IEC61970标准（精选8篇）
IEC61970标准 第1篇
近年来,随着各种先进技术在电网中的广泛应用,智能化已经成为电网发展的必然趋势,发展智能电网在世界范围内已形成共识[1,2]。为了推动智能电网建设、确保智能电网健康有序地发展,各主要国际标准组织以及包括中国在内的许多国家都在大力推进智能电网标准化工作,相继提出一批对智能电网建设具有重大影响、并适用于智能电网多个技术领域的核心标准,如国际电工委员会智能电网战略工作组(IEC SMB SG3)推荐了涉及开放性架构、互操作性、网络安全性等方面的5项标准,作为智能电网核心标准;美国国家标准与技术研究院(NIST)建议美国联邦能源管制委员会(FERC)识别出有关智能电网互操作性和网络安全性的5个“基础性”标准集;美国前商务部长骆家辉和能源部长朱棣文联合宣布了第1批16个智能电网协同性与安全性的行业标准;中国国家电网公司推荐了首批22项坚强智能电网核心标准等[3]。在这些有关智能电网的标准中,IEC 61970作为智能电网建设中构建标准语义模型、提升互操作性的标准,每一次都被囊括其中。本文旨在介绍其最新研究情况。
1IEC 61970进展简介
IEC 61970是国际电工委员会第57技术委员会第13工作组(IEC TC57 WG13)负责制定、面向控制中心的能量管理系统应用程序接口(EMS-API)的系列标准,它包含公共信息模型(CIM)和组件接口规范(CIS)两部分内容[4,5]。经过十几年的持续发展和完善,基于多次互操作实验的成果,IEC 61970中的CIM从原先面向电力系统稳态领域逐步扩展到电力系统规划、动态等诸多领域,CIM版本也从2005年的CIM10演变成目前正在制定中的CIM15,基于对象管理组织(OMG)和OPC(OLE for process control)等标准技术的CIS规范也因传统OPC技术变化而进行了较大调整。
附录A中表A1展示了2011年6月IEC 61970各部分的研究状态。在欧洲输电运营商联盟(ENTSO-E)的支持下,基于IEC 61970的电力系统模型交换已经在欧洲主要电网运营机构内部实现,并在2010年7月进行了第1次互操作实验,为IEC 61970在智能电网的应用提供了有益借鉴。
国内电力行业对IEC 61970的研究始于2000年前后,研究人员主要是电网公司从事运行控制方面的人员、国内各主要EMS开发商、电力设计研究院所和高校的相关人员。国内对IEC 61970的研究内容主要是标准的翻译、转化及基于IEC 61970的电力系统软件开发等。全国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会的EMS-API工作组与IEC TC57 WG13对口[6],负责IEC 61970在中国电力系统内的转化和宣贯工作。目前,IEC 61970出版的11个部分中,有9个已经转化为中国的行业标准,其余2个正在研究和转化中。
2CIM演变
CIM以面向对象的方式描述了电力系统各领域的模型,是IEC 61970的核心内容[7]。早期的IEC 61970 CIM主要内容为EMS信息模型中的对象,随着后续不断的完善与发展,逐渐扩展到电力系统运行的所有公共对象建模。这样,IEC 61970 CIM的方法和内容也可以用于配电、电力市场和变电站等领域的模型构建。
实际上,IEC TC57 WG14和IEC TC57 WG16分别在开发配电管理系统接口标准(IEC 61968)和电力市场通信标准(IEC 62325)时,已不可避免地涉及了电网和运行管理的信息模型。这与IEC 61970 CIM有许多重叠和关联,因此IEC TC57统一协调IEC 61970、IEC 61968、IEC 62325等标准中的信息模型,形成了一个适用于IEC TC57范围的公共信息模型:IEC TC57 CIM。
IEC TC57 CIM以IEC 61970-301 CIM Base所描述的IEC 61970 CIM为基础,其最新的版本号是“IEC61970CIM15v31_ IEC61968CIM11v12_IEC62325CIM01v07”。其中,“CIM15v31”为CIM第15版第31次修改。CIM UML模型的维护工具也从过去的Rational ROSE变更为现在的Sparx Enterprise Architect 建模工具。
IEC TC57 CIM的重要变化描述如下。
2.1 量测模型
IEC TC57 CIM中量测模型最大的变化是将量测(Measurement)类进一步细分为4个子类:模拟量(Analog)、累计量(Accumulator)、字符串量测(StringMeasurement)和离散量(Discrete)。相应地,量测值(MeasurementValue)类也进一步细分为4个子类:模拟量值(AnalogValue)、累计量值(AccumulatorValue)、字符串量测值(StringMeasurementValue)和离散量值(DiscreteValue)。而且限值集(LimitSet)和限值(Limit)也针对模拟量和累计量进行了具体化描述。量测值的质量标志采用了IEC 61850中完整的质量标志集。详见附录A中图A1。
IEC TC57 CIM中MeasurementType不是以类的形式出现,而是作为Measurement类中的一个属性。量测类增加了单位标识(unitSymbol)和单位乘子(unitMultiplier)属性,IEC 61970 CIM模型中的单位(Unit)类已被删除。
2.2 命名模型
CIM中的对象命名一直是其核心内容之一。在CIM演变过程中,对象命名从CIM10中命名(Naming)类变化为CIM11中标识对象(IdentifiedObject)类,IdentifiedObject类在Naming类原有的4个属性基础上又增加2个新的属性,分别是主资源标识(mRID)和本地名(localName)[8]。CIM15中,对象命名又进行了较大调整,构建了1个可扩展的命名模型,以灵活的方式定义对象的其他命名,如附录A图A2所示。命名模型描述了定义对象其他名字的类图,以及它们是如何与定义名字类型的特定用户关联的方法。命名模型允许为特定领域定义特殊的命名,而不是强制规定一种命名规则。命名模型还允许在上下文环境中去交换命名规则,且别名(aliasName)、路径名(pathName)和本地名的概念都能通过此模型实现。
2.3 图表布局模型
IEC TC57 CIM中增加了图表布局模型,如附录A中图A3所示。其目的是要支持包括单线图在内的各种模型图表及任何模型数据的图形化展示。该模型通过建立图表对象与IdentifiedObject间的关系使得任何模型对象都能被放入图表布局中。图表布局模型能描述图表位置、与模型对象的链接和展现样式,但不包括渲染图表的所有细节。图表接收方可以基于上下文环境、与模型对象的链接和图表样式使用自己的渲染样式。
2.4 变压器模型
为了在三相平衡和不平衡情况下采用统一的变压器模型,支撑配电领域三相不平衡建模,在CIM15中对变压器模型进行了较大修改,如附录A中图A4所示。在IEC TC57 CIM的变压器模型中,原模型中的变压器绕组类(TransformerWinding)被TransformerEnd以及它的具体类变压器侧类(PowerTransformerEnd)所取代。通过端子类(Terminal)中序号属性(Terminal.sequenceNumber)及变压器侧与端子间的关联关系,来区分变压器端子所连接的变压器侧是高压、中压、低压中的哪一侧。为细化三相不平衡情况下的变压器建模,IEC TC57 CIM中增加了用于油箱细节建模的变压器油箱侧类(TransformerTankEnd),增加了变压器三角形接线阻抗类(TransformerMeshImpedance)和星形接线阻抗类(TransformerStarImpedance)。
如附录A中图A4所示的变压器和油箱模型中,可以通过细化变压器油箱模型来详细描述变压器内部的绕组分相连接和三相不平衡模型。输电系统通常采用三相平衡方式,变压器不需要分相描述,因此一般不需要构建油箱模型。但如果需要描述分相细节,就应在建模时增加变压器油箱对象。
3CIS变化
IEC 61970 CIS制定了应用或组件间进行信息交换的标准化接口以及这些接口所使用的事件类型和消息内容,并建立了接口与特定技术间的映射。其目的在于为独立开发的应用或系统集成提供标准的接口,同时保证互操作性,减少企业应用集成所需的工作量。
CIS分为级别1和级别2。级别1描述了接口的功能需求,这些接口被用于不同应用或组件间的数据信息交换和标准化访问公共数据,对应于IEC 61970中的4**部分,该部分与实现技术无关;级别2描述了采用特定技术对这些接口所使用消息的具体实现,即建立了接口与特定技术的映射,对应于IEC 61970中的5**部分,该部分与实现技术相关。在级别1中包含了一系列通用接口定义(GID)标准,包括IEC 61970-402/403/404/405/407。这些通用服务都基于已有的国际或工业标准,如OPC、OMG等。
图1展示了已经发布的CIS通用服务及其与OMG和OPC标准的关系[9]。第1行是IEC 61970,方括号内是引用的OMG和GID标准;第2,3行分别是IEC 61970所基于的OMG和OPC标准。图1中,DAF(data access facility)为数据访问设施,DAIS(data acquisition from industrial systems)为工业系统的数据采集,HDAIS(historical data access from industrial systems)为工业系统的历史数据访问,这些都是OMG标准。
在CIS通用服务中明确引用OMG和OPC等组织的标准避免了不必要的重复工作,加速了IEC 61970 CIS标准的制定,但这种依赖性也决定了CIS通用服务将随OMG和OPC标准的变化而同步调整。随着传统OPC技术取得突破,OPC基金会 (OPC Foundation) 发布了最新的数据通信统一方法OPC统一架构 (OPC unified architecture, OPC UA)。OPC UA在第1代OPC技术规范的基础上,将OPC从以微软为中心的COM/DCOM技术转化为开放式标准。OPC UA现已作为IEC 62541系列标准由IEC TC65E制定出版,因此,原只针对电力行业的IEC 61970-402/403/404/405/407将不再作为标准使用,而是由在多个行业领域被广泛实现的IEC 62541所取代。2011年3月,IEC TC57 WG13向IEC提交了废止IEC 61970-402/403/404/405/407标准的报告。目前,IEC 61970 TC57 WG13关于CIS部分的主要工作是,制定以标准号450开始的一系列描述应用或系统之间信息交换内容,即信息交换模型(IEM)的标准。
4 图形标准发展
为了实现不同系统、不同厂家和不同电力企业间的图形交换,IEC 61970在其453部分描述了基于CIM和可缩放矢量图形(SVG)格式的图形交换标准[10]。2008年6月发布了第1版,目前IEC TC57 WG13正在进行第2版的制定。从最初只是提出领域信息交换和图形交换概念,发展到提出以SVG为主的交换方式,直至在第2版中只描述静态的图表布局,IEC 61970图形交换标准的发展是一个逐步成熟的过程。
4.1基于CIM的图形交换
IEC 61970-453图形交换标准的第1版名称是基于CIM的图形交换,主要包含2个部分:一部分是图形的描述,另外一部分是与领域对象关联的描述。在图形的描述中,可以看到很多基于SVG的形式,图表对象CgoDiagram、图形对象CgoGraphicalObject、组对象CgoGroup、层定义CgoLayer、图表视图的定义CgoDiagramView等UML对象,基本与SVG元素相对应。在这部分还描述了图形对象的动作形式(用户交互逻辑和复杂对象)和表现形式。在标准的第2部分说明了SVG中如何使用元数据(metadata)与CIM中的领域对象进行关联。
4.2 图表布局子集
目前,正在制定的第2版图形交换标准的名称是图表布局子集。它去掉了表现逻辑、用户交互逻辑、复杂对象、metadata等第1版所关注的内容,将标准范围规定在以中性的UML语言重点描述静态图表布局。因此,它只是描述CIM对象在显示空间中的位置。其UML对象包括图表对象Diagram、图形对象DiagramObject、图形点组对象DiagramObjectGluePoint、图形点对象DiagramObjectPoint、图形对象风格DiagramObjectStyle、文字图形对象TextDiagramObject,可视层定义VisibilityLayer。
在第2版中,还将发生如下变化:通过支持增量的图表布局可以与增量的CIM模型相对应;所有的图表对象都由点所构成,这在第1版中没有明确规定;通过图表对象与IdentifiedObject关联,支持所有的CIM对象都有对应的图表图像;使用DiagramObjectGluePoint来表征CgoGroup等。
5 结语
作为智能电网核心标准的IEC 61970,在模型、接口和图形等方面都发生了比较大的变化,应在电力系统模型构建、信息共享、业务融合等方面进行深入研究和推广应用。事实上,中国对IEC 61970的研究也取得了较大进展,以IEC 61970-301、 IEC 61970-453等系列标准为基础,结合智能电网调度技术支持系统的实际应用需求,已提出了电网通用模型描述规范(简称E语言)、电网图形描述规范(简称G语言)、电力系统简单服务描述语言(简称S语言)和电力系统动态消息描述规范(简称M编码)等基础平台系列规范。目前,该系列规范已经成功应用于智能电网调度技术支持系统的研究、开发和实施,并且已经向IEC TC57技术委员会提交了基于CIM的高效模型交换格式(CIM/E)和基于CIM的图形交换格式(CIM/G)2项国际标准提案。这对于促进中国将智能电网相关技术领域的优势转换为先进的标准优势,占领国际智能电网技术的制高点,提高中国相关产业在国际智能电网市场的核心竞争力具有非常重要的意义。
附录见本刊网络版(http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx)。
参考文献
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IEC61970标准 第2篇
从某种意义上讲，“数字化变电站”主要指变电站二次系统的“数字化”，数字化变电站采用低功率、紧凑型、数字化的新型电流和电压互感器代替常规的互感器，将大电流、大电压变换为低电平信号或数字信号，利用高速以太网构成变电站数据采集及传输系统，实现基于61850的信息建模，采用智能断路器控制技术，使得变电站自动化技术在常规变电站自动化技术的基础上有了巨大的跨越。
61850标准将数字化变电站从结构上分为3个层次：
过程层：又称设备层，过程层的设备是智能化的设备，由电子互感器、智能开关、断路器、变压器等设备组成。
间隔层：由保护装置、测控装置组成，主要功能是：汇总本间隔过程层实时数据、对一次设备的保护控制、执行数据承上启下通信传输等功能。
变电站层：由监控、远动、故障信息子站组成，主要功能是：汇总全站数据、将有关数据传送到电网调度或控制中心、接收电网调度命令、具有站内监控和人机功能、具有对间隔层和过程层设备在线维护等功能。
IEC61850技术特点：
1）首次在电力系统通信协议中运用XML技术
在IEC61850-6提出了以XML为基础的变电站配置描述语言SCL，SCL能描述变电站內各智能电子设备，并能描述智能电子设备之间的关系，IEC61850采用XML来描述变电站的设备和功能，统一变电站数据交换格式，对变电站自动化工程的设计、规划、实施和信息交换都很有好处。
2）分层目录服务
IEC61850中的目录服务有5层，分别是服务器目录、逻辑设备目录、逻辑节点目录、数据对象目录和读数据定义。客户通过服务器目录服务，就可获得各个服务器中的各个逻辑设备名；按照各个逻辑设备名依次利用逻辑设备目录服务，就可获得相应逻辑设备中的各个逻辑节点名；按照各个逻辑节点名依次利用逻辑节点目录服务，就可获得相应逻辑节点中的各个数据对象名；按照各个数据对象名依次利用数据目录服务，就可获得相应数据对象中的各个数据属性名；利用读数据定义服务就可获得相应数据的全部数据属性定义。这样，在线情况下客户可以通过这些服务在客户数据库中建立对方全部的镜像。这些服务用于检索设备中整个分层的定义及全部可访问的信息定义，全部类的实例定义。在正常运行阶段，利用这些服务可监视各个服务器的变动和投运情况，实现配置管理。
3）服务与映射分开
IEC61850中提出了抽象服务通信接口（ASCI）和具体通信服务映射（SCSM），这样就把通信服务要求和具体的通信协议分离开，有利于适应通信技术的不断发展。目前61850-8-1中采用了MMS，以后还可能采用其它协议。即当网络技术发展时只要改动SCSM，而不需要改动ACSI。例如，今后要把LonWorks网络技术包容到61850中的话，61850-7-1到61850-7-4的部分都不需用修改，只要增加61850-8-X把ACSI映射到LonWorks就可以了，只是增加了基于LonWorks的通讯协议，而协议中所传输通信服务的内容没有改变。
4）增加了过程层
IEC61850提出了变电站的3层模型：变电站层、间隔层和过程层。随着电子式电流互感器和电压互感器在电力系统的使用，变电站自动化结构发生了变化，原来的2层结构变成了3层结构，增加了过程层。61850-9-1和61850-9-2就是针对过程层的电流电压采样服务的，其中61850-9-1是针对串行单向多支路点对点链路通信方式的，而61850-9-2是针对过程总线的。
5）使用了面向对象的UML建模技术，具有互操作性，具有面向未来的、开放的体系结构。
IEC61850-9-1：定义了过程层和间隔层之间采样值传输服务（SAV）的ACSI映射到串行一发多收点对点连接上。
IEC61850-9-2：定义了过程层和间隔层之间采样值传输服务（SAV）的ACSI映射到基于以太网的连接上。目前使用的光PT、光CT、合并单元、智能操作箱等间隔层设备在向间隔层装置上送采样值等信息时基本都采用这个基于以太网的IEC61850-9-2映射方式。IEC61850使用ACSI和专用通信服务映射SCSM（SpecificCommunicationServiceMAP）技术解决了标准的稳定性与未来网络技术发展之间的矛盾，即当网络技术发展时只要改动SCSM，而不需要改动ACSI。例如，今后要把LonWorks网络技术包容到61850中的话，61850-7-1到61850-7-4的部分都不需用修改，只要增加61850-8-3把ACSI映射到LonWorks就可以了，只是增加了基于LonWorks的通讯协议，而协议中所传输通信服务的内容没有改变。
湖南省株洲南500kV古亭变电站采用了站内61850规约系统，站内互感器、主变等一次设备都是常规部分，保护装置、故障录波、后台监控、故障信息子站等二次设备采用了IEC61850规约，古亭变完成了站内61850规约通信，这也就是所谓的：61850变电站。只实现了2层结构，没有过程层，间隔层仍然通过电缆与传统互感器和开关互联，间隔层和变电站层遵循了61850标准，通信上实现了互联互通，这种模式变电站也称为61850变电站，不能算完全意识上的数字化变电站。而株洲南变电站在保护故障信息子站实现了站内和调度之间应用61850规约。这也是株洲南站在华中地区得到了很大的突破。
数字化变电站二次系统装置是通过模型文件建立通讯的，模型文件在工程实施当中占据了非常重要的位置，在工程实施当中各个厂家提供装置内部的正确的模型文件非常重要，装置的模型文件必须要按照IEC61850规约规范建立。有了正确的模型文件，能给工程调试减少调试时间，减少调试当中出现的差错，增加应用当中的正确性、可靠性、互操作性。在系统运行查看问题也带来了很大的便利。
在工程实施当中理想化的配置过程：各装置厂商提供基于IED装置、描述装置能力的ICD文件；设计部门提供描述系统规模的SSD文件；系统集成商将全站所有装置的ICD文件和SSD文件进行组态配置，生成全站配置SCD文件并返回给装置厂商；各装置厂商把SCD文件配置成CID文件，并下装到各自的IED装置中。
这里我们解释一下系统应具备的配置文件：
1）ICD文件：IED能力描述文件，由装置厂商提供给系统集成厂商，该文件描述IED提供的基本数据模型及服务，但不包含IED实例名称和通信参数。ICD文件应包含模型自描述信息，如LD和LN实例应包含中文“desc”属性，通用模型GAPC和GGIO实例中的DOI应包含中文“desc”属性，数据类型模板LNType中DO应包含中文“desc”属性。ICD文件应包含版本修改信息，明确描述修改时间、修改版本号等内容。
2）SSD文件：系统规范文件，应全站唯一，该文件描述变电站一次系统结构以及相关联的逻辑节点，最终包含在SCD文件中；
3）SCD文件：全站系统配置文件，应全站唯一，该文件描述所有IED的实例配置和通信参数、IED之间的通信配置以及变电站一次系统结构，由系统集成厂商完成。SCD文件应包含版本修改信息，明确描述修改时间、修改版本号等内容；
4）CID文件：IED实例配置文件，每个装置有一个，由装置厂商根据SCD文件中本IED相关配置生成。
株洲南变电站是单纯的61850站，没有涉及到一次设备，所以没有SSD文件。株洲南变电站保护故障信息子站与主站的通信服务建模。
1）定值调用
对于保护的一组定值，可以定义成1个数据集Setting，由于定义的数据集成员是不同逻辑节点下的数据对象，因此，将它定义到总的逻辑节点LLN0下，实际应用中一个CPU有多个定值区，可以建立多个数据集用来存放其他定值区的定值。
2）故障报告和自检报告
故障报告的事件信息和自检报告的告警信息可通过子站保存供主站查询，可通过61850定义的报告控制块定义，报告控制块分为带缓存的报告控制块和不带缓存的报告控制块2种，需要根据实际保护设备的原理，首先建立相应的数据集，然后建立每个数据集相对应的报告控制块实例。故障报告和自检报告对应的数据集也分散在各个逻辑节点下，因此和定值一样，归于LLN0下。记录（log）建模的方法和报告类似，有相应的记录控制块（LCB)管理。
3）扰动数据传输
61850中对文件传输服务模型做了定义，一般的文件应包含文件名称、文件大小和最近修改时间等属性，提供服务有读文件、修改文件、删除文件和取文件属性值等。
4）遥测和遥信
对于重要开关量（如硬压板节点、高频收信节点等），子站采用定期轮询的方法从保护设备采集开关状态，并与上一次的状态相比较，如果有变位，立刻触发一个报告上送给主站。
IEC61970标准 第3篇
随着计算机技术和现代通信技术的飞速发展, 电力系统正在向网络化、组件化的发展方向迈进, 从厂站侧间隔级的过程总线到主站侧的电力企业集成总线, 将逐步实现全面组网和互联。
但是, 由于电力系统及其应用的开发时间和设计模式不同, 电力系统网络中的主机服务器、操作站、人机交互平台在操作系统和通信接口上也不尽相同。与大多数分布式系统一样, 电力企业的系统间也存在异构性, 主要表现在计算机硬件平台的异构性, 操作系统的异构性, 数据库管理系统的异构性, 应用程序和服务的异构性以及信息的异构性。
本文研究的中间件数据平台, 将SCADA监控的电力系统模型映射为CIM模型, 连同实时监控数据导入中间件平台服务器端, 为中间件平台提供数据。HSDA接口作为整个CIS接口的重要组成部分, 遵循IEC 61970标准404部分, 定义数据浏览方法, 可为大批量数据提供实时快速查询, 为本文研究的重点。
1 IEC61970标准简介
IEC 61970标准是由国际电工委员会IEC (International Electrotechnical Commission) 分管电力系统控制和有关通信的第57技术委员会制定的。标准针对能量管理系统EMS (Energy Management System) , 定义了一系列应用程序接口 (API) 。IEC 61970标准核心问题是信息交换, 使用公共信息模型CIM和组件访问接口规范, 打破各个EMS厂家数据库的信息壁垒, 提升控制中心环境内外各种完全不同的系统之间交换信息的能力。
2 中间件数据平台
中间件数据平台, 将SCADA监控的电力系统模型映射为CIM模型, 连同实时监控数据导入中间件平台服务器端, 为中间件平台提供数据。对原有的SCADA系统上层应用, 同样进行封装, 通过标准的CIS接口访问数据模型, 中间件整体结构如图1所示。
如图1所示, 中间件数据平台从结构上来说分为三部分:基于CIS的客户端、基于CIM模型数据库服务器、基于标准封装的SCADA系统。
客户端访问, 基于CORBA中间件实现CIS中定义的接口, 其作用类似于一个基于标准的应用程序。客户端提供可视化的CIM界面, 用户可以清楚地看到接口返回的数据模型, 同时接口也可以访问量测数据, 以验证数据流的正确性。
基于CIM模型的数据库服务器, 其作用是利用关系型数据库, 存储全部的CIM模型数据。这些模型数据不仅仅是SCADA系统关心的设备信息、实时量测信息等, 还包括大量的历史数据、静态资产数据等。
基于IEC 61970标准封装的SCADA系统, 该部分包括模型映射、文件导入、接口实现几大功能模块。
3 HSDA接口分析与研究
3.1 HSDA概述
IEC 61970-404部分定义了高速数据访问服务HSDA。它使用DAIS数据访问DA服务, 对源自电力系统或与电力系统相关的数据进行访问。HSDA借鉴了工业系统数据存取DAIS的相关内容。DAIS组织架构按照其功能可以分为以下四个部分:
(1) DAISCommon接口, 为整个DAIS服务的公共部分。DAISCommon作为基础, 包含了DAF中的部分定义, 为后续的DAIS接口提供基本数据定义。
(2) DAISServer接口, HSDA总入口。提供客户进一步访问DAISDASession和DAISAESession的接口函数。
(3) DAISDASession接口, 数据访问部分。提供包含Node、Item、Property和Type类型的信息模型, 对EMS中资源进行组织, 供客户端访问。
(4) DAISAESession接口, 告警事件部分。为客户端提供订阅、报警和事件服务。
3.2 服务器与会话管理接口
DAISServer定义DAIS服务器对象, 它提供了创建销毁DAISDASession (数据读取和更新服务) 对象和DAISAESession (告警时间服务) 对象的接口函数。当多个客户同时访问DAIS服务器时, 服务器中始终只有一个DAISServer对象, 而每个客户都有一个DAISSession (包括DAISDASession和DAISAESession) 对象为其服务。
3.2.1 DAISServer接口
DIASServer接口中, 包含了DAISDASession和DAISAESession接口。而DAISDASession和DAISAESession接口又继承于DAISSession。
Server对象通常为永久性对象, 为HSDA接口访问的总入口, 可通过命名服务或交换服务传送到客户端。在Server对象中, 创建session对象, 根据用途不同, 可分别创建数据查询会话对象DAISDASession或报警事件对象DAISAESession。Server对象中可维护视图及公共组, 供客户端浏览查询。
3.2.2 DAISDASession接口
会话对象中提供了一系列IHome接口, 每个接口可对特定类型的数据进行操作。数据以结构体或结构体序列的方式组织, 而不是以接口实现对象的方式提供给客户端。因为如果以对象的方式返回数据项值, 如果访问的项数量众多, 可能会影响系统的整体运行性能。
DASession为实现数据访问的对象, 继承于DAISSession接口, 客户端可以创建一个或多个会话, 满足不同应用需求。DAISDASession接口文件及其实现类中, 定义描述Session状态的数据类型Session Status。
3.3 数据浏览接口
数据浏览接口包括以下四类:DAISNode、DAISItem、DAISType、DAISProperty。下面针对每类接口分析其功能、组成。
3.3.1 DAISNode接口
DAISDANode接口继承于DAISNode接口。此外, DAISNode.idl接口文件中定义的Iterator接口。将查询到的结果添加到迭代器中, 传递该类型的对象引用, 而不是传递包含大量数据的序列, 可减少通过ORB传输的数据量, 缓解通信压力。
3.3.2 DAISItem接口
项item为节点的属性, 节点代表现实世界中的对象, 而项表示对象的特性, 例如测量值、控制变量等。节点可能包含多个项, 每个项代表对象的不同属性, 每个项值都包含时间戳和质量码等属性。DAISItem接口文件中, 定义了描述项的Item Description类型数据结构。
3.3.3 DAISType接口
类型Type代表了相关属性和关联关系集合, 每个节点都有类型属性, 对应于DAF中的Class。每个类型由Resource ID标识, 并且使用label和description来描述。节点可通过Type ID来获得类型描述。DAISType的接口文件中定义描述类的Type Description类型数据。
3.3.4 DAISProperty接口
属性Property代表节点的某种特性, 可用特定类型值进行描述, 对应于DAF的property。属性Property中包含Resource ID、标签label、描述description和数值类型等数据成员。项通过其成员Item ID可获得属性描述。DAISProperty的接口文件中, 定义了描述属性的Property Description类型数据结构。
4 结论与展望
本文系统地研究了基于IEC61970标准的中间件数据平台, 主要完成了对高速数据访问接口HSDA的研究与分析。
(1) 本文还需在以下几个方面做进一步的研究:
本文分析研究了HSDA主要功能, 能够使用该接口进行数据浏览和查询, 但是由于时间关系, 还是有部分扩展功能接口没有实现, 这是下一步需要重点完成的工作。
(2) IEC 61970标准是不断发展完善的, 基于该标准在电力系统软件设计中的应用尚处于初级阶段。
参考文献
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[8]Draft IEC61970:Energy Management System Application Program Interface (EMS-API) Part 2:Glossary.Revision 2[Z].
IEC61970标准 第4篇
针对上述问题和要求并结合工程实际经验, 笔者提出了一种子站到主站无缝信息交换的方法。
1 IEC61850标准概述
IEC61850标准是由国际电工委员会第57技术委员会制定的, 该标准主要内容是关于变电站通信网络和系统的, 其目的是让各厂商在此框架标准内进行生产, 使得生产出的产品之间具有良好的互操作性。
该标准将变电站通信体系划分为3层:变电站层、间隔层和过程层。针对不同层之间的交互, 在标准中也给出了相关的接口。为了应对各接口之间的数据的频繁交换, 该标准也针对各种对象给出了统一的逻辑模型。
2 IEC61970标准概述
IEC61970也是由国际电工委员会制定的。在该标准中, 对能量管理系统 (EMS) 的应用程序接口进行了较为清晰的定义, 这么做的目的是为了使出自不同厂商的各种应用能方便的集成到能量管理系统中, 与调度中心内部其它应用子系统实现互联, 也便于各级调度中心EMS之间的模型交换。
3 无缝通信体系研究
在主子站间关于IEC61850到IEC61970的转换工作已有一些研究成果, 如在文献[3]中提出了一种子站到主站的模型转换方法, 在实际中得到了应用, 但由于子站SCD文件内容的灵活性、对象标识的差异性及模型转换的复杂性等原因, 在实际使用中需要主、子站间多次修改、核对对象模型。因此在实际应用中此转换方法仍有待改进。该文在此基础上提出了一种新的从IEC61850到IEC61970信息无缝交换流程, 如图1所示。
首先在子站端根据变电站自身的实际情况生成相应的SCD文件, 此文件在子站端经过校验工具的审核, 确保语法、层次结构、对象模型无误。在主站端, 定期或人工主动召唤子站的SCD文件到主站, 然后通过SCD文件解析工具对SCD文件中的模型信息进行解析, 解析完成后借助主站端提供的对数据库操作的动态库及相应头文件, 完成对主站端EMS系统数据库中相关记录的增删改操作, 从而实现对主站系统的免维护。
3.1 校验SCD文件
根据IEC61850标准的规定, 子站生成的SCD模型文件必须符合IEC61850-6中定义的Schema语法规则, 在校验过程中如发现不符合该规则则需要人工修改配置或重新生成。这为后续在主站端对模型文件的正确解析打下了坚实的基础。
3.2 解析工具
相较与主站厂家, 子站厂家更熟悉IEC61850标准, 对由子站模型生成SCD文件及其逆过程通过SCD文件内容解析出模型信息十分熟悉并易于开发出相应的转换工具。如果在主站系统中嵌入此转换工具, 一方面减轻了主站端对SCD文件解析的难度;另一方面由对生成、解析SCD文件更熟悉的子站端工具完成解析工作, 这样做不仅能提高SCD文件解析的正确性, 还能充分发挥和利用系统的性能。
3.3 在主站数据库中建模
3.3.1 主站数据库建模方式的选择
在主站端得到子站的模型文件后通常采用的做法是:主站侧根据IEC61850和IEC61970之间对设备、对象描述的异同, 将子站上送的模型文件转换为主站系统可识别的模型信息, 主站系统取得信息后在本系统数据库中建模。这种做法处理流程清晰, 但仍然给主站侧运维人员带来了较大的维护工作量。为了减轻运维的工作量, 采用了如下新的思路:在主站侧采用子站提供的解析工具解析出模型信息后借助主站系统提供的动态库及头文件直接对主站数据库进行增删改操作, 从而完成对主站的建模。这种做法简单明了, 减少了对主站的维护操作, 降低了由于人工误操作带来的系统风险, 增加了对主站操作的透明性。
3.3.2 实施细节
为了提高SCD文件中模型信息的使用效率, 采用共享内存的方式存放这些信息:首先通过解析工具读取出SCD文件中的模型信息, 然后将这些信息分为对象名称、类型、数值等各字段写入共享内存中, 修改数据库的程序将此共享内存中的信息读出与数据库中已有信息比较, 做增量修改。
在测试系统中, 事先编辑好一个脚本, 此脚本主要包含两个程序的调用:一是召唤子站的SCD文件, 在主站系统固定目录下通过解析工具解析该模型文件, 将得到的模型信息存入共享内存中;二是将共享内存中的模型信息与主站数据库做比较, 进行增量式修改。
主站运维人员只需定期执行一个事先编辑好的脚本或通过画面操作调用该脚本, 就可以实现主站数据库的模型维护。
4 结束语
IEC61850和IEC61970是目前最新的、在子/主站系统中使用最广泛的标准, 该文研究的无缝通信技术正是在基于此两种通信标准, 提出了一种全新的无缝通信思路, 并通过实验验证了该方案的可行性, 对其他厂商的相关设计有较大的参考价值。
参考文献
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[2]陈树勇, 宋书芳, 李兰欣, 等.智能电网综述[J].电网技术, 2009, 33 (8) :1-7.
IEC61970标准 第5篇
关键词：IEC 61970,公共信息模型,组件接口规范,互操作实验
近年来,计算机技术的不断发展使得电力企业的自动化水平迅速提高,电力企业内部各业务部门新建了许多满足不同需求的应用系统,如能量管理系统(EMS)、调度管理和智能操作票系统(DMIS)、电能量计量系统(TMR)、电力市场技术支持系统(PMOS)等。由于这些分别来自不同开发厂家的系统在数据模型和接口设计方面的差异,使得系统间的数据交换非常困难,在信息上各个应用系统成为相对孤立的“自动化岛”。
随着IEC 61970标准中的公共信息模型(CIM)被国内外的电力企业采纳接受,这些应用系统在涉及到电力模型相关部分可以用统一模型描述,但是私有的接口化成了阻碍系统间数据访问的主要屏障,而IEC 61970组件接口规范(CIS)正是用于跨越这道屏障的主要技术手段。CIS系列规范制定了应用或组件间进行信息交换的标准化接口以及这些接口所使用到的事件类型和消息内容,并建立了接口与特定技术间的映射。其目的在于为独立开发的应用或者系统间的集成提供标准的接口,在中间件的选择上尽可能灵活以真正实现信息交换,同时保证互操作性,减少企业应用集成所需的工作[1,2,3,4,5]。
因此作为IEC 61970标准另一核心组成部分的CIS正成为国内外研究人员新的研究热点。国外,由美国电力科学研究院(EPRI)赞助的控制中心应用程序接口(CCAPI)互操作实验在前四次以测试CIM/XML导入导出为主的实验后,2003年11月和2004年7月的两次互操作实验开始将测试重点转向CIS[6,7];国内也已经在EMS-API互操作实验中选用CIS中基本的GDA接口标准进行试验。
1 CIS组成
IEC 61970组件接口规范分为两个级别,其中级别一描述了接口的功能需求,这些接口被用于不同应用或组件间的数据信息交换和标准化访问公共数据。级别一对应于IEC 61970标准中的4xx部分,这部分是与实现技术无关的;级别二描述了用特定技术对这些接口所使用消息的具体实现,即建立了接口与特定技术的映射。级别二对应于IEC 61970标准中的5xx部分,这部分是与实现技术相关的。由于IEC 61970 CIS标准尚处在不断更新修订中,所以目前国内外研究的重点放在了CIS标准中相对来说比较成熟的4xx系列部分,即级别一。
CIS标准的形成与发展也吸收了许多已有的国际标准的成果,如基于微软Active X、COM和DCOM技术的OPC工业标准,基于跨平台模型驱动架构(MDA)的OMG DAF、DAIS、HDAIS标准[8]。最近的一次修订更是与EPRI资助的通用接口定义(GID)规范紧密融合在一起,使得原本局限于CIS 402~407部分的GID规范演变成了CIS级别一中402~449部分,GID也成为402~449部分的“代名词”。
2 CIS通用服务研究
由于CIS包含的内容太多,本文目前研究的CIS部分主要集中在CIS通用服务中的402公共服务和403通用数据访问服务的读访问部分。
2.1 公共服务
公共服务是CIS通用服务部分的基础,它规定了组件用标准的方式访问公共数据所必须实现的一套接口。这套接口还描述了独立于任何组件技术的事件类型和消息内容。需要使用CIS其他服务的应用都必须通过公共服务部分来与其他CIS服务相连。公共服务的需求分为四方面:
1)标识符服务:用标准的方式确定类、属性和对象;
2)描述服务:用标准的编码方式将类、属性和对象与值相互关联;
3)IECTC57视图:用标准的方式表现类、属性和对象;
4)应用环境支持:支持多应用环境的组件。
2.1.1 标识服务
标识服务是在公用事业管理系统(UMS)数据访问工具(DAF)标准的资源标识服务模块基础之上形成起来的,使用这个服务可以标识出CIM资源,如类、属性和对象实例等。DAF的这个模块提供了对统一资源描述符(URI)和资源描述符的结构描述以及这两者相互转换的两个接口声明。
由于多视图的存在,DAF资源标识服务中由资源描述符查找URI的接口存在瓶颈,因此标识服务对DAF的这一接口进行了扩展,提供了一个称做视图名称的查询参数。有了这个传入参数,就可以限定资源描述符的查询范围,提高接口的查询效率。为了能够给新增的资源提供资源描述符,标识服务还增加了一个创建资源描述符的接口。
在实现此服务的过程中,需要深刻理解URI和资源描述符的概念和相互关系以及接口传入的查询参数与返回的查询结果间的有序对应性。
2.1.2 描述服务
描述服务借鉴了UMS DAF标准中的资源描述服务模块,这个模块定义了一种交换CIM资源信息的标准方式,包括单个查询结果的描述方式和多个查询结果的遍历接口声明。CIS通用服务中有关查询的返回结果都是这个服务中描述的形式。
2.1.3 IECTC57视图
组件接口规范定义了两种机制,一种机制指明了组件必须实现的编程接口,另一种机制描述了如何通过接口表现像CIM这样的信息模型。后者被具体化为视图的概念。标准的视图提供了一种通过标准接口与基于CIM的层次框架交互的协议以及浏览、配置交换数据的方式。也就是说,IECTC57视图提供了一种方法来表现某种应用处理什么样的模式和实例数据。
IECTC57视图标准定义了二种类型的视图,分别是IECTC57Physical View和IECTC57Eventing View。
IECTC57Physical View是一颗从物理模型角度方面展现电力系统相关实例数据的树。这颗树可以包含任意层节点。每个节点有一个IECTC57资源类型的属性用来标识此节点的类型归属,每个节点还有一个资源标识符的属性用来唯一确定这个节点。
IECTC57Eventing View与405部分的通用事件与订阅标准有关,它包含了一个服务端所提供的事件信息与文档信息。
图1给出了IECTC57视图标准的框架示意。
2.1.4 应用环境支持
应用环境支持的目的是确保独立开发的客户端和服务端能够结合起来形成一个联合系统,并与可能运行在相同主机或网络上的其它系统分离。
2.2 通用数据访问GDA
结合上述的公共服务,通用数据访问部分提供了访问基于CIM层次结构的公共数据所需要的API服务。这种服务使用了请求/应答的同步访问机制,实现对数据的非实时或准实时的存取。由于有CIM的支持,应用程序或组件在使用此服务时不需要知道数据提供方内部的数据存储模式。通用数据访问包含三方面的内容:读访问、写访问和更新事件通知。本文仅对读访问部分加以研究。
2.2.1 读访问
读访问服务提供了以只读的方式查询或带过滤条件查询公共数据的API接口。它包含了两部分的内容,以DAF查询为基础的资源查询和扩展DAF查询而形成的过滤查询。
资源查询可以对元数据和实例对象进行查询,返回的查询结果中,所包含的属性值序列必须与传入的属性序列在顺序上相同。带过滤条件的查询是GDA特有的查询方式,它提供了类似于“where”条件子句的属性过滤器结构来描述过滤条件,因此应用程序可以更精确的从数据提供者得到所感兴趣的信息。
图2是一个资源查询过程的次序图。由于资源查询接口的传入参数是资源ID类型,而资源ID类型一般是仅在系统内部使用的,面向用户更多的是统一资源标识符类型,因此从图中可以看出,用户在资源查询前,先通过公共服务所提供的标识服务由统一资源标识符得到对应的资源ID,再将这些资源ID传入相应的资源查询接口获取满足要求的查询结果。
3 应用举例
基于上述的研究,本文开发了符合CIS通用服务标准的服务端接口,这些接口可以提供公共服务和通用数据访问中的读访问服务。为了测试接口的正确性,本文还开发了客户端的测试界面程序。通过一系列严格的测试表明,本文所开发的符合CIS通用服务标准的接口能够正确提供CIS公共服务和通用数据访问中读访问服务。
第三方独立开发的应用程序或组件可以通过标准的通用数据访问API服务获取数据提供方的系统模型数据,由于所使用的传入参数是由CIM规定的标准URI,因此只要了解CIM而无需了解数据提供方的数据存储模式。GID标准接口的这一特性也正是国内互操作实验重点测试的内容。图3即为基于GID标准接口的全模型传输应用测试,由于CORBA技术有很好的可移植性和互操作性,所以测试选择了基于CORBA技术的中间件平台。此项测试的目的就是检验各EMS厂商的产品间是否能够通过GID标准接口实现电网全模型的传输,并能够通过潮流计算应用检验模型传输的完备性与正确性。
◆测试步骤:
(以下步骤按照1对1测试描述,测试系统命名为A、B,A为服务端、B为客户端)
1)将测试CIM/XML模型文件导入系统A;
2)系统B通过标准GID接口从系统A获取测试全模型;
3)系统A、B分别用测试模型运行潮流计算;
4)比较系统A、B运行潮流计算应用所得结果的正确性;
本文开发的符合CIS通用服务标准的接口参予了国内互操作实验的测试,结果证明,所开发的接口完全符合CIS通用服务标准,并能正确为第三方应用程序或组件提供标准服务。
4 下一步的研究工作
该文仅对CIS 403通用数据访问服务的读访问部分进行了研究,作为通用数据访问组成部分的写访问和更新事件通知将是下一步需要研究的内容。在研究的基础上将完成写访问和更新事件通知部分的API接口实现。
CIS 403部分提供的是对非实时获准实时数据的访问服务,下一步将继续研究涉及实时数据访问的CIS 404高速数据访问部分的内容。
5 结论
组件接口规范是IEC 61970标准中的重要组成部分,对于此标准的研究是为了使不同厂家开发的调度自动化软件可以方便有效的集成,实现数据共享,对提高我国电网调度自动化技术水平具有十分重要的意义。
改文通过对组件接口规范的深入理解,开发了符合公共服务标准和通用数据访问标准的API接口。通过一系列测试表明,所开发的标准接口可以正确地提供对于非实时或准实时数据信息的访问。互操作实验中利用此接口实现的网络模型传输及潮流应用测试充分显示了应用此接口的广阔前景。
参考文献
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[6]CCAPI.Report on the Fifth Control Center Application Program Interface Interoperability Test[R].Revision 1,2003.
IEC61970标准 第6篇
随着计算机技术、通信技术和电力自动化技术的不断进步, 电力系统对信息共享和应用集成的需求越发迫切。为此, 国际电工技术委员会 (IEC) 的第57技术委员会 (IEC TC 57) 制定了一系列标准, 包括用于调度控制中心的IEC61970标准和用于变电站的IEC61850标准 (应用范围在更新扩充中) , 通过建立标准的、开放的电力系统信息模型, 促进各应用间的互操作, 降低生产和维护成本, 提高系统可靠性。
目前智能变电站建设采用的是IEC61850标准, 智能电网调度控制中心建设采用的是IEC61970标准, 变电站与调度控制中心之间的通信通常仍然采用传统的IEC60870-5-101或IEC60870-5-104规约, 这就需要远动工作站进行协议转换。更重要的是, 由于传统规约不支持面向对象的建模方法, 必须将IEC61850的对象转换为若干个信息点, 导致需要进行极其复杂的转发信息配置工作, 极大地增加了组态和调试的工作量, 而且容易出错。此外, 对于未经协议转换的信息, 无法有效利用。
本文从智能调控中心对变电站的功能需求出发, 立足于两侧已有的基础, 并充分考虑未来的发展方向, 分析智能变电站与调控中心通信应采用的模式和技术, 给出统一建模、配置和交换信息的具体的实施方法, 并介绍基于IEC61850的通信机制、智能变电站全景数据可视化自动建模等功能的智能通信网关机的研制技术, 为实现相关信息模型的源端维护、全网共享提供切实可行的解决方案。
1 智能变电站与调控中心的总体架构
1.1 硬件结构
系统硬件结构分为主站和分站两部分, 如图1所示。
智能通信网关机按需要将相关实时或非实时数据信息送往各级调度和控制中心, 同时可接收电网调度或控制中心的控制调节命令并下发至间隔层、过程层执行, 具体功能如下: (1) 实现厂站端统一的数据采集功能, 综合采集厂站内的测控、保护、故障录波等IED数据。 (2) 支持直采直送原则, 直接从间隔层装置采集信息, 同时智能通信网关机可与监控后台、一体化平台之间进行通信, 接收监控后台、一体化平台中高级功能处理结果数据, 并上送调度端主站。 (3) 智能通信网关机和厂站端监控后台、一体化平台之间相互独立, 确保任一站内平台的故障不影响智能通信网关机运行。 (4) 支持厂站端统一的数据出口功能, 实现厂站与主站间的数据和模型通信, 可根据不同类型数据的重要性和实时性要求, 实现变电站数据的优先级控制输出。
1.2 系统软件结构
系统软件结构同样分为调度端主站和厂站端两部分, 如图2所示。
其中, 厂站端和调度端有3种数据接口: (1) 基于全景数据, 分别调用RTDB (实时数据库) 提供的接口, 实现通信 (实时) 数据交换。 (2) 传递CIM/E变电站模型文件给模型合并及导入文件服务, 该服务实现变电站模型的合并及入库。 (3) 传递变电站CIM/G图形文件给调度端主站实现CIM/G文件的导入。
2 关键技术研究
2.1 智能变电站站控层的全景数据建模
基于智能通信网关机集成的可视化工具进行全景数据建模, 利用一体化信息平台实现变电站内各系统的融合。
(1) 在变电站建立统一的站控层网络, 将间隔层的所有装置信息统一上送到站控层;所述装置信息包括电压、电流、断路器位置、站内保护设备和故障录波设备上送的保护事件、录波等故障数据信息等。 (2) 建立全景数据模型, 实现各个领域不同系统数据的完整融合, 以各专业应用模型为扩展的统一模型。 (3) 电网全景信息是变电站自动化系统相关的所有信息, 包括历史数据、实时数据、电力设备一次模型、电力二次模型、一/二次设备模型的关联等。数据联合方式就是采用电网全景模型虚拟统一建模技术, 将分散在各个子系统的信息有效组织起来, 为变电站自动化系统运行提供统一数据模型服务。 (4) 全景数据模型为不同应用提供统一访问接口, 方便不同业务对不同数据的需求及再加工。
2.2 IEC61850与IEC61970无缝通信
2.2.1 数据通信
在变电站内, 站控层采用IEC61850标变电站智能通信网关机与调控主站系统同样采用IEC61850标准进行通信。
2.2.2 数据模型
变电站内的模型采用IEC61850进行数据建模, 调度端主站系统采用的是IEC61970建模规范, 因此需要在变电站端实现IEC61850到IEC61970的模型转换, 实现以变电站为源的源端维护功能。
针对SAS的IEC61850标准和EMS的IEC61970标准, 虽然主要是面向各自系统的通信数据模型和接口标准, 但二者还是有许多共同之处, 例如它们都采用面向对象的方法统一建模, 数据对象都是自我描述的, 使用通用配置工具对数据对象在信息源处定义, 采用标准化的数据交换接口, 这为IEC61970与IEC61850的无缝通信提供了良好的基础。
IEC61970与IEC61850的无缝通信总体框架如图3所示, 主要包括变电站侧子系统和主站系统两个部分。其中, 变电站侧子系统主要完成两部分功能: (1) 变电站内模型的建立:SCD文件的生成、SCD模型的导入、变电站内CIM模型的生成、变电站内SCD模型与CIM模型的关联 (变电站图形的绘制) 。 (2) 变电站与调控主站系统的模型交互:模型交互文件包括CIM/E与CIM/G, 同时包括变电站与调度端主站通信用的CID模型文件。在变电站端模型转换是自动完成的, 根据变电站内已建立的模型, 自动生成调控主站系统需要的交互模型, 由主站根据模型进行下一步工作。
调控主站系统根据变电站端提供的模型文件, 实现图库的导入及通信模型的重载, 便可实现与变电站端远动系统的通信及数据的入库。包括可视化SCD完整模型配置 (包含一次设备拓扑连接关系以及一次设备与二次设备的关联关系) 和CIM模型转换工具, 这些都是国内目前首次采用的技术。模型转换起源是变电站完整配置的SCD模型文件, 转换生成的CIM是无缝连接的基础, 通信连接是实时数据传输的保证。
2.3 变电站监控、远动与故障信息子站一体化
基于变电站的全景建模, 在统一的系统平台、统一的网络下实现变电站内监控、远动及故障信息子站的数据采集, 对外融合两大业务功能, 实现变电站远动与故障信息子站的统一数据出口, 可通过61850、104、103等规约通信方式进行出站通信, 实现智能通信网关机的功能集成, 提高可靠性, 简化配置, 取消保护专用网路, 简化设计, 减少维护和降低成本。
2.4 源端维护
源端维护将简化主站建模、绘图, 减少主站系统的建模时间, 降低主站—厂站之间系统的维护难度, 提高系统图形、模型的一致性。
2.4.1 厂站端
使用厂站端的图模一体化工具进行站端图形的实际绘制, 通过源端维护工具为各类主站生成相应的图形文件、模型文件。图形文件采用CIM/G格式, 模型文件为CIM/E格式, 在站端实现了IEC61850模型到IEC61970模型的转换。同时, 厂站端的源端维护工具导出主子站通信使用的ICD模型文件, 供智能通信网关机使用。
2.4.2 调度端
调度端主站通过文件服务获取站端源端维护文件, 主站系统不再进行重复的绘图、建模、建库、对点工作, 直接使用站端生成的相应图形及模型文件, 通过调度端主站工具导入主站系统, 可节省相关系统建模、作图、对点工作量。
3 智能通信网关机的技术实现
3.1 总体建模原则
(1) 厂站端按照DL/T860标准模型生成全站统一模型文件, 包括站内所有IED模型。 (2) 智能通信网关机以网关模式与主站进行通信。 (3) 智能通信网关机作为一个单独的IED, 包含本物理设备所有信息的逻辑节点。
3.2 服务实现
客户端仅与站内智能通信网关机建立通信连接, 对站内所有IED的通信服务均通过智能通信网关机实现。所涉及通信服务与DL/T860标准保持一致, 具体需实现的服务有:关联、目录、数据读取、报告、数据集、控制、定值、文件、日志、订阅发布等。
3.3 标准现状
IEC61850标准第一版主要定义了变电站内基于IEC61850的通信规范, 而对于变电站与站外其他系统如调度控制中心的通信没有具体定义, 仅在IEC61850-7-1中简单描述了通过代理/网关的实现方式。代理/网关与站内设备通信获取IEC61850信息, 并按照多种方式组织最后提供给调度控制中心。代理/网关既是客户端 (相对于站内设备) , 也是服务器端 (相对于调度控制中心) 。
已经发布的IEC61850-80-1定义了基于IEC61850通信的变电站与调度控制中心之间通过IEC60870-5-101/104进行信息交换的规范, 其中也提到了以代理的方式与变电站外系统基于IEC61850通信。变电站与站外系统之间有多种通信方式, 如101/104规约方式、WebServices及IEC61850客户/服务器方式, 后两种通过IEC61850代理实现。
IEC61850-90-2主要定义变电站与调度控制中心之间基于IEC61850的通信规范, 目前还在起草阶段。现阶段实现变电站与调度控制中心之间基于IEC61850通信, 应尽量与现有通信模式接近, 避免对现有相关标准的较大改动, 或与后续发布的IEC61850-90-2相差太大。因此, 变电站端宜采用IEC61850网关模式, 作为变电站与调度控制中心之间的通信模式。
3.4 遵循IEC61850与IEC61970的无缝建模
变电站内及变电站与远方调度控制中心之间采用IEC61850标准通信, 变电站内依据IEC61850建模, 变电站与调度控制中心的模型交换采用IEC61970建模规范, IEC61970模型由站内直接生成并传给调度使用。因此, 在变电站内进行IEC61850与IEC61970的无缝建模, 实现了数据源与变电站模型统一。
IEC61850与IEC61970无缝通信, 开发可视化SCD完整模型配置 (包含一次设备拓扑连接关系和一、二次设备的关联关系) 和CIM模型转换工具, 均属国内首次采用的技术。模型转换起源是变电站完整配置的SCD模型, 转换生成的CIM是模型无缝连接的基础。
3.5 变电站与远方调度控制中心的自动优化建模
变电站与远方调度控制中心的模型转换包括变电站电网通用模型 (CIM/E) 与变电站图形文件 (CIM/G) 两部分。智能变电站基于调度控制中心命名标准统一数据模型, 按照《变电站调控数据交互规范 (试行) 》开发可视化配置工具, 进行可视化建模、图形绘制和数据优化整合, 并将整合后的数据点加到CIM/E模型中, 同时将变电站站控系统的图形文件转化为主站可识别的CIM/G文件, 实现数据自动关联建模, 高效完成以变电站为基础的源端维护。
3.6 智能变电站与调度控制中心的统一数据出口
智能通信网关机采用嵌入式技术, 基于全景数据处理平台, 将站内监控全景数据建模并接入, 对外融合远动和故障信息系统两大业务功能, 实现变电站远动与保护等类信息的全景数据管理, 同时通过规约或服务接口形式与远方调控中心进行通信, 实现厂站端通信网关机的各业务功能集成和出口。
3.7 以IEC61850网关模式实现智能变电站与调度控制中心间通信
将站内全景数据以IEC61850网关模式 (单IED多LD) 建模并上送 (网关机可同时兼容多IED的代理模式) , 主站使能相关报告服务即可获得所需数据信息。
4 结语
在智能变电站与省级智能电网调度控制中心之间实现了基于IEC61850/MMS协议的远动数据通信;并采用全景数据可视化建模及图形绘制技术, 实现主子站通信所需全景CID模型的自动建模;同时采用基于统一数据模型的SCD到CIM/E的映射技术、模型边界自动辨识技术和图形关键信息自转换技术, 实现了智能变电站与调度控制中心模型、图形的一体化建模和信息共享, 为调度端主站和厂站端调控一体化信息源端维护提供了参考思路。同时, 随着IEC61970标准和IEC61850标准以及相关服务总线技术的逐步完善, 该研究成果可广泛推广至各级调度控制中心及智能化变电站, 具有良好的应用前景。
参考文献
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IEC61970标准 第7篇
关键词：IEC61970,IEC61968,设备台账,标准
0 前言
目前, 社会经济高速发展, 对电力的需求越来越大, 电网也获得了长足的发展。电力企业快速发展对科学管理提出更高的要求, 管理日益精细化、自动化, 对信息化手段的要求也越来越高。电力企业作为技术密集型企业, 围绕电网安全生产、电力可靠供应的目标, 而电力设备作为其基础, 其有效的管理越来越获得人们的重视。随着电网的发展, 设备类型、数量也越来越多, 只有借助信息化管理, 建立管理信息系统, 才能更好、更高效地管理。管理信息系统的基础模块是设备的管理, 尤其是设备的台账管理。
结合IEC61970、61968的先进理念, 构建管理信息系统科学的设备管理平台, 提出合理的设备台账结构标准, 并将之应用到企业生产管理信息系统的建设中。
1 IEC 61970、IEC 61968电网设备模型
1.1 IEC 61970
IEC 61970协议的两大支柱是公共信息模型 (CIM, Common Information Model) 和组件接口规范 (CIS, ComponentInterface Specification) 。CIM公共信息模型定义了信息交换内容的语义, 组件接口规范 (CIS) 规定了信息交换的语法。CIM是整个619701协议框架的基础和核心。
CIM公共信息模型是整个EMS-API (IEC61970国际电工协会) 框架的一部分, 是一个抽象模型, 它提供一种标准化方法, 把电力系统资源 (Power System Resource) 描绘为对象类、属性以及它们之间的关系。从1998年4月开始, CCAPI发布cimu07a.mdl, 开始采用面向对象统一建模语言UML来描绘CIM。在UML中, 现实世界实体的类型被定义为“类”, 实体类型的性质被定义为“类的属性”, 实体类型之间的关系用“类之间的关系”来描述, 包括:继承、关联、聚集。
在IEC 61970协议中, CIM模型是IEC 61970协议整体框架的基础。它是一种描述电力系统所有对象逻辑结构和关系的信息模型, 为各个应用提供了与平台无关的统一的电力系统逻辑描述。它定义了电力工业的标准对象模型, 提供了一种表示电力系统对象, 包括其属性和相互关系的标准。
CIM模型中的对象本质上是抽象的, 可以应用在各个系统中。CIM模型有助于不同供应商开发的EMS系统的集成, 有助于EMS系统和其他涉及到电力系统运行操作不同领域的应用系统的集成。
CIM分为3个部分, 301是CIM的基本部分, 302是CIM用于能量计划、检修和财务的部分, 303是CIM用于SCADA的部分。整个CIM很大, 为了便于管理, CIM的开发者把CIM中的类组织为多个包 (Package) 。包是将相关模型元件人为分组的方法。一个包表示针对特定内容相关的模型元素的组合, 往往针对某些特定的应用范围。包的建立在语义上没有特定的含义, 主要为了使整个模型更容易设计、理解和研究。301包括Core, Topology, Wires, Outage, Protection, Meas, Load Model, Generation和Domain共9个包。下面简单介绍几个包:
(1) 核心包 (Core) 。核心包包含命名 (Naming) 、电力系统资源 (Power System Resource) 、设备容器 (Equipment Container) 、导电设备 (Conducting Equipment) 等对象类。核心包定义了厂站类Substation、电压等级类Voltage Level等许多应用公用的模型。核心包被所有应用系统共享, 它不依赖于其他任何包, 但是绝大多数其他包都有依赖于核心包的关联关系 (Association) 和泛化关系 (Generalization) 。
(2) 拓扑包 (Topology) 。拓扑包是核心包的扩展, 通过与描述连接关系的终端类 (Terminal) 建立关联关系, 定义了设备的物理连接关系。拓扑包定义连接节点Connectivity Node和拓扑岛Topological Island等拓扑关系模型;同时, 拓扑包还描述了拓扑结构, 即设备通过闭合开关/刀闸连接在一起的逻辑连接关系。拓扑定义与其他电气参数无关。
(3) 电网包 (Wires) 。电网包是核心包和拓扑包的扩展, 它描述输电网、配电网设备的电气参数信息, 这些信息将被用于状态估计、潮流计算、安全分析、最优潮流等应用。电网包定义断路器Breaker、隔离刀闸Disconnector等网络分析应用需要的模型。
(4) 量测包 (Meas) 。量测包包含描述各个应用间交换的动态测量数据的实体。
(5) S C A D A包 (S C A D A) 。SCADA包描述了用于数据采集 (SCADA) 和控制应用的模型信息, 涉及到量测、TV、TA、RTU、扫描装置、通讯电路等设备。控制应用支持对设备的控制操作, 例如断开/合上断路器;数据采集应用从多个来源采集遥测数据, 遥测实体的子类型遵照IEC61850标准的定义。
IEC61970系列标准提出了电力系统资源 (Power System Resource) 概念。它描述了电力系统所有对象的逻辑结构和关系, 构成电力系统网络拓扑结构的主要节点, 通过这些节点的连接, 构成电力系统基本的网架结构。
在电力系统资源PSR角度, 关注的是电网的网络架构, 即电网中的节点和节点之间的连接关系。从网络拓扑结构的角度, 关注节点在电网中的电气功能特性, 这是建立电网设备台账模型的一个维度。
1.2 IEC 61968
作为CIM模型的一部分, IEC61968系列标准提出了电力设备资产的概念 (Asset) 。电力设备资产不仅指与输配电相关的电网中的设备资产, 而是覆盖了整个电力企业的所有资产, 包括建筑物、交通工具、办公设备等。当然, 对生产管理来说, 最关心的还是与输配电相关的电网设备资产。
Asset类是作为电力设备资产的一个基类, 主要是从物理设备实体的角度对电网设备进行建模。它建立的电网设备模型, 关注物理设备的基本属性, 包括物理设备的分类、属性、组成等。从物理实体本身的角度, 确定电网设备的分类、相互之间的组成及包容关系, 是建立电网设备台账模型的另一维度。
2 IEC 61970与61968的关联及电网设备台账模型的构建
由上对IEC61970和61968的分析可看出, IEC61970与61968分别提出了电力系统资源 (Power System Resource) 和设备资产 (Asset) 的概念, 从电力设备的网络拓扑结构和物理实体两个维度关注电网设备。
在CIM模型中, 电力系统资源 (Power System Resource) 和设备资产 (Asset) 之间存在多对多的对象关联关系。两者是相辅相成的。
(1) 电力系统资源构建了电网的网架结构, 而设备资产组成了网络结构各结点的物理实体。
(2) 电力系统资源反映了电网设备相互之间的关联关系, 反映了特定的功能角色, 而设备资产是履行这些功能的对象, 是这些功能的载体。
图1展示了电力系统网络拓扑结构和物理实体设备两个维度的电力系统资源 (Power System Resource) 和设备资产 (Asset) 的简单对应。
根据IEC61970与61968提出的电力系统资源 (PowerSystem Resource) 和设备资产 (Asset) 的概念, 从电力设备的网络拓扑结构和物理实体两个维度, 构建了电网设备台账结构模型。
该设备台账结构模型, 不但体现了电网网络拓扑结构, 而且也关心网络结构上各节点的物理实体本身的特性。设备台账上的设备实体不仅仅是孤立的物理设备, 而是体现了网络构架的相互关系及电气联接关系。电网设备应是电网网络上的电网设备。例如, 某个变电站内的某台主变压器, 从物理实体的角度, 应要反映出它是哪个厂家生产的哪种型号的变压器 (设备资产的概念) , 同时, 从网架拓扑的角度, 还要反映出它在电网网络结构中的位置 (功能位置) 和作用, 即是要反映该主变压器在网架上的编号 (如3号主变压器) 及其与其他设备的关联关系等 (电力系统资源的概念) 。
由电力系统资源和设备资产两个维度的良好结合, 构建的设备台账, 完美地反映了电力设备的网络拓扑关系和物理实体特性2个方面。
3 电力企业管理信息系统设备台账标准及应用
借助IEC61970和61968的理念和公用信息模型的理论基础, 结合电力生产管理经验, 根据以上的电力设备台账结构模型, 构建了典型的电力企业管理信息系统台账结构标准, 主要包括500 k V/220 k V/110 k V变电站设备台账标准、输电设备台账标准、调度端设备台账标准, 同时, 构建了输变电设备的分类标准等。
以下简单介绍典型220 k V变电站的设备台账标准结构。
台账标准采用树状结构, 将台账用层进行展示:第1层按电压等级 (主变压器) 进行分区, 如220 k V电压等级区域、110 k V电压等级区域、10k V电压等级区域、主变压器区域、公用设备区域、辅助设施区域等;第2层主要是间隔名称, 如220 k V线路XX (往下依次排列) 、220 k V母联、110 k V旁路、10 k V分段、1号主变变高、变中、变低 (按主变号往下依次排列) 等;第3层往下主要是该间隔所属的设备, 根据该间隔的设备分类情况决定层数的多少。
该台账标准引入了“功能位置”、“物理设备”及“部件”的概念。
功能位置:按照空间位置 (间隔) 、技术体系和功能为原则进行划分, 即是电网运行的功能划分、网络结构位置等, 如某个设备间隔、某台主变压器/某条线路等。在台账结构标准上主要体现在第1层、第2层。
物理设备:按照物理特性划分的单个技术对象。物理设备有别于功能位置, 通常是指在一个功能位置上运行的物理装置, 有其自己的组装结构和部件。如某个厂家生产的某种型号的主变压器等。在台账结构标准上主要体现在第3层。
部件:部件是用来细化物理设备结构。对部件的管理是不关心其生命周期与维护信息, 只关心其数量。引入物料清单 (BOM) 管理设备的部件结构。如主变压器的部件包括调压装置、瓦斯继电器、压力释放阀等。
由此形成的台账结构, 不但包含了网络结构的拓扑信息, 而且还包括了设备物理实体及资产的信息, 存储了设备编号和相应信息, 如设备安装位置、供应商、设备型号, 运行状态和设备技术参数等设备基本信息。
以基于IEC61970、IEC61968的设备台账标准为基础, 将其应用于生产管理信息系统的升级工作中, 构建了生产管理信息系统的设备台账结构。新的台账结构得到广泛的应用, 为生产管理信息系统的缺陷管理、巡视管理、预试定检管理等模块提供了应用基础, 解决了台账数据的结构化、标准化问题, 方便了信息的横向、纵向充分交换、共享。
4 结语
IEC61970、61968系列标准是电力系统管理及其信息交换领域的标准, 可以指导各种电力信息系统的信息交换标准化工作。借助IEC61970和61968的理念和公用信息模型的理论基础, 结合电力生产管理经验, 提出了合理的设备台账结构标准, 并应用于构建管理信息系统科学的设备管理平台。统一的设备管理平台, 方便地实现了应用内集成 (Intra-application Integration) 和应用间集成 (I n t e r-a p p l i c a t i o nIntegration) , 较好地解决“信息孤岛”问题。
参考文献
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IEC61970标准 第8篇
1 子站到主站无缝信息交换
子站到主站无缝信息交换方法有:(1)子站中生成SCD文件在子站后台监控中对子站SCD模型转换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,主站对其转换生成主站关心的模型。鉴于以后数字化变电站装置发展趋于智能化,弱化后台监控的作用等因素,在实践应用中具有推广应用价值的是方法(2),具体步骤如下:
(1)子站生成SCD文件上送到主站;
(2)主站对SCD文件加以解析,把主站关心的子站SCD模型转换成公共信息模型(CIM);
(3)最终生成符合主站要求的CIM资源描述框架(RDF)格式XML文件并导入到主站中,使主站关心的子站信息完整上送到主站中。
基本流程如图1所示。
2 SCD与CIM模型
2.1 SCD模型介绍
IEC 61850 SCL配置文件用于在不同制造商的不同工具间交换配置数据,存在4种类型SCL文件,通过文件名后缀加以区分。这4种文件分别是:ICD文件,SCD文件,SSD文件,CID文件。SCD对象模型有3个基本部分:(1)变电站模型:从功能的角度描述开关场的设备(过程装置)、基于电气接线图的连接(拓扑)、说明装置和功能,是基于变电站功能结构的分层对象。其主要包括的对象模型:变电站,电压层,设备,子设备,连接节点,端点等。(2)IED模型:变电站自动化系统中的二次智能电子设备。其主要包括的对象模型:智能电子设备,服务器,逻辑装置,逻辑节点,数据等。(3)通信系统模型:与通信相关的对象类型。通信模型其主要包括的对象模型:访问点,路由器,时钟等。
IEC 61850标准中的对象模型采用XML Schema(W3C扩展标记语言)描述,在其XML文档中为分层结构可以有多层嵌套。使用XML语言定义变电站自动配置语言的实例如下:
这个XML文件说明变电站节内含1个电压等级D1,在此电压等级中含有一个间隔Q1,此间隔里有1个电流互感器l1。
2.2 CIM介绍
CIM是一个抽象模型,它表示通常包含在能量管理系统(EMS)信息模型中的电力企业的所有主要对象。CIM规范使用统一建模语言(UML)表达方法,它将CIM定义成一组包,整个CIM划分为下面几个包:核心,拓扑,电线,停运,保护,SCADA,量测,负荷模型,发电,生产,发电动态,域,能量计划,预订,财务,资产。包的边界并不意味着应用的边界。一个应用可能使用几个包的CIM实体。CIM中的每一个包包含一个或多个类图,用图形方式展示该包中的所有类及它们的关系。然后根据类的属性及与其他类的关系,用文字形式定义各个类。CIM包含的基本类有:变电站类,基准电压类,间隔类,导电设备类,端点类,设备容器,电流继电器类,保护设备类等。在CIM中与子站相关的模型主要是电网模型,变电站模型和量测模型。
IEC 61970对象模型也采用了XML语言描述,使用的是另外一种更复杂功能也更强大的元数据描述工具RDF。RDF定义了数据本身,也就是语义,CIM XML语言是基于CIM模型的RDF应用,它是CIM RDF语法的综合。每个系统的资源都有惟一的标识(ID)。ID属性用于使元素能够引用CIM RDF Schema文档中的其他元素节点。ID=“Terminal”元素可以通过在该属性值前加#号(如“#Terminal”)的方式被其他元素引用。
3 SCD与CIM模型比较分析
IEC 61970 CIM模型和IEC 61850 SCD模型建模都采用了XML、UML、面向对象、组件技术等信息领域最前沿的技术。在IEC 61970 CIM和IEC61850 SCD对象模型存在如下的情况,(1)2种标准中共通的对象模型,如变电站、电压等级、间隔、变压器、断路器等。(2)只有一种标准中定义的对象模型:IEC 61970 CIM模型中独有的对象模型,如主控区域、子控区域、负荷等;IEC 61850 SCD模型中独有的对象模型,如智能电子设备(IED)、逻辑节点(LPHD、PTOC等)、控制块(RCB、SGCB)等。它们的关系如图2所示。
IEC 61850 SCD对象采用SCL XML(XML Schema)描述,层层嵌套是一种树状结构。IEC61970 CIM对象模型中的CIM XML(RDF XML)描述的,是一种网状结构。虽然两者的结构和采用的XML语言格式不一样,但这2种命名方式都符合万维网联合会制定的XML命名空间规范。
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关心的,例如保护模型,35 k V子站中的电抗器等。因此只需把主站关心的子站模型与主站模型建立映射关系。
在IEC 61850 SCD模型和IEC 61970 CIM模型中拥有共通的对象模型,这些模型可以基本建立他们之间的映射关系如图3所示,但并不是一对一的严格映射关系。一对多的映射关系,如图3中子站间隔模型与主站CIM模型中间隔和母线段2个对象模型形成映射关系;多对一的映射关系,如图3中子站电容器组和电抗器组模型2个模型与主站CIM模型中补偿器形成映射关系。在子站SCD中具体定义而主站CIM模型中没有明确定义的,如智能电子设备(IED)等。建立映射关系需要按照主站CIM模型中的要求建立相应的包类,增加相应的类型,属性和关联等。
子站模型到主站模型虽然可以建立映射关系,但是是有条件的在建立映射,需加以处理。主要有如下几个方面:
(1)子站与主站模型类型不一致:SCD模型中定义的对象模型与CIM模型中类型不完全一致。例如SCD电抗器和SCD电容器两个对象模型与CIM补偿器对象模型建立映射关系,两者的模型类型确不一致。
(2)子站与主站的对象模型属性不完全一致。例如CIM中逻辑节点属性是强制的而在对应的SCD中有些属性是可选的。同期检测继电器类在CIM中相关属性,相角,频率和电压必须的而在SCD中对应的为可选的。
(3)子站与主站的关联关系不完全一致。SCD中的对象模型关联关系通过层次路径实现,是直接简单的,是一种树状结构。CIM中是双向的关联关系,展开后是一种网状结构,CIM模型中对象模型的关联通过惟一标识ID加以引用,这种跨越的关联关系很复杂,由于类型之间的必须关联关系导致很难表达2个实例对象的实时关系,在建立映射关系中需结合实际情况进行数据建模。
即使子站与主站对象模型中某些部分很好的映射关系,基本的关联关系在子站和主站中也不一样,例如变压器模型,在主站CIM模型中变压器是作为主变间隔,而主变间隔与变电站相连。而在子站模型中变压器可以连接在变电站,电压,间隔等结构层中。在子站模型中间隔必须是电压等级的一部分,电压等级必须是变电站的一部分。而在主站CIM模型中间隔可以是电压等级或变电站的一部分或两者都不是,甚至在主站模型中根本没有。在主站CIM模型中详细定义了变压器,分接头,断路器,开关等模型,而子站SCD模型中只是定义了一种导电设备,导电设备有枚举属性,枚举属性决定了对象类型是那哪种实类对象。
子站与主站对象模型的描述语言都是XML语言,命名方式都符合万维网联合会制定的XML命名空间规范,同时XML语言具有异构系统间的信息互通等特点,XML语言是对象模型映射转换的最终交换格式。
5 结束语
子站到主站信息无缝交换是智能电网建设要求之一,也是IEC 61850和IEC 61970标准在工程实践中进一步深入应用的要求。目前IEC 61850和IEC 61970这2个标准在不断地发展,为了符合将来应用需求,现有模型需要不断更新,例如加入避雷器等模型。随着电力系统信息一体化的发展,需要制定一些相关列标准使两大标准合并为一,实现子站与主站共享建模,乃至最终要实现调度,变电站和配电信息一体化。
摘要：IEC 61850和IEC 61970标准已有多项工程应用,但它们之间还没有实现信息无缝交换。根据实践工程应用,提出子站到主站无缝信息交换的策略,分析了子站SCD与主站CIM模型及其映射关系。
关键词：无缝交换,SCD,CIM,映射
参考文献
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