多个节点保存为XML格式的SCL文件。技术水平较高的系统配置器在导入文件时会先进行语法校验，如果有错误，能提示出来。校验的精度和提示的友好性都还有待进一步提高。语义校验这一块还极少有人涉及。在中文环境下导入SCL文件还有一个字符编码的问题，有的用utf8编码，有的用GB2312编码，或者GB18030编码，这一块也缺少应有的关注。国外的系统编辑器(如ASEVisualSCL)没有这方面的需要，因此也基本上没有处理字符编码的问题。系统编辑器以上不足的原因大概有以下几方面：厂点模型时代的观念还没有完全转变过来采用厂点模型的软件一直采用的静态模型，由于传统的103协议和CIM模型等已经比较成熟，不会经常由于协议和模型的修改导致软件的修改。但是IEC61850系列标准不一样，由于其不成熟，还需要大量的工程实践来检验与完善，标准本身会不断改进，因此采用静态建模会使软件缺乏必要的灵活度和扩展性，在与其它厂商的SCL文件互导时就会容易出问题。XML相关技术新颖，还没有完全被掌握和应用XML技术平台发展迅速，其中IEC61850采用的XML1.0是2000年才定稿，XMLSchema技术是2001年才被W3C推荐使用，并制定了XMLSchema1.0。IEC61850在2004年才正式采用该技术来取代DTD作为SCL文档的语义描述标准。XML技术平台作为一个年轻的发展迅速的技术平台，其技术潜力还远没有被我们挖掘。IEC61850标准工程应用较少，问题暴露不够充分IEC61850是一个全新的标准，目前国内外实施该标准的变电站自动化系统数量有限，而且标准本身会不断改进。3VisualSCD介绍3.1VisualSCD设计思路如图所示，VisualSCD的核心是SCL模型树，除了有其它系统配置器类似的XML解析模块、SCL导入导出模块、节点树属性表编辑模块、SCL校验模块，还包括XMLSchema映射模块、图形编辑模块、SVG模块。下面详细介绍后面几个模块：图VisualSCD内部结构XMLSchema映射模块我们通过研究XMLSchema技术，成功研发出XMLSchema语义模型到程序内存中SCL语法模型的自动映射算法，在系统配置器启动的时候，快速地将IEC61850-6标准中八个XSD文件映射到内存上并建立起SCL分层模型语法树。在编辑SCL文档时，只需要从语法树中摘取相应的节点，就可以根据语法节点建立起SCL模型树中对应的语义节点。图形编辑模块与ASEVisualSCL类似，我们为厂站与IED建立相应的图形视图。在厂站视图中，可以通过画图操作添加删除一次设备，也可以通过连线操作为一次设备建立连接。在IED视图中，可以直观的看到一次设备与IED关系，也可以通过连线操作为IED之间建立GOOSE连接等等。图形化操作通过直观可视化的方式提高了工具的易用性，是以后系统配置器的发展方向。图VisualSCD主界面SVG模块厂站视图中配置好的图形是一张简要的厂站单线图，后台系统需要这样一张图，因此VisualSCD提供了对矢量图形SVG的支持，可以将厂站视图导出为SVG图形，后台系统可以导入该图形直接利用。这是以后变电站自动化系统统一模型的一部分。3.2VisualScd功能特点能灵活适应标准变化完全与IEC61850标准保持一致可视化编辑简单易用编辑方式多样化，适合各种层次的用户结构通用开放，可扩展性好3.3VisualSCD与ASEVisualSCL对比可视化图形编辑两个配置器都支持，VisualSCD的图形编辑上还做了一些改进，比如支持IED视图上的图形编辑，而ASEVisualSCL只支持厂站视图的可视化编辑。在后续开发中，我们还考虑加入通信视图的可视化编辑。语法模型ASEVisualSCL是静态语法模型，VisualSCD是动态语法模型。也就是说，如果要支持最新的标准，前者需要修改程序，而后者只需要换掉标准的XSD文件。SVG支持VisualSCD支持SVG矢量图形导出，ASEVisualSCL不支持。向导式编辑ASEVisualSCL支持向导式的编辑，VisualSCD还不支持。这和国内外用户的编辑习惯有关，国内用户对向导编辑的要求不高。4结论IEC61850标准作为基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，我国已经将其引入为电力行业标准DL/T860。系统配置器是一个独立于智能电子设备的系统级工具，它必须能够与不同厂商的配置器交换IEC61850-6定义的SCL文件。本文在研究系统配置器的相关技术的基础上，分析并总结了目前国内外系统编辑器的现状与不足，最后介绍了南瑞继保新开发的新一代系统编辑器VisualSCD。VisualScd在模型上采用了自主研发的映射算法，能够从IEC61850-6的XSD文件中直接映射出SCL模型语法树，保障最大限度地与标准兼容，并灵活地适应标准的改进。VisualScd在可视化编辑上也进行了深入的探索，对于站内一次设备之间关系、一次设备与IED、IED与IED的通讯数据等最重要的配置都可以直接通过画图完成，配置好的接线图还可以导出为SVG矢量图，方便后台应用系统使用。对于IEC61850SCL配置器的开发有一定的参考意义和实用价值。参考文献[1]IEC61850.CommunicationNetworksandSystemsinSubstations.2004信息来源:365zhanlan.com[2]XML.[3]XML/Schema.http:://[4]ASE-Systems.[5]范建忠等.基于IEC61850标准的变电站监控系统数据建模.电力系统自动化[J].2006,30(5):43-48[6]李蓓等.基于关系模型映射的IEC61850SCL配置器建模.电网技术.2006,30(10):96-98信