一種基于CIM/E的IEC 61850 SCL Schema文件描述方法

刁東宇，翟明玉，王海峰，梅德冬

（國電南瑞科技股份有限公司，南京 210061）

一種基于CIM/E的IEC 61850 SCL Schema文件描述方法

刁東宇，翟明玉，王海峰，梅德冬

（國電南瑞科技股份有限公司，南京 210061）

提供了一種基于CIM/E語言的IEC 61850 SCL Schema文件描述方法，該方法采用CIM/E語言的類模板定義功能，自定義實(shí)體類描述格式，對SCL語言中主要定義的4部分信息，包括通信類、一次設(shè)備類、智能電子設(shè)備類、數(shù)據(jù)類型模板類的UML類圖進(jìn)行類圖分析，按照屬性繼承和簡化實(shí)現(xiàn)的原則，采用自定義實(shí)體類描述格式對其進(jìn)行再描述，生成基于CIM/E語言描述的IEC 61850 SCL Schema文件，以解決變電站和調(diào)度端模型不統(tǒng)一的問題。

SCL；CIM/E；UML；IEC 61850；類模板定義

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，變電站自動化系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)的聯(lián)系日趨緊密，兩者一體化融合是當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展的重要方向之一。但是當(dāng)前在系統(tǒng)建模方面，變電站模型普遍采用IEC 61850模型表達(dá)方式，語義模型的形式化描述工作由變電站配置語言SCL來完成，調(diào)度端遵循IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)，采用基于CIM/XML或者CIM/E的模型描述方法。因此，變電站端和調(diào)度端建立的模型并不統(tǒng)一[1]，且相互之間難以解析，使模型無法共享，阻礙了電力系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步和智能電網(wǎng)的發(fā)展。

本文的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于CIM/E語言，對IEC 61850 SCL Schema文件進(jìn)行再描述的方法。根據(jù)該方法，對SCL語言中主要定義的4部分信息，包括通信類、一次設(shè)備類、智能電子設(shè)備類和數(shù)據(jù)類型模板類，采用CIM/E語言的類模板功能進(jìn)行重新定義和描述，從而為實(shí)現(xiàn)CIM/E語言描述變電站模型提供相關(guān)的模板文件。

1 基于CIM/E描述方法的提出

近年來，變電站端和調(diào)度端模型不統(tǒng)一的問題逐漸得到人們的高度重視，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)提出了多種解決方案，包括直接統(tǒng)一模型[2]、公共語義模型[3]、模型映射[4-5]、無縫通信體系[6-7]等。直接統(tǒng)一模型是通過制定新的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，能夠同時(shí)滿足IEC 61970和IEC 61850建模需求，缺點(diǎn)在于對已有標(biāo)準(zhǔn)改動較大，實(shí)施難度很高。公共語義模型是在IEC 61970 CIM/XML基礎(chǔ)上融合IEC 61850模型，新的模型能夠同時(shí)理解 IEC61970和IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，但目前尚處于研究階段，未見有實(shí)際應(yīng)用。

模型映射是在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)理解的基礎(chǔ)上，增加模型映射配置文件，通過該配置文件的“翻譯”功能，實(shí)現(xiàn)2種標(biāo)準(zhǔn)模型的互相轉(zhuǎn)換。無縫通信體系類似于模型映射，該方案把配置文件的“翻譯”功能放在中間代理網(wǎng)關(guān)中，變電站端和調(diào)度端通過與中間代理網(wǎng)關(guān)的通信，實(shí)現(xiàn)模型信息的交互。

后2種方案雖有一些試點(diǎn)應(yīng)用，但主要還是把IEC 61850模型轉(zhuǎn)換為IEC 61970 CIM/XML模型，考慮到這2種文件格式均基于XML的語法結(jié)構(gòu)，故存在描述效率不高的問題[8]，隨著智能變電站的不斷發(fā)展，變電站模型文件日趨復(fù)雜，模型映射轉(zhuǎn)換的過程也要不斷改進(jìn)完善，開發(fā)的工作量巨大，后續(xù)的維護(hù)工作也很難持續(xù)跟進(jìn)。

變電站配置描述語言SCL是IEC 61850-6標(biāo)準(zhǔn)中用來描述與通信相關(guān)的IED結(jié)構(gòu)和參數(shù)、通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、開關(guān)間隔功能結(jié)構(gòu)及它們之間的關(guān)系[9]。為了實(shí)現(xiàn)通用性、自描述，以及可任意擴(kuò)充的目的，SCL語言在語法上遵循可擴(kuò)展標(biāo)記語言XML的語法規(guī)定，通過定義8個(gè)XML Schema文件，嚴(yán)格規(guī)定了以其為標(biāo)準(zhǔn)的所有自描述文檔樹狀層次結(jié)構(gòu)的全部細(xì)節(jié)。SCL語言描述的變電站模型文件完全滿足工程應(yīng)用的實(shí)際需求，但隨著智能變電站工程建設(shè)的深入開展，SCL語言描述的變電站模型文件日趨龐大，由此帶來系統(tǒng)處理速度較慢、對象顆粒度太小、模型文件冗余信息過多、結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜、不便工程人員直接閱讀等一系列問題[8]。

CIM/E語言[8]是近年來國家電網(wǎng)調(diào)度中心力推的新的主站端建模語言，目前已有許多調(diào)度系統(tǒng)能夠解析該語言所建模型并生成各自系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，該語言設(shè)計(jì)遵循簡單、效率、實(shí)用、對象、關(guān)系、命名6大原則，理論上完全可以用來描述變電站模型。已有若干機(jī)構(gòu)提出相關(guān)的解決方案，主要集中在模型映射，標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)充等方面[10-11]。考慮到在IEC 61850-6標(biāo)準(zhǔn)中，XML Schema文件詳細(xì)的描述了SCL的語法，因此可以基于CIM/E語言對IEC 61850 SCL Schema文件進(jìn)行再描述，從而可以為實(shí)現(xiàn)CIM/E語言描述變電站模型以及變電站端和調(diào)度端模型融合創(chuàng)造一種新的方法。

2 新的描述方法

2.1 總體架構(gòu)

基于CIM/E的IEC 61850 SCL Schema文件描述方法的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。SCL語言主要定義了4部分的信息，通信類、一次設(shè)備類、智能電子設(shè)備類、數(shù)據(jù)類型模板類[9]?；谝陨细髂０孱惖腢ML類圖分別對其進(jìn)行分析，并利用CIM/ E語言定義的類模板格式對其進(jìn)行再描述，從而生成CIM/E語言表達(dá)的IEC 61850 SCL Schema類模板文件。

圖1 整體流程結(jié)構(gòu)

2.2 自定義實(shí)體類描述格式

采用CIM/E語言的類模板定義功能[10，12]描述SCL語言定義的通信類、一次設(shè)備類、智能電子設(shè)備類、數(shù)據(jù)類型模板類中的實(shí)體類，具體定義格式如下所示：

所述的定義格式中className為所描述的SCL實(shí)體類的名稱，類模板定義描述方式采用橫表方式，對SCL語言實(shí)體類的每一個(gè)屬性，采用Name（屬性名稱）、Alias（中文名）、Type（數(shù)據(jù)類型）、Use（是否必須使用）、Default（缺省值）5個(gè)標(biāo)簽對此屬性進(jìn)行說明和限定，前3個(gè)標(biāo)簽是CIM/E語言規(guī)定的，Use和Default標(biāo)簽是根據(jù)SCL語言的要求擴(kuò)展的。

所述的定義格式中第一個(gè)屬性為mRID，具有全局唯一性，用以代表整個(gè)類。對于SCL語言實(shí)體類的簡單屬性，按在SCL語言中定義的次序，在所述的定義格式中采用一行進(jìn)行表示，對于復(fù)合屬性（即類對象成員）則在下一層次的類模板中表示，并通過parentRID屬性來表示其父類。

2.3 核心原則

以通信類、一次設(shè)備類、智能電子設(shè)備類和數(shù)據(jù)類型模板類的UML類圖為基礎(chǔ)，對SCL語言進(jìn)行梳理，找出以上4部分信息中定義的實(shí)體類，按照屬性繼承和簡化實(shí)現(xiàn)的原則，通過之前定義的類模板格式對其進(jìn)行再描述，生成基于CIM/E語言描述的IEC 61850 SCL Schema文件。

屬性繼承原則主要表現(xiàn)在某個(gè)實(shí)體類繼承一個(gè)或多個(gè)基類時(shí)，若基類中定義了若干屬性，則在該實(shí)體類中也要包括基類中的所有屬性，并增加到該實(shí)體類的類定義模板文件中?；惾舨皇菍?shí)體類，其屬性在其子類中描述，不單獨(dú)對其建立模板類。

簡化實(shí)現(xiàn)原則是指如果SCL語言中實(shí)體類對象不包含任何簡單屬性，并且該類對象不是SCL語言定義的基本類型，且是唯一的，則在UML類圖中省略此層次，直接描述其子對象。通過該簡化過程，可以減少類定義模板文件的冗余信息，提高描述效率。

2.4 邏輯流程

邏輯流程圖如圖2所示。SCL語言定義的模板類在IEC 61850-6標(biāo)準(zhǔn)中有具體的說明，通過查閱標(biāo)準(zhǔn)，獲得各模板類的UML類圖，然后對其進(jìn)行分析。

判斷該類圖中是否含有實(shí)體類，若不含有則結(jié)束對該UML類圖的再描述操作過程，否則找出該UML類圖中的實(shí)體類，明確它們之間的結(jié)構(gòu)層次關(guān)系，生成相關(guān)的結(jié)構(gòu)框圖?；谠摽驁D，可以對實(shí)體類的parentRID屬性進(jìn)行定義，即框圖中子實(shí)體類需要增加parentRID屬性指向其父實(shí)體類。所謂實(shí)體類的判別規(guī)則是在UML類圖中空心三角形指向的類為基類，除此之外的為實(shí)體類。

分析實(shí)體類與基類的關(guān)系，判別實(shí)體類繼承的基類中是否含有具體屬性，如果含有具體屬性，則把基類的屬性添加到實(shí)體類中，并使用CIM/E語言的類模板定義格式對其進(jìn)行再描述，否則分析該實(shí)體類的自身屬性。

如果實(shí)體類自身含有屬性，則同樣使用CIM/ E語言的類模板定義格式對其屬性進(jìn)行添加描述，否則根據(jù)其繼承的基類屬性情況，判斷是否需要對其采用CIM/E語言的類模板進(jìn)行再描述。

如果實(shí)體類自身不含有具體屬性，其繼承的基類也不含有具體屬性，則不對該實(shí)體類進(jìn)行再描述，否則如果其繼承的基類含有具體屬性，則需要對該實(shí)體類進(jìn)行再描述，并增加基類屬性到該實(shí)體類中。

圖2 邏輯流程

3 類模板定義描述示例

以IEC 61850-6標(biāo)準(zhǔn)中通信類為例，介紹利用本文方法生成基于CIM/E語言描述的類模板描述文件。通信類部分的UML結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，圖中描述了通信類含有的所有類對象定義以及它們之間的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系。

由圖3可知，實(shí)體類主要包括：tCommunication， tSubNetwork， tConnectedAP， tBitRateIn-MbPerSec，tAddress，tPhysConn，tGSE，tSMV，tP和tDurationInMilliSec。其中tAddress類沒有屬性，且沒有繼承的基類屬性，并且該類對象不是SCL語言定義的基本類型，且是唯一的，根據(jù)簡化實(shí)現(xiàn)原則，不對其建立模板類。tUnNaming，tNaming，tPAddr，tControlBlock為基類，根據(jù)屬性繼承原則，其屬性在其子類中描述，不單獨(dú)對其建立模板類。根據(jù)圖3分析后得到的結(jié)構(gòu)層次圖如圖4所示。

結(jié)合圖3和圖4得到通信類基于CIM/E語言描述的類模板格式定義如下：

圖3 通信類部分的UML結(jié)構(gòu)

（1）tCommunication類模板

（2）tSubNetwork類模板

（3）tConnectedAP類模板

（4）tGSE類模板

（5）tSMV類模板

（6）tP類模板

（7）tPhysConn類模板

（8）tBitRateInMbPerSec類模板

（9）tDurationInMilliSec類模板

4 結(jié)語

采用CIM/E語言的類模板定義功能，自定義實(shí)體類描述格式，描述IEC 61850 SCL Schema文件，為實(shí)現(xiàn)CIM/E語言描述變電站模型提供相關(guān)的模板文件，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)變電站端和調(diào)度端模型融合創(chuàng)造一種新的思路。

在后續(xù)工作中，可以在本文介紹的描述方法研究基礎(chǔ)之上，結(jié)合智能變電站、新一代調(diào)變一體化等系統(tǒng)建設(shè)，推出實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)品，積累工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，完善程序功能，逐步在新一代智能變電站中推廣應(yīng)用。

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（本文編輯：楊 勇）

A Description Method of IEC 61850 SCL Schema File Based on CIM/E

DIAO Dongyu，ZHAI Mingyu，WANG Haifeng，MEI Dedong

（NARI Technology Co.，Ltd.，Nanjing 210061，China）

This paper introduces a description method of IEC 61850 SCL Schema file based on CIM/E language.Class template definition function of CIM/E language is used in this method to define description format of the entity classes and analyze the UML class diagram in the four major parts of the information defined in the SCL language，including communication，substation，IED and data type template.In accordance with the principles of property inheritance and implementation simplification，the method redefines the class description format by defining description format of entity classes and generates the IEC 61850 SCL schema file based on CIM/E language for the sake of model unification in substation and dispatching point

SCL；CIM/E；UML；IEC 61850；class template definition

TM734

A

1007-1881（2016）08-0013-05

2016-05-06

刁東宇（1983），男，工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)研究開發(fā)工作。