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        基于IEC 61850的變電站系統(tǒng)配置工具設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2012-07-05 15:16:18周心亮
        電力工程技術(shù) 2012年1期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)配置視圖實(shí)例

        任 翔,周心亮

        (國網(wǎng)電力科學(xué)研究院,江蘇 南京 210003)

        IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)中定義了基于XML的變電站配置描述語言(以下簡稱SCL語言),用于描述變電站系統(tǒng),即變電站自動(dòng)化系統(tǒng)和變電站(開關(guān)場)本身及其之間的相對(duì)關(guān)系[1]。更清楚地說,是提供并規(guī)定了一種統(tǒng)一的、簡潔的、易于理解的配置文件格式,用于描述以下三方面信息:(1)變電站的功能結(jié)構(gòu)和一次設(shè)備間拓?fù)潢P(guān)系;(2)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中智能電子設(shè)備(IED)的功能;(3)變電站的通信系統(tǒng)。最終,利用這些文件實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)和智能電子設(shè)備的配置,并完成不同廠家設(shè)備以及系統(tǒng)之間兼容的信息和數(shù)據(jù)交互,從而為實(shí)現(xiàn)站內(nèi)設(shè)備的互操作提供基礎(chǔ)性支持。文中基于SCL語言的變電站系統(tǒng)配置模型及其實(shí)現(xiàn)方法,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種系統(tǒng)配置工具。

        1 變電站系統(tǒng)配置模型

        基于SCL的配置模型可由以下5個(gè)部分模型組成。

        (1)頭部分(Header):包含 SCL 模型的版本、修訂信息以及名稱映射等信息。

        (2)變電站:用于描述變電站的功能結(jié)構(gòu)、主元件、電氣連接等一次設(shè)備信息。

        (3)IED:結(jié)構(gòu)化描述了站內(nèi)IED的對(duì)象模型,主要包含邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)對(duì)象等。

        (4)通信系統(tǒng):主要包括邏輯子網(wǎng)和IED接入點(diǎn)的通信參數(shù)。

        (5)數(shù)據(jù)類型模板:提供了IED中邏輯節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)對(duì)象、數(shù)據(jù)屬性等數(shù)據(jù)類型的模板信息。

        其中,變電站和IED模型是相對(duì)層次化的結(jié)構(gòu)模型,完整的SCL配置模型的結(jié)構(gòu)如圖1所示。而SCL本身的語法結(jié)構(gòu)遵循XML Schema的規(guī)定,即每個(gè)SCL元素均從根元素類型派生而來[2],包含若干屬性和若干子元素,基本語法結(jié)構(gòu)如圖2所示。

        圖1 SCL 配置模型結(jié)構(gòu)

        圖2 SCL基本語法結(jié)構(gòu)

        根據(jù)實(shí)現(xiàn)功能和提供者的不同,在變電站系統(tǒng)的實(shí)際配置工作中涉及到如下4種SCL配置文件。

        (1)ICD文件:由IED設(shè)備制造商在設(shè)備出廠時(shí)提供,用于描述IED的一般能力,包含Header、IED和數(shù)據(jù)類型模版三部分模型信息。

        (2)SSD文件:多數(shù)情況下由設(shè)計(jì)單位在完成變電站一次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后給出,用以描述變電站一次系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)備信息。

        (3)SCD文件:由系統(tǒng)集成商在完成全站系統(tǒng)配置后生成,包含了變電站的全部配置信息。

        (4)CID文件:可由系統(tǒng)集成商完成全站SCD后提取,也可由IED設(shè)備制造商得到SCD后自行生成,描述了IED實(shí)例化后的配置信息。

        2 模型配置方法

        一般情況下,由設(shè)備制造商根據(jù)出廠IED實(shí)際具備的功能,借助IED模型配置工具,生成IED的模型文件ICD,提供給系統(tǒng)集成商,再由系統(tǒng)集成商統(tǒng)一使用系統(tǒng)配置工具將全站IED的ICD文件作系統(tǒng)級(jí)的集成,主要工作是配置全站各層次的通信系統(tǒng),以及實(shí)例化IED的相關(guān)參數(shù),真正實(shí)現(xiàn)各IED的定制功能,在形成SCD模型文件之后,系統(tǒng)集成商輸出各個(gè)IED的CID文件,或提供SCD文件給設(shè)備制造商,由其形成CID文件,并下載完成IED設(shè)備的最終配置。

        至于SSD文件,在當(dāng)前的工程實(shí)踐中,應(yīng)該說尚未發(fā)揮應(yīng)有作用。主要是因?yàn)橄到y(tǒng)集成商大多無法根據(jù)SSD文件提取出SCD文件中所需的變電站一次系統(tǒng)相關(guān)信息,且作為文件提供者的設(shè)計(jì)單位也很難給出符合標(biāo)準(zhǔn)的SSD,系統(tǒng)集成商通常只有手動(dòng)配置此類信息至SCD模型中[3]。實(shí)際模型配置方法如圖3所示。

        圖3 模型配置方法

        3 系統(tǒng)配置工具的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

        3.1 功能分析

        通過以上分析可歸納出系統(tǒng)配置工具所需具備的兩大類功能。

        (1)文件級(jí)操作功能:對(duì)基于SCL的模型配置文件進(jìn)行新建、導(dǎo)入、導(dǎo)出和校驗(yàn),主要包括構(gòu)建初始的SCD模型或解析SCD文件生成SCD模型,解析ICD文件后提取信息并入SCD模型,從SCD模型中提取信息生成CID文件,生成SCD文件以及在文件導(dǎo)入導(dǎo)出時(shí)進(jìn)行Schema語法校驗(yàn)。

        (2)界面編輯功能:通過樹狀、表狀和列表視圖配合呈現(xiàn)SCD模型的全部信息,并可對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行可視化的編輯操作,將編輯操作的結(jié)果更新至SCD模型中。

        3.2 模塊設(shè)計(jì)

        該配置工具在QT4.5.3下進(jìn)行開發(fā),Qt是跨平臺(tái)的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架,具有優(yōu)良的跨平臺(tái)特性,完全支持面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì),并提供豐富的API,能有效地提高程序的開發(fā)效率。

        程序模塊劃分為主程序和SCL解析器兩部分,其中,SCL解析器實(shí)現(xiàn)各類SCL模型的數(shù)據(jù)解析處理和有效性校驗(yàn),以動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)的形式封裝后供主程序調(diào)用,以保證其獨(dú)立性和復(fù)用性。

        主程序借鑒MVC的設(shè)計(jì)思想可劃分為3個(gè)部分[4]:模型部分用于當(dāng)前配置中的SCD模型管理;界面部分實(shí)現(xiàn)工具中所有界面功能;控制部分是模型和界面聯(lián)系的橋梁,觸發(fā)兩者之間的信息交互,并實(shí)現(xiàn)其他輔助操作。各模塊功能如圖4所示。

        圖4 模塊功能示意

        3.3 SCL解析器

        SCL解析器提供了通用的SCL模型解析和校驗(yàn)功能,并具備較為完整的外部接口,以實(shí)現(xiàn)SCL模型與文件之間的交互,在其內(nèi)部主要封裝有以下幾個(gè)類。

        (1)CSaxHandler類:用于處理基于SAX2.0的XML文件解析,該類繼承自xercesc中提供的DefaultHandler類,并重新實(shí)現(xiàn)了其中一些事件處理函數(shù),其中SAX2.0是基于事件機(jī)制的XML標(biāo)準(zhǔn)處理接口API,而xercesc則是一種開源的XML語法分析器,在解析XML時(shí),解析到特定位置時(shí)會(huì)調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)生成SCL模型中特定的類對(duì)象實(shí)例,以此更新SCD模型,其他需用到xercesc中的類還包括 SAX2XMLReader、XMLReaderFactory 等;

        (2)CSCLHandler類:實(shí)現(xiàn)SCD模型與SCL文件的操作接口,并對(duì)SCD模型中各數(shù)據(jù)管理功能進(jìn)行封裝,主要功能有加載XML文件并創(chuàng)建模型(loadXmlFile)、導(dǎo)入icd文件并添加至模型中(importIcdFile)、從現(xiàn)有模型中導(dǎo)出指定IED對(duì)應(yīng)的CID文件 (exportCidFile)、 保存修改后的 SCD文件(saveScdFile)等。

        (3)CSCLFactory類:是SCL中各數(shù)據(jù)模型的工廠類,主要功能是在解析SCL文件過程中,根據(jù)解析到的不同內(nèi)容創(chuàng)建相應(yīng)的SCL數(shù)據(jù)類。

        (4)SCL數(shù)據(jù)類:根據(jù)SCL語法和模型結(jié)構(gòu)定義的各種SCL數(shù)據(jù)類,每個(gè)類的實(shí)例對(duì)應(yīng)SCL模型結(jié)構(gòu)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)例,如CtBase、CtSCL、CtHeader、CtCommunictaion、CtIED 等。

        3.4 模型部分

        模型部分主要實(shí)現(xiàn)CSCDHandler類,該類提供SCD模型的各種訪問接口,如:獲取CtHeader節(jié)點(diǎn)實(shí)例指針、獲取CtCommunication節(jié)點(diǎn)實(shí)例指針、獲取指定CtIED節(jié)點(diǎn)實(shí)例指針、獲取指定CtLDevice節(jié)點(diǎn)實(shí)例指針、獲取指定CtLN節(jié)點(diǎn)類指針等。

        3.5 界面設(shè)計(jì)

        配置工具的主界面采用三分屏的模式,即左、中、右功能區(qū)。

        (1)左側(cè)工作區(qū):通過樹形視圖顯示SCD模型的各層次節(jié)點(diǎn),考慮到SCD模型中IED節(jié)點(diǎn)規(guī)模和顯示更新的效率,故只展開至LD節(jié)點(diǎn)這一層級(jí)。

        (2)右側(cè)工作區(qū):通過樹形視圖顯示SCD模型內(nèi)數(shù)據(jù)源信息,主要是指GOOSE配置信息,并提供拖拽功能,以便于IED中GOOSE信息的配置操作。

        (3)中間工作區(qū):以Tab頁分別顯示指定LD的LN、DataSet、控制塊和Inputs等分類信息。

        界面程序中主要包括以下幾類。

        (1)CTreeItem類:繼承自 QTreeWidgetItem類,用于構(gòu)建左右側(cè)樹狀視圖中的節(jié)點(diǎn)項(xiàng),并封裝了用于訪問指定節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)的函數(shù),如:獲取父節(jié)點(diǎn)名稱、刪除子節(jié)點(diǎn)等。

        (2)UTreeWidget類:繼承自 QTreeWidget類,用于構(gòu)建左右側(cè)樹狀視圖,對(duì)于右側(cè)樹狀視圖,還增加了鼠標(biāo)點(diǎn)擊拖拽功能,該功能通過重新mousePressEvent (QMouseEvent*e)、mouseMove-Event(QMouseEvent*e)和 mouseReleaseEvent(QM-ouseEvent*e)等事件處理函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

        (3)CTable 類:繼承自 QTableWidget類,用于構(gòu)建中間工作區(qū)Tab頁中的表狀視圖,也增加了拖放功能,該功能則是通過重新實(shí)現(xiàn)dragEnterEvent(QDragEnterEvent*e)、dropEvent (QDropEvent*e)和 dragMoveEvent(QDragMoveEvent*e)等事件處理函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

        3.6 控制部分

        借助QT的信號(hào)-槽機(jī)制,能較為簡便地實(shí)現(xiàn)界面與模型之間的交互,控制部分中最主要的是USlotHandler類,該類在主程序中只存在一個(gè)單實(shí)例,實(shí)例中實(shí)現(xiàn)了各種用于界面和模型交互響應(yīng)的槽函數(shù)。

        4 結(jié)束語

        該配置工具開發(fā)完成后,已實(shí)際應(yīng)用于工程配置中。實(shí)踐證明,能滿足當(dāng)前工程環(huán)境中的配置需求,有效降低了配置工作難度,提升了工作效率,保證了配置準(zhǔn)確性,發(fā)揮了應(yīng)有的作用。

        考慮到后期SSD文件的應(yīng)用,建議還需進(jìn)一步對(duì)功能進(jìn)行完善,以實(shí)現(xiàn)變電站一次系統(tǒng)信息自動(dòng)配置。此外,通過界面拖放功能的使用,能相對(duì)簡便地進(jìn)行GOOSE信息的配置,但在節(jié)點(diǎn)容量較大或通信系統(tǒng)較為復(fù)雜的情形下,仍有較大的工作量需手動(dòng)完成,下一步的工作是如何提供更加高效的配置方式,以實(shí)現(xiàn)GOOSE信息的快速配置。

        [1]IEC/TC57,IEC 61850 Communication Networks and Systems in Substations[S].2004.

        [2]周鄴飛,張海濱,徐石明,等.IEC 61850工程組態(tài)中的統(tǒng)一建模技術(shù)研究[J].江蘇電機(jī)工程,2007,26(S1):72-74.

        [3]王 松,宣曉華,周華.基于IEC 61850變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的系統(tǒng)組態(tài)研究[J].繼電器,2008,36(3):48-50,74.

        [4]王映輝,王英杰,王彥君,等.基于MVC的軟件界面體系結(jié)構(gòu)研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2004,(9):188-190,193.

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