基于MMS-Lite SCL文件解析功能的改進(jìn)

沈石蘭 徐強超 鄺國安 鄒三紅 劉 雍

（廣州供電局有限公司，廣州 510060）

基于MMS-Lite SCL文件解析功能的改進(jìn)

沈石蘭 徐強超 鄺國安 鄒三紅 劉 雍

（廣州供電局有限公司，廣州 510060）

本文介紹了IEC 61850中SCL文件的基本結(jié)構(gòu)；分析了MMS-Lite中SCL解析的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及實現(xiàn)過程；針對MMS-Lite在解析中所生成的信息樹形結(jié)構(gòu)中缺乏IED設(shè)備及GOOSE等信息的弱點，對MMS-Lite的源代碼進(jìn)行改進(jìn)，得到更加完整的解析信息量，有利于更全面了解變電站狀態(tài)。

MMS_lite；SCL文件；解析功能；改進(jìn)

變電站配置語言SCL是IEC 61850采用的變電站專用描述語言，它采用基于XML1.0的可擴(kuò)展標(biāo)記語言，描述了變電站IED設(shè)備及變電站網(wǎng)絡(luò)通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的配置，用于數(shù)字化變電站實施的不同階段傳遞模型信息，其最終的目的是為了在不同制造廠商的設(shè)備配置工具以及系統(tǒng)配置工具間交換系統(tǒng)的配置信息，實現(xiàn)互操作[1-3]。XML文件是一種簡單的文本格式，采用 XML文件描述變電站配置可以使得語義與設(shè)備結(jié)構(gòu)能很好結(jié)合，使用SCL能夠使系統(tǒng)維護(hù)升級、智能電子器件控制變得更為簡單易行。變電站中的各種設(shè)備統(tǒng)一使用IEC 61850，可以避免協(xié)議轉(zhuǎn)換的開銷，減少數(shù)據(jù)集成和維護(hù)的成本。

IEC 61850將工程實施不同階段符合SCL語法規(guī)則的文件進(jìn)行了分類，包括SSD（系統(tǒng)規(guī)范描述文件）、ICD（智能電子設(shè)備能力描述文件）、SCD（變電站配置描述文件）、CID（配置過的智能電子設(shè)備描述文件文件），IID（實例化的智能電子設(shè)備描述文件），SED（系統(tǒng)交換描述文件）。實現(xiàn) IEC 61850規(guī)定的配置工具，無論是IED配置工具還是系統(tǒng)配置工具，都需要對SCL文件進(jìn)行正確解析。

當(dāng)前世界主要電力自動化廠商都使用SISCO公司的MMS-Lite實現(xiàn)IEC 61850，MMS-Lite對應(yīng)的嵌入式應(yīng)用版本是 MMS-EASE Lite。MMS-EASE Lite以ANSI C源代碼的形式提供，不依賴于具體編譯器和操作系統(tǒng)。它提供了基本的協(xié)議處理框架和相關(guān)的API接口以及IEC 61850建模功能[4-5]。

本文對MMS-lite中SCL文件解析使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和過程進(jìn)行了分析。為了建立SCL文件中IED設(shè)備的連接關(guān)系，對MMS-lite源代碼進(jìn)行了相應(yīng)的修改，使所解析出來的信息量更加完整，有利于全面了解變電站的狀態(tài)。

1 SCL文件的基本結(jié)構(gòu)

符合SCL語法規(guī)則的文件將各節(jié)點以樹形結(jié)構(gòu)組織起來，完整的文件由 Header、Substation、Communication、IED、DataTypeTemplates五大部分組成[6]。其中Header為信息頭，用來存放版本、修改信息及名稱映射信息，Substation節(jié)點用來描述變電站的功能結(jié)構(gòu)、主元件，電氣連接，電壓等級、間隔層、電力設(shè)備節(jié)點等，IED部分描述了所有智能電子設(shè)備，說明了所包含的邏輯裝置、邏輯節(jié)點、數(shù)據(jù)對象和智能電子設(shè)備所具備的通信服務(wù)能力等相關(guān)設(shè)置。DataTypeTemplates為數(shù)據(jù)類型模板，定義了在文件中出現(xiàn)的邏輯節(jié)點的實例，包括類型及該邏輯節(jié)點包含的數(shù)據(jù)對象DO等，Communication節(jié)點定義了邏輯節(jié)點之間通過邏輯總線和IED接入地安置點的聯(lián)系方式。SCL包含的4個部分如圖1所示。

圖1 SCL文件結(jié)構(gòu)

SCL文件中可存在0到無窮個Substation節(jié)點，用來描述數(shù)字化變電一次系統(tǒng)模型，可包含多個變電站的信息。可包含0到無窮個Communication節(jié)點，用來描述各個IED的SV控制塊和GOOSE控制塊的地址信息，IED部分用來描述各個智能電子設(shè)備的具體內(nèi)容，SV及GOOSE的發(fā)布和訂閱都在IED部分進(jìn)行描述。DataTypeTemplates部分用來定義邏輯節(jié)點類型 LNodeType、數(shù)據(jù)對象類型DOType、數(shù)據(jù)屬性類型DAType等數(shù)據(jù)類型模板。SCD文件中的虛連接信息位于 IED section 每個邏輯設(shè)備LD的Inputs節(jié)點下，每條虛連接包括：接收裝置、輸入虛端子描述、輸入虛端子引用、設(shè)計描述、輸出虛端子描述、輸出虛端子引用、發(fā)送裝置等信息。

2 MMS-Lite解析SCL關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

MMS-Lite軟件包在解析SCL文件時規(guī)定所解析的SCL文件必須包含至少一個IED節(jié)點，在IED節(jié)點下至少包含一個AccessPoint節(jié)點。IED的name屬性必須匹配 iedName參數(shù)，同時 AccessPoint的name屬性必須匹配accessPointName參數(shù)。

為了了解SCL文件中的各部分的IED設(shè)備的連接信息，需要修改SCL文件中的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在MMS-Lite中使用了sclInfo結(jié)構(gòu)體來存儲從SCL文件解析出的相關(guān)信息。SclInfo結(jié)構(gòu)體如下所示：

從此結(jié)構(gòu)體可以看出，結(jié)構(gòu)體中的多數(shù)變量都是作為所對應(yīng)的SCL語言節(jié)點部分的鏈表頭指針，系統(tǒng)的SCL_INFO結(jié)構(gòu)體對應(yīng)IEC 61850規(guī)約包含了 Header的結(jié)構(gòu)體，Header結(jié)構(gòu)體包含了 id，version，revisiontoolID等head的內(nèi)容，subnetHead結(jié)構(gòu)體指針對應(yīng)IEC 61850規(guī)約中的communication節(jié)點、LnTypeHead對應(yīng)了IED節(jié)點、doTypeHead對應(yīng)了IED節(jié)點下的相關(guān)設(shè)備的控制塊等數(shù)據(jù)。利用 MMS-Lite進(jìn)行 SCL文件解析的軟件可以通過SCL_INFO結(jié)構(gòu)體找到相應(yīng)的根節(jié)點，通過這些鏈表指針可以獲取系統(tǒng)中的Communication，IED設(shè)備及系統(tǒng)中的DO、DI信息。

在 subnetHead、LnTypeHead、doTypeHead、enumTypeHead、ldHead除了包含了name等這些和節(jié)點相關(guān)的變量外，均包含了next和prev兩個指針，對每一個樹形結(jié)構(gòu)體均可形成相應(yīng)節(jié)點的雙向鏈表，在后續(xù)的程序中可以通過SCL_INFO指針訪問不同的節(jié)點，以及不同節(jié)點下的各種設(shè)置信息。

為了獲取系統(tǒng)中的 IED設(shè)備的相關(guān)信息，在SCL_INFO結(jié)構(gòu)體中間加入了SCL_IED* iedHead指針用來獲取IED設(shè)備信息，從而為分析系統(tǒng)的虛端子連接情況作準(zhǔn)備。

從以上分析可知，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含了SCL文件的對應(yīng)的內(nèi)容，同時也與SCL文件中的相關(guān)的設(shè)備聯(lián)系在一起。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)聯(lián)系如圖2所示。

除了SCL_INFO結(jié)構(gòu)體外，MMS-Lite使用了另外一個結(jié)構(gòu)體用來保存SCL解析過程中的數(shù)據(jù)。

此結(jié)構(gòu)體可以針對系統(tǒng)中的IED設(shè)備的相關(guān)信息進(jìn)行保存。

圖2 SCL文件解析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)聯(lián)系圖

3 MMS-Lite解析SCL流程

MMS_lite支持使用EXPAT解析SCL文件，也支持自定義的 SCL文件解析方式，本文使用的是MMS_lite自定義的SCL文件解析。

在MMS-Lite軟件包以scl_parse函數(shù)作為入口點對SCD文件進(jìn)行解析。scl_parse函數(shù)改進(jìn)后的原型如下所示：

ST_RET scl_parse (ST_CHAR *xmlFileName,SCL_INFO *sclInfo,int (*parse_prog)(int pos));

其中 xmlFileName參數(shù)用來指向需要解析的SCL文件，sclInfo作為以上所分析的SCL_INFO的結(jié)構(gòu)體指針，parse_prog作為函數(shù)指針可以用來在MMS-Lite在解析的過程調(diào)用用戶定義的函數(shù)來完成用戶指定的功能。scl_parse函數(shù)實際調(diào)用了sx_parseExx_mt函數(shù)來完成 SCL文件的解析。SX_parseExx_mt函數(shù)調(diào)用 sx_parse_mt函數(shù)進(jìn)行SCL文件的解析。系統(tǒng)解析SCL文件的流程圖如圖3所示。

圖3 MMS-Lite解析流程圖

從以上流程圖中可知，MMS-Lite在解析 SCL文件的快速性在于解析的過程中將SCL文件全部讀入到系統(tǒng)的內(nèi)存中。

MMS_Lite軟件包解析XML文件的核心部分在sx_rip_xml函數(shù)中實現(xiàn)，此函數(shù)通過循環(huán)來解析整個SCL文件的內(nèi)容，在解析的過程中按照了XML文件的基本格式，以“<、!--、-->、！[CDATA[”等標(biāo)識來判斷當(dāng)前的文件解析的節(jié)點并且根據(jù)“>”符號來判斷數(shù)據(jù)的結(jié)束以及節(jié)點內(nèi)容的嵌套，通過“<”符號與“>”符號之間的匹配來判斷節(jié)點內(nèi)容是否嵌套完畢。MMS_Lite軟件包中的sx_rip_xml函數(shù)的流程圖如圖4所示。為了簡單的描述此函數(shù)的處理過程，本流程圖省略了MMS_Lite軟件中循環(huán)處理過程及相關(guān)的出錯處理，在MMS_Lite中可通過相關(guān)的出錯處理來判斷SCL文件的完整性。

圖4 解析函數(shù)流程圖

4 MMS_lite源代碼改進(jìn)

MMS_lite在解析 SCL文件的過程中會解析出大部分的信息，為系統(tǒng)的信息建立了樹形的結(jié)構(gòu)。但是此樹形結(jié)構(gòu)并沒有包含IED設(shè)備及GOOSE信息發(fā)送和接收端的信息，為了建立虛端子的連接情況需要補充某些節(jié)點結(jié)構(gòu)缺少的參數(shù)，例如SCL_GSE的MinTime和MaxTime等參數(shù)，還需要補充缺少的節(jié)點結(jié)構(gòu)，如SCL_PYHCNN，SCL_SDI，SCL_SDO等節(jié)點，因此結(jié)構(gòu)體中需要增加scl_ied、scl_ap、scl_doi和scl_extref這4個單向鏈表的指針，通過這4個單項鏈表直接的關(guān)系就可以得出系統(tǒng)中的虛端子的連接情況。比對scl_ied鏈表的name及scl_ap鏈表中的name、LD的實例名inst和控制塊的name找到與控制塊匹配的SMV/GSE；通過比對控制塊的datSet屬性和數(shù)據(jù)集DataSet的name找到與控制塊匹配的DataSet。

MMS-Lite原始代碼中同一個LN節(jié)點下的所有DAI以扁平化方式存儲在一個大的 SCL_DAI鏈表中，這樣的存儲結(jié)構(gòu)與 SCD文件原始結(jié)構(gòu)并不一致，不符合 SCD的原始結(jié)構(gòu)，因此需要新增SCL_SDI和 SCL_DOI結(jié)構(gòu)，這兩個結(jié)構(gòu)下都有SCL_DAI鏈表，另外SCL_DOI和SCL_SDI都包含一個SCL_SDI鏈表，通過這兩個鏈表可以讓解析的數(shù)據(jù)和SCD原始結(jié)構(gòu)一致。

SCL_SDI數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

將以上兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加入到SCL_LN數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，為解析的數(shù)據(jù)預(yù)留空間。在新增SCD文件需要的數(shù)據(jù)節(jié)點后還需要對新增節(jié)點結(jié)構(gòu)添加解析函數(shù)同時在父節(jié)點的子元素表中添加新增節(jié)點的解析參數(shù)。以SCL_PHYCNN為例，需要在父節(jié)點的的子元素表中新增以下解析參數(shù)。

若新增節(jié)點中包含子元素，還需添加節(jié)點的子元素表。

最后利用系統(tǒng)中解析出的 sclDecCtrl數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來填充新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對于SCL_PHYCNN需要增加_PhysConn_SEFun函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)填充。填充的函數(shù)如下。

5 結(jié)論

IEC 61850規(guī)定的SCL文件是基于XML的文件，變電站中的配置工具無論是系統(tǒng)配置工具還是IED配置工具，都不可避免的要對SCL文件進(jìn)行解析。本文針對MMS-lite軟件對SCL文件的解析中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，同時為了建立SCL文件中的IED設(shè)備的連接關(guān)系，增加了部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了MMS-Lite軟件的改進(jìn)。

[1]張沛超,高翔.智能變電站[J].電氣技術(shù),2010(8): 4-10.

[2]祁忠,篤竣,張志學(xué),等.IEC 61850 SCL配置工具的研究與實現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2009,37(7): 76-81.

[3]何磊,田霞.IEC 61850SCL配置文件測試工具的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電力自動化設(shè)備,2012,32(4): 134-137.

[4]MMS-EASE Reference Manual,System Integration Specialists Company,Inc.

[5]MMS-EASE Lite Reference Manual,System Integration Specialists Company,Inc.

[6]劉希峰,韓振峰,李穎.GOOSE報文與SCD文件間對應(yīng)關(guān)系的應(yīng)用研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2013,41(24): 95-100.

Improvement of the SCL File Prase Function based on MMS-Lite

Shen Shilan Xu Qiangchao Kuang Guoan Zou Sanhong Liu Yong
(Guangzhou Power Supply Co.,Ltd,Guangzhou 510060)

This paper introduces the basic structure of SCL file.The data structure and implementation process of MMS-Lite for SCL file parse are analysised.As the classical tree structure of MMS-Lite paraser lacks the information of IED equipments and GOOSE,the authors modified the source codes of MMS-Lite to get such information.Finally a more complete information structure was gained,and it is more helpful for showing of the state of the substation.

MMS-Lite; SCL file; parse function; improvement

南方電網(wǎng)科技資助項目（No.K-GZM2014-120）

沈石蘭（1985-），女，廣西桂平人，工程師，主要從事繼電保護(hù)及自動化工作。