基于SCD文件的智能變電站監控系統數據庫自動生成方法設計與實現

南瑞集團公司（國網電力科學研究院） 國電南瑞科技股份有限公司 張叢叢 吳小娟 潘洪湘 刁東宇

引言

變電站模型是電力系統自動化技術應用的重要基礎。隨著變電站自動化技術的不斷發展，目前智能變電站廣泛采用IEC 61850 模型表達方式[1]。IEC61850標準定義了一套面向對象的服務描述體系，此體系由服務器、客戶機等基本機構構成，描述了服務器和客戶機分層機構的數據、設備、數據結構等對象語言及建模。

由于監控系統的后臺數據庫和基于IEC61850的SCD模型文件的存儲格式、數據模型的構建差異較大，兩種數據格式在轉換的過程中難以直接進行映射。監控系統數據庫按照四遙存儲點表，需要將四遙信號轉換為符合61850通訊的格式再與二次設備進行通訊，效率較低。而點表為工程人員手動創建，存在工作量大，容易出錯等弊端，對工程人員調試水平要求較高，難度較大。因此采取自動的方式，安全、快速、方便的實現SCD模型數據到監控系統數據庫模型映射對變電站日常調試具有重要意義。

目前針對SCD文件的61850模型到監控系統數據庫的映射有了一定的研究[2-5]，但是模型到數據庫的匹配比較繁瑣，映射過于復雜，本文從實際應用出發，研究通訊和站內調試常用數據的數據庫建模的具體方法。

1 SCL語言與建模

變電站智能設備配置語言SCL（Substation Configure Language）定義了不同廠家的配置工具和系統配置工具間可互操作的變電站系統配置數據。變電站系統建模流程包括：由智能設備廠家提供生成規范化的ICD文件；二次設備自動化廠家集中全站規范化的ICD文件，并配置系統規范描述SSD文件，統一生成全站SCD模型；后臺監控系統廠家由SCD模型實現全站數據庫建模[6]。

變電站配置語言SCL語言用于描述站內設備的配置及配置信息的交互，它將變電站設備信息抽象出來，以面向對象的類來定義這些信息；對這些類的定義與約束構成了SCL的語法體系，在IEC61850-6中這些類通常是先采用UML語言來進行概況性定義，然后再采用XML Schema進行具體描述，UML類圖直觀的反映了SCL本質的語法結構。

采用SCL語言的變電站的配置文件包括ICD、CID、SCD、SSD等文件，這些文件是SCL語言的實例化應用[7]。SCL中主要定義了四部分的信息，通訊類（Communication）、一次設備類（Substation）、智能電子設備類（IED）、數據類型模板類（DataTypeTemplate）。

其中通訊類按通信子網、訪問點進行劃分，定義了不同設備間通訊參數的相關類；一次設備類按照電壓等級、間隔對設備進行劃分，定義了變壓器、母線、開關、繞組、分接頭等多種設備類，并對這些設備的功能進行了邏輯節點關聯；智能電子設備類主要定義了二次設備內部與通信接口相關的功能邏輯節點類、數據集類、通信控制塊類等信息，并按照訪問點、服務器、邏輯設備、邏輯節點等層次進行了劃分；數據類型模板類定義了邏輯節點類型、數據對象類型、數據屬性類型的模板類，這些模板類的實例類主要用于描述IED的信息。圖1描述了SCL中所定義信息的基本架構。

圖1 SCL基本架構

通訊(Communication)模型是變電站二次通訊網絡對象的結構定義。主要的數據層次為子網(SubNetWork)→訪問點(ConnectedAP)→間隔(Bay)→GSE和SMV→具體參數(IP地址、最大時間、最小時間等)。層次結構框圖具體如圖2。通過解析以上通訊類的層次結構，獲得變電站通訊網絡的各種參數信息，生成相關數據文件供后續監控系統數據庫自動導入。

圖2 Communication部分的結構框圖

Substation類包解析。變電站模型描述的是全站統一化信息，包括變電站基本信息、電壓等級信息、間隔類信息、一次設備類信息及其子設備信息。通過解析以上變電站類的相關類數據，獲得變電站所有一次設備數據信息，生成相關數據文件供后續監控系統數據庫自動生成變電站一次設備。

IED類包解析。IED類描述的是變電站二次硬件設備信息。包括設備基本信息、服務端基本信息、邏輯裝置信息、邏輯節點信息、數據基本類型信息。此類型描述呈層次機構，每一層次只描述當前指定的內容對象，最底層數據描述和路徑由其上層所有結構名稱描述合成構成。通過解析IED類數據包可以得到全站二次設備的基本結構構成，基本網絡關系和基本數據關系。

圖3 智能電子設備(IED)模型結構框圖

DataTypeTemplate類包解析。IED類數據包里最底層的數據定義了該設備具體的數據單元，而基本數據模板類定義了SCD模型里所有數據單元的模式和基本屬性。所有LN下的數據單元屬性和數據基本模板里有一定的關聯關系，需要讀取模板信息才可以得到全部LN下數據單元的信息。

2 數據庫配置

數據庫信息主要分為以下幾類：字典類。定義系統中所有配置常量、數據基準值、做圖基本顏色信息、告警基本等級等信息。為了系統運行安全，此類表一般不允許用戶修改；系統類。定義的系統相關參數，如廠站標識、系統節點信息、用戶信息、文件信息、圖元信息等參數，此類型表數據一般由程序自動生成；一次設備類。包含一次設備類按設備類型分類的表和通訊邏輯節點參數表，定義了站內所有一次設備信息和通訊參數，通訊參數包括站內通訊層級網絡、二次設備61850通訊參數等；量測類。包括普通四遙表。

通過SCD文件進行數據庫建模的過程，即是從SCD模型不同類型的數據包中解析數據模型信息，轉換成數據庫可分辨、可入庫信息。需要將面向對象的建模信息進行分解，生成基本數據模板信息、一次設備類信息，抽取測點信息定義告警類型、新建四遙數據等。由此可將數據庫建模分成三部分：首先由設備商家提供的ICD文件進行配置生成全站SCD文件，然后解析SCD文件抽取數據庫建模信息，最后由解析的分類信息表實現數據庫映射。

圖4 SCD建模主要流程

3 數據庫建模實現

數據導入具體步驟為：解析全站SCD文件，將所有SCD信息包括通訊類、一次設備類、智能電子設備類、數據類型模板類存為二進制文件保存數據庫中；根據二進制數據文件生成臨時數據模板信息。定義臨時數據庫模板信息包括接線端子信息、所關聯主測點信息、數據類型信息、裝置類型信息等；根據二進制數據文件中通訊類數據生成數據庫模型通訊信息。通過解析通訊類的層次結構，獲得變電站通訊網絡包括網絡IP、邏輯節點等的各種參數信息；根據二進制數據文件中一次設備類和智能電子設備類數據生成數據庫間隔類、一次設備類和邏輯節點類信息。包括間隔分配、一次設備類型、所屬邏輯節點關聯關系等；根據二進制數據文件中數據類型模板類信息和臨時模板信息生成一次設備類下測點信息，用于描述解析通訊報文中所描述信號。

由于所生產測點信息完全和61850通訊報文中模型一致，所以通訊報文不需要通訊程序進行數據類型轉換可直接解析入庫，進行二次信號的處理如告警和歷史數據采樣等，大大節省了程序處理實時數據的時間，提高了監控系統數據采樣，歷史數據回查等后續處理操作的效率。

4 結語

本文提供了一種由SCD模型自動建立數據庫模型的方法，分析了SCL語言和數據庫不同關聯關系，在此基礎上提出了一種基于SCD模型直接在數據庫建建模的方法，降低了調式難度，大大提高了工程人員調試智能變電站的效率。由于數據庫模型可直接用于61850通訊，簡化了軟件通訊流程，提高了通訊程序處理的效率。