數字化變電站到IEC 61970主站信息無縫交換

王文婕，張海東

（1.鹽城供電公司，江蘇鹽城 224000；2.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京 210061）

基于IEC 61850的數字化變電站自動化系統（以下簡稱子站）和基于IEC 61970的數字化電網調度自動化系統（以下簡稱主站）已有多項工程投入使用，目前子站和主站之間的信息交換方式是將IEC 61850轉換成IEC 60870，采用IEC 60870-5-101/104通信規約傳輸數據值和命令。這種傳統的傳輸方式具有很多弊端∶子站上大量豐富的有用信息不能傳輸到主站上，系統之間處于分割狀態產生信息孤島，沒有充分發揮兩大標準的優勢；變電站和多個調度中心重復維護，增加了維護的工作量和電網的安全隱患等。而以信息化、自動化、互動化等為特征的智能電網則是要求子站與主站實現無縫連接，取代傳統的信息傳輸方式[1]。針對上述問題和背景，提出了在實踐應用中子站到主站無縫信息交換的策略，分析了子站和主站模型及其之間的映射關系。

1 子站到主站無縫信息交換

子站到主站無縫信息交換方法有：（1）子站中生成SCD文件在子站后臺監控中對子站SCD模型轉換生成符合主站要求的模型，然后上送到主站中；（2）子站生成SCD文件上送到主站，主站對其轉換生成主站關心的模型。鑒于以后數字化變電站裝置發展趨于智能化，弱化后臺監控的作用等因素，在實踐應用中具有推廣應用價值的是方法（2），具體步驟如下：

（1）子站生成SCD文件上送到主站；

（2）主站對SCD文件加以解析，把主站關心的子站SCD模型轉換成公共信息模型（CIM）；

（3）最終生成符合主站要求的CIM資源描述框架（RDF）格式XML文件并導入到主站中，使主站關心的子站信息完整上送到主站中。

基本流程如圖1所示。

2 SCD與CIM模型

2.1 SCD模型介紹

IEC 61850 SCL配置文件用于在不同制造商的不同工具間交換配置數據,存在4種類型SCL文件,通過文件名后綴加以區分。這4種文件分別是∶ICD文件，SCD文件，SSD文件，CID文件。SCD對象模型有3個基本部分：（1）變電站模型：從功能的角度描述開關場的設備（過程裝置）、基于電氣接線圖的連接（拓撲）、說明裝置和功能，是基于變電站功能結構的分層對象。其主要包括的對象模型：變電站，電壓層，設備，子設備，連接節點，端點等。（2）IED模型：變電站自動化系統中的二次智能電子設備。其主要包括的對象模型：智能電子設備，服務器，邏輯裝置，邏輯節點，數據等。（3）通信系統模型：與通信相關的對象類型。通信模型其主要包括的對象模型：訪問點，路由器，時鐘等。

IEC 61850標準中的對象模型采用XML Schema（W3C擴展標記語言）描述，在其XML文檔中為分層結構可以有多層嵌套。使用XML語言定義變電站自動配置語言的實例如下：

這個XML文件說明變電站節內含1個電壓等級D1，在此電壓等級中含有一個間隔Q1，此間隔里有1個電流互感器l1。

2.2 CIM介紹

CIM是一個抽象模型，它表示通常包含在能量管理系統（EMS）信息模型中的電力企業的所有主要對象。CIM規范使用統一建模語言(UML)表達方法，它將CIM定義成一組包，整個CIM劃分為下面幾個包：核心，拓撲，電線，停運，保護，SCADA，量測，負荷模型，發電，生產，發電動態，域，能量計劃，預訂，財務，資產。包的邊界并不意味著應用的邊界。一個應用可能使用幾個包的CIM實體。CIM中的每一個包包含一個或多個類圖，用圖形方式展示該包中的所有類及它們的關系。然后根據類的屬性及與其他類的關系，用文字形式定義各個類。CIM包含的基本類有：變電站類，基準電壓類，間隔類，導電設備類，端點類，設備容器，電流繼電器類，保護設備類等。在CIM中與子站相關的模型主要是電網模型，變電站模型和量測模型。

IEC 61970對象模型也采用了XML語言描述，使用的是另外一種更復雜功能也更強大的元數據描述工具—RDF。RDF定義了數據本身，也就是語義，CIM XML語言是基于CIM模型的RDF應用，它是CIM RDF語法的綜合。每個系統的資源都有惟一的標識 (ID)。ID屬性用于使元素能夠引用CIM RDF Schema文檔中的其他元素節點。ID＝“Terminal”元素可以通過在該屬性值前加＃號 （如“＃Terminal”）的方式被其他元素引用。

3 SCD與CIM模型比較分析

IEC 61970 CIM模型和IEC 61850 SCD模型建模都采用了XML、UML、面向對象、組件技術等信息領域最前沿的技術。在IEC 61970 CIM和IEC 61850 SCD對象模型存在如下的情況，（1）2種標準中共通的對象模型，如變電站、電壓等級、間隔、變壓器、斷路器等。（2）只有一種標準中定義的對象模型：IEC 61970 CIM模型中獨有的對象模型，如主控區域、子控區域、負荷等；IEC 61850 SCD模型中獨有的對象模型，如智能電子設備 （IED）、邏輯節點（LPHD、PTOC 等）、控制塊（RCB、SGCB）等。它們的關系如圖2所示。

IEC 61850 SCD對象采用SCL XML(XML Schema)描述，層層嵌套是一種樹狀結構。IEC 61970 CIM對象模型中的CIM XML(RDF XML)描述的，是一種網狀結構。雖然兩者的結構和采用的XML語言格式不一樣，但這2種命名方式都符合萬維網聯合會制定的XML命名空間規范。

4 模型映射分析

子站上送到主站的SCD文件中部分模型是主站不關心的，例如保護模型，35 kV子站中的電抗器等。因此只需把主站關心的子站模型與主站模型建立映射關系。

在IEC 61850 SCD模型和IEC 61970 CIM模型中擁有共通的對象模型，這些模型可以基本建立他們之間的映射關系如圖3所示，但并不是一對一的嚴格映射關系。一對多的映射關系，如圖3中子站間隔模型與主站CIM模型中間隔和母線段2個對象模型形成映射關系；多對一的映射關系，如圖3中子站電容器組和電抗器組模型2個模型與主站CIM模型中補償器形成映射關系。在子站SCD中具體定義而主站CIM模型中沒有明確定義的，如智能電子設備（IED）等。建立映射關系需要按照主站CIM模型中的要求建立相應的包類，增加相應的類型，屬性和關聯等。

圖3 共通模型映射關系

子站模型到主站模型雖然可以建立映射關系，但是是有條件的在建立映射，需加以處理。主要有如下幾個方面：

（1）子站與主站模型類型不一致：SCD模型中定義的對象模型與CIM模型中類型不完全一致。例如SCD電抗器和SCD電容器兩個對象模型與CIM補償器對象模型建立映射關系，兩者的模型類型確不一致。

（2）子站與主站的對象模型屬性不完全一致。例如CIM中邏輯節點屬性是強制的而在對應的SCD中有些屬性是可選的。同期檢測繼電器類在CIM中相關屬性，相角，頻率和電壓必須的而在SCD中對應的為可選的。

（3）子站與主站的關聯關系不完全一致。SCD中的對象模型關聯關系通過層次路徑實現，是直接簡單的，是一種樹狀結構。CIM中是雙向的關聯關系，展開后是一種網狀結構，CIM模型中對象模型的關聯通過惟一標識ID加以引用，這種跨越的關聯關系很復雜，由于類型之間的必須關聯關系導致很難表達2個實例對象的實時關系，在建立映射關系中需結合實際情況進行數據建模。

即使子站與主站對象模型中某些部分很好的映射關系，基本的關聯關系在子站和主站中也不一樣，例如變壓器模型，在主站CIM模型中變壓器是作為主變間隔，而主變間隔與變電站相連。而在子站模型中變壓器可以連接在變電站，電壓，間隔等結構層中。在子站模型中間隔必須是電壓等級的一部分，電壓等級必須是變電站的一部分。而在主站CIM模型中間隔可以是電壓等級或變電站的一部分或兩者都不是，甚至在主站模型中根本沒有。在主站CIM模型中詳細定義了變壓器，分接頭，斷路器，開關等模型，而子站SCD模型中只是定義了一種導電設備，導電設備有枚舉屬性，枚舉屬性決定了對象類型是那哪種實類對象。

子站與主站對象模型的描述語言都是XML語言，命名方式都符合萬維網聯合會制定的XML命名空間規范，同時XML語言具有異構系統間的信息互通等特點，XML語言是對象模型映射轉換的最終交換格式。

5 結束語

子站到主站信息無縫交換是智能電網建設要求之一，也是IEC 61850和IEC 61970標準在工程實踐中進一步深入應用的要求。目前IEC 61850和IEC 61970這2個標準在不斷地發展，為了符合將來應用需求，現有模型需要不斷更新，例如加入避雷器等模型。隨著電力系統信息一體化的發展，需要制定一些相關列標準使兩大標準合并為一，實現子站與主站共享建模，乃至最終要實現調度，變電站和配電信息一體化。

[1]陳樹勇，宋書芳，李蘭欣，等.智能電網綜述[J].電網技術，2009，33（8）：1-7.

[2]譚文恕.電力系統無縫通信系統體系[J].電力系統自動化，2001，22（11）：1-4.

[3]周鄴飛，張海濱，徐石明，等.IEC61850工程組態中的統一建模技術研究[J].江蘇電機工程，2007，26（S）：72-74.

[4]胡 靚.XML語言在新一代電力自動化系統中的應用[J].電力學報，2007，22（1）：35-38.

[5]IEC 61850，Communication Networks and System in Substation[S].2004.

[6]IEC61970-301.Energy Management System Application Program Interface （EMS-API）：Part 301 Common Information model（CIM）base[S].2007.