陳宏君，王國棟，劉克金

(南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇南京211102)

IEC 61850通信已經(jīng)在國內(nèi)外智能變電站進行了成功應(yīng)用。文獻[1]介紹了新一代交流保護測控裝置的邏輯節(jié)點建模方法，該方法先將保護功能按照模塊劃分，形成圖形化、可重用的符號庫，在模塊化符號內(nèi)可創(chuàng)建若干標準的邏輯節(jié)點（LN），配置變量和邏輯節(jié)點的數(shù)據(jù)屬性實例（DAI）的映射關(guān)系，在創(chuàng)建功能模塊時,同步實現(xiàn)LN建模，該方案適用于模型明確定義的場合。文獻[2]闡述了智能變電站SCD集成配置軟件中的圖模一體化設(shè)計理念，實現(xiàn)了智能變電站從主接線圖到虛擬二次回路的完整設(shè)計功能。

在直流控制保護等應(yīng)用領(lǐng)域，由于系統(tǒng)復雜，程序規(guī)模龐大，使用圖形化編程軟件開發(fā)應(yīng)用程序[3]。文獻[4]闡述了新一代控制保護系統(tǒng)圖形化編程軟件設(shè)計與實現(xiàn)，采用面向?qū)ο蟮膶哟位椒ü芾響?yīng)用程序，可形成高效緊湊靈活的C代碼，并支持可視化調(diào)試等功能。IEC 61850在直流應(yīng)用方面，文獻[5]提出一種直流輸電控制保護內(nèi)部故障錄波信息采集和遠傳技術(shù)實現(xiàn)的新方案，故障錄波信息往主站推送時采用IEC 61850標準協(xié)議。文獻 [6]探討了直流系統(tǒng)的IEC 61850模型建立問題，重點介紹了數(shù)據(jù)對象類的擴充模型，但未提及IEC 61850建模的具體思路步驟。 在圖形化編程模式下，變量分布于各個頁面，不適合采用交流裝置先有固定LNodeType，后實例化配置邏輯節(jié)點的建模方式，為避免應(yīng)用程序變量和模型配置脫節(jié)不對應(yīng)，需在進行編程同時完成建模工作。

1 IED建模設(shè)計方案

IED（智能裝置）能力采用IEC 61850-6中定義的變電站配置SCL語言描述。SCL基于可擴展的XML格式定義，信息表示晦澀，一般用戶很難快速配置[2]。為此設(shè)計一種適用于直流應(yīng)用的圖形化編程模式下的IED自動建模方案，包括圖形化建模符號設(shè)計與處理、IED層次模型和程序結(jié)構(gòu)映射實現(xiàn)、以及模型文件的形成方案。

1.1 操作流程設(shè)計

裝置的IED模型是個層次化結(jié)構(gòu)[7]，如圖1所示。在IED節(jié)點下，有若干個連接接入點（AccessPoint）。AccessPoint下有 1 個服務(wù)器（Server），Server包括若干邏輯設(shè)備（Ldevice），Ldevice包括若干LN。

圖1 裝置IED模型結(jié)構(gòu)

在進行直流控制保護系統(tǒng)的IED建模時，首先需遵循IEC 61850標準的各項規(guī)范；并結(jié)合應(yīng)用的特點和功能，對數(shù)據(jù)模型（DOType，LNodeType）進行適當擴充。關(guān)鍵技術(shù)是層次結(jié)構(gòu)的映射和分布式圖形化建模?；趫D形化符號實現(xiàn)IED建模，其操作流程如圖2所示。

圖2 概要建模過程

根據(jù)圖2給出步驟，具體操作如下：

（1）設(shè)計圖形化建模符號.定義符號的輸入輸出管腳、圖形外觀、屬性；定義符號的數(shù)據(jù)模型,通常1個符號和1個DOI對應(yīng)，例如DO類型建模符號包括雙點觸發(fā)事件、單點觸發(fā)事件、遙控、遙測、遙調(diào)等；此外還需編寫符號的屬性處理腳本。

（2）根據(jù)直流工程需求。定義候選邏輯節(jié)點列表（lnClass名稱、描述）、定義候選DO描述列表；在預(yù)定義格式的ini文件中配置。

（3）在圖形化頁面內(nèi)建模，繪制事件、四遙等建模符號，通過連接線，將程序中的功能塊函數(shù)輸出變量和建模符號輸入點相連接，即實現(xiàn)了程序變量和數(shù)據(jù)實例sAddr屬性映射配置，并雙擊符號，在彈出的對話框中選擇建模符號對應(yīng)的lnCalss、標題描述、其他屬性。

（4）進行圖形化程序數(shù)據(jù)和IED主要層次結(jié)構(gòu)AccessPoint，LDevice 映射配置。

（5）調(diào)用代碼生成工具，形成裝置代碼和XX.cid文件，匯總圖形化頁面內(nèi)建模符號，執(zhí)行符號腳本，動態(tài)創(chuàng)建LNodeType，LN，數(shù)據(jù)集等關(guān)鍵內(nèi)容。

1.2 建模符號設(shè)計

通過符號編輯工具SymbolEdit進行建模符號的圖形、屬性、腳本編輯。建模符號分圖形、數(shù)據(jù)兩個庫文件描述。圖形包括輸入點、輸出點、包圍矩形框、需要在界面上顯示的屬性字符文本等，采用XML描述。建模符號的數(shù)據(jù)由若干一維、二維屬性、參數(shù)組成。以雙點觸發(fā)事件符號為例，其屬性定義如表1所示。

表1 雙點觸發(fā)事件屬性定義

雙點觸發(fā)事件符號的DOType定義如下[6]：

此外還可定義建模符號的腳本，編程工具提供了一套開放API接口，可在python腳本中調(diào)用[8]。當新增加建模符號時，不需額外增加處理代碼，實現(xiàn)編程工具和應(yīng)用建模的解耦。雙點觸發(fā)事件腳本段示例如下：

pnd1=symb.searchNode('trip0')

name1=symb.getVarName('trip0')

pnd2=symb.searchNode('trip1')

name2=symb.getVarName('trip1')

if(pnd1.isLinked()and pnd2.isLinked())∶

stitle=symb.attribute('title')

sdesc=symb.attribute('desc')

pln=cid.new LNByDesc(symb,stitle)

pdo=cid.newDOByDesc(pln,symb,sdesc)

saddr=name1+','+name2

pdo.setDaAddr('stVal',saddr)

...

pdo.setDataSet('dsA larm','ST')

在上述腳本段中，symb為當前符號，cid為IED建模處理接口對象，先通過輸入點trip0，trip1獲取連接的變量名，當輸入點有變量連接時，根據(jù)符號的標題和描述，調(diào)用API接口動態(tài)創(chuàng)建邏輯節(jié)點和DOI，設(shè)置短地址sAddr信息、將事件添加到dsAlarm數(shù)據(jù)集。

1.3 標題描述配置文件設(shè)計

在可視化頁面雙擊建模符號后，需選擇符號對應(yīng)的組標題、描述。組標題和邏輯節(jié)點的lnClass對應(yīng)，裝置開發(fā)人員只需選擇熟悉的標題、描述，不需要設(shè)置lnClass，DOType等專業(yè)內(nèi)容，降低了配置的難度。工具通過讀取標題描述配置文件后，下拉展示候選內(nèi)容。配置文件由熟悉具體應(yīng)用工程和IEC 61850模型的開發(fā)人員共同創(chuàng)建。編程工具定義了邏輯節(jié)點、DO描述等配置文件的字段格式。LN配置文件定義了邏輯節(jié)點類名（lnClass）、LN 組標題（lnDesc），例如：

lnClass=ESWL,title=切換邏輯

lnClass=ETCC,title=分接頭控制

DO描述配置文件定義DO名稱、DO描述等信息，例如：

name=YXWAW 1Q1IND，

desc=遙信_WAW 1Q1IND

name=YCIAFCL1，desc=遙測_IAFCL1

標題描述配置文件存放在工程目錄。

1.4 建模符號和變量關(guān)聯(lián)

圖形化頁面由程序功能塊、配置建模符號、連接線組成。在程序頁面中定義變量，通過繪制相關(guān)符號和數(shù)據(jù)流拉線實現(xiàn)應(yīng)用邏輯與建模配置。用戶從建模符號庫中挑選觸發(fā)事件、遙控等符號，釋放到圖形化頁面，然后繪制連接線，將功能函數(shù)塊的輸出和建模符號的輸入進行關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)程序和建模的同源維護，避免了程序的變量和模型中短地址不匹配的風險。如圖3所示，函數(shù)UNPPACK的輸入b0連接到單點觸發(fā)事件的輸入點，連接線定義變量名為flag0,則程序代碼片段為：

flag0=TCOM_OK&0x01;

建模文本片段為：

…

圖3 變量和符號關(guān)聯(lián)示例

1.5 IED和程序結(jié)構(gòu)映射設(shè)計

圖形化編程層次數(shù)據(jù)參照IEC 61131-3的數(shù)據(jù)模型，按照層次化數(shù)據(jù)組織管理，如圖4所示。

圖4 IED和程序結(jié)構(gòu)映射示例

（1）配置位于模型的最上層，它包括硬件模型、處理資源、頁面程序等，通常和裝置對應(yīng)。

（2）資源位于模型的第二層，包括可支持系統(tǒng)運行的程序和目標HEX文件，通常和裝置中的微處理器對應(yīng)。

（3）應(yīng)用則可把資源程序拆分為粒度適中的若干應(yīng)用，應(yīng)用由若干頁面組成；應(yīng)用包括數(shù)據(jù)和任務(wù)函數(shù)，在周期任務(wù)中使用其他應(yīng)用的輸出，自身的輸出也傳遞給其他應(yīng)用。

在圖4中，將AcessPoint和資源進行對等映射，LDevice則是1個或多個應(yīng)用的集合。在IED節(jié)點下創(chuàng)建若干AccessPoint，例如用于MMS層收發(fā)的實例S1、用于過程層GOOSE收發(fā)的實例G1、用于過程層SMV收發(fā)的實例M 1。創(chuàng)建邏輯設(shè)備可選LD0（公用）、PROT（保護）、CTRL（控制）等名字[1]。在資源配置頁面內(nèi)，通過創(chuàng)建配置符號AcessPointCfg中定義其所屬的邏輯節(jié)點列表，通過創(chuàng)建配置符號LDeviceCfg設(shè)置關(guān)聯(lián)的應(yīng)用列表，實現(xiàn)圖形化編程數(shù)據(jù)和IED層次數(shù)據(jù)的映射配置。

2 CID文件形成設(shè)計方案

在工程配置節(jié)點，調(diào)用代碼生成工具，可形成裝置代碼和模型文件XX.cid，概要處理過程如圖5所示。

圖5 CID文件形成過程

CID文件自動形成原理如下：（1）代碼生成工具讀取工程管理文件，導入程序頁面，對頁面符號進行拓撲排序，生成圖形頁面對應(yīng)的代碼[8]。（2）形成IED層次結(jié)構(gòu)。根據(jù)映射配置符號，創(chuàng)建AccessPoint，LDevice實例；邏輯設(shè)備可管理多個應(yīng)用和頁面內(nèi)的建模符號。（3）動態(tài)創(chuàng)建LN。匯總邏輯設(shè)備內(nèi)頁面符號，提取各類建模符號，執(zhí)行符號的腳本。在腳本中，調(diào)用API接口，從標題描述配置文件中獲取對應(yīng)的lnClass；根據(jù)符號塊設(shè)置的DO描述，從DO描述配置文件中獲取對應(yīng)的DO默認名。將連接線上的變量填入到DAI的sAddr字段。將具有相同lnClass的DO實例用鏈表管理，并處理鏈表內(nèi)DO重名，為避免MMS通信過程中讀取數(shù)據(jù)模型時單幀報文過大，按照35個DO進行分組，形成若干個LN。（4）形成數(shù)據(jù)模板。LNodeType根據(jù)自動創(chuàng)建的LN實例化數(shù)據(jù)，一一對應(yīng)形成；DOType在符號庫建模數(shù)據(jù)文件中定義。DAType、Enum Type通過basedata.ini文件預(yù)先定義。（5）形成數(shù)據(jù)集。例如用dsParameter匯總單區(qū)定值，用dsSetting匯總多區(qū)定值，用dsWarning匯總告警信號，用dsA larm匯總故障信號等，在腳本中根據(jù)符號的類型，自動將FCDA添加到數(shù)據(jù)集中。（6）形成報告控制塊。通過report.ini設(shè)置數(shù)據(jù)集和報告塊關(guān)聯(lián)關(guān)系，可自動創(chuàng)建報告控制塊。（7）形成其他節(jié)點。定義SubNetwork ，Services，Header等圖形化配置符號，分析相關(guān)符號配置內(nèi)容，形成變電站、服務(wù)、文件頭等節(jié)點信息。

3 結(jié)束語

介紹了直流保護系統(tǒng)中IED自動建模方案，以圖形化符號可視化連線的方式完成程序和模型關(guān)聯(lián)，通過代碼生成工具，執(zhí)行相關(guān)腳本，可創(chuàng)建邏輯節(jié)點，完成數(shù)據(jù)項的配置，并輸出IED模型文件。該方案已經(jīng)在多個直流工程中進行了應(yīng)用。

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