淺談智能變電站SCD文件輔助管理工具的設(shè)計與實現(xiàn)

張銳　王牣

摘要：變電站配置文件（SCD文件）的有效管理在智能變電站的調(diào)試、運(yùn)行過程中十分重要，但它的輔助管理工具開發(fā)缺乏廣泛的研究。本文介紹了SCD文件的結(jié)構(gòu)，分析了SCD文件解析流程，并采用Qt來設(shè)計軟件界面。文中分析了軟件的功能、模塊設(shè)計和界面設(shè)計，實現(xiàn)SCD文件的有效解析和管理。

關(guān)鍵詞：智能變電站；SCD文件；解析；Qt

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）36-0210-02

隨著自動化技術(shù)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，建立在IEC61850通信規(guī)約的智能變電站實現(xiàn)了智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備分層構(gòu)建，SCD文件作為智能變電站的核心，它的有效管理控制對于變電站的運(yùn)行維護(hù)尤其重要。但由于IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的專業(yè)性門檻較高，且SCD文件內(nèi)容繁多，以一個72MB文件為例，就有187萬行，這對于熟悉常規(guī)變電站的人員而言難度比較大[1-2]。因此SCD文件的有效解析工具的開發(fā)十分重要。

文獻(xiàn)[3]介紹了SCD文件管理存在的不足，開發(fā)了SCD文件輔助管理軟件；文獻(xiàn)[4]分析了SCD文件的結(jié)構(gòu)特點，理論上探討了智能變電站內(nèi)的SCD文件的解析與校驗方法；文獻(xiàn)[5]分析了SCL文件的結(jié)構(gòu)、分類，引入改進(jìn)的XML解析器，設(shè)計了基于C#的配置工具；但是現(xiàn)有的SCD管理工具跨平臺通用性差，功能較為單一。本文通過對SCD文件結(jié)構(gòu)的深入探究，介紹工具的設(shè)計思路、相應(yīng)功能，設(shè)計了一個基于Qt為平臺的SCD輔助管理工具，實現(xiàn)了SCD文件的解析，并將SCD文件信息以圖表形式展現(xiàn)出來。

1 SCD文件

1.1 SCD 文件結(jié)構(gòu)

變電站配置文件（SCD文件）是遵循xml 規(guī)范，它包含了站內(nèi)所有智能電子設(shè)備的通信參數(shù)等信息，通過對SCD 文件的解析，可以得到二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系以及設(shè)備間傳遞的信息。SCD文件主要有Header、Substation、Communication、IED、DataTemplate五部分組成。SCD文件主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在SCD文件Header部分，主要描述SCL 配置文件和版本，包含歷史修訂信息。

在Substation部分，主要描述變電站一次設(shè)備和結(jié)構(gòu)信息，包括變電站電壓等級的VoltageLevel節(jié)點、間隔Bay節(jié)點等。

在Communication部分，配置文件重點描述了站控層MMS 網(wǎng)絡(luò)、過程層GOOSE 網(wǎng)絡(luò)以及過程層SV 網(wǎng)絡(luò)的通信配置信息。其中SubNetwork節(jié)點描述了子網(wǎng)的名稱及類型，在設(shè)備接入點節(jié)點ConnectedAP下為關(guān)聯(lián)設(shè)備的通信地址節(jié)點Address和接入該設(shè)備的一個或多個的GOOSE控制塊GSE節(jié)點或采樣值控制塊SMV節(jié)點。在節(jié)點Address的子節(jié)點p節(jié)點下描述了站控層的IP、過程層的組播地址Mac-address、局域網(wǎng)優(yōu)先級VLAN-PRIORITY、報文的最大和最小發(fā)送周期等網(wǎng)絡(luò)信息[6-7]。

IED部分，主要描述了各種智能電子設(shè)備的發(fā)送數(shù)據(jù)信息和接收數(shù)據(jù)信息。根據(jù)IEC61850-6，裝置模型分為智能電子裝置（IED），邏輯裝置（LD），邏輯節(jié)點（LN），數(shù)據(jù)對象（DO），數(shù)據(jù)屬性（DA）5 個層次，其中接入點和GOOSE 控制塊部分與上文通信配置部分通過name 屬性值形成一一對應(yīng)關(guān)系[8]。在邏輯裝置的LN0下定義了特殊的邏輯節(jié)點LLN0，LLN0中包含了發(fā)送數(shù)據(jù)集Dataset、接收數(shù)據(jù)集Inputs和相關(guān)的GSE控制塊、采樣值控制塊。

DataTemplate部分則描述了站內(nèi)各邏輯節(jié)點的實例類型。

1.2 SCD文件解析流程

通過解析SCD文件的Communication部分得到各IED部分的網(wǎng)絡(luò)通信信息，再通過進(jìn)入IED部分解析其中的GSE控制塊和SMV控制塊與已得到的網(wǎng)絡(luò)通信信息形成對應(yīng)關(guān)系。

2 SCD配置工具的設(shè)計實現(xiàn)

SCD輔助管理工具在Qt5.5下開發(fā)，Qt是一個跨平臺應(yīng)用程序，具有一次編寫代碼，就可實現(xiàn)在多種操作系統(tǒng)下可靠運(yùn)行，此外Qt還具有豐富的Qt庫可實現(xiàn)界面的美觀和高效的開發(fā)效率。界面運(yùn)行效果如圖2所示。

2.1 功能分析

輔助管理工具主要能夠完成SCD文件的導(dǎo)入、解析，將其中的數(shù)據(jù)提取出來以圖表的形式展示。并能夠通過查找功能通過選擇子網(wǎng)類型、IED名稱的準(zhǔn)確查找或者僅輸入IED名稱的快速查找兩種方式來快速查詢出對應(yīng)IED的網(wǎng)絡(luò)信息和數(shù)據(jù)信息。

2.2 模塊設(shè)計

輔助管理工具主要有三個模塊組成。

（1）SCD解析模塊：本文采用Qt中提供的QtXml模塊對SCD進(jìn)行處理，主要提供Dom（Document Object Model，文檔對象模型）方法，SAX（Simple API for XML）兩種方法。SAX為單遍解析，無需像Dom一樣創(chuàng)建所有節(jié)點的對象，其優(yōu)點是內(nèi)存消耗小，一旦XML解析器開始讀取數(shù)據(jù)，可以處理任何大小的文件。但是程序需要建立的中間數(shù)據(jù)，SAX方法不能提供。DOM是基于樹的接口，它將XML文檔在內(nèi)存中建模為具有不同節(jié)點的樹。應(yīng)用程序可以實現(xiàn)在DOM樹間搜尋結(jié)點，對其信息進(jìn)行讀取，并更新其內(nèi)容[9]。

考慮到操作文檔的簡易性，選擇利用其中的Dom方法來讀取文件。首先從Substation提取變電站的名稱，再遍歷Communication各子網(wǎng)中的相關(guān)IED，提取其中的各子網(wǎng)的描述信息desc和IED的名稱形成相應(yīng)樹狀節(jié)點。最后遍歷IED部分，提取各IED種的描述信息desc和name形成樹狀節(jié)點。SCD文件解析形成的樹形視圖如圖3。

（2）顯示模塊：利用模型/視圖架構(gòu)，實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的存儲、處理及其顯示。在模型部分，通過對SCD文件進(jìn)一步深入解析，提取接入各子網(wǎng)中IED的網(wǎng)絡(luò)通信信息，再提取相應(yīng)IED的GSE控制塊、采樣值控制塊的appID、confRev、datSet等數(shù)據(jù)信息，形成對應(yīng)得數(shù)據(jù)信息。利用QSqlQuery來訪問數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建不同子網(wǎng)的數(shù)據(jù)表，最終形成configure.db的數(shù)據(jù)庫文件。在視圖部分，運(yùn)用QSqlQueryModel來獲取數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)項，借助QTableView將模型中的數(shù)據(jù)顯示在一個表格中。

（3）控制模塊：利用Qt中特有的信號- 槽機(jī)制，對顯示的內(nèi)容進(jìn)行有效控制。首先將樹形控件的節(jié)點單擊事件作為信號，槽函數(shù)響應(yīng)該信號，通過發(fā)出QTreeWidgetItem類型的數(shù)據(jù)來查找數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)顯示的IED數(shù)據(jù)，實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)與顯示的控制。

2.3 界面設(shè)計

菜單欄和工具欄：為了實現(xiàn)方便的操作，在配置工具的頂端設(shè)計了菜單欄和工具欄，設(shè)計一系列的QAction動作對象，實現(xiàn)了文件導(dǎo)入、設(shè)備查找等功能。在查找功能部分，設(shè)計查找對話框來實現(xiàn)。查找對話框中的組合框內(nèi)容接收解析SCD文件時得到的子網(wǎng)名稱數(shù)據(jù)，通過選擇子網(wǎng)類型和在行編輯控件中輸入IED名稱來實現(xiàn)查找對應(yīng)IED的信息功能。

工作區(qū)：在左側(cè)工作區(qū)，通過樹形控件QTreeWidget來顯示解析的SCD模型的主要節(jié)點，包括變電站名稱、子網(wǎng)名稱、IED設(shè)備名稱。在右側(cè)工作區(qū)，通過兩個QTableView控件用圖表視圖來顯示對應(yīng)IED的網(wǎng)絡(luò)信息和數(shù)據(jù)信息[10]。

界面布局：對右側(cè)工作區(qū)采用垂直布局方式，界面整體采用柵格布局。

3 結(jié)束語

針對SCD文件缺乏有效的解析工具，本文在跨平臺Qt程序下開發(fā)了SCD輔助管理工具，通過圖表的方式全面地展現(xiàn)了SCD文件的信息，為變電站的工作人員了解變電站提供更為快捷的查看手段，為智能的變電站的管理、可靠運(yùn)行提供更好的保障。

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