系统配置工具范文

系统配置工具范文（精选6篇）

系统配置工具 第1篇

在传统的设备配置和管理方式下,智能电子设备(IED)的拓扑连接、通信连接、定值参数等配置信息需要维护人员手工输入点表,在现场对IED进行配置,与调度中心的数据库一一对应,以此来正确反映现场设备状态。由于不可能获得IED的全部信息,这样大大增加了设备的安装、升级和维护的工作量,并且容易出现差错,难以保证配置信息输入的准确性和一致性。此外,各IED厂商自己定义配置文件格式,并采用各自的通信协议进行配置,仅自身的系统能够识别,需要在协议转换和系统集成方面花费大量的开销[1,2]。因此,如何实现设备的自描述并对设备进行有效的配置与管理,降低工作量和维护成本,最终实现设备的即插即用,是一个迫切需要解决的问题。

变电站配置描述语言(SCL)允许将IED描述及配置信息传递给系统工程工具,也可以某种兼容的方式将整个系统的配置描述传递给IED的配置工具。其最终目的是为了在不同制造厂商的配置工具间交换系统的配置信息,实现互操作,即作为信息集成的描述工具和转换工具[3,4,5]。

SCL配置工具是实现SCL设备配置的一个基础工具,各电力自动化厂商都在积极进行研发,并有一些演示版本问世,例如ASE的Visual SCL和南瑞集团公司的Visual SCD等,但是这些工具在其结构、功能和实用性等方面仍存在不足之处[6,7,8,9]。

本文通过对SCL、可缩放矢量图形(SVG)和公共信息模型(CIM)等技术的研究,对SCL配置器原有功能进行扩充,设计了一个改进的SCL系统配置工具,对于SCL配置器的开发有一定的参考价值。

1 SCL语义信息模型的分析与研究

1.1 SCL对象模型

SCL对IED及其参数、通信系统、开关间隔(功能)结构及相互间的关系进行描述,建立了SCL对象模型[10],包括3个基本层次:

1)变电站/功能结构。

该部分采用IEC 61346-1标准,从功能的观点描述一次电力系统结构[11],它们基于单线图的连接(拓扑)以及设备和功能的分配,其目的是从变电站结构中派生逻辑节点功能说明,将逻辑节点与变电站功能形成关联。变电站功能结构的对象类型主要有变电站、电压等级、间隔、装置、子装置、接线端(一次设备本身的电气连接点)、连接节点(连接不同一次设备的电气连接节点对象,典型连接点对象如间隔内连接节点、相同电压等级中连接数条线路的母线等)及电力变压器等。

2)产品/IED结构。

该部分包括所有与变电站自动化系统产品相关的对象类型,如IED、服务器、逻辑设备、逻辑节点及数据等,描述了IED配置的逻辑设备,每个逻辑设备配置的逻辑节点、数据如何被组织成数据集、报告及其预定义的可使用的通信服务等。

3)通信结构。

包含与通信相关的对象,如子网、访问点和描述基于IED间连接从而作为客户与服务器的逻辑节点间的通信路径,描述了IED如何以及在哪个访问点上连接到子网或网络。IED和通信系统模型根据IEC 61850-5和IEC 61850-7建立。

1.2 SCL文档结构

SCL是根据变电站配置的特殊需要,利用可扩展置标语言(XML)的可扩展性定义的一种行业专用语言。作为变电站配置的专用语言,在语法上,SCL遵循XML的语法规定,生成标准的XML文件;在语义上,SCL包含了变电站配置所涉及的各类对象,遵循IEC 61850所定义的语义规范。

SCL是通过XML Schema进行定义的。Schema中描述了SCL文档的结构,定义了文档中标记的语法规则,并严格规定了以其为标准的所有自描述文档树状层次结构的全部细节,包括数据对象的嵌套关系、数据属性的类型、约束条件及取值范围等。Schema可以理解为SCL自描述文档的模板,并可用以检验SCL文档的正确性和有效性。每个SCL文档的根元素都是SCL,并包含头(Header)、变电站描述、IED描述、通信系统描述和数据类型模板这5个部分。其中:Header部分被用于描述SCL文件自身的信息,包含SCL文件的版本号和修订号、文件书写工具标识以及名称映射信息等;数据类型模板定义了可实例化的逻辑节点类型,IEC 61850-7所定义的逻辑节点具有强制、可选、用户自定义的数据对象及可选服务,因此,其并不是实例也不具体。在SCL文档中,将可实例化的逻辑节点与数据对象的类型定义为模板,并包括实际可用的数据对象及数据属性。每部分都对数据组件进行细化,并对配置文档的内容进行了严格的限制,这些元素各自有其子元素和属性,层层包含,最终形成对SCL配置模型的描述。

1.3 基于SCL的变电站拓扑图形显示

SCL由于采用了XML,具有良好的扩展性,允许用户根据实际应用对其进行扩展,包括对IEC 61850-7数据模型的扩展、已有语法元素上附加新的语义、数据类型的约束、XML名字空间以及私有元素的定义等方面。下面给出了一个经过扩展的SCL文档的实例片段:

<PowerTransformer sxy:x="386" sxy:y="95" sxy:dir="vertically" name="T1">

<TransformerWinding name="W1"/>

<TransformerWinding name="W2"/>

</PowerTransformer>

<Bay sxy:x="9" sxy:y="9" sxy:dir="vertically" name="Q1">

<ConductingEquipment sxy:x="376" sxy:y="40" name="I1" type="CTR"/>

<ConductingEquipment sxy:x="376" sxy:y="-5" name="QA111" type="CBR"/>

从中可以看出,为SCL元素增加x和y两个坐标属性以及连接方向属性dir,间隔Q1位于变压器T1的左上角,Q1下的电流互感器I1与断路器QA111为垂直连接,T1的2个绕组间也为垂直连接,可以清楚地描述设备在图形中的位置。

SCL对象模型已经对变电站拓扑结构进行了描述,若在此基础上对其进行扩展,增加设备的坐标、连接方向等图形属性,将对SCL配置工具中一次设备和IED的图形化编辑有重要的意义。

1.4 SCL与CIM语义信息模型的协调和一体化

除了IEC 61850以外,IEC TC57正在制定另外一个关于能量管理系统(EMS)的开放标准,即IEC 61970。IEC 61970标准的制定目的是对不同制造厂家的EMS进行集成,便于在控制中心内部或不同控制中心EMS之间的模型交换[12]。IEC 61970包含了CIM和组件接口规范(CIS),其中CIM是一个抽象模型,描述了EMS中电力系统包含的所有主要对象,而CIS则是实现CIM相互交换的通信接口平台。SCL与CIM的简略描述及比较如图1所示。

从图1可以看出,IEC 61850及IEC 61970标准都是根据相应特定应用对各种对象建模,模型并不完全一致。SCL是针对变电站中的对象进行建模,包括变电站、IED、通信系统和数据类型模板等部分;而CIM是对整个电力系统中的对象进行描述,包括核心包、拓扑包、线路包、保护包、测量包、监控与数据采集(SCADA)包、发电包、负荷包等。SCL与CIM对于变电站结构的描述基本一致,而CIM中SCADA包的实时数据模型与SCL中IED模型存在很大的差异。另外,与IEC 61850所采用的SCL Schema不同,IEC 61970标准在建模过程中,采用了另一种更复杂、功能更强大的元数据描述工具,即资源描述框架(RDF)。但是,由于2个标准都在制定和完善过程中,因此有必要协调一致,最终构建统一的信息模型[13,14,15]。

IEC TC57正在积极开展工作进行IEC 61850与IEC 61970的融合,相应的规范还未发布。考虑到EMS应用的数据来源是电力远动系统所提供的电网实时数据,因此,可将CIM认为是SCL的扩展,而SCL是CIM关于实时通信服务的一个特殊应用。下面给出一个可行的基本思路。

1)根据CIM的拓扑包调整SCL的变电站模型与之不一致部分。例如在SCL中,将电力变压器建模为间隔,将变压器绕组建模为设备而不再是子设备。

2)参考SCL的IED模型,调整CIM模型结构,增加IED包,包括服务器类、逻辑设备类和逻辑节点类等。

3)增加CIM及SCL中都没有定义的属性和类型定义等。

2 SCL系统配置工具的功能扩充与设计

2.1 软件结构

本文结合上述研究成果,设计了一个改进的SCL系统配置工具,其软件结构如图2所示。

图中,SCL导入、导出模块和人机界面模块是配置工具必须实现的基本功能,SCL对象模型生成模块、SVG生成模块和CIM生成模块是扩充的内容。下面分别介绍各模块的主要功能。

2.2 基本功能

1)SCL导入、导出模块

系统配置器作为一个独立于IED的系统级工具,必须能够导入或导出IEC 61850-6定义的SCL文件,包括IED能力描述文件(ICD)、系统说明文件(SSD)、变电站配置描述文件(SCD)和IED配置描述文件(CID)文件。SCL文件在导入过程中,首先需要对SCL文件进行XML解析,XML规范提供了2种应用程序接口:文档对象模型(DOM)和简单的应用程序接口(SAX)。由于DOM便于对文档的修改与访问而被广泛采用。DOM解析器作为一个XML文档语法分析工具,将导入的SCL文档转换为一棵驻留在内存中的对象节点树,即DOM节点树。应用程序通过与DOM树的交互,以实现对SCL文档中的数据进行操作。另外,采用SCL Schema文档对SCL文档的有效性进行验证,以检查是否符合其要求。SCL文件的导出过程比较简单,只需将已经配置好的SCL文件存盘导出。

2)人机界面模块

采用树形控件的方式组织SCL节点树,用户通过对树形控件的操作实现对SCL元素的访问、插入、修改和删除等。用表格的方式组织节点属性,用户通过填表的方式对SCL元素的属性进行编辑。另外,也可以采用1.3节所述的方法,建立变电站拓扑结构和IED的图形视图,实现图形化的编辑。

2.3 扩展功能

1)SCL对象模型生成模块

该模块是配置工具在初始化阶段,先将SCL_Substation.xsd,SCL_Communication.xsd,SCL_IED.xsd和SCL_DataTypeTemplates.xsd等Schema文件导入内存,生成SCL对象模型的DOM节点树。由于SCL还在不断发展,特别是面临着与CIM的融合问题,对SCL对象模型的生成,实现了模型与程序的分离,可以尽量保证与IEC 61850标准的一致。

2)SVG生成模块

目前,电力自动化厂商都采用自定义的方法描述变电站接线图,利用自己的图形工具进行工程化组态,在兼容性方面存在一定的问题。SVG是一种基于文本格式的矢量图形描述格式,相比于点位图,具有无级缩放、文件小、图形表现力强、便于进行二次修改和适于进行网络传输等优点。因此,用其显示电网接线图是一个理想的选择[16]。虽然SCL有一定的图形属性信息,但在图形显示方面仍与SVG存在很大的差距。SVG生成模块将SCL文件的变电站拓扑结构导出为SVG,有望实现变电站接线图的自动生成。

3)CIM生成模块

SCL与CIM语义信息模型的协调与统一需要经历一个长期的过程,现阶段可以利用配置工具将SCL的变电站模型转换为CIM/XML文件,使控制中心能够理解变电站的SCL对象模型,实现对设备的统一配置与管理。

3 配置文档实例

下面对图3所示的某变电站的拓扑结构、通信系统和IED进行了描述与配置,生成了与之对应的SCL配置描述文件,见附录A。

在SCL文档所描述的变电站结构中,变电站有2个电压等级,即D1(110 kV)和E1(10 kV),由Q1,T1,Q2,Q3,Q4,W3等线路间隔或变压器构成。变压器用T1表示,2个绕组分别用W1和W2表示,限于篇幅,该SCL文档主要描述了Q3间隔,省略了部分电气接线端元素和坐标属性。Q3由断路器QA011、隔离开关QB1、电压互感器U1和电流互感器I1等一次设备构成,并通过Q3的连接节点L1,L2,L3,L4以及W3的连接节点BB1实现电气连接。在通信结构中,对变电站监控系统的站层以太网进行了描述与配置,通信速率为10 Mbit/s。IED的IP地址为“192.168.1.86”;OSI表示层地址为“0001H”;OSI会话层地址为“0001H”;OSI运输层地址为“020FH”;通信协议为制造报文规范(MMS)。

在IED结构中,包含服务和访问点这2个子元素,其中服务元素描述了IED所能提供的抽象服务能力,包括DynAssociation,GetDirectory,GetDataObject Definition,ReadWrite,ConfDataSet和ConfReport Control等,访问点元素包含服务器子元素,服务器子元素又包含认证和逻辑设备子元素。该SCL文档主要给出了逻辑设备LD011(对应Q3间隔)的描述与配置,包含LLN0,LPHD1,MMXU1和CSWI1等逻辑节点实例,并在LLN0中配置了1个数据集实例和1个报告控制块实例。数据类型模板定义了可实例化的逻辑节点及数据对象的类型,由于篇幅所限并未给出。通过上述的实例分析,可以看出采用SCL配置工具可以方便地实现对变电站及其IED的配置和管理。

4 结语

本文深入分析了SCL对象模型与文档结构,探讨了基于SCL的电网拓扑图形显示、SCL与CIM语义信息模型的协调和一体化等问题。以此为基础,对SCL配置器的原有功能进行扩充,设计了一个改进的SCL系统配置工具,除了具备SCL文档的导入、导出等基本功能外,还可以进行图形化的编辑、SCL对象模型、SVG和CIM/XML文件的生成,能够最大限度地适应IEC 61850标准的发展,并有望实现变电站接线图的自动生成以及设备的统一配置与管理。

附录见本刊网络版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

配置式数据展现工具的设计与应用 第2篇

国家电网公司为推进企业发展的“两个转变”,增强企业核心竞争力和管控力,提升决策水平,高度重视信息化工作,通过SG186工程的实施,已构建横向集成、纵向贯通的一体化企业级信息平台,尤其在数据中心建设方面取得了丰硕的成果,全面建成了国家电网公司总部和网省公司两级数据中心架构,实现信息集成共享和纵向贯通,数据对决策分析的支撑成果初步显现。

随着数据应用的逐步深入,用户对在数据中获取信息和知识、数据可视化方面,提出了越来越高的要求,由于数据源系统复杂,数据接口不一致,数据展现需求多,导致目前BI展现工具和传统的开发工具无法满足应用的需求,主要体现在以下几个方面。

1)展示复杂。中国的设计思想与西方不同,西方倾向于一个界面说明一个问题,而中国则倾向于将尽可能多的问题集中在一个界面中,这种思路直接导致了展示的复杂格式,在一个界面的内容上有表格、文字、折线图、饼图等,在版面上,也有大量的不同行列布局。

2)数据回写。在展示界面中,需要对数据进行修改、文字标注等工作,并需要将修改结果保存,BI工具很难满足此类要求。

3)数据来源多。在数据分布上,有总部数据和网省公司数据;在时间上,有实时和非实时数据;在应用上,有业务数据和分析数据;在接口方面,有直接访问数据库(OCI、JDBC等)、API方式和Web服务等,数据访问技术实现复杂。

4)开发周期长。由于大部分界面都需要定制开发,都是从头开始,难以适应需求变化,工作量大,导致开发周期长,无法满足数据快速分析的要求。

为此,根据国家电网公司总部及网省公司的数据展现需求,为提高开发效率,开发一个配置式的数据展现工具尤为重要。

1 技术选择

在数据展现工具中,最核心部分是数据展现在何种平台上,考察主流BI工具Cognos、BO、Microstrategy(MSTR)和Brio,除了MSTR采用纯HTML,其余工具都采用插件方式。数据展现开发可采用纯HTML、FLEX和Silverlight,具体分析如下。

1)纯HTML。可以实现跨平台,免安装,目前很多网站都是使用HTML+Javascript构架的,需要很多机制实现Ajax异步功能,表现能力一般,尤其是图形表现能力,不同浏览器之间还存在着很大差异。

2)FLEX。可以实现跨平台,客户端需要Flash Player支持。Flash Player是世界上最普遍使用的软件之一,据Adobe称已经有98%以上的桌面系统的浏览器都安装了Flash Player,其表现能力优异,支持多种媒体格式。Ajax异步访问作为基本功能,可使用应用程序模型(J2EE或.NET),由Adobe开发维护,更加规范,可以屏蔽浏览器间的差异性。

3)Silverlight。是微软公司推出与FLEX相类似的一个跨浏览器、跨客户平台的技术,能够设计、开发和发布有多媒体体验与富交互的网络交互程序,能够开发出具有专业图形、音频和视频的Web应用程序,增强了用户体验,在架构上对.NET依赖较多。

综上所述,纯HTML主要还是B/S架构,客户端表现力与富互联网应用(RIA,Rich Internet Applications)相比较有极大差距,Flash Player几乎每个浏览器都有,便于应用于项目中,Flash技术经过多年的发展已经比较成熟了,而Silverlight才刚刚起步,使用Silverlight后台程序也只能使用c#或其他.NET程序,而FLEX在架构上限制较少。因此在技术设计上采用FLEX技术。

2 展现工具的设计与实现

2.1 设计目标

1)跨平台特性。系统能够支持多种操作系统,兼容多种浏览器以及浏览器的不同版本。

2)高可靠性。在多数据量环境下,能够稳定、可靠运行和快速响应。

3)高安全性。保证系统在广域网环境下具有足够的安全性。

4)完好的封装性。使系统的每个部分必须是很好封装的,各部分之间的交互不必清楚对方内部的实现逻辑。

5)松散耦合的特性。使系统有足够好的可扩展能力,各部分之间必须是松散耦合的,每个部分的实现方法的变化不应该对系统的其他部分造成影响。

6)规范性。系统应该使用标准的协议和共同的规范,如使用XML技术可方便地在不同的系统之间共享数据。

7)可重用性。能够使系统中重复的开发、重叠的功能模块尽量减少,系统不同部分可以重用相同的功能模块。

2.2 系统架构

数据展现工具作为数据中心应用开发的辅助工具,主要用于数据中心的数据和分析结果的展示开发和集成。系统架构如图1所示。

数据展现工具由数据接口、配置协议解析、数据展现和配置工具等4个模块组成,其逻辑结构如图2所示。

1)数据接口模块。实现对数据库(JDBC、OCI)、Web服务和消息(JMS)等数据访问。

2)配置协议解析模块。读取展现配置信息,将数据接口读入的数据填入配置模板,生成需展现所需的格式,推送给数据展现模块。

3)数据展现模块。根据配置协议解析层生成的数据,向用户最终展现各类报表,提供查询分析功能,与用户进行交互。

4)配置管理模块。实现数据源配置、页面类型的配置、页面布局配置、展示组件配置和联动及钻取配置。

2.3 系统功能

系统功能包括数据管理、配置管理和数据展现三大功能,功能结构如图3所示。

2.3.1 数据管理

数据管理包括数据源定义、数据定义和公式配置等子模块。

1)数据源定义主要维护接口类型、数据库连接信息等展示数据的来源信息。

2)数据定义提供对所有元数据的信息进行操作的功能,对数据所有的通用(不随不同业务应用而改变)信息进行维护,并按照数据来源的业务部门进行分类,包括:编号、分类、名称、显示名称、计量单位、频度、精度、数据类型、创建人、备注说明等,其中计量单位、指标频度、数据精度等字段可以通过数据字典管理功能对可选内容维护,并与页面展现联动。

3)公式配置定义数据的组成和计算方法,一般指标公式由基础数据、常量、数据、运算符等构成,公式配置完成后,系统提供公式校验功能,甄别出常见错误。公式按照公式类别分为同级公式配置(公式不涉及单位层级)和分级公式配置(涉及单位层级)。其中,同级公式配置通过二叉树的形式进行运算和图形化展现,分级公式涉及单位层级,国家电网公司A=网省公司1 A1+网省公司2A2…+网省公司32 A32,需要调用第三方工具———Matlab Library for Java,Matlab数学库为在Java环境中调用Matlab功能提供支持,安装此库的Java应用,可以脱离Matlab环境独立运行。

2.3.2 配置管理

配置管理包括页面配置、布局管理、组件管理和活动定义等子模块。

1)页面配置。包括FLEX页面及COGNOS_AND_JSP页面,其中FLEX页面可依赖FLEX控件的灵活机制,对控件和布局组件进行良好封装。

针对具体业务应用,页面可灵活设计各个控件位置摆放,形成页面内各个控件之间的联动、页面间转取,实现同一个业务内各指标数据在不同纬度变化,不同业务之间相关指标的数据变化,从而为分析统计、决策分析提供良好依据;COGNOS_AND_JSP配置相应的统一资源定位符(URL,Uniform Resource Locator)和参数,可实现COGNOS报表及其他分析应用JSP页面的界面集成。

2)布局管理。主要维护页面的组织方式、页面布局类型,分为“模板”和“自定义布局”2种。“模板”预先为页面布局,引用模板后也可以修改布局;“自定义布局”则是全部自己定义布局。

3)组件管理。主要维护各种图形控件配置参数。图形控件基于ArmCharts,通过控件配置页面进行具体参数的配置,主要参数有数据源、基于数据源和待展现指标所展示的数据查询语句配置,图形展示所需的参数配置,以及一些样式和联动、转取的配置。

4)活动定义。主要设置控件间以及页面间的钻取、联动和跳转关系。

2.3.3 数据展现

数据展现是系统的运行模块。通过数据源和数据加载数据,按照配置的页面、布局和控件进行展示,并根据活动定义实现用户交互。

3 展现工具的应用

在页面配置中选择“FLEX页面”或“COGNOS_AND_JSP”页面,分别进行“FLEX”页面设置和“COGNOS_AND_JSP”页面设置。

3.1 FLEX页面设置

1)布局设置。可以选择“模板”布局或“自定义”布局进行页面布局设计。

2)查询条件设置。可以自定义展示界面是否需要查询条件,如设置查询条件,用于设置展现页面上日期查询功能,包括查询框类型及初始化日期。

3)展示组件设置。用于具体展现内容的配置,包括图表及文字。拖动“展示组件”到目标位置放置,弹出配置页面,分为“通用配置”和“可选配置”2种,展示组件展现内容是通过执行配置SQL语句或数据名称来取数展现,并可对组件的位置、字体、颜色进行调整,以及增加文字或线条进行修饰。

4)活动定义。可以设置组件间的联动、表格数据的钻取、页面的跳转等。

3.2 COGNOS＿AND＿JSP设置

输入相关参数,其中“所属系统”、“视图类型”和“报表资源URL”为必选,“查询参数”为可选,系统可以在“报表系统管理”中进行配置,“视图类型”即报表的查看方式,“报表资源URL”即为嵌入的报表的URL,“查询参数”用于设置时间查询框的类型。页面配置,本质就是将一个完整的URL拆成几部分,报表系统管理其实是配置了每个页面URL相同的部分(作为前缀)及相关的参数(作为后缀),结合报表资源URL(各个报表特有的)形成一个完整的访问地址。

4 结语

本文针对电网企业的数据展现的现状,对数据展现技术进行了探讨,并对数据展现工具的设计目标、架构和具体实现方式进行了研究。依据本文设计研发的配置式展现工具已成功应用于数据治理等多个项目,不仅丰富了系统的表现形式,而且还大大提高了系统开发效率。

参考文献

[1]刘振亚.国家电网公司信息化建设工程全书一体化平台卷数据中心篇[M].北京:中国电力出版社,2008.

[2]刘振亚.国家电网公司信息化建设工程全书一体化平台卷企业应用篇[M].北京:中国电力出版社,2008.

[3]费拉纳提.JavaScript权威指南[M]:5版.北京:机械工业出版社,2007.

[4]艾哈迈德·赫希·阿比德.Flex3实战[M].北京:清华大学出版社,2010.

系统配置工具 第3篇

IEC 61850-6标准[1]制定的变电站配置描述语言 (SCL) 以层次化构建变电站结构模型和智能电子设备 (IED) 模型。IEC 61850配置文件是利用SCL描述变电站设备对象模型后生成的文件, 用于在不同制造商的配置工具之间交换配置信息。SCL可以方便地通过搭建模型来描述变电站及站内IED的配置信息, 用统一规范的格式对变电站及变电站IED进行配置, 从而在应用侧很好地屏蔽掉装置的差异性, 实现不同厂商装置之间的互操作[2]。

当前, 智能变电站系统组态工作的一项重要内容是根据设备厂商提供的ICD (IED capability description) 文件将IED实例化, 配置相关通信参数及虚端子连接后, 形成全站变电站配置说明 (substation configuration description, SCD) 文件[3]。在新建变电站工程中, 由于IED内部功能的调整可能导致ICD文件变更, 致使SCD文件频繁变动, 给工程调试带来诸多不利因素;另一方面, 智能变电站改扩建工程需要修改原SCD文件, 修改过程是否影响已投运IED配置的正确性也难以通过试验验证, 因此, SCD文件的版本管理是困扰智能变电站运行维护的一个棘手问题。

利用比对的方法查看修改前后SCL配置文件的差异性是一种解决上述问题的方法, 而常规的纯文本和可扩展置标语言 (XML) 比对工具采用的是逐字符比较的算法, 难以清晰、结构化地表达SCL配置文件的差异性。近几年, SCL在应用中存在的不规范和互操作性难的问题已经基本解决[4,5], SCL建模、配置和检测工具的研究已经较为完善[6,7,8,9,10,11], 而对配置文件的比对工具的研究几乎没有文献涉及, 为此本文在该方面做了一些初步研究和尝试。

1 SCL配置文件比对方法

1.1 SCL结构和抽象模型

SCL基于XML 1.0版, 通过XML Schema规定了SCL文件的具体语法结构。SCL文件的根元素是SCL, 包括Header (头) 、Substation (变电站) 、Communication (通信) 、DataTypeTemplates (数据类型模板) 和IED共5个子元素。掌握SCL结构是解析比对SCL配置文件的前提, 此类文献较多, 本文不再赘述, 直接给出SCL配置文件结构示意图如图1所示。图中:LN表示逻辑节点。SCL是典型的树形结构, 每个SCL元素是树的一个节点, 嵌套定义的子元素是下一级节点。

使用XMLSpy工具打开一个SCL配置文件, 使用网格视图 (Grid) 查看SCL配置文件中Communication元素内容 (见附录A图A1) 。Communication元素是一张1行1列的表, 仅包含一组SubNetwork元素列表;SubNetwork元素列表是一张4行4列的表, 包含4个SubNetwork元素, 每个元素除@name, @desc, @type这3个属性外还包含一组ConnectedAP元素列表。

由此可知, 每组SCL元素列表可以展开成一个二维表结构, 元素属性是表的列, 每行是一个元素。本文把这张表称为SCL元素二维表。再结合图1对SCL总体结构的示意, SCL配置文件可抽象成为一个树形二维表的结构。至此, 不难得到这样一个基本结论:SCL配置文件的比对问题已经转化成了树形二维表的比对问题。

1.2 SCL元素二维表的主键

二维表数据结构的比对需要能够标识每行数据的唯一索引, 称为主键 (Key) 。主键一般是某个具备唯一性约束的属性或者几个属性的组合, 可唯一标识某个SCL元素[12]。如IED元素的@name属性、LN元素的@prefix+@lnClass+@lnInst属性等都可作为主键。部分SCL元素二维表的主键见表1。表中:GSE表示通用变电站事件;SMV表示多播采样值;FCDA表示功能约束数据属性;DOI表示实例化的逻辑对象。

需要说明的是, FCDA是与次序相关的, 所以它的主键就是FCDA在DataSet中的序号, 即[index]。

1.3 SCL元素二维表的值

SCL元素二维表中除主键外的部分称为值 (Value) , 值是需要比对差异性的重要部分, 一般是其他属性值和下一级SCL元素二维表。如IED元素的@desc和@type等属性及AccessPoint表、LN元素的DOI表等都是值。部分SCL元素二维表的值见表2。

1.4 SCL配置文件比对方法

为SCL元素二维表定义主键和值后, SCL配置文件的比对问题最终转化为树形带主键二维表的比对问题。树形数据结构的比对可以采用深度优先遍历逐一比对各节点的算法, 每一树节点的比对则是两张带主键二维表的比对。

带主键的二维表之间差异性的比对方法具体为:首先将两张二维表按主键值排序, 形成升序排列的“键-值”对列表;再根据主键, 对列表进行交叉比对。

“键-值”对列表交叉比对的具体方法为:如出现主键增加, 则判定为SCL元素增加项;如出现主键减少, 则判定为SCL元素删减项;如出现主键相同, 再比对值是否相同, 若不同则判定为修改。

2 SCL配置文件比对工具的实现

2.1 程序数据结构与算法设计

SCL配置文件比对工具的开发环境为Qt 4.8, 采用基于文档对象模型 (DOM) 的XML解析技术实现对SCL配置文件的解析。程序按面向对象思想将每个SCL元素建立成一个类, 采用动态列表QList存储SCL元素对象指针。为方便实现对象比较和排序功能, SCL元素类中定义了等于、大于、小于操作符。如scl_IED类的定义:

程序的核心内容是实现上节提出的SCL配置文件比对方法, 程序基本流程如图2所示。

为能更清楚表达程序流程, 特以IED元素比对图例说明。如图3所示, 两个SCL配置文件中的IED元素二维表已经按照主键 (name) 升序排列, 程序从两张表的第1行开始, 前两行数据完全相同。

图中:SV表示采样值;GOOSE表示通用面向对象变电站事件。第3行主键 (PL5022A) 大于SCL配置文件2中IED元素二维表的第3行主键 (PB5031A) , 判断PB5031A为新增IED;SCL配置文件2中IED元素二维表的游标下移至第4行主键 (PL5022A) , 经比较与SCL配置文件1中IED元素二维表的第3行数据相同, 两表游标继续下移;SCL配置文件1中IED元素二维表的游标所指数据主键 (PL5022B) 小于SCL配置文件2中IED元素二维表的游标所指数据主键 (PL5032A) , 判断PL5022B为删减IED;依此类推, 当两表游标都下移至最后一个IED, 两表主键 (PM5002A) 相等, desc和type属性也相等, 继续比较下一级AccessPoint二维表, 经比较发现M1访问点被删除, 因此PM5002B是被修改的IED。

2.2 程序人机界面设计

程序人机界面 (见附录A图A2) 设计参照了UltraCompare软件, 用户通过点击“打开”按钮分别打开两个需要比对的SCL配置文件后, 点击“比对”按钮即可。程序还设置了“显示差异/全部显示”两种视图方式, 用强调色标注了差异化的部分, 在“显示差异”视图方式下, 将相同的部分隐藏。

3 SCL配置文件比对工具的应用

智能变电站新建工程中, 厂家ICD文件更改后, 利用比对工具, 可比对ICD文件的更改内容, 如果过程层部分的配置没有变动, 在SCD文件中可以仅替换本类型IED的站控层部分模型, 随后的试验可对更改的部分有针对性地开展, 解决了由于ICD文件频繁更换导致的调试周期长的问题。

智能变电站扩建工程中, 需要对现有SCD文件进行修改, 利用比对工具, 可比对扩建后SCD与基建时SCD之间的差异性, 审核是否误修改了与扩建部分无关的运行设备的配置参数, 保证了SCD版本与运行设备的一致性。

4 结语

本文提出了一种通过SCL配置文件差异性比对的方法来解决上述问题, 重点介绍了带主键二维表比对的模型和算法, 以及基于Qt开发SCL比对工具的设计思想和程序流程。

附录见本刊网络版 (http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx) 。

摘要：针对智能变电站工程实践中由于变电站配置描述语言 (SCL) 配置文件频繁变更导致的版本管理困难的问题, 提出了一种SCL配置文件差异化的比对方法。依据IEC 61850-6标准对SCL文件的定义, 对关键元素定义了键值和比较判据, 形成了带主键的二维表结构, 利用循环、排序、交叉对比的方法, 可迅速查找出变更前后两个SCL文件之间结构、元素、属性的差异性, 并以此为基础开发了SCL配置文件比对工具。

关键词：IEC 61850,变电站配置描述语言,智能变电站,比对工具

参考文献

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系统配置工具 第4篇

继电保护装置的配置的主要内容是装置参数与相关量值,实现对保护、定值、模拟量、系统参数、开入量、开出量、压板、通信参数等的设定。

在公共平台搭建好之后,开发一个继电保护装置,平台程序基本不用修改,主要的编码工作是编写记录这个装置所需的量值参数的装置文件。这样的一个文件内容很多,如果是开发人员手动编码的方式编写文件,工作量会很大,而且容易出错,而本配置工具是以图形化界面的方式呈现,开发人员只需在界面上填写相应的配置项,并设置相应参数,然后由配置工具在后台自动生成一个中间文件,该中间文件以XML格式编写,最后通过解析该XML文件并转化为保护装置所需的装置源文件。把该文件放入为保护装置创建的工程中,一起生成目标文件,供装置使用。

2 配置工具的实现

配置工具的实现主要步骤是:将所有配置项转化为XML文件、将XML文件转化为源文件,如图1所示。另外,为保证生成XML文件的正确性,应在其转化为源文件之前,对其进行语法上的检查。

2.1 配置项到XML文件的转化

XML是由万维网联盟提出的一种可扩展的标记语言,是SGML与HTML结合的产物,而又没有SGML那样复杂。XML已成为一种公有的、标准的数据格式,在各种不同计算机系统、或者是同一计算机系统中的不用程序间交换数据都很方便。XML可以存储、处理复杂的数据,还可以通过语义规则指定文档结构,检查文档的合法性[1]。

观察XML文档的结构,与继电保护装置的配置内容对比发现,二者的组织结构很相似,所以我们就可以使用XML文件来记录保护装置的配置内容。

首先,定义一个数据结构来保存装置的配置内容,其中的每一元素(也可以是一个数据结构)表示一个配置项(如“开出”),每一个配置项对应于配置工具的一个页面,页面的每一行为该配置的一个条目,该行的每一列为该条目的一个属性。

然后,定义一个XML文件,文件的根元素(root)表示整个数据结构,文件的元素(element)表示配置项,元素的属性(attribute)表示配置项的各个量值。这样,在数据结构和XML文件之间建立了一一对应的关系。

最后,通过XML文件解析(有DOM方式、SAX方式和STAX方式等,本配置工具使用的是DOM方式),实现数据结构与XML文件之间的相互转换。

以“开出”项为例,其数据结构如下:

在配置工具上新建一个配置文件,点击“开出”页面,添加两条“开出”项,添加结果如图2所示。

保存后,会生成一个XML文件,文件的“开出”节点如下:

类似地,对应于整个数据结构,配置工具的各个页面都配置完成后,会生成一个完整的配置文件。如果需要修改某项配置,可以通过配置工具打开对应的XML文件,各种配置项会在对应页面上显示出来,修改后生成新的配置文件替代原有文件。

2.2 XML文件检查

XML文件检查是通过XML Schema实现的。XML Schema作为XML文档的模式语言,约束了XML文档的两个方面:文档的组织结构和数据类型[2,3]。

首先,创建一个XML Schema文件,根据装置配置项构建XML文档的组织结构,并创建所需的简单类型和复杂类型。比如“开出”项的“chk State”属性,其值只能是“yes”或“no”,所以在此之前创建一个名字为“yes Type”的简单类型,这种类型只包含两个值:“yes”和“no”,在配置“chk State”时要选择“yes Type”类型。

然后,添加语法约束,包括范围约束、长度约束和枚举值约束等。比如“开出”项的“t y p e”属性,其值是”TRIP”、”CLOSE”、”WARN”、”COMMON”、”RESET”、”TRIPSIG”中的一种,可以添加枚举值约束。

上文“开出”项对应的XML Schema如下:

完成XML Schema文件构建后,在需要对某一XML文件进行语法检查时,调用相关进程,并将其与该XML文件关联起来,检查结束会输出详细信息。

2.3 XML文件到源文件的转化

由于XML是标记语言,从XML文件中提取信息比较方便,所以将XML文件比较方便转化为C文件。这部分的主要工作是编码Python就是一种很好的实现工具。

通过解析XML文件,遍历所有节点,分别转化为相应代码。比如“开出”节点,遍历解析每一条目,生成相应代码段,并输出到C文件里。上述XML文件中配置的“开出”项,生成代码如下:

将最终完整的配置文件添加到保护装置的工程中,再对其他源文件作稍微修改,即可完成整个工程的开发工作。

这种图形化的配置工具降低配置难度,方便了保护装置的配置,减少了人工编写代码的工作,在提高开发效率的同时,也大大降低了出错几率。

3 结语

该配置工具实现了图形化方式配置保护装置所需的参数和量值,形成对应的XML文件,并转化为装置程序源文件,从而为保护装置开发人员节约了时间,降低了出错的几率。在相关保护装置的开发过程中,该配置工具已广泛使用,并取得了预期的结果。

参考文献

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[3]Christopyer A.Jones,Fred Drake.Python and XML.O’Reilly Media,Inc,USA.2002年1月.

系统配置工具 第5篇

IEC61850配置文件是利用变电站配置描述语言SCL(Substation Configuration description Language),描述变电站设备对象模型后生成的配置文件[1,2]。在工程实施中,智能电子设备的ACSI通信服务程序一般不变动,而配置文件要在不同厂商的配置工具之间交换配置信息,历经系统集成商统一组态、装置制造商导出、下载到装置等多个过程,有可能引入各种错误。再加上SCL配置文件语法复杂、信息量大,在应用中经常出现一系列的合法性和规范性问题[3],影响工程实施的效率和质量,所以需要进行严格测试[4,5]。

目前能够进行SCL配置文件校验的第三方软件有很多种,如KEMA的SCL Checker、OMICRON的IEDScout和Altova的XMLSpy等。这些软件虽然成熟,但功能不全,尤其针对国内最近颁布的IEC61850实施规范没有测试能力,无法满足实际工程测试的需要。工程实施中部分配置文件测试只能通过人工比对进行,不仅效率低而且容易出错。目前已有的相关文献大都集中在SCL配置工具的研究与开发上[6,7,8,9],而对第三方测试软件的研究几乎没有文献涉及,为此本文在该方面做了一些初步研究。

1 SCL测试软件的功能设计

IEC61850-10针对静态测试(配置文件和数据模型测试)只说明了笼统的原则性要求,列举的测试条目远没有涵盖所有的错误细节[10],导致实际工程测试无据可依。实际工程中配置文件出现的问题复杂多样,通过对其进行分析和总结,得出需要增加的配置文件测试项。

为了规范IEC61850在国内的应用,国内先后颁布了《DL/T860实施技术规范》[11]和《IEC61850工程继电保护应用模型》[12],对智能电子设备尤其是继电保护装置的IEC61850建模提出更加具体的要求。通过对其进行分析,总结出需要增加的测试项如表1所示。

开发的SCL配置文件专用测试软件,实现了表1中列举的各项测试功能。

2 SCL测试工具的实现

2.1 程序设计思路

SCL测试软件的开发环境为Visual C++6.0。软件的主要工作流程图如图1所示。

本软件采用模块化的设计方案以尽量降低各模块之间的耦合度,便于以后的升级修改;主要由XML解析模块、链表存储和内存释放模块、SCL校验模块、人机交互界面模块、标准数据模板文件等组成,下面将详细叙述这几个功能模块的实现方法。

2.2 XML解析模块

IEC61850标准以层次化的面向对象的方式来组织描述变电站内设备的信息,这种层次关系在逻辑上是立体的树状结构[13]。SCL配置文件以IEC61850模型为基础,在结构上采用了与之相对应的树形分层结构,如图2所示[14]。

本软件采用基于文档对象模型(DOM)的XML解析技术实现对SCL配置文件的解析。解析工具选用微软的MSXML 4.0。利用DOM接口读取XML文档后,会在内存中构造一棵数据树[15]。利用MSXML4.0丰富的API接口函数,可以添加、编辑、移动或删除DOM树中任意位置的节点。

但是,将SCL文件读到内存里仅生成了具有父子关系的一些节点,至于这些节点的意义却没有任何规定或说明。而对SCL文件进行测试或校验,实质上是对SCL文件中某些具有特定含义的元素进行各种操作(如检查通信参数IP地址是否重复,就是对SCD文件中存储IP参数的元素进行唯一性比较),所以如何将内存树中具有特定意义的节点数据提取出来,以方便各种测试函数进行校验是第2步要完成的工作。

2.3 链表存储和内存释放模块

链表能够动态地进行存储分配,使用前不必事先定义数据的长度(即数据元素个数),需要时才开辟相应的内存单元。SCL文件的大小以及所含元素的个数在解析前是不确定的,因此非常适合用链表来存储配置文件内的特定信息。SCL文件解析的第2步就是将DOM内存树中特定节点的信息提取出来并存储到链表数据结构中。

根据SCL schema文件的定义,本软件创建了与之对应的链表结构。考虑到SCL文件在逻辑上是树形分层结构,所设计的链表也具有树形结构。图3是存储SCL文件IED部分信息的链表数据结构。

编程时采用结构体变量作为链表中的节点,动态分配内存。图3中SCL_IED和SCL_Access Point节点的结构体定义如下:

另外编程时需要采用C++中的new运算符为每个节点动态开辟内存空间,由于程序运行结束时,用new分配的内存单元不会被自动释放,所以会产生内存泄露问题。为了防止内存泄露,编写了专门的链表内存释放API函数,逐个节点手动释放。

2.4 标准模板文件

为了方便检查SCL文件数据类型模板中的DOType、DAType、Enum Type是否符合文献[12]附录D的统一定义,本软件建立了XML格式的标准模板文件,用于存放文献[12]附录D统一定义的55种DOType、15种DAType和19种Enum Type。这种做法具有一定的灵活性和通用性,即使标准对数据类型模板的规定有变化也不用修改源程序,只需修改标准模板文件即可适应新标准。

2.5 SCL测试模块

SCL测试模块是整个软件的核心部分。其实现思路是:通过操作链表节点的指针,对链表中存储的SCL文件元素信息进行各种比对,若不符合要求即发出错误报警,并输出错误的类型和目标元素在SCL文件中的索引。下面仅以表1中的数据类型模板一致性比较测试项为例来说明该过程。

首先将标准模板文件读入到内存DOM树中,然后调用get Elements By Tag Name()函数提取指定数据类型节点的集合(如所有DAType节点),将各节点与链表中保存的SCL文件中的DAType进行比对,若有不同则报警。DOType和Enum Type的比对流程与DOType大体相似。

在比对DAType下包含的BDA元素时,采用了双向比较的做法。第1步以链表中存放的SCL文件为参考,将标准模板文件与其进行比较,可以检查出标准模板文件虽已定义但在SCL文件中却不存在的元素。第2步以标准模板文件为参考,将链表中的SCL文件信息与其比较,可以检查出SCL文件中是否存在标准模板未定义的元素。程序流程如图4所示。

2.6 人机交互界面模块

本软件的人机界面在MFC对话框基础上生成。程序启动后,用户通过点击“选择配置文件”按钮,在弹出的“打开文件”对话框中选择待测试的配置文件。选择标准模板文件也采用同样的方法。本软件一共提供6组测试项,在主界面中以复选框的形式提供,通过点击复选框即可选中需测试的项目。在配置文件选择和测试项目选择完成后,用户通过点击主界面下方的“开始检查”按钮即可开始测试,测试结果显示在主界面中部的编辑框中。

测试完成后,通过点击“结果保存”按钮,可将测试结果保存到TXT格式的文本文件中,以方便调阅。

3 SCL测试工具的应用

本文实现的SCL测试工具已经应用到实际工程中。利用该软件对数字化变电站中智能电子设备的配置文件进行了测试,证明该软件能够检测出表1中列举的各种类型的错误,并能输出错误的类型以及在配置文件中的准确位置,便于调试人员进行修改。

4 结语

目前,SCL配置文件在工程应用中面临的问题之一是缺乏功能完备的第三方测试工具。本文介绍了如何基于MSXML 4.0解析器开发实用的SCL文件测试软件,重点介绍了整个设计思路和实现过程。本文所开展的初步工作,为今后同行研究者开发功能更全面的第三方测试工具提供了设计和实现思路。

摘要：SCL配置文件在工程应用中缺乏功能完备的第三方测试工具。通过对实际工程中配置文件出现的问题进行分析总结,结合《DL/T 860实施技术规范》和《IEC61850工程继电保护应用模型》的要求,提出了具体的配置文件测试项。在VC++6.0环境下采用MSXML 4.0工具开发了配置文件专用测试软件,并给出了该软件XML解析模块、链表存储和内存释放模块、SCL校验模块、人机交互界面模块、标准数据模板文件的实现方法。

系统配置工具 第6篇

目前, 智能变电站的设计和集成仍然按照传统变电站的方式进行, 由设计院出蓝图, 集成商依据蓝图施工。以二次回路设计为例, 对于常规变电站, 二次回路设计由设计院出蓝图, 现场施工、测试和维护完全依据蓝图。对于智能变电站, 目前二次回路设计由设计院出虚端子表和光缆清册, 集成商依据虚端子表配置变电站配置描述 (SCD) 文件的二次虚回路, 设计院已不能独立完成二次回路的设计工作, 需要集成商配合完成, 两个环节的独立工作模式带来了设计和配置的一致性问题, 集成商的配置文件可能与设计输出不一致, 现场更改不能及时有效地体现到设计输出[1]。目前不少设计院已经意识到智能变电站设计配置一体化的重要性, 并与一些二次设备供应商进行合作, 旨在推进设计配置一体化工具产品的研发和应用。

设计配置一体化工具应提供更加专业的系统设计和配置功能, 并应充分继承变电站设计工作现有的习惯及流程。可以预见, 设计配置一体化工具将在智能变电站的建设中得到越来越广泛的应用。下文将详细阐述该工具的设计和实现。

1 设计配置一体化的概念

设计配置一体化要求将变电站设计和配置流程整合, 设计人员在进行传统图纸设计的同时, 能够同步配置后续工程所需的模型、通信等内容, 从而保证设计和配置的一致性, 提高设计和配置的效率。按照设计配置一体化的理念, 以往集成商承担的很多工作, 例如变电站一次设备拓扑连接、二次装置物理通信回路、虚端子连接等内容, 可前移至设计阶段完成。集成商的系统配置工具通过导入、转换和补充设计输出的二次资料, 完成智能变电站的现场配置。同时, 现场对于设计的变更和修改可同步到设计, 保证配置与设计的高度一致, 减少配置和设计的重复验证, 提高工程实施的效率。如图1所示, 设计院与其他项目参与方之间采用智能变电站的标准信息交换格式, 共享二次资料。图中:IED表示智能电子设备;ICD文件表示IED能力描述文件;SVG表示可伸缩矢量图形。

现阶段, 配置工作前移到设计环节不是一件简单的事, 影响因素包括应用环境和使用条件等。现阶段设计单位以图纸设计为主, 集成商则以配置为主, 侧重于系统配置和虚端子关联, 如生成SCD文件、CID文件等[2]。与系统配置相关的信息需要在各环节之间共享和流动, 通过可扩展置标语言 (XML) 文件的分段权限管理技术, 可实现对配置文件的各分段设定不同的浏览、编辑及修改权限, 便于项目参与方之间的信息共享。

设计配置一体化工具的研发按两个应用场景和4个子系统进行设计。两个应用场景为AutoCAD设计环境和二次配置环境, 如图2所示。AutoCAD设计环境完成图元图框定义、一次系统设计、图纸卷册管理等功能, 输出产物包括一次主接线图、二次施工图 (屏柜图、光缆清册等) 等。二次配置环境完成设备对象管理、物理通信配置、模型配置等功能, 输出产物包括SCD文件、虚端子连接列表等。二次配置产生的一些结果文件将纳入图纸卷册管理中。

4个子系统以设备对象为中心, 划分为AutoCAD子系统、通信配置子系统、模型配置子系统和项目管理子系统, 如图3所示。设备对象主要包括一次设备、智能装置、交换机、屏柜、小室、线缆等, 基本囊括了智能变电站设计和配置涉及的所有要素。面向设备对象, 可以从4个子系统分别展开对智能变电站的设计和配置。以下将详细介绍4个子系统的设计和实现。

2 AutoCAD子系统

AutoCAD子系统采用ObjectARX软件包进行二次开发, 通过插件形式在AutoCAD软件中实现各类图纸卷册的绘制、导出及管理功能。该子系统包括图元图框定义、一次系统设计、配置自动成图、图纸卷册管理等模块。

图元图框定义模块支持在AutoCAD环境中自定义各类一次设备、二次设备图元及图纸图框等功能, 并支持对各类自定义图元图框的存储、修改、删除等常用操作。自定义的图元图框可用于后续的一次系统设计及各类设计图纸中。

一次系统设计模块支持采用自定义的一次设备图元绘制变电站一次主接线图, 并支持对各一次设备对象图元扩展属性的定义及修改。支持自动分析和检查一次设备图元之间的拓扑连接关系, 并提示可能存在的连接错误。支持根据绘制生成的一次主接线图自动生成符合IEC 61850规范要求的变电站一次设备模型SSD文件[3], 后续工程可直接导入该文件自动生成监控系统的一次设备模型。同时支持将一次主接线图导出生成SVG文件, 后续工程可直接导入该文件自动生成监控系统的图形文件。这样, 设计人员在设计和绘制传统一次主接线图的同时, 就能同步完成满足后续工程配置要求的各种模型和图形文件, 充分利用已有的设计产物, 避免了后续工程的重复配置和绘图。

配置自动成图模块能够读取设备对象之间的各种配置关系, 如物理通信回路配置、虚端子连接配置等, 按照设计单位要求自动生成各类二次施工图纸。考虑到各级设计单位出图的习惯和差异, 该模块应能通过模板或其他自定义手段实现不同需求图纸的自动生成功能。

图纸卷册管理模块对站内生成的各类图纸按卷册进行组织管理, 提供包括新建、删除、修改等图纸卷册管理功能。智能变电站的图纸设计工作量大大增加, 将图纸卷册管理模块集成至AutoCAD软件环境中可使设计人员从繁琐的文件操作中解脱。

3 通信配置子系统

通信配置子系统实现对站内各设备对象 (如智能装置、交换机、光纤配线架 (ODF) 等) 之间物理通信的配置和浏览功能, 内容包括物理通信回路所涉及的板卡、端口、线缆、数据等。区别于传统变电站智能装置之间点对点的电缆通信方式, 智能变电站智能装置之间大量采用组网通信, 其物理通信模型的描述和配置对于通信故障的诊断和检修来说尤其重要。现实工程中经常碰到的诸如:装置的哪个板卡的哪个网口出现故障?通信链路上的哪个交换机的哪个端口出现故障?虚拟局域网 (VLAN) 的划分是否正确合理等问题, 都必须依靠设备对象之间物理通信的配置信息进行分析和判断。而现有的IEC 61850规范对设备物理通信模型的定义还不够全面和深入, 尚没有统一的描述方案和配置方法。推荐物理通信建模方案在ICD文件中描述如下。

上述建模方案增加了系列元素来描述物理通信模型, 如描述通信板卡的Boardcard元素、描述端口的Port元素、描述通用面向对象变电站事件 (GOOSE) 发送的GoTx元素、描述数据集的DataSet元素等。考虑到与外厂家的互操作, 需要使用Private元素将上述私有通信模型包装起来。

通信配置子系统包括物理端口连接配置、线缆管理、VLAN配置、物理通信回路浏览等模块。

物理端口连接配置模块根据变电站内各设备对象之间物理端口的连接关系, 以单个智能装置或交换机为配置对象, 根据该设备对象提供的通信板卡以及物理端口的定义和描述, 实现该设备对象与站内其他设备对象之间的物理端口的连接配置。该模块需要对物理通信所涉及的各个环节进行详细建模, 如对于智能装置的通信板卡, 需要描述板卡信息 (板卡位置、类型、描述等) , 光口信息 (光口索引、发送端口名、接收端口名、光纤接口类型、模式, 是否级联口等) ;对于交换机, 需要描述交换机信息 (交换机所属的电压等级、间隔、屏柜等) , 光口信息 (光口索引、发送端口名、接收端口名、光纤接口类型、模式, 是否级联口等) ;对于光纤配线架, 需要描述光纤配线架所属间隔、屏柜、光配架接口类型、光配架包含的层数、每层包含的端口数等信息。实现上述详细建模后, 可方便地建立起设备对象之间物理通信回路的模型, 方便地实现对物理通信故障的分析和诊断。

线缆管理模块根据变电站内各设备对象之间物理端口的连接关系, 自动生成设备对象之间相应的连接线缆, 并提供针对线缆类型、长度等属性的浏览和修改功能。此外, 该模块还应提供包括光纤组缆、光缆拆分、光配端口分配等常用的对光纤回路的维护和管理功能。

VLAN配置模块根据变电站内各设备对象之间物理端口的连接关系, 综合考虑设备对象所属间隔等情况, 实现自动划分和配置站内VLAN, 并允许手动调整。智能变电站通信组网复杂、数据量大, 尤其是过程层网络, 按间隔组网更复杂, 采样值数据量更大, 对数据的实时性和同步性要求也更高。过大的数据量将降低交换机数据交换的水平, 增加数据传输的延时, 难以满足过程层网络数据传输实时性的要求[4]。可以采用高性能交换机来解决上述问题, 但考虑到成本因素, 目前多采用VLAN技术来解决。VLAN技术可以实现: (1) 限制本间隔的数据只在本间隔的VLAN中流动, 而不会扩散到本间隔以外的其他网络, 从而不会影响到其他交换机、其他端口的通信; (2) 根据变电站各业务对数据通信的不同要求, 对变电站网络上的数据流划分不同优先级, 给予重要业务、重要数据、重要报文的优先传输。划分VLAN需要遵循按间隔划分的原则, 如线路间隔、分段间隔、主变间隔等[5]。VLAN配置模块可以根据一次系统设计模块生成的一次设备模型、一次主接线图等内容来确定间隔的划分, 再根据二次设备与一次设备的关联关系, 确定二次设备之间的物理通信关系, 从而最终实现VLAN的自动划分。

物理通信回路浏览模块根据物理端口连接配置的内容, 调用AutoCAD子系统提供的配置自动成图模块, 提供物理通信回路图纸的自动生成和浏览功能, 包括智能装置与交换机之间的连接关系以及交换机之间的级联关系, 并以数据集为单位展示单个物理通信回路中的信息流。通过该模块, 可以图形化地展示出物理通信回路上的各个环节, 如发送设备、接收设备、途经的各个交换机、通信进出的各个物理端口以及在该回路上流动的各个数据集等, 可以更加方便和直观地了解物理通信回路上的各个细节。

4 模型配置子系统

模型配置子系统是对现有系统配置工具的继承和发展。模型配置子系统导入变电站内配置的各类智能装置的ICD文件, 按照IEC 61850规范, 提供对包括IEC 61850模型、虚端子连接、逻辑子网等内容在内的配置功能, 最终自动生成SCD文件。模型配置子系统预先集成各厂家智能装置的ICD文件模板库, 设计人员可根据变电站的配置需要, 方便地从模板库中选取某个厂家的某类智能装置, 读入其ICD文件后进行模型配置。模型配置子系统包括虚端子连接配置、逻辑子网配置、虚拟二次回路浏览等模块。

虚端子连接配置模块以单个智能装置为配置对象, 以接收信号为配置内容, 自动分析与该智能装置接收端口相关联的发送方的智能装置, 确定发送方智能装置后, 手动建立接收方虚端子信号与发送方虚端子信号之间的关联关系。

逻辑子网配置模块提供逻辑子网配置功能, 实现制造报文规范 (MMS) /GOOSE/采样测量值 (SMV) 逻辑子网的划分, 并配置逻辑子网内的IP地址、组播地址等通信参数。

虚拟二次回路浏览模块根据虚端子连接配置的内容, 调用AutoCAD子系统提供的配置自动成图模块, 提供虚拟二次回路图纸的自动生成和浏览功能, 可在图纸上直观地标识出虚端子之间的连接关系, 从而实现虚拟二次回路的可视化[6], 如附录A图A1所示。附录A图A1中展示了一台测控装置和一台智能终端之间的虚端子连接图, 图中清晰地标识出了GOOSE信号的输入与输出关系, 虚端子信号的名称及所属的物理端口, 甚至还可包括串入到二次回路中的GOOSE软压板。相对于现有的系统配置工具, 虚端子配置及虚拟二次回路不再是XML文件里枯燥难懂的文本, 而是自动转换后的图形, 类似于传统的二次电缆接线图, 便于变电站检修、改造、扩建时的检查和核对。图形生成完全根据配置内容自动完成, 采用AutoCAD文件格式保存, 便于设计人员修改、打印和存档, 同时也未增加设计的工作量。

5 项目管理子系统

项目管理子系统提供对各类设备对象的浏览、创建、删除、修改等维护功能, 实现对工程项目的管理。项目管理子系统包括项目浏览器、用户权限管理、装置模板库管理、版本管理等模块。

项目浏览器模块实现单个工程项目内所有设备对象的浏览功能, 并提供针对设备对象的创建、删除、修改等维护功能。

用户权限管理模块实现对用户的创建、删除、修改等用户管理功能, 并提供对配置内容的删除、修改等用户权限的自定义功能, 可以限定特定用户对特定模型和配置内容的访问。

装置模板库管理模块按照设备对象所属的制造厂商、设备类型、产品型号等, 将可被多个工程复用的设备对象进行分类组织和管理。该模块实现对装置模板库中各类装置模板的维护和管理功能。装置模板库管理模块支持对各厂家装置模板文件的导入, 以及装置模型库的自动更新。随着装置模板库的不断丰富和完善, 设计人员根据装置型号就可以在装置模板库中快速检索到该装置的模型和配置信息, 调入后对其进行相关的设计工作。

版本管理模块实现对模型、配置历史版本树的管理, 可图形化展示版本树中任意两个节点之间的差异, 从而快速定位新版本中的修改内容, 便于装置模板库更新后的检查和追溯。版本管理应支持基于语义的内容比较, 不是简单地列出不同版本XML文件文本内容之间的差异, 而是展示出不同版本模型之间的差异, 如比较数据集、虚端子等重点内容, 找出新模型的变化之处。

6 设计配置一体化工具的特点

与现有的系统配置工具相比, 设计配置一体化工具的最大特点是实现了各种配置的可视化。借助辅助设计功能, 可以轻松地绘制出一次主接线图, 物理通信回路图、虚拟二次回路图、屏柜图等工程图纸, 并自动生成SCD文件、SSD文件、SVG文件等, 提供了在完成传统设计工作的同时基本完成工程配置的功能。

工具的开发碰到的最大障碍是缺少标准规范的支撑, 例如智能装置通信板卡、物理端口、GOOSE通信等对象的描述和配置缺少统一的规范, 尤其是虚端子配置描述规范的缺失。目前厂家普遍采用私有格式的虚端子配置描述文件 (如图1中的goose.txt) , 使得设计单位输出的SCD文件必须由设备厂商再加工后, 才能生成IED装置能够使用的虚端子配置描述文件。私有文件和增加的中间环节给系统集成带来了麻烦, 也使运维管理更加复杂。建议采用CID文件来描述虚端子配置。推荐的虚端子配置描述方法如下, 增加了一些描述元素, 例如RxGoCB元素描述本装置接收到的外装置发送的GOOSE模块, CBEntry元素描述本装置接收到的外装置发送的虚端子信号, 虚端子配置描述实例参见附录A图A2。如果能在CID文件中统一描述虚端子的配置, 将会减少配置流程的中间环节, 大大提高智能变电站设计、配置及工程实施的效率。

7 结语

所研制的设计配置一体化工具已经在部分电力设计院试用, 得到了用户的认可和肯定。试用后用户普遍认为基于AutoCAD软件环境实现设计配置一体化, 不仅完整地保留了现有的设计习惯, 将工作流程改变降到最小, 而且符合加强智能变电站设计和配置管控的需求。

本文针对当前设计和系统配置工具的不足, 提出了设计配置一体化工具的功能规范。不仅分析了当前智能变电站设计和系统配置问题产生的原因, 还提出了解决这些问题的思路和方法。

附录见本刊网络版 (http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx) 。

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