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IEC61850建模工具的设计与实现

来源：爱go旅游网

第32卷　第4期2008年2月25日Vol.32　No.4Feb.25,2008

IEC61850建模工具的设计与实现

王丽华1,张青山1,张马龙1,候志光1,史京浩1,周绍文1,

张玉松2,赵中华1,江　涛1

(1.烟台东方电子信息产业股份有限公司,山东省烟台市2001;

2.西安交通大学电气工程学院,陕西省西安市710049)

摘要:IEC61850进入工程化应用阶段后,编辑智能电子设备性能描述(ICD)等模型相关文件的工

作量会很大。提出了IEC61850建模工具的概念,其功能定位为自动生成ICD文件等IEC61850模型相关文件,给出了一种建模工具的实现方法,即利用数据库存储IEC61850模型描述等信息,只要花费较少的时间把相关信息录入数据库,根据应用需要,选择性地提取数据库信息就能够自动生成各种模型相关文件,并对如何快速开发建模工具给出了一些具有参考价值的建议。建模工具实际的应用效果表明,花费较少成本开发的建模工具,可以显著提高ICD等模型相关文件的正确性,同时大幅度减少编辑时间。

关键词:变电站自动化;IEC61850;建模工具;智能电子设备性能描述(ICD);模型中图分类号:TM7;TM73

0　引言

经过6次IEC61850互操作试验,国内已经从标准研究阶段过渡到工程应用阶段,并已有多个基于IEC61850标准的变电站投入试运行[123]。

智能电子设备(IED)建模和模型描述都是IEC61850标准的重要特征,无论是在互操作实验阶段还是在工程应用阶段,这2部分工作都非常重要[4]。在互操作实验阶段,IED性能描述(ICD)文件都是采取手动编辑的方式生成,其编辑工作量大,易出错,不适合在IEC61850工程化应用阶段使用。

另外,在工程化应用IEC61850时,对于IED,除了ICD文件,还必须提供模型一致性描述(MICS)文件,而且在目前的过渡期,一般还需要一个映射表文件。考虑到ICD文件、MICS文件、映射表文件所包含的信息都与模型相关,本文统一称为模型相关文件。各模型相关文件中有很多是共享信息,如果能够借助一个工具软件,自动生成上述文件,对于IEC61850的工程化应用具有重要意义,由此本文提出了建模工具的概念。建模工具的功能定位不同于IEC61850配置工具。建模工具主要在IED研发阶段供装置研发人员使用,用于自动生成ICD等模型相关文件。配置工具主要在工程实施阶段供系统配置人员对ICD进行配置及对变电站进行系统配置。本文对建模工具进行了大胆探索,介

收稿日期:2007209204;修回日期:2007210231。

绍了建模工具的设计、实现及实际应用情况。

1　建模工具设计

1.1　需求分析

建模工具应具有以下功能:①提供一个信息输入的界面,输入模型描述信息;②验证输入信息的正确性及规范性;③保证数据之间关系的正确性;④提取录入的数据自动生成ICD文件;⑤提取录入的数据自动生成MICS文件;⑥提取录入的数据自动生成映射表文件。

建模工具的最主要功能是自动生成ICD文件,因此在设计时应首要考虑这一功能需求。1.2　方案设计

ICD文件基于可扩展置标语言(XML)。XML被设计用于存储和传送数据。由于以文件的方式存储数据有诸多缺点,因此XML与数据库的结合是必要的[5],而且XML在很多领域中都与数据库相结合应用。

如果借助于数据库技术,把模型相关文件的信息都录入数据库,再根据需要提取数据库信息,自动生成相应的文件,即可达到自动生成和信息复用的目的。而且,数据一经录入数据库,是可以比较方便地导入其他同类型数据库的,无需担心升级时丢失以前录入的大量数据。

本文设计的建模工具系统结构的统一建模语言(UML)图如图1所示。

—73

—

2008,32(4)　

2个数据库,同时,考虑到数据库会被多人同时使用,因此,2个数据库都应设计成支持网络共享功

图1　建模工具系统结构

Fig.1　Systemstructureofmodelingtool

1.2.1　数据库设计

在建模工具系统功能模块中,数据库是最重要

的一个模块,因为其他2个构件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。以ICD信息为基础,稍作扩充即可涵盖其他文件的信息。ICD文件包含的信息量非常大,不能把所有信息都存放在数据库中。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。设计时应仔细考虑下述问题。

1)存储什么信息

ICD文件包含的信息可分为标记和数据2类[6]。其中:标记部分由IEC6185026标准化,属于不变部分,不需要存储在数据库中;数据部分需要建模人员根据IED功能及IEC61850建模方法[7]建立,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。

2)数据库构架

ICD文件主要包含DataTypeTemplate段和IED段。

从IEC61850工程化应用的角度考虑,DataTypeTemplate段中的LNType,DOType等类型至少在某个厂家内部应该是统一规范化的。开始对装置建模前,应把各IED所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,修改权限应该严格控制,由一个单独的数据库管理比较合理。

IED段主要描述各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,由多人维护,所有IED模型数据可以由一个单独的数据库管理。

这样,数据库划分为基本类型库和IED模型库—74

—

能。

3)数据库表设计

在数据库中,表是数据的基本存储结构。表的设计决定了应用功能模块和界面模块从数据库中提取数据的方式,因此,表的设计非常重要。经多次尝试,认为比较合适的表设计基本原则是:①ICD中每一类标签用一种表结构描述;②每个元素对应表的一个记录;③元素的属性名作为表的字段名;④属性值对应于字段值。例如,LNType可看做一种类型的标签,对应的表结构如表1所示。

表1　LNType表结构

Table1　TablestructureofLNTypetable

DF-MMXU-1DF-MMXU-1DF-PIOC-1DF-MMXU-1nameWVarModAtypeDF-WYE-1DF-WYE-1DF-INC-ModDF-WYE-1

transFalseFalseFalseFalse

注:LNType表结构中省略了可选属性项。4)数据库关系设计

为了确保数据库中数据之间相互关系的正确性,需要设定数据之间的关系,一般数据库都具有验证关系正确性的功能,可以自动完成验证工作。基本类型库关系设计如图2所示。

图2　基本类型库关系示意

Fig.2　Relationviewofbasicdatatypedatabase

1.2.2　界面设计

界面决定了工具使用的方便性,但良好的人机界面通常都要花费大量的时间。为缩短开发时间,

・研制与开发・　王丽华,等　IEC61850建模工具的设计与实现

本文设计了简单易用的用户界面。界面多采用表格

形式,并尽量与IEC61850标准文档中的描述信息模型的表结构相同,这样比较直观,而且录入信息时可采用拷贝方式输入,可缩短录入时间。1.2.3　应用功能设计

生成ICD等模型相关文件的基本思想是用结构化查询语言(SQL)提取数据库中的数据,根据需要输出相应格式的文件。

2　建模工具实现

2.1　开发工具的选择

由于国内尚未见到对建模工具开发经验的介绍,因此选择相对简单的、开发周期短的工具,主要目的是验证设计方案和积累经验。

IEC61850模型是面向对象的树型模型。对于这种模型结构,XML中的element类型通常对应对象,content,attribute,PCDATA则对应对象的属性,这种模型用面向对象数据库存储比较合适。也可以把XML模型看成一系列彼此关联的表格,显式或隐式地映射成关系数据库的表结构,这种方式简单易用但灵活性不够好[5]。

由于面向对象数据库属于一种新型商业数据库,购买成本较高。对于建模工具来说,用一个小型的关系数据库存储ICD信息已经足够,因此决定选择关系型数据库。

OfficeAccess是一个相对简单的关系型数据库,利用VBA(VisualBasicforApplication)语言可以方便地与Word实现数据共享。Access本身具有界面开发能力,可以简化界面开发工作量,因此决定选用Access数据库,VBA语言作为开发语言。2.2　实现步骤及方法

1)设计数据库,包括表和关系的设计;2)利用Access窗体作为界面开发环境;

3)利用VBAADO/DAO和SQL实现从类型库提取数据;

4)ICD文件和映射表文件的格式由代码控制,MICS文件由Word模板控制。2.3　开发工作量

实现时尽量利用Access本身所提供的功能,编码量不到3000条。对于熟悉Access及VBA语言的开发人员,需要1人・月时间;对于不熟悉Access及VBA语言的开发人员,则需要2人・月时间。因此,开发所花费的人力成本较低。为了缩短开发时间,当数据库构建好以后,界面及应用功能部分还可以2人同步开发。

作。3.1　应用效果

1)不需要建模人员掌握SCL,缩短了建模准备工作时间。

2)借助于工具的验证功能,有效确保了数据名等标准化数据的正确性,同时很好地保证了数据关系的完整性。例如,对于数据集引用的数据,如果在模型中不存在,则直接修改ICD文件无法识别,但利用工具就可以避免类似问题的发生。

3)数据一次录入、多次复用,自动生成多个模型相关文件,极大地节省了编辑模型相关文件所花费的时间。

4)录入时间短,这里的录入时间不包括建模时间,只是信息录入时间。基本类型库部分平均每个类型的录入时间为3min,每个IED模型信息的录入时间平均为2h。花费的时间可能比直接编辑ICD文件还要短。3.2　存在的问题1)为了简化数据库设计,目前只支持ICD文件中常用的描述信息,在应用中文件可能需要扩充。

2)只能实现从数据库到ICD等相关文件的导出,不能实现逆向导入。

3)Access是基于Windows平台的,不能实现跨平台应用。

4)如果采用面向对象数据库应能达到更佳效果。

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3　建模工具应用

建模工具目前已应用于本公司的IED建模工

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—

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substations:Part721　basiccommunicationstructurefor

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),女,通信作者,高级工程师,主要研究王丽华(1974—

方向:电力系统自动化研发及IEC61850工程化应用。E2mail:wanglihua@dongfang2china.com

),男,工程师,主要研究方向:电力系统张青山(1974—

自动化研发。

),男,工程师,主要研究方向:电力系统张马龙(1979—

自动化研发。

DesignandImplementationofModelingToolBasedonIEC61850

WANGLihua1,ZHANGQingshan1,ZHANGMalong1,HOUZhiguang1,SHIJinghao1,

ZHANGYusong2,HAOZhonghua1,JIANGTao1

(1.YantaiDongfangElectronicInformationIndustryCoLtd,Yantai2000,China;

2.Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049,China)

Abstract:IttakesalotoftimeeditingtheIEC61850informationmodelrelatedfilessuchastheIEDcapabilitydescription

(ICD)fileintheengineeringfield.AmodelingtoolisproposedwhichcanautomaticallycreateIEC61850modelrelatedfiles.TheIEC61850modelinformationisstoredinthedatabaseandfilesofdifferenttypescanbeautomaticallycreatedbyselectingspecialinformationfromthedatabase.Basedonananalysisoftherequirementsonthemodelingtool,adesignandimplementationschemeisgivenandsomeprinciplesforquicklydevelopingthemodelingtoolareproposed.ThemodelingtoolhasbeenactuallyappliedandprovedeffectiveinreducingtheeditingtimeandincreasingthevalidityofthemodelrelatedfilessuchasICDfile.

Keywords:substationautomation;IEC61850;modelingtool;IEDcapabilitydescription(ICD);model

(上接第14页　continuedfrompage14)

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the

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弱性评估.电网技术,2005,29(4):12217.

CHEN

Weihua,JIANGQuanyuan,

al.

Risk2based

vulnerabilityassessmentincomplexpowersystems.PowerSystemTechnology,2005,29(4):12217.

),男,通信作者,博士研究生,主要研究陈晓刚(1980—

方向:电力系统脆弱性分析、基于WAMS的电力系统大规模灾变控制与预防。E2mail:carlcxg1980@126.com

),男,博士研究生,主要研究方向:信息陶　佳(1979—

技术在电力系统中的应用及电力系统稳定与控制。E2mail:jack.seaver@163.com

),男,博士,副教授,主要研究方向:电江全元(1975—

力系统稳定与控制。E2mail:qyj@zju.edu.cn

AnAlgorithmforPMUConfigurationConsideringHighRiskCascadingFailure

CHENXiaogang,TAOJia,JIANGQuanyuan,CAOYijia,YIYonghui

(CollegeofElectricalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,ZhejiangProvince,China)

Abstract:Analgorithmforphasormeasurementunit(PMU)configurationispresentedtopreventthewide2areameasurementsystem(WAMS)fromlosingitsobservabilityduetohighriskcascadingfailures.Cascadingfailuresareanalyzedusingrisktheoryandhiddenfailuremodeltoidentifyhighriskones.AndWAMSobservabilityforsinglehighriskcascadingfailureisstrengthenedbyoptimalconfigurationofPMU.ExperimentalresultsonIEEE39systemjustifythatthemethodiseconomicandrobust.

ThisworkissupportedbySpecialFundoftheNationalBasicResearchProgramofChina(No.2004CB217902),NationalNaturalScienceFoundationofChina(No.50507018,No.505914,No.60421002),NationalKeyProjectofScientificandTechnicalSupportingProgramsFundedbyMinistryofScience&TechnologyofChinaDuringthe11thFive2yearPlan(No.2006BAA02A01)andGrantProjectofChineseMinistryofEducation(No.305008).Keywords:cascadingfailure;hiddenfailuremodel;PMUplacement;risktheory

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