劉一民，顏云松，許高陽，董希建

基于UML活動圖的安全穩(wěn)定控制裝置策略代碼自動實現(xiàn)方法

劉一民1，顏云松2,3，許高陽2，董希建2,3

(1.國家電網(wǎng)有限公司華北分部，北京 100053；2.南瑞集團有限公司(國網(wǎng)電力科學研究院有限公司), 江蘇 南京 210003；3.智能電網(wǎng)保護和運行控制國家重點實驗室，江蘇 南京 211006)

為提高和保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)控制策略(簡稱穩(wěn)控策略)的實現(xiàn)效率和可靠性，研制了一種基于UML活動圖的穩(wěn)控策略的自動編程實現(xiàn)方法和基礎平臺。首先，抽象穩(wěn)控策略的最小元素和動態(tài)行為元素，提出穩(wěn)控策略動態(tài)行為描述方法，建立基于UML活動圖的穩(wěn)控策略模型和抽象語法樹。然后，規(guī)范穩(wěn)控策略模型的存儲標準及格式，制定模型到代碼的映射規(guī)則，基于抽象語法樹使用深度優(yōu)先搜索算法將模型自動轉化為嵌入式系統(tǒng)可執(zhí)行代碼。最后，構建穩(wěn)控策略模型至主體代碼自動生成和輔助代碼自動補全的軟件技術框架并研發(fā)實現(xiàn)。結合4個大型穩(wěn)控系統(tǒng)的新建和改造的編程案例及其成效，驗證了所提代碼自動生成方法和平臺工具的可行性、高效性和可靠性。

安全穩(wěn)定控制；動態(tài)行為元素；穩(wěn)控策略模型；抽象語法樹；映射規(guī)則；代碼自動生成

0 引言

穩(wěn)控系統(tǒng)是保障電網(wǎng)安全的第二道防線，為適應電網(wǎng)在不同發(fā)展階段的安全穩(wěn)定運行需要，國內(nèi)很多地區(qū)均設計建設了與電網(wǎng)工程配套的穩(wěn)控系統(tǒng)[1-3]。目前，穩(wěn)控系統(tǒng)的控制策略軟件需要按照不同地區(qū)的工程要求進行定制化開發(fā)，由開發(fā)人員手工編寫程序代碼。隨著電網(wǎng)對穩(wěn)控系統(tǒng)的建設需求不斷增加，控制策略日益復雜，手工開發(fā)一方面耗費了開發(fā)人員大量的時間和精力，另一方面使得控制策略軟件的準確性和運行效率過分依賴于開發(fā)人員的個人經(jīng)驗，在開發(fā)中遺留的軟件錯誤可能導致穩(wěn)控系統(tǒng)功能失效。實際工程實施中，電網(wǎng)調度部門為確保穩(wěn)控系統(tǒng)控制策略軟件的運行正確性，還要采取策略研討、出廠驗收試驗、工程數(shù)模試驗、現(xiàn)場聯(lián)調試驗等管理手段，導致管理鏈條增長，管理成本增加。

顯然，若能研發(fā)一種代碼自動生成方法和工具，則能夠將開發(fā)人員從具體編碼過程中解放出來，大幅提高生產(chǎn)效率的同時，進一步保障軟件的運行可靠性[4-5]。在工業(yè)界，控制裝置的代碼自動生成研究已取得了一定進展：文獻[6-7]提出一種采用可視化嵌入式應用開發(fā)的軟件設計與應用方法，即通過圖形化編程來開發(fā)應用程序，把常用的模塊做成元件庫，拖選元件繪制邏輯策略框圖，拉線實現(xiàn)元件之間信息傳遞，使用人員不需要具備嵌入式系統(tǒng)開發(fā)知識和編程能力就可以完成控制策略的搭建，但該方法只適用于固定不變的、容易抽象成標準模塊的控制策略，無法適應穩(wěn)控策略復雜多變的系統(tǒng)。在穩(wěn)控策略的描述方面，文獻[8-9]使用E語言描述穩(wěn)控離線策略和定值，主要應用于EMS系統(tǒng)通過對穩(wěn)控策略進行在線分析和評估；文獻[10-11]提出了一種基于面向對象的建模方法，采用狀態(tài)機模型對策略表進行搜索和匹配，能夠有效提高裝置策略執(zhí)行效率和準確性，但該方法只能對穩(wěn)控策略表固定格式抽象建模。文獻[12-13]則對主流的自動代碼生成方法進行了總結歸納，有基于模型驅動、模板、對象關系映射、文檔注釋和動態(tài)代理等代碼生成技術，但并未給出具體的適用于穩(wěn)控裝置的實現(xiàn)方法。另外，針對單裝置的代碼自動生成方法取得了一定進展，比如，繼電保護裝置和測控裝置實現(xiàn)基于組件開發(fā)的配套方案[14-16]，在研發(fā)穩(wěn)控裝置的代碼自動生成方法時，可以予以借鑒。

本文基于可視化模型驅動的軟件設計方法，提出了一種穩(wěn)控策略代碼自動生成方法，將穩(wěn)控業(yè)務邏輯與實現(xiàn)方法解耦，采用XMI (XML Metadata Interchange)存儲與交換數(shù)據(jù)的穩(wěn)控策略代碼生成工具能夠較好地滿足全國各地區(qū)的穩(wěn)控系統(tǒng)建設需要，進一步提升了穩(wěn)控裝置策略實現(xiàn)效率和可靠性。

1 穩(wěn)控策略描述方法

1.1 穩(wěn)控策略元素描述

穩(wěn)控策略一般以策略表和流程控制命令等方式進行描述和存儲[17]。典型策略表[18-19]由事故前電網(wǎng)運行方式、故障元件、故障類型、潮流方式、控制措施和控制對象等元素構成；流程控制命令則由一系列的控制動作或邏輯判斷元素組成[20-22]。為統(tǒng)一描述，本文將策略表和流程控制命令元素以集合形式建立穩(wěn)控策略元素集，如式(1)—式(7)所示。

1.2 穩(wěn)控策略行為描述

根據(jù)穩(wěn)控策略邏輯特征，將策略行為分解成策略觸發(fā)條件、策略執(zhí)行條件、控制量計算和控制措施4部分，如圖1所示。

2) 策略執(zhí)行條件是策略行為的判斷環(huán)節(jié)，由斷面潮流潮流方向、功率門檻定值和元件特征量變化等元素組成，其邏輯公式表示如式(9)所示。

3) 控制量計算是控制周期采用本地或遠方策略的首次控制量、首次控制后的前饋控制量和反饋控制量，其計算公式如式(10)、式(11)所示。

4) 控制措施是策略行為的執(zhí)行環(huán)節(jié)，將控制量按設定的規(guī)則分配到控制各個控制對象的過程，其邏輯公式表示如式(12)所示。

1.3 基于UML活動圖的穩(wěn)控策略模型定義

UML(Unified Modeling Language)活動圖是描述控制系統(tǒng)中一系列具體動態(tài)過程的執(zhí)行邏輯，展現(xiàn)活動和活動之間轉移的控制流，主要包括初始結點、結點集合、控制邊集和數(shù)據(jù)邊集等基本元素[24]。為了更好地描述穩(wěn)控策略模型，根據(jù)穩(wěn)控策略的特征對活動圖進行如下形式化定義。

定義1 策略對象

策略對象是模型要素的基礎，在第1.1節(jié)中將每種策略元素集合定義為一種對象，同時每個對象都將映射到策略代碼中的變量庫中，對象映射關系如式(13)所示。

定義2 策略控制活動

活動是對象的生命周期中滿足一定條件時執(zhí)行動作或者等待事件發(fā)生的一個階段。將策略行為定義成一系列活動，對策略產(chǎn)生相同的或者類似的行為，可以作為穩(wěn)控決策的同一個活動，如運行方式確定、元件故障檢測等，活動約束如式(14)所示。

定義3 策略控制事件

事件是促使控制決策調整或者更改參數(shù)的特定現(xiàn)象，可以觸發(fā)活動之間發(fā)生轉換。如控制命令可以由本地策略執(zhí)行，也可以通過發(fā)送遠方命令由對側裝置執(zhí)行，事件約束如式(15)所示。

定義4 策略活動圖模型

穩(wěn)控策略模型用UML活動圖表示為一個七元組，如式(16)所示。

式中：為初始活動；為結束活動；表示控制連接線；表示數(shù)據(jù)連接線；表示分支選擇；表示分支聚合。應滿足以下條件。

3) 模型中只能有一個初始活動和一個結束活動，初始活動沒有輸入事件并且只有一個輸出事件，結束活動只有一個輸入事件但沒有輸出事件。

4) 模型中出現(xiàn)一個時，要有一個對應的將從該分支出去的執(zhí)行路徑合并在一起；只有一個輸入事件但可以有多個輸出事件，可以有多個輸入事件但只能有一個輸出事件。

5) 模型中對應的每條路徑上的輸出事件是互斥的，并且所有路徑上輸出事件取并的結果是永真的。

1.4 策略模型示例

穩(wěn)控控制策略活動啟動時，對控制過程進行初始化，包括設定運行方式和元件運行參數(shù)范圍等；然后檢測運行狀態(tài)是否發(fā)生故障，一旦檢測到故障發(fā)生，確定故障類型并選擇本地或者遠方策略；最后，查找控制策略并執(zhí)行。

圖2 穩(wěn)控策略活動圖

2 穩(wěn)控策略代碼自動生成

2.1 策略模型解析

為了更好地解析和存儲策略模型內(nèi)容，方便UML活動圖模型元素之間的映射，本文采用UML模型中數(shù)據(jù)標準交換格式XMI作為穩(wěn)控策略活動圖的存儲格式，XMI可用于分布式異構環(huán)境的模型和數(shù)據(jù)倉庫間數(shù)據(jù)交換。XMI元素、模型元素、抽象語法樹(Abstract Syntax Tree, AST)與目標代碼關系如圖3所示。

圖3 XMI元素、模型元素、AST與目標代碼的關系圖

圖3中XMI是連接模型元素與AST的橋梁，每種策略模型元素都對應一個固定的XMI標簽和屬性，使用開放源代碼插件dom4j解析XMI生成AST，其中dom4j提供了豐富的XMI應用程序接口，具有性能優(yōu)異、功能強大和極易使用的特點，便于軟件工具的開發(fā)與應用。

2.2 策略模型到代碼的映射規(guī)則

策略模型到代碼的映射規(guī)則是穩(wěn)控策略代碼自動生成的核心部件。映射規(guī)則分為兩部分，一部分是語句代碼的映射，另一部分是程序結構的映射。其中，策略模型映射的內(nèi)容如圖4所示。

圖4 策略模型映射的內(nèi)容

圖4中變量、事件和操作采用AST構建映射規(guī)則，通過解析各自的AST進行轉換。本文語句代碼映射規(guī)則僅以操作為例介紹模型AST到目標代碼AST的映射規(guī)則，操作是模型調用函數(shù)/方法的過程，如圖5所示。

圖5 操作的映射規(guī)則

如圖5所示，模型操作AST與目標代碼函數(shù)AST的參數(shù)名、參數(shù)類型一一映射，而操作類型和操作名則分別映射到函數(shù)類型和函數(shù)名。

策略模型到目標代碼映射規(guī)則的第二部分程序結構映射仍采用AST作為轉換橋梁，使用深度優(yōu)先搜索算法對AST進行遍歷。利用AST對策略模型中的順序、分支和循環(huán)進行轉換，順序結構將其轉換為順序控制語句；條件分支結構將其轉換為選擇控制語句(如，if-else語句)；循環(huán)結構將其轉換為循環(huán)控制語句(如，while語句)。策略模型中順序結構、分支結構和循環(huán)結構轉換成語法樹結構的過程如下。

1) 順序結構：如圖6所示，活動A、B、C之間是順序關系，活動B由輸入、輸出和執(zhí)行3部分組成，分別對應的是代碼中的執(zhí)行入口動作、執(zhí)行出口動作和Guard1到GuardN執(zhí)行內(nèi)部動作。

2) 分支結構：如圖7所示，標志著模型中分支的開始，標志著模型中此次分支的結束，兩個結點中間部分對應的是if-else語句。

3) 循環(huán)結構：如圖8所示，循環(huán)以While類型節(jié)點為根結點的子樹，支持內(nèi)外層循環(huán)的嵌套，若循環(huán)結束的下一個節(jié)點是另一個循環(huán)的開始，則需新增一個空節(jié)點，h1的外層循環(huán)和h2的內(nèi)循環(huán)對應目標代碼中的while語句代碼段。

綜上，通過活動圖、變量、事件和操作的映射規(guī)則，將穩(wěn)控策略模型解析生成AST并映射到目標代碼可以實現(xiàn)自動化處理，為后續(xù)工具開發(fā)提供了理論支持。

圖6 順序結構AST到代碼生成

圖8 循環(huán)結構AST到代碼生成

需要說明的是，前述過程實現(xiàn)了穩(wěn)控策略模型到功能性關鍵代碼的自動生成，但在關鍵代碼導入到集成開發(fā)環(huán)境編譯成目標程序時，還需要考慮操作系統(tǒng)、編譯環(huán)境和makefile文件制作等外部因素，進行輔助代碼自動補全，可參閱有關文獻[25-27]，本文不再贅述。

3 工具實現(xiàn)及實例分析

3.1 策略代碼自動生成工具

本文基于Eclipse集成開發(fā)平臺研發(fā)了穩(wěn)控策略代碼自動生成工具，該工具的總體架構如圖9所示。

圖9 穩(wěn)控策略建模及代碼生成工具框架

該代碼生成工具分為平臺層、中間層以及外層3個層級。

平臺層：為中間層和外層提供開發(fā)環(huán)境，具有豐富的、靈活統(tǒng)一的接口，確保用戶專注核心業(yè)務邏輯開發(fā)而無需關注底層環(huán)境的相關配置。

中間層：代碼自動生成工具的核心層。由模型解析、信息存儲、C代碼生成和代碼規(guī)范化4個模塊構成：模型解析模塊對以XMI格式存儲的模型進行解析；信息存儲模塊將解析得到的有用信息以直觀的數(shù)據(jù)結構進行存儲；C代碼生成模塊根據(jù)存儲的信息等將模型轉成語法樹結構，然后通過抽象語法樹的掃描算法實現(xiàn)代碼的生成；代碼規(guī)范化模塊主要對生成的代碼進行格式處理。

外層：外層建立輔助功能模塊，提供圖形化界面，主要包括穩(wěn)控策略模型的導入、目錄配置、//統(tǒng)計和代碼補全等模塊。

基于該架構的代碼自動生成工具，具有顯著的優(yōu)勢：既可以生成代碼框架，也可以生成完整的可運行代碼；生成的代碼結構清晰、冗余少；參照統(tǒng)一命名規(guī)范，便于后續(xù)的維護工作。這些優(yōu)點滿足電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)周期性、系統(tǒng)性升級改造對工具和目標代碼的要求。

3.2 代碼自動生成工具在改造工程中的實踐效果

使用前述的策略建模及代碼自動生成工具，對華北、華東、西南電網(wǎng)3個穩(wěn)控工程進行升級改造，并與傳統(tǒng)開發(fā)方法在開發(fā)、調試所用工時和程序缺陷數(shù)量等方面進行比對，如表1所示。

表1 裝置改造對比表

基于新平臺(SSP-500R)，采用上述的穩(wěn)控策略代碼自動生成工具生成和導入標準模型、策略對象和策略邏輯描述，通過代碼映射規(guī)則生成目標源代碼。顯見，與基于早兩代裝置(SCS-500E、FWK-300)手工編程相比，自動生成代碼在開發(fā)、調試工時方面大幅縮短，開發(fā)過程產(chǎn)生的缺陷數(shù)顯著降低。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，這些缺陷全部是在工程需求變化、設計或者策略模型搭建等階段產(chǎn)生，而不是在模型到代碼轉換過程產(chǎn)生，可通過人為介入避免。

顯然，新平臺和編程方法無論是編程效率還是可靠性，明顯優(yōu)于舊平臺和傳統(tǒng)編程方法。

3.3 代碼自動生成工具在新建工程中的實踐效果

為進一步驗證本文所提代碼自動生成方法的高效性和魯棒性，采用所提方法和工具對正在實施建設的西北分區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)保護進行開發(fā)。該電網(wǎng)系統(tǒng)保護通過優(yōu)化網(wǎng)內(nèi)省/區(qū)電網(wǎng)多個超高壓交流和特高壓直流大型區(qū)域穩(wěn)控系統(tǒng)，增加部分裝置，構建了具有協(xié)控總站、協(xié)控主站、超高壓交流協(xié)控子站、特高壓交流協(xié)控子站、執(zhí)行站五層結構的電網(wǎng)系統(tǒng)保護骨干網(wǎng)架，擬建成層次分明、判據(jù)適應性高，體系架構與控制策略合理的源網(wǎng)荷儲和FACTS協(xié)調控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)由4個協(xié)控總站、8個協(xié)控主站、50余個交直流協(xié)控子站和120余個風光水火執(zhí)行站構成，其控制規(guī)模國內(nèi)最大，也為本文提出的安全穩(wěn)控代碼自動生成方法的代碼生成工具實踐提供了良好的基礎和條件。

從各個控制層級中依次挑選具有代表性的6個主站、18個子站、26個執(zhí)行站的穩(wěn)控裝置進行開發(fā)，對、、統(tǒng)計如圖10所示。

圖10 策略模型act, Lc, Ld統(tǒng)計圖

可見，3種類型站點的,,規(guī)模呈現(xiàn)出站點策略功能復雜度(主站＞子站＞執(zhí)行站)同樣的規(guī)律，但從中也存在2個子站的規(guī)模超過主站，通過分析發(fā)現(xiàn)這2個站的(+)/數(shù)量比達到4，表示模型中圍繞著各個活動的控制連接線和數(shù)據(jù)連接線分支多且復雜。證明所選站點符合工程實際且具有代表性。

代碼自動生成和補全統(tǒng)計如圖11所示。

圖11 代碼自動生成及補全統(tǒng)計圖

可見，策略模型自動生成代碼編譯生成目標程序所需的代碼補全數(shù)量僅占關鍵代碼行數(shù)的1%～3%，證明模型到自動生成代碼比例高，可大幅縮短程序開發(fā)周期。

目標程序裝載到裝置后，經(jīng)過裝置集成測試和出廠測試，獲得的軟件缺陷歸整到代碼行數(shù)如圖12所示。

圖12 代碼自動生成及缺陷統(tǒng)計圖

根據(jù)各站點軟件缺陷數(shù)defect、關鍵代碼行數(shù)keycode，計算整個系統(tǒng)開發(fā)的平均缺陷率如式(17)所示，即每千行代碼缺陷率為2.06‰，滿足軟件能力成熟度模型CMMI3的要求(CMM3級2.39‰)。

綜上可見，與傳統(tǒng)開發(fā)方法相比，新方法無論

是工程開發(fā)效率，還是自動生成代碼的正確性，乃至代碼長周期運行的可靠程度，都得到了大幅提升。

4 結論

現(xiàn)代電力系統(tǒng)特性正在并將持續(xù)發(fā)生深刻變化，對電網(wǎng)運行控制和故障防御體系建設提出了前所未有的挑戰(zhàn)。在較長時期內(nèi)，穩(wěn)控系統(tǒng)仍將是我國電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行不可或缺的重要設施，電網(wǎng)穩(wěn)控策略編程是一項基礎性工作，新形勢下固守人工低效率的編程方式并非明智之舉。本文提出了一種穩(wěn)控策略代碼自動實現(xiàn)方法并開發(fā)了平臺工具,經(jīng)過改造和新建工程的實踐驗證，可以大幅提升電網(wǎng)穩(wěn)控策略工程化編程的效率和可靠性。此方法和相關工具將為我國電力系統(tǒng)穩(wěn)控專業(yè)正在大力推行的穩(wěn)控裝置的標準化工作奠定良好基礎，對不確定性環(huán)境下電網(wǎng)安全穩(wěn)定自適應閉環(huán)緊急控制邁向工程實用化也將大有裨益。

[1] 陳興華, 李峰, 陳睿, 等. 計及安全穩(wěn)定二、三道防線的電網(wǎng)運行風險評估[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2020, 48(4): 159-166.

CHEN Xinghua, LI Feng, CHEN Rui, et al. Risk assessment of power grid operation considering second and third defense line of security and stability[J]. Power System Protection and Control, 2020, 48(4): 159-166.

[2] 李祖明, 張星宇, 陳松林, 等. 安穩(wěn)系統(tǒng)中風電脫網(wǎng)風險在線評價指標[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2020, 48(20): 162-169.

LI Zuming, ZHANG Xingyu, CHEN Songlin, et al.On-line evaluation method of wind farm off-grid risk in power system stability control[J]. Power System Protection and Control, 2020, 48(20): 162-169.

[3] 李欣悅, 李鳳婷, 尹純亞, 等. 直流雙極閉鎖故障下送端系統(tǒng)暫態(tài)過電壓計算方法[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2021, 49(1): 1-8.

LI Xinyue, LI Fengting, YIN Chunya, et al. Transient overvoltage calculation method of HVDC sending-end system under DC bipolar blocking[J]. Power System Protection and Control, 2021, 49(1): 1-8.

[4] ZHAO Jie, ZHAO Rongcai. Code generation for distributed-memory architectures[J]. Computer Journal, 2016, 59(1): 119-132.

[5] ALBERT M, CABOT J, GóMEZ C, et al. Automatic generation of basic behavior schemas from UML class diagrams[J]. Software & Systems Modeling, 2010, 9(1): 47-67.

[6] 陳宏君, 劉克金, 馮亞東, 等. 新一代保護測控裝置配套工具軟件設計與應用[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2013, 37(20): 92-96.

CHEN Hongjun, LIU Kejin, FENG Yadong, et al. Design and application of supporting tool software for new generation protection and measuring-control devices[J]. Automation of Electric Power Systems, 2013, 37(20): 92-96.

[7] 王旭寧, 郭曉寧, 陳玉峰, 等. 一種通用的可視化嵌入式應用開發(fā)平臺的設計與實現(xiàn)[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2016, 44(13): 151-155.

WANG Xuning, GUO Xiaoning, CHEN Yufeng, et al. Design and implementation of a universal visual embedded application development platform[J]. Power System Protection and Control, 2016, 44(13): 151-155.

[8] 夏小琴, 鮑顏紅, 任先成, 等. 計及靜態(tài)和暫態(tài)安全穩(wěn)定約束的調度計劃輔助決策[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2019, 47(15): 24-30.

XIA Xiaoqin, BAO Yanhong, REN Xiancheng, et al. Auxiliary decision-making of dispatching plan considering static security and transient stability constrains[J]. Power System Protection and Control, 2019, 47(15): 24-30.

[9] 王勝明, 徐泰山, 陳剛, 等. 電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)當值策略可實施評估方法[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2019, 43(24): 126-133.

WANG Shengming, XU Taishan, CHEN Gang, et al. Practicability assessment method of duty strategy for security and stability control system in power grid[J]. Automation of Electric Power Systems, 2019, 43(24): 126-133.

[10] 邵偉, 周曉寧, 王勝明, 等. 一種面向對象的穩(wěn)控策略建模方法[J]. 智能電網(wǎng), 2014, 30(9): 20-25.

SHAO Wei, ZHOU Xiaoning, WANG Shengming, et al. An object-oriented stability control strategy modeling method[J]. Smart Grid, 2014, 30(9): 20-25.

[11] 李力, 李志平, 王亮, 等. 穩(wěn)定控制裝置中策略搜索匹配狀態(tài)機模型[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2012, 36(17): 86-89.

LI Li, LI Zhiping, WANG Liang, et al. A finite-state machine model for strategy table search and match of standardized stability control device[J]. Automation of Electric Power Systems, 2012, 36(17): 86-89.

[12] 王博, 舒新峰, 王小銀, 等. 自動代碼生成技術的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J]. 西安郵電大學學報, 2018, 23(3): 1-11.

WANG Bo, SHU Xinfeng, WANG Xiaoyin, et al. Current situation and trend of automatic code generation technology[J]. Journal of Xi'an University of Posts and Telecommunications, 2018, 23(3): 1-11.

[13] 王博, 華慶一, 舒新峰. 一種基于模型和模板融合的自動代碼生成方法[J]. 現(xiàn)代電子技術, 2019, 42(22): 69-74.

WANG Bo, HUA Qingyi, SHU Xinfeng. An automatic code generation method based on fusion of model and template[J]. Modern Electronics Technique, 2019, 42(22): 69-74.

[14] 祁忠, 施志良, 李楓, 等. 安全穩(wěn)定控制管理系統(tǒng)的研制及應用[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2016, 44(1): 122-127.

QI Zhong, SHI Zhiliang, LI Feng, et al. Development and application of the security stability control management system[J]. Power System Protection and Control, 2016, 44(1): 122-127.

[15] 陳飛建, 呂元雙, 樊國盛. 基于信息融合的智能變電站繼電保護設備自動測試系統(tǒng)[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2020, 48(5): 158-163.

CHEN Feijian, Lü Yuanshuang, FAN Guosheng. Automatic test system of relay protection device for smart substation based on information fusion technology[J]. Power System Protection and Control, 2020, 48(5): 158-163.

[16] 周虎兵, 張煥青, 楊增力, 等. 二次系統(tǒng)隱性故障的多指標綜合風險評估[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2019, 47(9): 120-127.

ZHOU Hubing, ZHANG Huanqing, YANG Zengli, et al. Multi-criteria integrated risk assessment of secondary system hidden failures[J]. Power System Protection and Control, 2019, 47(9): 120-127.

[17] HUANG Kun, LI Yanman, ZHANG Xiaoyan, et al. Research on power control strategy of household-level electric power router based on hybrid energy storage droop control[J]. Protection and Control of Modern Power Systems, 2021, 6(2): 178-190.

[18] 電網(wǎng)安全自動裝置標準化設計規(guī)范: Q/GDW 11356－2014[S].

Standardization design specification of security automatic equipment for power system: Q/GDW 11356－2014[S].

[19] 電網(wǎng)安全自動裝置信息規(guī)范: Q/GDW 11632－2016[S].

Information specification of security automatic equipment for power system: Q/GDW 11632－2016[S].

[20] OO M E, THUZAR M. Transmission capacity improvement using unified power flow controller with new control strategy[J]. International Journal of Electrical and Electronic Engineering & Telecommunications, 2021, 10(3): 225-232.

[21] BHUSHAN K B, INDRASEN V, VASUDEVANAIDU P. A new design of the distribution custom power controllers for mitigation of power quality problems[J]. International Journal of Electrical and Electronic Engineering & Telecommunications, 2014, 3(1): 122-132.

[22] STEFFI M S, VISITHA P, KAMAL C. Automatic irrigation system using programmable logic controller[J]. International Journal of Electrical and Electronic Engineering & Telecommunications, 2015, 1(1): 246-252.

[23] 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則: GB/T 38755－2019[S].

Code on security and stability for power system: GB/T 38755－2019[S].

[24] 頓敦, 李哲, 秦紅霞, 等. 基于UML的穩(wěn)定控制系統(tǒng)邏輯模塊軟件設計[J]. 電力系統(tǒng)自動化設備, 2007, 27(2): 85-89.

DUN Dun, LI Zhe, QIN Hongxia, et al. UML-based software design for logic unit of stability control system[J]. Electric Power Automation Equipment, 2007, 27(2): 85-89.

[25] BIRKEN K. Building code generators for DSLs using a partial evaluator for the Xtend language[C] // International Symposium on Leveraging Applications of Formal Methods, Springer, 2014, Berlin, Heidelberg.

[26] 楊志斌, 袁勝浩, 謝健, 等. 一種同步語言多線程代碼自動生成工具[J]. 軟件學報, 2019, 30(7): 1980-2002.

YANG Zhibin, YUAN Shenghao, XIE Jian, et al. Multi-threaded code generation tool for synchronous language[J]. Journal of Software, 2019, 30(7): 1980-2002.

[27] VISWANATHAN S E, SAMUEL P. Automatic code generation using unified modeling language activity and sequence models[J]. IET Software, 2016, 10(6): 164-172.

A method of automatic realization of security and stability control strategy code based on a UML activity diagram

LIU Yimin1, YAN Yunsong2, 3, XU Gaoyang2, DONG Xijian2, 3

(1. North China Branch of State Grid Corporation of China, Beijing 100053, China; 2. NARI Group Corporation/State Grid Electric Power Research Institute, Nanjing 210003, China; 3. State Key Laboratory of Smart Grid Protection and Control, Nanjing 211106, China)

To improve and ensure the efficiency and reliability of control strategy for power grid security and stability control system (SSC), an automatic programming realization method using a UML activity diagram for the SSC strategy is proposed and the corresponding basic platform is developed. First, the least dynamic behaviors elements of the SSC strategy are extracted to propose stability control strategies dynamic behavior description methods. The stability control model and an abstract syntax tree based on UML activity diagrams are thus established. After that, the storage standard and format of the SSC strategy model is regulated, the model-to-code mapping rules are formulated, and the model is automatically converted into embedded system executable code using depth first search based on the abstract syntax tree. Finally, a technical software framework which automatically generates the main body of code from the SSC strategy model and automatically completes auxiliary code is constructed, developed, and realized. The results of the programming cases for 4 large-scale power grid stability control system construction and renovation projects have proven the feasibility, efficiency and reliability of the proposed code automatic generation method and platform tools.

security and stability control; dynamic behaviors elements; SSC strategy model; abstract syntax tree; mapping rules; code automatic generation

10.19783/j.cnki.pspc.210515

國家電網(wǎng)公司總部科技項目資助“策略靈活組態(tài)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)研究”(5100-202055019A-0-0-00)

This work is supported by the Science and Technology Project of the Headquarters of State Grid Corporation of China (No. 5100-202055019A-0-0-00).

2021-03-31；

2021-12-07

劉一民(1981—)，男，博士，教授級高工，研究方向為繼電保護運行和管理；E-mail: hbdwjdbh@163.com

顏云松(1981—)，男，博士在讀，高級工程師，研究方向為電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制；E-mail: yanyunsong@ sgepri.sgcc.com. cn

許高陽(1983—)，男，通信作者，碩士，高級工程師，研究方向為電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制。E-mail: xugaoyang@ sgepri.sgcc.com.cn

(編輯 許 威)