郭 燕，董懷普，紀(jì) 陵

（南京國(guó)電南自電網(wǎng)自動(dòng)化有限公司，江蘇 南京 211153）

0 引 言

根據(jù)智能電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系，變電站站端遵循的是IEC 61850變電站配置描述語言（Substation Configuration description Language，SCL）模型體系，然而在主站或者是調(diào)度端則遵循的是IEC61970標(biāo)準(zhǔn)，采用的是公共信息模型（Common Information Model，CIM）[1,2]。針對(duì)傳統(tǒng)調(diào)度中心自動(dòng)化系統(tǒng)采集廠站數(shù)據(jù)時(shí)，通常只采集對(duì)象數(shù)據(jù)值，對(duì)象數(shù)據(jù)模型則需要分別在主站和廠站建立，該采集方式容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集和控制錯(cuò)誤，存在電力生產(chǎn)安全方面的隱患[3]。基于模型無損轉(zhuǎn)換技術(shù)能夠在廠站端維護(hù)IEC 61850 SCL信息模型，并將模型導(dǎo)出為CIM擴(kuò)展標(biāo)志語言（Extensible Markup Language，XML）文件，然后傳送到主站系統(tǒng)，分析、轉(zhuǎn)換生成CIM模型。這種模型轉(zhuǎn)換方法能夠進(jìn)一步保證廠站與主站系統(tǒng)模型的一致性。

據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在模型轉(zhuǎn)換方面大部分廠家采用以XML為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)交換方式，國(guó)內(nèi)更多的研究偏重于兩個(gè)模型的比較、映射以及轉(zhuǎn)換[4-7]。2012年，張海東、張鴻等人對(duì)比分析了變電站配置描述（Substation Configuration Deion，SCD）模型與CIM/E模型的差異，研究了兩種模型的映射關(guān)系，并提出了模型轉(zhuǎn)化方案，該方案在500 kV常熟南智能變電站與智能調(diào)度共享建模工程項(xiàng)目中取得了令人滿意的效果[4]。2014年，董張卓、孔永超等人針對(duì)電力系統(tǒng)資源編碼不統(tǒng)一和規(guī)則混亂問題，基于CIM模型提出了一種統(tǒng)一、規(guī)范的電力系統(tǒng)資源編碼思想，保證了系統(tǒng)對(duì)象模型的標(biāo)準(zhǔn)性與通用性[8]。

由于模型統(tǒng)一和模型融合需要對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)做很大的改動(dòng)，難以推廣應(yīng)用。本文將從模型映射、無損轉(zhuǎn)換以及編碼規(guī)則入手，提出IEC 61850 SCL信息模型與IEC 61970 CIM模型之間的轉(zhuǎn)換方案，實(shí)現(xiàn)SCD文件與CIM XML文件之間的無損轉(zhuǎn)換，最終解決模型不一致的問題。

1 模型轉(zhuǎn)換分析

1.1 基礎(chǔ)分析

由于IEC 61850和IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)都是根據(jù)相應(yīng)特定應(yīng)用對(duì)各種對(duì)象進(jìn)行建模，因此它們的模型并不完全一致[9]。SCL和CIM的比較如圖1所示。

圖1 SCL與CIM模型比較

SCL模型主要包括變電站、通信系統(tǒng)、智能電子設(shè)備（Intelligent Electronic Device，IED）以及數(shù)據(jù)類型模板等。CIM模型是描述整個(gè)電力系統(tǒng)資源對(duì)象的，其包括數(shù)據(jù)采集包、量測(cè)、保護(hù)等。變電站和拓?fù)淠Ｐ涂梢詮腟CL到CIM進(jìn)行一致轉(zhuǎn)換，相應(yīng)處理不一致的部分。

1.2 差異分析與轉(zhuǎn)換難點(diǎn)

兩種模型的差異性導(dǎo)致在實(shí)現(xiàn)SCD文件與CIM XML文件之間的無損轉(zhuǎn)換時(shí)存在一定的困難[10]。

一是導(dǎo)電設(shè)備類的差異，SCL模型中的CON、FAN、PSH、BAT、BSH、RRC以及TCR等設(shè)備類型沒有合適的CIM類與之對(duì)應(yīng)，兩個(gè)模型在轉(zhuǎn)換時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致信息丟失。二是量測(cè)體系描述差異，在CIM模型中，量測(cè)幾乎可以描述所有的電力系統(tǒng)資源[11]。在SCL模型中，自然對(duì)數(shù)（Natural logarithm，LN）和其數(shù)據(jù)構(gòu)成的路徑可以視作CIM中的量測(cè)，該部分關(guān)聯(lián)在邏輯節(jié)點(diǎn)中。在量測(cè)描述方式上，兩者存在較大的差距，使其在模型處理方面具有一定的難度[12]。三是對(duì)象標(biāo)識(shí)方法差異，SCL模型對(duì)象大部分沒有顯示定義全站唯一標(biāo)識(shí)，而是通過類元素的層次路徑+name等價(jià)的標(biāo)識(shí)方式定位到特定對(duì)象[13]。基于CIM描述的電網(wǎng)模型，其對(duì)象用網(wǎng)絡(luò)地址（Uniform Resource Locator，URL）標(biāo)識(shí)，這些具有標(biāo)識(shí)符的對(duì)象可用對(duì)象的主編碼進(jìn)行標(biāo)識(shí)，所構(gòu)成的層級(jí)關(guān)系可方便直接定位到特定對(duì)象。

2 SCL與CIM模型的無損映射研究

2.1 變電站模型映射

變電站模型的作用是用于描述一次設(shè)備的相互關(guān)聯(lián)及其連接關(guān)系。利用SCL語言描述變電站系統(tǒng)模型的層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 SCL模型層次結(jié)構(gòu)

SCL和CIM中都具有變電站、電壓等級(jí)以及間隔等設(shè)備容器。從中會(huì)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)模型之間變電站和電壓等級(jí)的結(jié)構(gòu)一致，因此可以直接建立映射關(guān)系。SCL中的母線間隔則可以映射到CIM中的母線間隔+母線設(shè)備，設(shè)備則與CIM的導(dǎo)電設(shè)備各派生類相對(duì)應(yīng)。拓?fù)潢P(guān)系采用連接節(jié)點(diǎn)+端子的方式進(jìn)行定義，映射規(guī)則如圖3所示。

圖3 變電站模型映射規(guī)則

2.2 數(shù)據(jù)量測(cè)映射

SCL模型中采用智能電子設(shè)備、邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)集以及數(shù)據(jù)分層細(xì)化的方式描述數(shù)據(jù)量測(cè)信息，而在CIM中采用量測(cè)的方式描述。對(duì)SCL模型中已有的測(cè)點(diǎn)信息采用表1的規(guī)則進(jìn)行映射。

表1 數(shù)據(jù)量測(cè)映射規(guī)則

2.3 CIM模型編碼規(guī)則

CIM模型電力系統(tǒng)資源身份標(biāo)識(shí)號(hào)（Identity Document，ID）由29位字符組成。從左到右依次為5位行政區(qū)域碼、1位對(duì)象類型碼、兩位電壓等級(jí)序列碼、6位廠站序列碼、3位間隔類型碼、兩位間隔序列碼、3位設(shè)備類型碼、兩位設(shè)備序列碼、兩位端子序列碼以及3位連接點(diǎn)序列碼。其中，行政序列碼分別對(duì)應(yīng)不同地區(qū)的供電公司；對(duì)象類型碼中“B”為變電設(shè)施，“F”為發(fā)電設(shè)施；每個(gè)電壓等級(jí)對(duì)應(yīng)兩個(gè)字符，構(gòu)成電壓等級(jí)序列碼；每個(gè)間隔、設(shè)備類型對(duì)應(yīng)3個(gè)字符，構(gòu)成間隔類型碼與設(shè)備類型碼；廠站序列碼、間隔序列碼、設(shè)備序列碼與端子序列碼為自動(dòng)生成的序列號(hào)，不同類型下需重新編號(hào)；連接點(diǎn)序列碼由固定字符“Z”+兩位序列號(hào)組成。

3 模型轉(zhuǎn)換方案設(shè)計(jì)

3.1 模型轉(zhuǎn)換流程

SCD模型文件到CIM XML文件轉(zhuǎn)換流程如圖4所示。SCD模型文件需要符合IEC 61850中定義的Schema語法，如果不符合則需要重新配置。模型轉(zhuǎn)換由CIM模型轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)換器依賴模型映射規(guī)則和編碼規(guī)則。

圖4 SCD文件到CIM XML文件轉(zhuǎn)換流程

3.2 模型轉(zhuǎn)換類設(shè)計(jì)

模型采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?，通過類的定義、封裝以及繼承完成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其中，VSCD Main Wnd類完成了CIM模型轉(zhuǎn)換器主界面的實(shí)現(xiàn)，主要負(fù)責(zé)發(fā)布和接收命令。CIM Dialog類實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的用戶界面，負(fù)責(zé)編碼信息的輸入，該類繼承于QDialog類。CIM Export類是模型轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵部分，主要負(fù)責(zé)變電站一次設(shè)備信息的解析、轉(zhuǎn)換以及編碼生成功能。Init Sub station Data、init Voltage level Data、 ……、init Conducting Equipment、init Terminal Data、init Connectivity Node Data等類分別實(shí)現(xiàn)了變電站、電壓等級(jí)、間隔、變壓器、變壓器繞組、設(shè)備、端子以及節(jié)點(diǎn)的SCD解析和CIM XML文件轉(zhuǎn)換功能。Get Voltage Id、get Bay Id、get Power Transformer Id、get Transformer Winding Id、Connectivity Node Id、get Terminal Id等類分別實(shí)現(xiàn)了電壓等級(jí)、間隔、變壓器、變壓器繞組、節(jié)點(diǎn)以及端子的編碼自動(dòng)生成功能。Access Voltage File類實(shí)現(xiàn)電壓等級(jí)相關(guān)的第三方文件的連接和訪問功能。Get Node Infor類主要將變電站中所有節(jié)點(diǎn)的名稱與編碼信息存儲(chǔ)到node Infro類中。

4 結(jié) 論

本文從模型映射入手，采用模型轉(zhuǎn)換的方法，解決了智能變電站與智能調(diào)度系統(tǒng)模型不一致的迫切問題。IEC 61850 SCL信息模型與IEC 61970 CIM模型之間的無損轉(zhuǎn)換技術(shù)是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)在各級(jí)系統(tǒng)之間交換時(shí)切實(shí)可行的方案，本文的模型轉(zhuǎn)換工具已經(jīng)成功地應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)，并且能夠成功地導(dǎo)出CIM XML文件，具有令人滿意的效果。