（电力系统及其自动化专业论文）基于scl建立ied配置文件的研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 i e c6 18 5 0 标准是目前关于变电站通信网络和系统的最新国际标准。标准中第 六部分规定了变电站智能电子设备l e d 的配置语言。本论文首先对标准的发展背景 和研究现状进行了介绍，然后分析了s c l 描述变电站自动化系统的基本思路。在依 据i e c 6 1 8 5 0 对保护设备进行建模的基础上，本论文首次将保护设备定值信息建模 到逻辑节点的数据对象中。本文详细介绍了应用s c l 建立设备配置文件的过程，同 时对设备配置工具进行初步开发。最后总结了标准在国内推行可能遇到的问题。 关键诃：i e c 6 1 8 5 0 ，s c l ，瑚l ，变电站综合自动化 a b s t r a c t a tp r e s e n t i e c618 5 0i st h en e w e s tn a t i o n a ls t a n d a r da b o u tc o m m u n i c a t i o n s n e t w o r ka n ds y s t e mi ns u b s t a t i o n s p a r t6o ft h es t a n d a r ds p e c i f i e st h ec o n f i g u r a t i o n d e s c r i p t i o nl a n g u a g e ( s c l 、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 nr e l a t e dt oi e d s f i r s t t h eb a c k g r o u n da n da c t u a l i t yo ft h es t a n d a r da r ei n t r o d u c e d t h e nt h em e t h o do f d e s c r i b i n gs u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e mu s i n gb yt h es c l i sa n a l y z e d d i s c u s s i n gt h em e t h o d sa n ds t e p so fm o d e l i n ga ni e dd e v i c e ，t h ed i s s e r t a t i o n b r i n g sf o r w a r daw a yh o w t op u tt h ep r o t e c t i o ns e t t i n gv a l u ei n t ot h el o g i c a ln o d e sf o r t h ef i r s tt i m e t h es e t p so fc r e a t i n gad e v i c ec o n f i g u r a t i o nd o c u m e n ti se m p h a s i z e d i n a d d i t i o nt h ep o s s i b l ep r o b l e m sf a c e dd u r i n gi m p l e m e n t i n gt h ei e c6 18 5 0i sd r a w na t 】a s t a nz h i q i n ( e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o e c h e ng a n g j i e k e yw o r d s ：i e c 6 1 8 5 0 ，s c l ，x m l ，s u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于s c l 建立i e d 配置文件的研 究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和 取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：噎垫茎 e t期： 伽。6 、) 、b 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：导师签名：二逸 日期： 丝1 5 、11 3 日期： 丝! ! ! ! ! b 华北电力大学硕士学位论文 1 1ie c 6 1 8 5 0 的发展背景 第一章绪论 变电站综合自动化是将变电站的二次设备( 包括测量仪表、信号系统、继电保 护、自动装置和远动装置等) 经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、 现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电 线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化 功能。变电站综合自动化系统由微机监控、微机保护、电能质量和自动控制等多 个子系统组成，子系统由能够进行功能处理和通信的智能电子设备( i e d ) 组成。 变电站综合自动化系统的应用使得变电站通信不只是变电站和控制中心间的通信 还包括变电站内i e d 间的通信。 目前比较常用的变电站通信规约有。： 1 i e c6 0 8 7 0 5 一1 0 1 1 0 4 ：基本远动任务的配套标准，定义了变电站之间以及变 电站和控制中心之间的远动设备实现互操作需要的功能性要求。i e c6 0 8 7 0 5 1 0 1 采 用了增强性能的三层结构，为变电站和调度中心之间的信息传输制定了标准。而i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 4 则是i e c6 0 8 7 0 5 1 0 1 采用标准的传输协议子集的网络访问协议，通过 t c p i p 协议实现网络传输远动信息。 2 i e c6 0 8 7 0 5 1 0 2 ：电力系统电能计量传输规约。 3 i e c6 0 8 7 0 - 5 1 0 3 ：继电保护设备信息接口配套标准，主要目的是为了在变电 站或厂站中，不同继电保护设备( 或间隔单元) 和控制系统之间达到互换的目的。 4 d n p 3 0 ：是由美国i e e e 的电力工程协会p e s 在i e c 的基础上制定的美国国 家标准，它的应用领域与i e c6 0 8 7 0 5 相同，主要是为了实现远动设备和系统的互 操作性。 5 u c a ( u t i l i t yc o m m u n i c a t i o na r c h i t e c t u r e ，公共事业通信体系结构) ：在控 制中心和厂站都采用m m s 协议，因此可以支持互操作性。u c a 2 0 与以前的电力 系统协议的不同之处是它采用了设备和设备组件的对象模型。这些模型定义了公共 数据格式、标识、控制等等，用于变电站和馈线设备，如开关，变压器和继电器。 模型描述了大部分公共设备功能的标准行为( 互操作性) 。 由于变电站内功能的实现需要使用不同通信协议的众多生产厂商的设备共同 参与配合完成，多种通信协议的采用使得不同厂商的设备问通信必须通过大量的协 议转换来完成，从而浪费大量的人力物力，影响变电站自动化系统的实时功能。因 此采用统一的通信规约，实现变电站自动化系统无缝通信成为业内关注的问题。 i e c 6 1 8 5 0 经国际电工委员会t c 5 7 工作组在1 9 9 9 年提出，于2 0 0 3 年陆续出版。 华北电力大学硕士学位论文 此标准参考和吸收了已有的许多相关标准。到目前为止已成为关于变电站综合自动 化系统完整的通信标准体系。i e c 6 1 8 5 0 采用面向对象自我描述的方法，使得传输到 调度控制中心的数据带有说明，一旦符合i e c 6 1 8 5 0 的设备被采用，则建立对应的 数据库，实现了变电站的扩展和i e d 间的互操作。 i e c6 1 8 5 0 制定的思路是：( 1 ) 提高互操作性，工程实现方便；( 2 ) 面向对 象，而非局限于具体设备；( 3 ) 满足应用技术迅猛发展要求；( 4 ) 应对通信技术和 刚络技术发展的挑战。 它的推广应用将使变电站内实现无缝通信，同时有利于变电站自动化系统的功 能扩展，增强系统的开放性和灵活性。 1 2ie c 6 1 8 5 0 的研究历程及现状 在i e c 6 1 8 5 0 标准的制定过程中，各国的研究机构与设备厂商也联手开展工程 试验，目的在于检验与完善标准，使其能够更好地与实际应用相结合。其中主要的 工程项目。： 1 间隔设备与站控制器之间的互操作性( 德国2 0 0 0 年) 。 “变电站开放式通信”工程的参与者是a b b 、a l s t o m 与s i e m e n s 等设备厂商， 工程于2 0 0 0 年1 1 月结束。工程的目的是测试标准在通信栈与应用中的独立性和互 操作性。 2 间隔设备之间的互操作性( 加拿大2 0 0 1 年) 为了支持与加快关于数字量数据传输的标准制度工作，a b b 和s i e m e n s 对相关 的设备进行测试，目的在于检验i e c 6 1 8 5 0 中g o o s e 与变电站配置语言的概念，同 时验证来自不同厂家的设备之间的互操作性。 3 “采样值”之间的互操作性( 美国2 0 0 2 年) 工程的目的在于检验根据1 e c 6 1 8 5 0 9 部分研制的非传统式互感器、保护继电器 以及测量仪表之间的互操作性，同时改进支持i e c 6 1 8 5 0 9 的原型设备。 4 “间隔设备”间的互操作性( 德国2 0 0 2 2 0 0 4 ) 2 0 0 2 年底a b b 、s i m e n s 及a l s t o m 等设备厂商在德国的柏林进行了一系列的 试验，与以往不同，这一系列互操作性试验都是在现场展开的，以检验设备的选择 性、安全性与质量。试验取得了成功，进一步证实了设备之间实现互操作性以及简 化工程的可能性。 5 “间隔设备与站控制中心间”的互操作性( 2 0 0 3 2 0 0 4 ) 测试的目的是检测变电站控制功能以及变电站层和间隔层之间的通信。使用上 一个测试中的保护设备再次组成符合i e c 6 1 8 5 0 的控制系统，同时添加站层设备。 根据2 0 0 多个测试的结果对已公布的标准进行了部分修改。至此，i e c 6 1 8 5 0 所预期 的效果完全实现。 2 华北电力大学硕士学位论文 i e c 6 1 8 5 0 现在已经被用户和设备厂商所认可。a b b 和s i m e n s 等公司已经推出 了符合i e c 6 1 8 5 0 的变电站自动化系统的产品。国内的研究机构与设备厂商也在密 切关注着i e c 6 1 8 5 0 的发展，并投入资金与技术开展相关项目的研究工作。国内各 大厂商和科研机构也已经开始进行相关的试验，即将推出基于i e c 6 1 8 5 0 的相关产 品。 1 3 本论文的主要工作 i e c 6 1 8 5 0 的核心内容就是定义完好的信息模型、通信模型和建模步骤，它的实 现过程就是将功能分解并再组合的过程。 i e c 6 1 8 5 0 通过信息分层、面向对象自我描述、数据对象统一建模和抽象通信服 务映射等技术建立无缝通信系统，实现了各i e d 间的互操作性。 国外虽然已经有成熟的符合i e c 6 1 8 5 0 的产品问世，但是国内各厂家对该标准 还处于研发阶段。标准化通信解决方案是变电站自动化系统中不同厂家的设备实现 互操作性、达到信息共享的重要保证。本论文主要涉及到i e c 6 1 8 5 0 在l e d 配置文 件中的应用，是标准化的实现途径，是互操作的基础。 本论文的主要工作包括以下几部分： 1 分析标准内容，掌握i e c 6 1 8 5 0 的特色、结构及在设备配置文件中的应用。 首先分析i e c 6 1 8 5 0 标准的具体内容，认识到互操作性实现的关键在于如何对 变电站自动化系统建模，如何对系统相关数据进行正确的描述。论文的重点工作放 在如何建立设备配置文件的研究上。通过使用s c l ( s u b s t a t i o nc o n f i g u r a t i o n d e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 来对具体设备进行描述。 2 对设备进行建模 对设备进行建模是将i e c 6 1 8 5 0 应用到实际产品中的第一步。依据i e c 6 1 8 5 0 中 对变电站综合自动化系统的功能描述，将设备的物理功能通过对应的逻辑节点描述 出来，建立功能上物理与逻辑的联系。本文采用采用数字式超高压线路保护设备作 为分析对象，在对其三段式距离保护进行分析的基础上，首次将保护设备的定值信 息建模到数据模型的逻辑节点实例中。 3 对建模后的设备应用s c l 进行描述 在对保护设备建模的基础上首次提出建立设备配置文件的具体实施方案，为实 现i e c 6 1 8 5 0 从理论到实际应用的过渡打下基础。本部分的理论依据为i e c 6 1 8 5 0 6 部分。s c l 是基于x m l 的变电站配置描述语言。它定义了统一的建模方法，对变 电站内与配置相关的各种对象的描述方法做出了明确详细的规定。s c l 可以方便地 搭建模型从而描述变电站和站内l e d 的配置信息。设备具有识别s c l 并进行数据生 成的能力是符合i e c 6 1 8 5 0 标准的产品的基本形态。它统一采用s c l 对设备的信息 模型和通信服务进行描述和发布。该部分是本论文的工作重点。主要对建模后的设 3 华北电力大学硕士学位论文 备进行深入的分析和描述。建模后的设备可以通过逻辑节点来描述，逻辑节点下又 分为数据对象和数据属性，数据对象和数据属性下又涉及到数据类型，通过逐层深 入的方法可以将设备的有关配置信息按照统一的规则和格式描述出来，从而可以保 证来自不同厂家的产品实现互识。 4 实现对配置工具的部分开发 使用m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o n e t 作为开发平台，采用c 撑具体实现对配置文件 中数据的读取修改等操作，为电力工程师提供一个友好的设备配置界面，保证在设 备配置发生变化时可以方便快捷的修改设备所对应的配置文件。 华北电力大学硕士学位论文 第二章i e 0 6 1 8 5 0 框架分析 2 1ie 0 6 1 8 5 0 的整体结构 i e c6 1 8 5 0 主要包括十个章节，具体内容如表2 1 所示m 表2li e c6 1 8 5 0 概述 章节 内容 i e c6 1 8 5 0 一l 绪论和概述 i e c6 1 8 5 0 2术语 i e c6 1 8 5 0 3 基本要求 i e c6 1 8 5 0 4 系统和项目管理 i e c6 1 8 5 0 5对功能和设备模型的通信要求 i e c6 18 5 0 6 变电站配置描述语言 i e c6 1 8 5 0 7 1变电站和馈电设备的基本通信结构一原理和模型 i e c6 1 8 5 0 7 2变电站和馈电设备的基本通信结构一抽象通信服务接口( a c s i ) i e c6 1 8 5 0 7 3 变电站和馈电设备的基本通信结构一通用数据分类 i e c6 1 8 5 0 7 4变电站和馈电设备的基本通信结构一兼容逻辑节点分类和数据分类 i e c6 l8 5 0 8 特殊通信服务映射( s c s m ) 一映射至m m s i e c6 1 8 5 0 9 1特殊通信服务映射( s e s m ) 串行单向多支路点对点链接 i e c6 1 8 5 0 9 2 特殊通信服务映射( s c s m ) 一基于过程总线i e e e8 0 2 3 上的映射 i e c6 18 5 0 1 0 一致性测试 这1 0 个部分主要围绕四个方面：变电站自动化应用领域的功能模型( 第五部 分) 、基于x m l 的变电站配置描述语言s c l ( 第六部分) 、变电站数据模型及其服 务( 第七部分) 、变电站体系层次之间的映射关系( 第八、第九部分) 。其中i e c 6 1 8 5 0 第六部分规定了变电站自动化系统的配置语言s c l 。通过该语言，可以描述设备的 基本功能和可访问的基本信息说明。 i e c 6 1 8 5 0 标准按通信体系及设备功能将变电站自动化系统分为3 层：变电站层、 间隔层、过程层，如图2 1 所示。变电站层设备由带数据库的计算机、操作员工作 台、远方通信接口等组成；间隔层设备由每个间隔的控制、保护或监视单元组成； 过程层设备由远方i o 、智能传感器和执行器等组成。变电站各层之间的通信通过 各种接口来实现。过程层一次设备的开关量i o 、模拟量的采样和控制命令等通过 华北电力大学硕士学位论文 接口4 和接口5 与间隔层的保护和控制设备进行通信。间隔层的保护数据和控制数 据等通过接口1 和接口6 与变电站层的人机界面和远方通信接口进行通信。 一誊学冀i 拄术服务 f “目? 托“。，。 问隔，单元层 避端橼 过程层 。；：隳纛熏墓纛l f j i 璧黧熏囊塞蓑聚l fl 图2 1 变电站自动化系统逻辑接口 i e c 6 1 8 5 0 与以往通信规约的本质区别在于从功能的角度看系统，传统观念是以 设备为单位。i e c 6 1 8 5 0 系列标准主要是将变电站及相应设备的功能进行抽象建模， 将功能建模为逻辑节点。大多数功能至少由三个逻辑节点组成，例如核心功能逻辑 节点、过程接口逻辑节点和人机界面逻辑节点。i e c 6 1 8 5 0 中功能的分解如图2 2 所 不【5 】： 图2 2 功能、物理设备和逻辑节点之间的关系 所有功能抽象为9 0 多个逻辑节点，在标准的第五部分有这些逻辑节点的说明。 7 - 4 部分中详细介绍所有逻辑节点类的定义，逻辑节点内包含有数据( d a t a ) 。7 - 3 部分对公共数据类( c d c ) 进行了定义，数据又有若干数据属性，所有的公共数据 类都派生自d a t a 基类，d a t a 基类在7 2 中定义。正是这样一个分支结构建模了变电 站及其智能电子设备( i e d ) 的功能。对于不同i e d 之间的数据交换，是通过将信 息模型( 即上面所说的逻辑节点、数据、数据属性) 映射到相应的通信模型中去。 6 华北电力大学硕士学位论文 通信模型包括两部分，一部分是抽象通信服务映射( a c s i ) ，在7 2 中详细定义通 信服务模型及有关控制块；另一部分是特殊通信服务映射( s c s i ) ，s c s i 有多种， 8 1 推行的是s i s c o 公司的m m s ( 报文制造规范) ，目前大多用的这种映射，其他 的s c s i 规范在9 1 中定义。6 是变电站及变电站内i e d 的配置语言规范( s c l ) 。 1 0 是对互操作的一致性测试的规范要求。 2 2i e c 6 1 8 5 0 的特点 2 2 1 信息分层 i e c 6 1 8 5 0 协议是一系列规则的集合，它详细描述了分层的变电站通信体系。变 电站中的分层结构模型如图2 3 所示【6 i 。在i e c 6 1 8 5 0 中，数据的描述用服务器 ( s e r v e r ) 、逻辑设备( l d ) 、逻辑节点( l n ) 、数据对象( d o ) 、数据对象属性( d a t a a t t r i b u t e ) 来构建。这种分层结构可以将设备的所有信息以标准化的格式描述出来， 保证来自不同厂商的设备可以读懂对方的配置信息，实现互操作性。 图2 3 服务器中典型数据模型分层结构 2 2 2 使用面向对象技术 2 2 2 1 面向对象的优点 i e c 6 1 8 5 0 规定，在数据源对数据进行描述，传输到接受方的数据都带有自我说 明。可以不受预先定义的限制进行信息的传输，使得现场验收的验证工作大为简化， 数据库的维护工作量也大为减少，同时也能够适应技术不断发展的要求。 华北电力大学硕士学位论文 2 2 2 2 面向对象方法实现的途径 i e c 6 1 8 5 0 通过定义了如下三方面的内容，才彻底解决面向对象自我描述所遇到 的所有问题： 1 定义完整的各类( 单元) 数据对象和逻辑节点、逻辑设备的代码； 2 定义用这些代码组成完整地描述数据对象的方法： 3 定义一套面向对象的服务。 在i e c 6 18 5 0 7 3 、一7 4 中定义了各类( 单元) 数据对象和逻辑节点、逻辑设 备的代码，在i e c 6 1 8 5 0 7 2 中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。 22 3 抽象通信服务接口 i e c 6 1 8 5 0 标准采用a c s i ，它独立于具体的网络应用层协议( m m s ) ，与采用 的网络( i p ) 无关。标准在t c p i p 、o s i 、现场总线等各种各样的通信系统的基础 上引入s c s m 。s c s m 将a c s i 定义的服务、对象和参数映射到m m s 、d m s 、d n p 或i e c 6 0 8 7 0 5 等应用层 由于电力系统生产的复杂性，在变电站的过程内可能采用不同类型的网络， i e c 6 18 5 0 采用a c s i 就可以很容易适应这些变化，只要改变相应的s c s m ，而不需 要修改a c s i 。应用过程和a c s i 是一样的，只是不同的网络应用层和通信栈与不同 的s c s m 相对应。 2 2 4 数据对象统一建模 i e c t c 5 7 在制定i e c 6 1 8 5 0 时要求其数据模型涵盖i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 l 、 i e c 6 0 8 7 0 5 一1 0 3 及i e c 6 0 8 7 0 6 的数据模型。i e c 6 1 8 5 0 标准采用面向对象的建模技 术，定义了基于客户服务器结构的数据模型。每个i e d 包含一个或多个服务器，每 个服务器又包含一个或多个逻辑设备。逻辑设备包含逻辑节点，逻辑节点包含数据 对象。数据对象则是由数据属性构成的公用数据类的命名实例。 从通信角度看l e d 同时也扮演着客户的角色，任何一个客户通过抽象通信服务 接口a c s i 与服务器通信从而访问数据对象。第七部分的抽象数据模型实例：服务 器一一逻辑装置一一逻辑节点一一数据类公共数据类一一数据属性和数值 2 3 符合i e 0 6 1 8 5 0 的产品的基本特征 根据i e c 6 1 8 5 0 的规定，互操作性是指来自同一厂商或不同厂商的i e d 之间交 换信息和正确使用信息协同操作的能力。具有互操作性的的设备需要具备以下基本 特征【7 】： 1 具备以太物理通信媒体和接口。 华北电力大学硕士学位论文 在i e c 6 1 8 5 0 中所有s c s m 使用的通信协议栈均为以太网，只是将不同服务映 射到链路层、网络层和制造报文规范( m m s ) 应用协议。 2 具有建立逻辑通信连接的能力。 依据i e c 6 1 8 5 0 的规定，同一物理设备中不同的自动化功能可能采用不同的逻 辑通信接口，所以设备必须具有在同一物理端口上建立多个逻辑通信连接的能力 ( 以逻辑设备为单位建立) 。 3 信息模型和通信服务能够采用变电站描述语言( s c l ) 描述和发布。 信息模型和通信服务是产品之间实现互操作性的关键内容，必须采用s c l 进行 描述和发布。 4 具有识别s c l 并进行数据生成的能力。 2 4 本章小结 本章主要介绍了i e c 6 1 8 5 0 的整体结构，分析了这些结构之间的关联。在介绍 了标准信息分层、面向对象建模等特点的基础上分析了符合i e c 6 1 8 5 0 的产品的基 本特征。 9 华北电力大学硕士学位论文 第三章s c l 配置描述语言简析 3 1s o l 在i e c 6 1 8 5 0 的地位和作用 变电站配置语言s c l ( 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 ) 是 i e c 6 1 8 5 0 采用的变电站专用描述语言。它采用可扩展的标记语言清楚地描述设备配 置信息，并实现信息在不同设备问的共享。使用s c l 能够方便地收集不同厂家设备 的配置信息并对设备进行配置，使系统维护升级、智能电子器件控制变得更为简单 易行。使用s c l 形成标准的i e d 数据传输文件，可以避免议转换的开销，同时大大减 少数据集成和维护的成本。 结合i e c 6 1 8 5 0 中定义的各种公共设备及其相关组件对象，s c l 可以方便地搭建 模型描述变电站和站内i e d 的信息。在s c l 配置文件中，按照统一的方法对设备配置 进行描述，可以保证设备之间互相识别，这是实现互操作的前提。 产品的信息模型和通信服务要能够采用变电站描述语言s c l 描述和发布。信息 模型和通信服务是产品之间实现互操作性的关键内容。一个具有互操作性的产品必 须具有识别s c l 并进行数据生成的能力。s c l 不仅被作为描述产品信息模型、通讯 服务，也是描述变电站自动化系统的连接关系、信息模型与现场数据的对应关系等 的唯一方法，是产品之间建立互操作性的重要手段。对s c l 的解释和识别可以由i e d 直接完成，也可以由专用的工具软件完成，它们都视为产品形态的组成部分。 3 2x m l 简介 x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 由万维网联盟( w 3 c ) 设计，是通用标记 语言s g m l ( s t a n d a r dg e n e r a lm a r k u pl a n g u a g e ) 的一个子集。概括地说，x m l 是 一种元数据标记语言，可提供描述结构化资料的格式。x m l 提供了一种独立于运行 程序的方法来共享数据，它是用来自动描述信息的一种新的标准语言，各个专业的 信息不是采用应用软件的独有形式，而是采用谁都可以看得懂的标记形式来表现， 所以x m l 最适合作为数据交换的标准，这也是x m l 受人关注的原因。 x m l 是一种语法要求十分严格的标记语言，因此语法有严格的限制，满足所 有语法限制的x m l 文档称之为结构良好( w e l l 一f o r m e d ) 的x m l 文档。一个结构 良好的x m l 文档需要满足m ： 1 文件的第一条语句必须是对有关版本的声明； 2 必须具有根标记且根标记必须唯一； 3 标记的开始和标记的结束必须配对使用； 4 空标记必须以“”符号结束； 1 0 华北电力大学硕士学位论文 5 标记对大小写敏感； 6 属性的值必须用引号括起来； 7 特殊字符必须使用x m l 中特定的编码来表示； 8 标记不能交叉使用，但允许嵌套。 为了使文档有意义，文档的作者和文档的使用者要对文档内标记的含义达成一 致协议。例如双方都要知道文档中的 代表的是变电站， 代表电压等级，否则文档没有意义。在简单的文档中可以通过英文含义来区分各个 标记，但是在非常庞大的x m l 文档中，只靠约定俗成的字面理解是远远不够的， 必须有一套严格的机制保证文档的作者和使用者对文档内的标记充分正确的理解。 为了规范x m l 文档中标记的命名和格式，在2 0 0 4 年3 月正式出版的i e c 6 1 8 5 0 6 中s c l 采用了x m l 文档类型模式s c h e m a 代替原来的d t d ( d o c u m e n tt y p e d e f i n i t i o n ) 定义s c l 文件的具体结构。符合s c h e m a 的x m l 文档称之为有效的x m l 文档。x m ls c h e m a 较d t d 有以下特点： 1 x m ls c h e m a 不仅可以定义x m l 文档的结构还约束文档的内容； 2 x m ls c h e m a 本身就是一个x m l 文档，语法较d t d 中的特殊字符容易理解； 3 x m ls c h e m a 的重用性和可扩展性好。 3 3s o l 在变电站综合自动化体系中的应用 s c l 是基于x m l 用于变电站设备描述和配置的语言。它用于描述变电站i e d 设备、变电站系统和变电站网络通信拓扑结构的配置。最终目的是为了在不同制造 厂商的设备配置工具以及系统配置工具间交换系统的配置信息，实现互操作。它是 信息集成的描述工具和转换工具。规定用于描述i e d 设备性能的文件扩展名 为i c d ，用于描述变电站配置的文件扩展名为s c d ，用于描述系统内配置后的l e d 实例的文件扩展名为c i d 。s c l 充分利用x m l 语言的自描述特性，建立了变电站、 设备和通信系统的对象模型，并创建8 个x s d 文件，用于定义了变电站设备和系统 的标记和数据类型。 s c l 模型可以包含以下5 个方面的信息w ： 1 主要系统结构模型。包括变电站所使用的主设备、相应的功能开关及其拓扑 连接； 2 i e d 结构模型。包括应用和通信两类信息； 3 通信系统结构模型。如哪些设备在哪些接入点( a c c e s sp o i m ) 接入哪些总线 ( b u s ) ； 4 可实例化的逻辑节点类型定义模型，包含实际用到的数据对象( d o ) 和服务， 用户可以使用这些定义结合实际装置确定实际逻辑节点实例： 5 逻辑节点以及与一次系统功能关联模型。 1 1 华北电力大学硕士学位论文 在有新的i e d 接入系统，或者原有l e d 的配置发生变化的时候，应用系统要能够 通过l e d 的配置文件自动获取装置的配置信息以进行更新，这要求配置模型必须带 有自描述信息。 s c l 将变电站自动化系统分为5 个主要元素，如图3 1 所示：h e a d e r 、s u b s t a t i o n 、 l e d 、c o m m u n i c a t i o n 和d a t a t y p e t e m p l a t e s 。其中h e a d e r 包含了s c l 文件的版本和订 正号，以及名称映射信息。s u b s t a t i o n 节包含了变电站的功能结构、它的主元件及其 电气连接；i e d 节描述了所有i e d 的信息，如所包含的逻辑装置、逻辑节点、数据对 象和所具备的通信服务能力；d a t a t y p e t e m p l a t e s 详细定义了在文件中出现的逻辑节 点实例，包括它的类型( 女i p d i f 为差动保护逻辑节点) 以及该逻辑节点实例所包含 的数据对象d o 等；c o m m u n i c a t i o n 节定义了逻辑节点之间通过逻辑总线和i e d 接入 点之间的联系方式。这些元素各有其子元素和属性，层层包含，最终完成对整个变 电站综合自动化系统模型的描述。充分体现了使用s c l 描述i e d 的可扩展性和灵活 性。 囤s c l 。x m l n s ：h t t p ：w * * i e c d q 6 1 8 5 0 2 0 0 3 s c l 。x m l n s ：x s i = h t t p ：，w w w w 3 o r 2 0 0 1 ，删坫c h e m a - i n s t n c e ；x s i ：s c h e m a l o c a t i0 a = h t t p ：w w w ie cc h ，6 1 8 5 0 ，2 0 0 3 ，s c ls c l x s d 鬻h e a 4 e r 鞭s u b s t a t i o n 麓c o m m u n i c a t i o n 澄工e d 瓣d a t a t 即e t e m p l a r e s 图3 1s c l 文件的分层结构图 编辑描述变电站节的相关代码，以此为例说明s c l 在变电站综合自动化系统中 的应用。 2 2 0 华北电力大学硕士学位论文 示例中描述了变电站内的电力设备、电压层及间隔情况，包括变压器的类型、 电压等级的数值、间隔的名称以及间隔内的连接节点等。通过代码可以显示该变电 站中包含一个双绕组变压器和2 2 0 k v 的电压等级。2 2 0 k v 的电压等级下又包含一个 名为q 1 的间隔。有关标记 、 、 的含义在s c ls u b s t a t i o n x s d 定义。 3 4 本章小节 本章主要分析了s c l 在整个i e c 6 1 8 5 0 标准中的地位和作用，介绍了s c l 的基 础x m l 以及s c l 模型的五部分内容。用具体实例阐述了s c l 在变电站综合自动化 系统中的具体应用。 毕北电力人学硕士学位论文 第四章s c l 在设备配置描述文件中的具体应用 41 设备简介 本文选用数字式超高压线路保护设备c s c 1 0 1 a ( b ) 为研究对象，使用s c l 对该设各的配置信息进行标准化的描述。该设备适用于2 2 0 k v 及以上电压等级的高 压输电线路，其主要功能包括纵联距离保护，纵联方向保护，三段式距离保护，四 段式零序保护，综合重合闸等。设备的软件采用模块化设计。设备由9 个插件组成， 其中c p u i 是保护c p u 插件，它是设备的核心插件。保护设各的插件面板如表41 所示 1 0 。 表4 1 数字式线路保护装置插件布置图 1 交 流 插 件 2 保 护 c p u 9 电 源 插 件 4 2 对设备进行建模 42 1 逻辑设备分析 i e c 6 1 8 5 0 的实现过程是将功能分解并再组合的过程。对具有实用功能的电力设 备依据标准建模，将整个设备分解成为若干个逻辑节点。然后再由逻辑节点组合成 逻辑设备。一个物理设备可以由一个逻辑设备或多个逻辑设备组成。该设备的功能 是由各个插件来实现的，可以对c p u 建模。本文主要讨论逻辑节点p d i s 和m m x u 的应用。三段式距离保护包括三段相间距离保护和三段接地距离保护，见图4 1 。 一次设备采集的测量值经电压互感器和电流互感器传送到保护设备，保护设备中逻 辑节点中至少包含一个逻辑节点m m x u 存储用于传输到设各的基本测量信息。 辑节点中至少包含一个逻辑节点m m x u 存储用于传输到设各的基本测量信息。 开出插件，开出插件：开出插件 开入插件 管理板肩动c p u 华北电力大学硕士学位论文 图4 1c p u l 功能模型 表4 2c p u 2 插件的逻辑节点实例 逻辑节点实例描述 p h s p d i s l 相间距离保护i 段 p h s p d i s 2 相间距离保护i i 段 p h s p d i s 3 相间距离保护i 段 g n d p d i s1 接地距离保护i 段 g n d p d i s 2 接地距离保护i i 段 g n d p d i s 3 接地距离保护i 段 注：前缀p h s 代表“相间”，g n d 代表“接地”。 建模过程中如果没有合适的逻辑节点类可以利用时，需要扩展新的逻辑节点类。 为保证互操作性在扩展时需要满足以下命名规范： 1 逻辑节点类的第一个字母尽量与其相关的逻辑节点组的前缀保持一致。在标 准中逻辑节点组的前缀一般遵循表4 2 原则。； 2 其他属性的定义应该与逻辑节点的英文名称相关 3 根据i e c 6 1 8 5 0 7 3 ，新建的逻辑节点类要用“名称空间属性”标明。 扩展新的逻辑节点类需要保证每一个添加的名称与标准逻辑节点类的命名规 则保持一致。在特定系统或特定项目中有关新逻辑节点类的描述可以添加到l e d 配 套的x m l 说明文档中。 表4 2 逻辑节点类分组规则 组别逻辑节点组 a自动控制 c 监控 g 通用功能引用 i界面及存储 m测量 p保护功能 r保护相关功能 s传感器，监视器 t 仪表变压器 x开关设备 y电力变压器及相关功能 z 其他电力设备 4 2 2 逻辑节点分析 一个逻辑设备中至少包含两个逻辑节点：l n n 0 和l p h d 。l n n 0 用来表示逻辑 设备本身的信息，以区别其他逻辑设备。l p h d 用来表示该逻辑设备所在的物理设 备的信息，实现物理和逻辑上的沟通。逻辑设备中还包括实现具体功能的逻辑节点， 华北电力大学硕士学位论文 所有的逻辑节点都是从抽象逻辑节点类中派生出来的。逻辑设备的构成如图4 2 所 示。 圈4 2 逻辑设备结构图 标准中定义了公共逻辑节点类型如表4 3 所示，其表头含义如表4 4 所示。除 了l p h d ，所有l n n 0 以及代表具体功能的逻辑节点都应该继承公共逻辑节点类型 强制性的数据、数据集、控制单元和服务。对于可选数据，在实例中存在三种可能： 1 不继承这些选项； 2 继承这些选项并且保留它们为可选性的； 3 继承这些选项并且定义它们为强制性的。 表4 3 公共逻辑节点类型 公共逻辑节点 属性名 a t t r t y p ee x p l a n a t i o n tm ，o l n n a m e 从逻辑节点类中继承( 见7 - 2 ) 数据 强制逻辑育点信恳( 他像从所有逻辑节点中继承采，际，p l h d ) m o di n c 模式m b e hi n s行为m h e a l t hi n s 健康状况m n a m e p l tl p l铭牌m 可选的逻辑节点信息 l o cs p s本地操作 o e e h e a l t hi n s外部设备健康状况 o e e n a m e0 p e外部设备铭牌 o o p c n t r s i n c 可复位的动作计数器 o o p c n t i n s动作计数器 o o p t m h r n s 动作时间 。 数据集和控制单元和服务均( 见7 - 2 ) 从逻辑节点类中继承和规范而来( 见7 - 2 ) 表4 4 公关逻辑节点类型表头含义 1 6 一兰苎皇垄奎堂堡主堂垡堡壅 表头 描述 属性名 数据名 a t t r t y p e 定义数据结构的公共数据类，见7 - 3 部分 e x p l a n a t i o n对数据及其如何使用的简单解释 t 瞬时数据一一有该规定的数据的状态是强制的，必须被记录和 报告它们强制状态的特征。些t 只存建模层次上有效。瞬时 数据和正常数据是一样的，除了过程状态由t r u e 变成f l u s e ， 没有事件被报告和被记录。 m 。 定义数据，数据集，控制单元或者服务对于一个逻辑节点的实 例来讲是强制性的还是可选性的。 依据标准中对逻辑节点l l n 0 和l p h d 的规定以及c s c l 0 1 a ( b ) 设备的物理 信息，对该设备的l l n 0 和l p h d 的建模，生成l n n 0 实例和l p h d 实例： 表4 5l l n o 逻辑节点零实例 l l n o 逻辑节点零实例 属性名 属性类型 解释 数据 公共逻辑节点信息 o d i n c c s c l 0 1 a ( b ) 运行模式 b e h i n s c s c i o i a ( b ) 运行行为 h e a l t hi n s c s c i o i a ( b ) 健康状况 包含c s c l 0 1 a ( b ) 的铭牌、逻辑设备的l d n s ，用来标 n a m e p l tl p l 识该逻辑设备用到的所有逻辑节点和数据对象所引用 的名称空间 数据集 s e t t i n g s d a t a s e t | c p u 整定值数据集 f 1 t r p t d a t a s e t l c p u 故障报告数据集 a l m r p t d a t a s e t b p u 自检报告数据集 控制块 f 1 t b r c bb r c b 故障报告控制块 _ f k l m b r c bb r c b自检报告控制块 l 0 9 1l c b 日志控制块 表4 6l p h d ( 物理设备逻辑节点) 实例 l p h d 属性名属性类型解释 tm ，o l n n a r n e 从逻辑节点类中继承过来( 见7 - 2 ) 数据 p h y n a m d p l 物理设备铭牌m p h y h e a l t h i n s 物理设备健康情况m w a r m s t ri n s 警报启动次数 。 逻辑节点类p d i s 的定义见表4 7 ，包含了所有距离保护可能涉及到的数据，对 华北电力大学硕士学位论文 于不同的距离保护可以选择需要的数据组成逻辑节点p d i s 的具体实例。 表4 7 逻辑节点p d i s 类定义 逻辑节点p i ) i s 类 属性名 属性类型解释tm o l n n a m e 从逻辑节点类中继承过来( 见7 - 2 ) 数据 公共逻辑节点信息 逻辑节点应继承公共逻辑节点类的所有强制数m 据 o p c n t r s i n c复位动作计数器。 状态信息 s t ra c d启动m o p a c t动作tm 整定值 p o r c ha s g 圆特性直径 o p h s t ra s g 相间故障启动值o g n d s t ra s g 接地故障启动值 o d i