基于SCD文件的智能变电站监控系统数据库自动生成方法设计与实现

2020-06-12南瑞集团公司国网电力科学研究院国电南瑞科技股份有限公司张丛丛吴小娟潘洪湘刁东宇

电力设备管理 2020年2期

南瑞集团公司（国网电力科学研究院）国电南瑞科技股份有限公司张丛丛吴小娟潘洪湘刁东宇

引言

变电站模型是电力系统自动化技术应用的重要基础。随着变电站自动化技术的不断发展，目前智能变电站广泛采用IEC 61850 模型表达方式[1]。IEC61850标准定义了一套面向对象的服务描述体系，此体系由服务器、客户机等基本机构构成，描述了服务器和客户机分层机构的数据、设备、数据结构等对象语言及建模。

由于监控系统的后台数据库和基于IEC61850的SCD模型文件的存储格式、数据模型的构建差异较大，两种数据格式在转换的过程中难以直接进行映射。监控系统数据库按照四遥存储点表，需要将四遥信号转换为符合61850通讯的格式再与二次设备进行通讯，效率较低。而点表为工程人员手动创建，存在工作量大，容易出错等弊端，对工程人员调试水平要求较高，难度较大。因此采取自动的方式，安全、快速、方便的实现SCD模型数据到监控系统数据库模型映射对变电站日常调试具有重要意义。

目前针对SCD文件的61850模型到监控系统数据库的映射有了一定的研究[2-5]，但是模型到数据库的匹配比较繁琐，映射过于复杂，本文从实际应用出发，研究通讯和站内调试常用数据的数据库建模的具体方法。

1 SCL语言与建模

变电站智能设备配置语言SCL（Substation Configure Language）定义了不同厂家的配置工具和系统配置工具间可互操作的变电站系统配置数据。变电站系统建模流程包括：由智能设备厂家提供生成规范化的ICD文件；二次设备自动化厂家集中全站规范化的ICD文件，并配置系统规范描述SSD文件，统一生成全站SCD模型；后台监控系统厂家由SCD模型实现全站数据库建模[6]。

变电站配置语言SCL语言用于描述站内设备的配置及配置信息的交互，它将变电站设备信息抽象出来，以面向对象的类来定义这些信息；对这些类的定义与约束构成了SCL的语法体系，在IEC61850-6中这些类通常是先采用UML语言来进行概况性定义，然后再采用XML Schema进行具体描述，UML类图直观的反映了SCL本质的语法结构。

采用SCL语言的变电站的配置文件包括ICD、CID、SCD、SSD等文件，这些文件是SCL语言的实例化应用[7]。SCL中主要定义了四部分的信息，通讯类（Communication）、一次设备类（Substation）、智能电子设备类（IED）、数据类型模板类（DataTypeTemplate）。

其中通讯类按通信子网、访问点进行划分，定义了不同设备间通讯参数的相关类；一次设备类按照电压等级、间隔对设备进行划分，定义了变压器、母线、开关、绕组、分接头等多种设备类，并对这些设备的功能进行了逻辑节点关联；智能电子设备类主要定义了二次设备内部与通信接口相关的功能逻辑节点类、数据集类、通信控制块类等信息，并按照访问点、服务器、逻辑设备、逻辑节点等层次进行了划分；数据类型模板类定义了逻辑节点类型、数据对象类型、数据属性类型的模板类，这些模板类的实例类主要用于描述IED的信息。图1描述了SCL中所定义信息的基本架构。

图1 SCL基本架构

通讯(Communication)模型是变电站二次通讯网络对象的结构定义。主要的数据层次为子网(SubNetWork)→访问点(ConnectedAP)→间隔(Bay)→GSE和SMV→具体参数(IP地址、最大时间、最小时间等)。层次结构框图具体如图2。通过解析以上通讯类的层次结构，获得变电站通讯网络的各种参数信息，生成相关数据文件供后续监控系统数据库自动导入。

图2 Communication部分的结构框图

Substation类包解析。变电站模型描述的是全站统一化信息，包括变电站基本信息、电压等级信息、间隔类信息、一次设备类信息及其子设备信息。通过解析以上变电站类的相关类数据，获得变电站所有一次设备数据信息，生成相关数据文件供后续监控系统数据库自动生成变电站一次设备。

IED类包解析。IED类描述的是变电站二次硬件设备信息。包括设备基本信息、服务端基本信息、逻辑装置信息、逻辑节点信息、数据基本类型信息。此类型描述呈层次机构，每一层次只描述当前指定的内容对象，最底层数据描述和路径由其上层所有结构名称描述合成构成。通过解析IED类数据包可以得到全站二次设备的基本结构构成，基本网络关系和基本数据关系。

图3 智能电子设备(IED)模型结构框图

DataTypeTemplate类包解析。IED类数据包里最底层的数据定义了该设备具体的数据单元，而基本数据模板类定义了SCD模型里所有数据单元的模式和基本属性。所有LN下的数据单元属性和数据基本模板里有一定的关联关系，需要读取模板信息才可以得到全部LN下数据单元的信息。

2 数据库配置

数据库信息主要分为以下几类：字典类。定义系统中所有配置常量、数据基准值、做图基本颜色信息、告警基本等级等信息。为了系统运行安全，此类表一般不允许用户修改；系统类。定义的系统相关参数，如厂站标识、系统节点信息、用户信息、文件信息、图元信息等参数，此类型表数据一般由程序自动生成；一次设备类。包含一次设备类按设备类型分类的表和通讯逻辑节点参数表，定义了站内所有一次设备信息和通讯参数，通讯参数包括站内通讯层级网络、二次设备61850通讯参数等；量测类。包括普通四遥表。

通过SCD文件进行数据库建模的过程，即是从SCD模型不同类型的数据包中解析数据模型信息，转换成数据库可分辨、可入库信息。需要将面向对象的建模信息进行分解，生成基本数据模板信息、一次设备类信息，抽取测点信息定义告警类型、新建四遥数据等。由此可将数据库建模分成三部分：首先由设备商家提供的ICD文件进行配置生成全站SCD文件，然后解析SCD文件抽取数据库建模信息，最后由解析的分类信息表实现数据库映射。

图4 SCD建模主要流程

3 数据库建模实现

数据导入具体步骤为：解析全站SCD文件，将所有SCD信息包括通讯类、一次设备类、智能电子设备类、数据类型模板类存为二进制文件保存数据库中；根据二进制数据文件生成临时数据模板信息。定义临时数据库模板信息包括接线端子信息、所关联主测点信息、数据类型信息、装置类型信息等；根据二进制数据文件中通讯类数据生成数据库模型通讯信息。通过解析通讯类的层次结构，获得变电站通讯网络包括网络IP、逻辑节点等的各种参数信息；根据二进制数据文件中一次设备类和智能电子设备类数据生成数据库间隔类、一次设备类和逻辑节点类信息。包括间隔分配、一次设备类型、所属逻辑节点关联关系等；根据二进制数据文件中数据类型模板类信息和临时模板信息生成一次设备类下测点信息，用于描述解析通讯报文中所描述信号。

由于所生产测点信息完全和61850通讯报文中模型一致，所以通讯报文不需要通讯程序进行数据类型转换可直接解析入库，进行二次信号的处理如告警和历史数据采样等，大大节省了程序处理实时数据的时间，提高了监控系统数据采样，历史数据回查等后续处理操作的效率。