常规变电站和数字化变电站数据库模型转换及其应用

1、常规变电站和智能变电站数据库模型转换及其应用朱强 姚伟刚（国电南瑞科技股份有限公司，江苏省 南京市 ）摘要：对目前使用在常规变电站和智能化变电站的自动化系统的数据库模型结构进行了详细的分析，提出了一种解决常规变电站系统过渡到智能站系统的兼容数据库模型解决方案，并提供一种转换工具的编写思路。关键词：智能化变电站；模型转换；一体化五防；SCL语言Database Model Conversion of Normal Substation and Smart Substation and Its ApplicationZHU Qiang ,YAO Wei-Gang(NARI Technology D

2、evelopment Co.Ltd., NanJing ,Jiangsu Province, China )Abstract: This paper makes detailed analysis about the substation automation system(SAS) database model structure between normal substation and smart substation ,carry out a solution to the SAS transition from normal substation to smart substatio

3、n, and propose some ideas about the tool for the conversion. Keywords: smart substation ; model conversion; integrated fail-safe unit; SCL language0.引言目前国内变电站的建设智能化站的模式日渐增多，如何将一些常规老变电站系统无缝对接到智能化变电站的系统，是变电站改造建设的难点。由于监控系统生产厂家的不同，它们的数据库结构也是千差万别，实现这些变电站改造过程的系统数据库的无缝对接，包括五防规则库的无缝导入，是目前变电站自动化工程实施领域需要解决的实际

4、问题。本文针对此问题对智能化变电站系统数据库和常规变电站系统数据库结构进行了统一性分析和摸索，对针对此问题编写的转换工具软件的编写思路做了详细的说明，并挑选了国内变电站自动化领域广泛应用的BSJ2200和NS2000系统数据库转换的过程，简述了该转换软件的原理和流程，最后选择了该软件在实际工程应用实践过程中遇到部分问题，提出了进一步的完善方案和改进想法。1 库模型转换的实现思路和原则智能化变电站对站控层的监控系统数据库的构造与实现，是基于IEC61850标准对变电站通过scl语言描述的抽象模型的映射来建立的，对应该模型的scd文件描述了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

5、系统，包括所有IED的描述，变电站描述以及通讯系统的描述【1】，通过IEC61850通信标准所约定的模型与通讯层面的关联关系，实现抽象通信服务接口（ACSI）映射到制造报文规范(MMS)，从而在(TCP/IP)以太网或光纤网上实现了与全站通讯设备的无缝通讯接入。IEC61850通信标准采用了面向对象的建模技术，对全站的每个通讯设备设立了智能电子装置（IED）模型，每个IED有一个或多个服务器端，每个服务器端下面存在逻辑设备（LD），逻辑设备LD又包含逻辑节点（LN），逻辑节点中才包含实际的数据对象（BDA）。结合这种模型，我们考虑到常规变电站模型有如下特点：首先，对于常规变电站，采用的IEC1

6、03或其他通讯协议并没有这ASCI/MMS的映射关系，对于后台数据库来说，数据对象和装置之间并没有LD和LN这一层的关系如图1所示，数据对象可以直接和IED进行关联，但是考虑到对数据对象的分类处理的情况（如自诊断遥信和实际开入遥信信息作为不同的分类区分），数据对象可以跨越LN直接属于LD这一层如图2所示，这是由于对常规变电站来说数据对象常常是以装置地址+序号上送的方式（如常规测控，RTU等方式），可以不考虑IEC61850建模时将变电站自动化功能逐一分解为若干核心功能逻辑节点【4】的方式建立模型的情况，只将遥测、遥信、控制全部归并于一个LD并按序号排列，这样可以做到数据对象来源关系结构上的清晰

7、，也便于通讯规约层次的解释处理。智能电子装置（IED）智能电子装置（IED）逻辑设备（LD）数据对象数据对象数据对象逻辑设备（LD）逻辑设备（LD）逻辑设备（LD）逻辑节点（LN）逻辑节点（LN）数据对象数据对象图1 数字站对象通讯层关联方式图2 常规站对象通讯层关联方式其次，在IEC61850模型中定义了LN的类型为XCBR，CSWI的逻辑节点，映射数据库时如果选择了LN和一次设备如开关刀闸的对应，映射时可以将该自动将LN的代表位置特征的数据对象DOI和一次设备开关和刀闸对象的位置信息进行关联如图3所示，由数据对象的动作情况显示开关刀闸位置的变化，然而常规变电站没有模型的对应，我们考虑通过定

8、义信号的特征类型来确定与一次设备的状态变化的关系如图4所示，这样对于映射了scd模型的数据库和常规站的数据库对应的数据对象都有信号类型定义，在格式上做到了一致。关联时自动根据DOI的属性确定信号类型，如位置的双点一次设备一次设备关联时手动定义信号类型,如位置的常开常闭接点逻辑节点（LN）数据对象数据对象图3 数字站对象和一次设备关联方式图4 常规站对象和一次设备关联方式第三，数据库中数据对象定义完成后，我们考虑到在老站和新站改造切换过程中信号可能有不同的来源（套壳改造方式），如开关刀闸的位置改造前可能会来源于老的RTU和常规测控等，改造后需要切换到智能化测控，那么数据对象来源方式需要切换，但是

9、对于数据对象反映的结果来说都是不变的，比如说开关刀闸的合分状态，对于这种切换需求，我们采用了数据对象在数据库的key复制出来的一份数据镜像（通道表）的方式，该复制出来的数据通道对象和数据对象在库中是对应的关系，删除数据对象也会同时删除该数据通道对象，同时该数据通道对象在库中除了采用的关键字key和数据对象是一致的，它定义了它自己特有的部分“来源方式”以及和这个来源方式相关的 “所属LD”,”点号”，“REF名”等部分。当来源方式定义为”厂点号”时，数据对象的来源会从“所属LD”、“点号”去得到相应的值状态，而来源方式定义为”REF名”时，数据对象的就会从“REF名”去得到相应的值状态如图5所示

10、。这样对于老站改造过程来说，对改造到的部分只要修改一下来源方式就可以实现无缝切换，系统的画面报表五防等都不需要做任何改变，大大的减轻了工程现场的工作量。一次设备状态数据对象通道表（含来源方式，所属LD,点号，REF名等）数据对象定义表（含信号类型，信号延时，推告警窗，是否光字等高级应用功能）来源：厂点号常规测控数据来源：REF名数字测控数据通过KEY关联，是定义表的镜像，图5 创建数据定义表的映射镜像通道表实现不同来源数据切换两种变电站监控系统库模型的结构及转换实现的说明1.1 两种常规变电站监控系统库的结构：针对库模型转换工具的现实工程需求，我们特意挑选了两种国内广泛应用的变电站自动化系统库

11、BSJ2200,NS2000来实现。BSJ2200系统是基于UNIX平台的较早应用在变电站自动化领域的一套比较成熟的后台系统，它采用的是分布式数据库结构，站内的数据库根据所接入的测控所处的变电站就地小室，分布的定义在各个小室的前置机数据库模块上，每个小室前置机可以采用单机或双机主备配置的模式，但是这两种配置方式的数据库文件是一致的，如500KV小室主备配置的数据库为lcu12.db,220KV小室主备配置的数据库为lcu34.db,35KV小室单机配置数据库为lcu56.db等等，系统的数据库文件为纯文本的格式，结构采用了类型TAG+属性PATH的形式如图6所示，总体来说分下列几个模块：测控模

12、块：TAG的类型为MODULE，它具体的属性如地址ADDR,类型TYPE等等用PATH定义。遥信模块：TAG的类型为SOE，它具体的属性如所属装置号INSTNO,点号BLOCKNO,双点标志DOUBLEFLAG等等用PATH定义遥测模块：TAG的类型为AIN，它具体的属性如所属装置号INSTNO,点号BLOCKNO,工程值与码值转换比HIGOUTPUT/LOWOUTPUT，偏移值BIAS等都有PATH定义控制模块：TAG的类型为CTRL, 它具体的属性如所属装置号INSTNO,对应对象号OBJECT,遥控性质COMMAND都有PATH定义图6 BSJ2200监控系统库采用模块化的TAG、PAT

13、H定义的方式NS2000监控系统是基于WINDOWS平台的变电站自动化系统，由于它的应用时间比较晚，它的数据库结构已经考虑到了变电站一次设备的模型，数据库中对应一次设备部分存在有各种一次设备表和一次设备组表，二次部分存在有逻辑节点表、遥信、遥测、档位、电度等各种表，它们也都和一次设备有对应关系如图7所示，所以一次二次设备和信号的映射基本都是可以完全采用一一对应的关系来实现。图7 NS2000监控系统库模型定义一二次设备和四遥的对应关系1.2 对两种数据库模型的转换及实现方式对BSJ2200系统的数据库结构进行分析以后，我们确定了库模型转换的原则主要是将各分布数据库的文件整合成一个完整的库，该库

14、利用各个分布库文件的MODULE映射IED，LD表，SOE,AIN,CTRL映射遥信、遥测、遥控定义表/通道表的方式来完成，其中所属关联关系和属性由映射入遥信、遥测、遥控通道表的来源方式（厂点号）、所属LD（为对应测控MODULE映射的LD）、点号（对应SOE/AIN的BLOCKNO、CTRL的OBJECT的值），AIN的工程值系数和偏移（AIN的HIGHOUTPUT,LOWOUTPUT，BIAS的值）的转换处理来实现，这样就完成了站内二次设备和信号部分的映射处理如图8所示。转换后的库转换前的库MODULE模块部分遥测定义表/通道表IED、LD表转换工具CTRL模块部分SOE模块部分AIN模块

15、部分遥控定义表/通道表遥信定义表/通道表图8 BSJ2200库模型转换的基本原理BSJ2200系统库模型转换中我们遇到另外一个问题是如何实现站内一次设备部分的定义和映射，并同时将二次设备的信号和一次设备进行关联，由于BSJ2200系统数据库是国内变电站自动化领域早期的数据库系统，它的定义还没有完整的考虑到变电站一次部分的模型，信号和设备状态的体现完全是一一对应关系，SOE模块的输出结果值直接体现在画面上的一次设备状态，双位置的体现由通讯驱动程序判断SOE模块的DOUBLEFLAG属性进行处理后，通过改变SOE模块的输出结果值以实现一次设备如开关的双位不定态情况。由于通过BSJ的数据库DB文件无

16、法构建一次设备的模型，所以我们考虑了采用由五防设备库和五防规则库来构建一次设备模型的思路，这样做是考虑到对于一个变电站来说，主要的一次设备主要是开关、刀闸、母线、变压器、容抗器五大类型，后三种类型设备在变电站内数量有限，站内的主要设备还是开关刀闸设备，由五防设备库建立的一次设备模型库应该说内容已经覆盖了80%以上的需要建立的一次设备库内容，并且建立的同时可以做到对应的信号关联设备，这样可以很大程度的降低了工程实施的难度和复杂程度，由五防设备库建立一次设备库还可以同时导入五防规则库，这样就实现了后台一体化五防的无缝转换，真正的达到了一举两得的效果。BSJ2200的五防设备库和五防规则库是采用的T

17、AG名称标志设备的方式，如果是一体化五防，五防设备库还有具体的锁码地址、是否带闭锁插箱等标志位如图9所示，这些也都可以通过读取TAG和相关的域值来实现对应功能的导入，做到数据库新老模型的无缝切换。图9 BSJ2200五防设备、规则库的样式针对NS2000系统的数据库结构进行的分析，我们明确了基本可以采用对应关系来映射新的数据库，IED,LD的可以从逻辑节点表来映射产生，间隔表，设备表从各一次设备表、设备组表映射产生，对应遥信、遥测、遥控定义表和通道表采用对应的表一一产生并同时依靠原关联关系产生挂接关系和厂点号，考虑到NS2000系统各分布小室的通讯接入单元NSC装置并没有实际的数据库只具有一个

18、通讯层次的转发库，所有的信号描述和关联都是在NS2000后台系统的数据库中定义，所以导入了NS2000后台系统的库也就完成了系统的转换映射，同时考虑到系统改造过程中的重复工作量及容易出错的问题，可以将原系统中的每个逻辑节点的通讯参数完整映射到后台系统，如各小室接入的装置的串口参数、CAN网参数、网络地址等等，这样如果有老站系统改造过程只更换后台系统，不更换小室通讯接入单元NSC装置的情况也可以得到兼容。2 系统其他信息的转换思路和流程一、二次设备、信号的模型库转换可以说完成了变电站监控系统智能化改造的大部分工作量，但是还存在着一些原监控系统的额外的数据需要转换，考虑到现实的工程需求，我们认为可

19、能存在的配置工作量在以下几个部分：l 远动四遥数据的映射转换l 远传合并处理数据的映射转换l 保护通讯点表信息的映射转换 1. 针对远动数据的转换：我们首先分析了调度远动数据的采集和配置，在这两套系统中基本都是配置了NSC系列的远动网关机进行传输，远动网关机采用的是自己的一套通讯库的结构，它以调度实际需要的数据点所来源的通讯设备配置通讯设备库，再从设备中挑选需要的数据点构成不同转发表，将这些转发表数据以不同远动规约发送不同调度实现各级调度的数据转发，这样我们需要转换的各级调度数据转发表实际是三部分构成：转发序号，设备号，设备内点号，而设备号、设备内点号在我们上面已经生成的IED/LD表及四遥通

20、道表都是有对应的，这样我们就可以通过这层关系确定我们目前库中的需要转发的远动转发点对象，并确定各转发点对象关联各张转发表的的转发序号，由这些关系的映射最终构建还原了站内各级调度转发表如图10所示。新系统原系统原转发表新转发表转发号转发号通讯设备库设备号逻辑设备号转发数据对象设备内点号设备内点号图10 转发表的映射转换2. 调度合并遥信数据的转换：我们分析了调度合并信号存在三种逻辑：与、或、非，它们共同点都首先需要生成一个虚结果信号，这个虚结果信号在调度转发表中是有实际转发序号的，虚结果信号在NSC的通讯设备库也是有虚通讯设备来存储的，它同上面的实信号一样也是由三部分构成：转发序号，虚设备号，虚

21、设备内点号，这样转换的思路和实信号是一样的，区别是需要自动生成一个虚拟设备来存储这些虚拟点，我们采用了自动生成的虚LED,LD的方式产生虚二次设备，并自动生成虚间隔、虚一次设备、结果虚遥信点(信号类型为与、或、非结果)，最后将虚遥信点在通道表中填写对应的虚LD、虚点号。同时将这些虚点的来源信号点通过在NSC网关机通讯库中的设备号、设备内点号对应到库中已经存在的相应的实数据点，这样就实现了远传合并数据的转换。3. 保护通讯点表信息的转换：NS2000系统保护通讯的点表文件PPI采用的是WINDOWS的INI文件的样式，告警、事件、定值都是由FUN/INFO的方式存储对应，我们采用的SYS文件的样

22、式基本也是符合这种思路，所以转换采用的是PPI-SYS文件一一对应的方式，只进行相应的格式转换。而BSJ2200由于保护信息点表定义在各通讯程序头文件中，格式结构不一致所以暂未处理。3 工程应用中的具体问题和改进：在工程应用过程中，根据工程现场的反馈和需求情况，我们又考虑了以下一些方面的改进：3.1 对间隔层接入西门子AK总控/AM测控的BSJ2200系统数据库模型转换兼容性的完善在一些工程现场改造监控系统要求中，需要保留原间隔层西门子的通讯集中单元AK和AM测控，这就需要将原BSJ2200系统中对应西门子测控装置的总控部分数据库进行模型转换，但是这部分测控数据库定义的格式和BSJ2200系统

23、接入的分间隔测控数据库信息格式定义有以下一些区别：1、接入AK总控的数据库DB文件定义了对应该总控通讯功能的MODULE功能模块，该模块定义了一个与站控层后台IEC104通讯链接的设备，而分间隔测控数据库文件通讯MODULE模件定义是按间隔来区分的，每一个模块中INSTNO对应了映射IED的地址。2、接入AK总控的数据库DB文件中SOE等信号对象模块通过OCCNO的和系统POINT_MAP文件中定义的点号关系对应构建所属间隔及间隔内点号，而NSD/SLC部分库中SOE等功能块中有INSTNO对应各通讯模块，BLOCKNO对应通讯模块内点号。针对第1种情况，我们首先将库中的MODULE部分补全，

24、将AK接入的实际测控AM定义为各MODULE功能块，这样的好处是对于构建一次部分的间隔和设备，并在确定二次信号对象的挂接关系时能更清晰明确，而AK总控对应的MODULE只有映射通讯相关的IED/LD才有实际意义，而对于映射间隔没有实际意义，故导入后在工具界面可以手工删除该MODULE对应的间隔部分。针对第2种情况，我们增加了读取AK总控部分信号序号解析文件POINT_MAP的部分，首先将POINT_MAP文件读入，再根据SOE等信号对象模块OCCNO计算出对应的INSTNO,BLOCKNO从而实现信号和设备与一次间隔的关联，并实现了该信号所对应的AK总控映射的IED/LD中的通讯模块内点号转换处理3.2 对应用的一体化五防功能的BSJ2200系统五防设备库/逻辑库及在线闭锁功能（BS插箱）的库模型转换的完善在实际工程应用中，很多变电站BSJ2200系统都实现了了一体化五防的功能，它们主要依靠后台一体五防程序读取全站五防设备库文件wfdb和全站五防规则文件wfrule来进行站内后台操作的五防判断闭锁功能，并实现了刀闸操作时在线闭锁功能，由相关程序进行刀闸操作回路的通断逻辑判断及自动开出操作。智能化变电站可以采用监控系统中五防与监控系统一体化集成，实现操作票和防误闭锁功能【