专利名称：采用xml信息重组实现变电站iec61850快速自动建模的方法
技术领域：
本发明涉及数字化变电站及传统变电站采用IEC61850规约通信的间隔层设备 ICD(智能电子设备能力描述，以下简称ICD)模型文件生成技术，提供了自动建模的实现方 法，特别是提供了利用sAddr (短地址，以下简称sAddr)信息自动映射模型与数字化变电站 及传统变电站内的间隔层IED(智能电子设备，以下简称IED)实时数据库的实现方法。
背景技术：
国际电工委员会TC57在总结以前通信协议的基础上，制定了 IEC61850通信标准。 该通信标准通过对变电站自动化系统中的对象进行统一建模，采用面向对象技术和独立于 网络结构的抽象通信服务接口 (ACSI)，增强了设备间的互操作性，可以在不同厂家的设备 之间实现无缝连接。该标准具备配置灵活、可靠性高、安全性强的特点，代表了变电站自动 化技术未来的发展方向。 IEC61850通信标准的核心就是"模型和建模"，不仅包括变电站自动化系统中数据
对象的模型，而且包括变电站自动化通信系统的模型，这些模型与面向对象的抽象通信服
务接口 (ACSI)结合起来，就形成了带有丰富自描述信息的开放的通信平台。 IEC61850主要解决"互操作"问题，而"互操作"的基础就是模型统一，IEC61850
标准、《IEC61850工程实施规范》均对模型有详细的定义。IEC 61850在中国实施至今，对
于模型生成这一环节，大多数仍采用手动建模的方式，很多环节需要人工干涉，由于人为因
素的参与，容易出错，且项目周期较长，限制了 IEC 61850功能的大面积推广，同时手动编
辑智能电子设备能力描述ICD模型文件也有以下缺点 1)需要花费大量时间学习变电站配置描述语言SCL 2)变电站配置描述语言SCL描述模型的方式非常灵活，手动编辑不利于模型规范 化 3)由于模型的复杂性，导致智能电子设备能力描述ICD文件编辑工作量大鉴于以
上的缺点，手动编辑ICD模型文件不适合在IEC 61850工程化应用阶段使用。 传统建模方式采用手动建模或一些小工具软件，提供编辑逻辑设备LD、逻辑节点
LN、数据对象DO、数据属性DA的操作界面，模型文件与IED实时数据库的对应关系可以进行
编辑，基本上可以实现建模，但需要使用者非常熟悉IEC 61850才行，这对继电保护工程师
要求较高，且自动化程度也不高，难以工程化使用。 IEC 61850自动建模基于IEC 61850基本模型，采用模型配置规范化的作法，对 IEC61850功能进行封装，IEC 61850技术细节由软件内部实现，模型与IED实时数据库的 对应关系也通过短地址sAddr由软件自动实现，对外仅提供与保护相关的信息，从而扩大 使用对象的范围，只要懂得继电保护功能的工程师均可以进行IEC 61850建模，这对IEC 61850大范围推广显得尤为重要。 因此，为了更好地利用IEC61850通信标准，降低工程配置工作量，本发明提出了一种IEC61850自动建模实现方法，这是在手动建模基础上对IEC61850工程化推广所做的 新的尝试。
发明内容
本发明提出了一种IEC61850自动建模的实现方法，其目的在于保证IED模型文件 的正确性，统一性，縮短建模周期，为工程实施带来最大便利。 采用IEC61850标准的数字化变电站或传统变电站，要求系统建模实现标准化， IEC61850确立了电力系统的建模标准，为变电站自动化系统定义了统一的、标准的信息模 型和信息交换模型，实现智能设备的互操作，实现变电站信息共享。ICD模型如实反映IED 的实际能力，是实现互操作的基础，各IED厂家提供各自的ICD模型文件给系统集成商作为 系统联调依据。对一、二次设备进行统一建模，资源采用全局统一命名规则，变电站内及变 电站与控制中心之间实现了无缝通信，从而简化系统维护、配置和工程实施。
本发明具体采用以下技术方案 —种采用XML信息重组实现变电站IEC61850自动建模的方法，包括以下步骤 1)、规范变电站间隔层智能电子设备IED信息，采用XML序列化技术对上述信息进
行重组，定义模型配置规范化接口文件，为自动建模提供统一的模型配置模板； 2)、加载模型配置模板，加载内嵌模型，提供模型配置模板编辑接口 ，导出ICD模
型文件，自动添加sAddr信息，生成ICD模型文件； 3)、变电站间隔层智能电子设备IED加载所述的ICD模型文件，自动解析所述的 ICD模型，自动提取sAddr信息，将sAddr信息与实时数据库一一映射，进行内外数据同步。
其中，在步骤l)中，进一步优选地通过关键字自动匹配IED信息；提供快速检索功 能，自动合并共性的IED信息；IED信息主要包括测量量、事件、定值的描述和配置信息；针 对测量量，根据通道属性、通道相别进行自动分组处理；针对事件、定值，优选地通过保护功 能匹配的作法进行自动关联；定义符合IEC61850实例化名称的字典模板。
在步骤2)中，所述内嵌模型为事先制定的符合IEC61850标准的XML模板，根据工 程要求进行配置。 在步骤3)中，IED自动搜索有效的ICD模型文件并解析，对以UTF-8(UNICODE的一 种变长字符，以下简称UTF-8)格式编码的ICD模型文件进行解码；采用线性地址统一编码。
这种IEC61850自动建模方法的优点是，对IEC61850功能进行封装，逻辑节点的操 作由程序自动完成，降低对使用者的技术要求；自动导出ICD模型文件，节省了大量的工程 配置工作；同时，IED信息可整定，保证实现过程的灵活性。
该实现方法的特点是 1.可操作性强，对于不熟悉IEC61850标准的保护人员也可以建模。
2.高效，自动生成ICD模型文件。 3.可扩展性强，自动生成IEC61850信息与实时数据库信息的映射关系，sAddr内 容可灵活定义。
图1是IEC61850自动建模层次示意 图2是自动建模工具设计流程图；
图3是IED解析sAddr及映射流程图。
具体实施例方式
本发明提供了一种采用XML信息重组实现变电站IEC61850自动建模的方法，包括 ICD模型文件生成、IED自动解析的处理、模型与实时数据库映射，该方法具有以下步骤
a.规范变电站间隔层智能电子设备IED信息，采用XML序列化技术对上述信息 进行重组，生成自动建模规范化接口文件，通过关键字自动匹配IED信息，提高信息加工效 率。定义符合IEC61850实例化名称的字典模板，用于快速检索定值、压板等名称縮写；
b.加载模型配置模板，加载内嵌模型，通过自动建模工具对IED信息进行编辑、配 置，在内嵌模型的基础上，丰富模型的表达涵义，将内部数据的线性地址按照一定的规则编 码，自动添加到所对应的数据属性DAI (实例化数据属性，以下简称DAI)的sAddr中，自动 进行逻辑节点操作，导出正确的ICD模型文件；自动建模工具提供友好的配置编辑界面，对 61850抽象概念进行封装，对外仅提供与保护相关的选项、标符，让使用者感觉不到在进行 61850建模，同时对建模中重复编辑的内容具备智能记忆功能，共性的内容仅输入一次而 已，然后录入到历史模板； c.变电站间隔层智能电子设备IED自动搜索并解析自动建模工具生成的ICD模型 文件，将树状模型转化为平面叶子节点，自动提取sAddr信息，以sAddr信息为桥梁，将模型 与实时数据库一一映射，进行内外数据同步。 下面进一步结合说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案进行说明。
在附图1给出了 IEC61850自动建模的层次模型，具体实施上包括以下三部分内 容一是IED信息重组、规范化部分；二是自动建模工具导出ICD模型文件部分；三是IED 解析ICD模型文件及自动映射实时数据库部分。下面分别就各部分内容的实现加以说明 (一)、IED信息重组、规范化 保护存在多个保护功能，不同的保护功能可灵活投退，且配置丰富，各IED厂家 IED信息并不完全相同，主要包括测量量、事件、定值等描述、配置信息，为了统一建模，需要 对这些信息进行规范化处理。本发明提供了 XML信息重组方式及规范化接口文件，采用面 向对象技术，设计配置基类及派生类，应用XML序列化技术加载、存储IED信息，各IED厂家 可根据各自的调试软件将描述、配置信息自动转化为规范化的接口文件，然后利用自动建 模工具进行建模。 ( 二 )、自动建模工具导出ICD模型文件自动建模工具加载规范化的接口文件，填充事件、告警、开入等结构信息体，并将 这些信息反映到工具界面上，便于查看、编辑。同时对于没有采用面向对象设计的这些信息 体，可进行配置、关联，配置界面已经对IEC61850功能进行封装，无需使用者懂得IEC61850 标准，保护工程师、自动化工程师均可以使用。具体包括两部分内容一是信息加工；二是 生成模型，下面分别就这两部分内容的实现加以说明。
1、信息加工 传统变电站到数字化变电站过渡期间，IED内部数据并不是完全按照IEC61850标 准定义，因此存在IED内部数据与IEC61850规约接口上存在不对称的情况，为弥补两者之间的信息差异，需要对IED信息进行加工，以满足IEC61850标准对IED信息完整性的要求。
1)、开入、告警、压板 采用IEC61850标准中定义的实例化名称，如实反映IED输入、输出接口能力，滤除
不必要的信息。 2)、事件 针对不同的保护功能采用不同的保护功能逻辑节点，明确事件关联的专用定值 项，明确是保护启动还是保护出口等附属信息。
3)、定值 采用IEC61850标准中定义的实例化名称，填充定值步长、量纲、最大值、最小值等信息。 4)、领懂量 根据电压、电流通道属性、通道相别，自动匹配匪XU、匪XN逻辑节点，针对匪XU逻 辑节点自动进行分组处理。不符合分组条件的测量量，自动采MMXN或GGIO逻辑节点，填充 测量量的量纲、上下限等附属信息。
5)、录波 填充录波启动、录波完成、电网故障号信息。
2、生成模型 将IEC 61850标准中定义的公用信息归类在内嵌模型中，作为自动建模工具的 公用信息，遵循从小到大的原则，即从底层到上层阐述模型。其中包括E皿mType、DAType、 DOType几大类。 如附图2所示，自动建模工具运行后，生成自动建模实例对象，首先对IED信息进 行规范化处理，此过程中，若规范化失败，工具会给出错误提示信息；规化化成功后，自动建 模工具加载嵌模型，判断内嵌模型是否有效，是否符合IEC61850标准，是否具备IEC61850 基本模型信息。在确认配置无误后，进入ICD模型文件生成准备就绪状态。自动建模工具 依次自动映射LD、Dataset、LNType、LN实例、DOI、DAI、自动添加sAddr，清理无用的节点信 息，并对模型进行校验，然后导出正确的ICD模型文件。 自动建模工具基于MSXML2. O控件，采用面向对象技术，对XML文件操作进行封装， 简化XML文件操作。为后续XML节点添加、删除作好准备。当使用者下达"导出模型"指令 后，自动建模工具按以下步骤执行操作 1)、添加LD节点， 一些常用的LD节点默认在内嵌模型中体现，生成模型时可根据 IED实际配置进行添加、裁剪，生成模型时，需要先获得LD节点句柄，清空成员信息，然后再 重新添加，以确保不必要的历史信息残留。 2)、添加Dataset，将模型配置的遥信、遥测、定值的点信息，添加到Dataset，形成 数据集合，保证数据的有序性。 3)、添加LN节点，对于每个节点自动添加Mod、 Beh、 Health节点信息，反映此逻辑 节点的运行模式及品质情况。每个LN节点的实例号进行自动追加处理，prefix, lnClass 根据模型配置自动添加。 4)、添加LNType，根据模型配置中的规范化信息，将逻辑节点进行归类，抽象出逻 辑节点类型，具体相似行为的逻辑节点可共用逻辑节点类型，每个逻辑节点类型中自动添加类成员信息。 5)、添加DOI，模型配置中的点信息需要通过DOI进行实例化，添加数据属性，及数 据对象嵌套信息。 6)、添加DAI，实例化DOI各成员的数据属性，例如，将各信息点的描述以UTF-8的 形式添加到'dU'节点下 7)、添加sAddr信息，sAddr位于模型末端叶子节点，根据模型配置自动添加， sAddr信息是自动建模工具与IED服务器端软件事件约定好的信息，用于数据映射标识。 sAddr信息样例"sl. s2. s3. s4..."，这里的sl s4可自定义，例如定义sl为类型标识， 区分事件、告警信息；定义s2为CPU标识；定义s3为ID标识；定义s4为属性标识(表示 数值、时间、品质等)。 8)、导出模型文件，自动追加模型文件CRC校验码，用于版本标识。
(三)、IED解析ICD模型文件及自动映射实时数据库 在自动建模的功能模块中数据库是最重要的一个模块，因为所有的实现都依赖于 数据库结构。利用数据库存储模型相关文件的信息，其中主要是ICD信息。ICD包含的信息 量非常大，不能把所有信息都存在数据库中。在保证存储必要信息的前提下，数据库的结构 应该尽量简单，同时应该方便应用功能模块和界面模块提取数据。 ICD包含的信息可分为标记和数据两类。其中标记部分由IEC 61850-6标准化 了，属于不变部分，不需要存储在数据库中。而数据部分是需要建模人员根据IED功能及 IEC61850建模方法建立的，属于不确定部分，需要录入数据库。存储信息的一个原则应该 是不存储格式信息，只存储具体的数据信息。
ICD主要包含DataTypeTemplate段和IED段。 从IEC 61850工程化应用的角度考虑，DataTypeTemplate段中的LNType、 D0Type 等类型是统一规范化的。开始对IED建模前，应把各IED用到的类型经规范化后汇总为基 本类型库。建立IED模型时，引用的类型必须从基本类型库中选取，才能保证实现规范化。 基本类型库中的信息经少量扩充后即可满足新型IED建模的需要，达到信息复用。基本类 型数据属于系统共享信息，在维护时必须保证数据完整性、规范性。 IED段主要是描述各IED功能的LN、DAI、DataSet和各种控制块等信息。IED模型 数据属于IED专用数据。 IED上电后，进行初始化状态，创建实时数据库，创建成功后，开启61850实时处理 任务。 IED进入61850工作状态后，自动搜索icd或cid为后缀的模型文件并进行校验， 搜索到有效的模型文件后，开始解析模型，将树状模型结构映射SCL信息结构体，解析数据 类型模板，开辟内存空间，创建逻辑设备、逻辑节点、报告控制块信息体，初始化报告实例， 生成模型叶子节点数组，成功后，即进入61850模型解析完成状态。 如附图3所示，IED获取模型信息结构体，自动搜索sAddr信息，逐层解析树状嵌套 结构，从LD根节点入手，依次遍历LD、 LN、 D0，对于D0嵌套的SD0类型，FC字符集为空，所 以需要索引到DA后再将FC字符集追加进去，然后搜索DAI所在的实例化节点，直到叶子节 点才算一次检索过程结束，如果找到sAddr节点，且内容有效，则将sAddr与reference共 同存储在二维数组中，将配置结果输出到文件或全局数据结构体。如果递归查找过程中有任何不符合建模规范的地方，可提前结束此递归过程。以上描述了查找一个sAddr的过程， ICD模型文件中存在多个sAddr，提取过程重复以上过程即可。 在确保sAddr信息有效的情况下，解析sAddr信息涵义，将模型叶子节点与实时数
据库建立一一对应的关系，同时将实时数据库状态反馈到模型叶子节点数据缓冲区，这样，
IED的实际运行情况即通过IEC61850服务方式上送到站控层。 以上详细描述了本发明在IEC61850自动建模过程中的具体实施方式
。 而本发明的范围不应局限于这些描述。任何在本发明原理范围内的修改、改进都
属于本发明的保护范围。
权利要求
一种采用XML信息重组实现变电站IEC61850自动建模的方法，包括以下步骤1)、规范变电站间隔层智能电子设备IED信息，采用XML序列化技术对上述信息进行重组，定义模型配置规范化接口文件，为自动建模提供统一的模型配置模板；2)、加载模型配置模板，加载内嵌模型，提供模型配置模板编辑接口，封装IEC61850功能，自动进行逻辑节点操作，自动添加sAddr信息，导出智能电子设备能力描述ICD模型文件；3)、变电站间隔层智能电子设备IED加载所述的智能电子设备能力描述ICD模型文件，自动解析所述的智能电子设备能力描述ICD模型，自动提取sAddr信息，以sAddr信息为桥梁，将模型与实时数据库一一映射，进行内外数据同步。
2. 根据权利要求l的方法，其特征在于在步骤l)中，进一步优选地通过关键字自动 匹配IED信息；提供快速检索功能，自动合并共性的IED信息；IED信息包括测量量、事件、 定值的信息；其中，针对测量量，根据通道属性、通道相别进行自动分组处理；针对事件、定值，优选地通过保护功能匹配的作法进行自动关联；定义符合IEC61850 实例化名称的字典模板。
3. 根据权利要求1的方法，其特征在于在步骤2)中，所述内嵌模型为事先制定的符 合IEC61850标准的XML模板，根据工程要求进行配置。
4. 根据权利要求l的方法，其特征在于在步骤3)中，IED自动搜索有效的智能电子设 备能力描述ICD模型文件并解析，对以UTF-8格式编码的ICD模型文件进行解码；采用线性 地址统一编码。
全文摘要
本发明提出的采用XML信息重组实现IEC61850快速自动建模的方法，应用于采用IEC61850通信的数字化变电站及传统变电站内的间隔层IED建模，包括以下步骤采用XML将IED信息进行重组，提供IED信息规范化接口；对规范化的XML文件进行编辑、整定；加载内嵌的符合IEC61850标准的最小化模型；事先约定sAddr信息格式，自动添加sAddr信息，导出ICD模型文件；IED对导出的ICD模型文件进行解析，自动提取sAddr信息，根据sAddr信息将模型叶子节点自动映射到实时数据库；IED将实时数据库信息采用IEC61850规约与站控层设备进行正常通信。模型配置可由工程人员根据实际工程整定。大大缩短IEC61850模型生成时间，提高生产、调试效率，便于61850工程化实施、推广。
文档编号H02J13/00GK101706773SQ20091023755
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者任雁铭, 唐喜, 晋阳珺, 杜宇, 王治民 申请人:北京四方继保自动化股份有限公司;北京四方继保工程技术有限公司