基于IEC 61850动态数据集的源端维护技术研究

胡春潮

(广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州 510080)

基于IEC 61850动态数据集的源端维护技术研究

胡春潮

(广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州 510080)

数据的源端维护是电力自动化系统一体化建设和标准化运行的基础，是避免数据重复传输和提升自动化系统集成度的重要途径。利用IEC 61850动态数据集技术进行变电站数据源端维护，建立厂站端全站多业务统一数据模型；在生成全站系统配置文件的基础上，构建主、子站共享的公共信息模型文件，同时提供反映两种文件映射关系的关联关系文件以及反映系统接线图的可缩放矢量图形文件。基于IEC 61850文件传输和动态数据集功能实现关键文件传输及订阅发布过程，可大幅简化中间映射和维护过程，有效提高源端维护效率。该技术已在广东电网的智能变电站中得到应用和实践。

源端维护; 订阅发布; IEC 61850; 动态数据集体

各级电力自动化系统的一体化运作，对智能变电站和主站之间的无缝通信提出了很高的要求[1]。数据的源端维护是智能变电站的重要技术，用于实现变电站源端数据的标准化，以便于各类自动化系统数据共享，能够大幅提高系统工作效率，减少重复工作[2]。

变电站作为系统数据采集、数据建模的源端，提供各种可自描述的配置参量，并通过远动规约、模型转换等功能实现主站端直接导入和使用。维护时仅需在变电站利用统一配置工具进行配置，生成包括变电站主接线图、网络拓扑及数据模型等在内的标准配置文件[3-4]。当前广泛采用的方法是通过扩展IEC 60870-5-104规约的方式实现主子站图模的源端维护。然而在实践中，扩展IEC 60870-5-104规约的源端维护方法存在一些问题，比如整个维护流程需要在面向对象模型与点表之间的两次转换，转发信息表配置复杂，组态和调试工作量大，扩展IEC 60870-5-104的源端维护方法维护流程复杂、易出错等。

本文提出一种基于IEC 61850动态数据集的数据源端维护方法，在厂站端根据变电站全景信息模型生成全站系统配置(substation configuration description，SCD)文件，并结合电网模型形成公共信息模型(common information model，CIM)文件，通过组织结构和专业系统确保信息来源的唯一性和准确性。同时，建立与CIM文件对应的可缩放矢量图形(scalable vector graphics，SVG)电网拓扑结构图形和提供反应SCD与CIM文件映射关系的关联关系(reference，REF)文件。进一步地，主子站根据需求订阅相关信息，实现高效的远端维护。IEC 61850的出站方式具备面向对象模型的直接贯通、数据自描述等优势，为主子站综合数据传输和多业务一体化维护提供了较好的技术方向。

1 变电站数据源端维护现状分析

目前，主子站间的通信仍主要采用基于点表的IEC 60870-5-101、IEC 60870-5-104等规约。图1为通过扩展IEC 60870-5-104规约实现主子站图模的源端维护的系统架构。

VER—版本文件，version的缩写；MAP—映射关系，mapping的缩写。图1 基于IEC 60870-5-104规约的源端维护系统架构

当前，厂站端内部通信使用IEC 61850规约，主子站之间则使用IEC 60870-5-104规约。基于IEC 60870-5-104规约的源端维护具体流程如图2所示。

图2 基于IEC 60870-5-104规约的源端维护流程

主站根据厂站端VER信息判断是否需要召唤相应文件，并接收通过智能远动机上传的变电站模型、图形，选择生成并下发信息点表，可将相应模型拼接到系统所维护的电网模型中，以建立前置与后台应用之间的信息点MAP，同时在上送的图形基础上以最小开销生成主站端所需图形。

智能远动机转换后的站端模型、画面统一上送各主站进入数据中心，主站各应用(如稳态监视、动态监视、暂态监视等)通过数据中心提供的服务(具备更新通知机制)获取，各应用自行构建通信点表及与站端的数据通信，子站的图形绘制需满足文献[5]的要求，导出结果满足文献[6]的要求。

主站图形维护工具能够将智能远动机提供的厂站端上传的图形进行再加工，通过统一图形绘制规范和图形交换规范，实现从厂站到各级主站的主要图形画面的一致显示。

2 基于IEC 61850动态数据集的数据源端维护实现基础与思路

2.1 数据源端维护实现基础

随着智能变电站的推广和普及，为满足智能变电站在不同应用场景下的描述需求，变电站端根据IEC 61850、IEC 60870以及DL/T 890标准分别形成SCD文件、CIM文件和SVG文件等变电站描述文件。

SCD是IEC 61850-6标准规定的变电站二次配置描述文件。SCD文件不仅描述了变电站二次装置的测点信息、通信配置、动作行为等信息，还描述了变电站一次设备的数据模型以及一次设备与二次装置之间的关联关系。SCD文件所包含的丰富的模型和配置信息，能够很好地满足数据源端维护的需要，为变电站内各类应用系统提供了强大的数据支持。

CIM是EMS-API框架的一个重要部分，它定义了电力系统模型。CIM描述电力企业的所有主要对象，通过提供一种用对象类和属性及他们之间的关系来表示电力系统资源，实现涉及电力系统运行的不同方面的系统应用的集成。

SVG能够绘制实际的电网拓扑结构图形，图形中形象展示电力系统中各设备及其参数、设备间的物理拓扑、量测量等参数，并作为标准的图形格式进行交换。

各类文件提供了不同应用需求下的变电站配置和运行数据描述，各类文件中不同的描述对象和建模方法，成为构建基于IEC 61850动态数据集的数据源端维护的实现基础。

2.2 数据源端维护实现思路

采用基于IEC 61850动态数据集的数据源端维护，需要在厂站端利用统一系统配置工具进行配置，生成包括厂站端二次拓扑参数、智能电子设备(intelligent electronic device，IED)数据模型及两者之间的联系等内容的标准配置文件。变电站主接线和分画面图形，图元与模型关联等信息，则通过SVG提供给上级自动化系统。

主站获取厂站端生成的图模文件后，完成模型拼接和图形导入，并自动生成变电站设备表、量测信号表等相关参数。源端数据以IEC 61850为出站规约，充分利用IEC 61850动态数据集技术，可以在调度端简洁方便地应用变电站形成的这些数据模型及图形，完成订阅发布并实现数据的免维护。

调度(调控)中心根据标准配置文件，自动解析并导入到自身系统数据库中，实现厂站、主站共享建模。其中涉及的主要技术点有：IEC 61850和IEC 61970模型转换技术，主站端模型拼接技术，基于SVG标准格式的图形分层和自动成图技术，数据交换点表订制和链路自动重建技术以及模型版本管理技术。在变电站端维护变电站模型、图形，远动通信规约数据点表，主站模型、图形之间的对应关系，简化工程配置与调试。

通信规约由IEC 60870-5-104变为IEC 61850后，子站上送文件在原来的SVG、CIM的基础上增加了上送SCD和REF文件。为保持向下兼容性，尽量复用原有实现的方式与原有流程共有的文件，并保持格式不变。IEC 61850通信可由子站在建模时在站级IED中建立图模等文件变化的Do，然后通过该点的变化，触发主站下发召唤相应文件的命令，从而实现源端维护文件的随时上送。

3 基于IEC 61850动态数据集的数据源端维护实现方案

3.1 数据源端维护的文件管理

基于IEC 61850动态数据集的源端维护在信息交互流程中，主要涉及SCD、CIM类型的文件、SVG文件和REF文件四类文件，本文分别阐述各类文件应用对象和方法。

3.1.1 SCD文件

厂站端采用IEC 61850标准进行全站建模，通过配置SCD模型文件，对变电站的电网结构，一次设备、二次设备及其关联关系进行全面描述。SCD中集成了系统规范描述(system specification description，SSD)文件信息，SSD文件中则包含了导电设备对象、导电设备拓扑连接关系、导电设备与二次设备逻辑节点之间的关联关系等内容[7]。

3.1.2 CIM文件

电网模型参数、运行数据原则上按照调度隶属关系进行源端维护。站内模型文件SCD转换为CIM模型，CIM模型中统一资源标识(uniform resource identifier，URI)采用Q/CSG 1204005.37规定的群体身份(group identification，GID)表示。厂站端实现IEC 61850 SCD模型到IEC 61970 CIM模型的唯一转换，内容包括电网模型、测点模型、二次设备模型等。厂站端提供的所有信息模型，提供给各级主站进行导入使用。各类设备进行规范化命名，形成含路径的全名，并以设备全路径名为系统内唯一标识。

IEC 61850标准定义的一次模型与CIM模型基本类似，由厂站、电压等级、间隔、设备，变压器、变压器卷等组成，二者可以直接映射转换。通过ConnectivityNode类和Terminal类可以生成电网拓扑关系。通过一次设备与二次设备逻辑节点(LNode)的关联关系，可以生成一次设备的遥信、遥测、遥控和遥调等测点。

数据模型涉及多个业务系统，数据模型的建立原则是分布式源端维护、统一使用、统一管理，使用自顶向下和自底向上相结合的策略维护和使用数据模型。建立基于IEC 61850的统一信息模型，不仅可以实现数据共享，也可以实现站内装置与主站间服务和数据的转发[8]。

在全局模型的元数据中，按对象类型和属性与组织机构和专业系统相关联，采用以下方式保证维护信息的唯一来源和准确性。

a) 只有一个业务系统负责创建对象和数据，其他业务系统引用该对象和数据；

b) 对象的创建应保证来源唯一，如变压器对象以自动化为准，保护装置以保护部门维护为准，由注册中心分配唯一的ID；

c) 模型参数应保证来源唯一，例如静态参数由自动化维护，暂态参数由方式维护。

业务模型需在业务系统内进行正确性验证，保证在专业范围内数据是正确的，然后提交到全景模型的工作版本，进行合并和全局验证。全景模型数据集成过程支持周期、触发和人工控制三种方式，允许用户控制维护的流程。

3.1.3 SVG文件

厂站端按照DL/T 890标准绘制主接线图及相关的分画面，并且应符合SVG文件格式。SVG文件包含图形与CIM模型的对照关系。SVG图形交换文件的电压等级的颜色定义和公共图元部分，放在对应文件开头的defs定义处，通过style样式和symbol图符标示，其中symbol部分，id是图元的唯一标示，名称由图元类型和名称@态组成，使用use引用已经定义的图元，xlink:href用来标示所要引用的图元。每个图元的每一种显示状态单独用symbol标示。正文部分是各种图层的集合，每一类的电力图符统一放在对应的图层中，由分隔。metadata用于cge:PSR_Ref是该对象的领域数据[9]。

3.1.4 REF文件

当采用以IEC 61850为基础的远方通信规约时，需要有数据关系文件完整地描述厂站端模型和主站端公共信息模型之间的对应关系。CIM模型URI、SVG文件的ObjectID和变电站数据描述名的映射关系在REF文件中进行规定。

3.2 数据源端维护的实现流程

与传统IEC 60870-5-104规约相比，基于IEC 61850的源端维护方法的区别在于：IEC 60870-5-104规约子站接收到主站挑过点的点表后，重新生成子站模型文件，通过特定报文通知主站子站模型变化；而IEC 61850可通过在线生成动态数据集的方式来实现主站的挑点功能。基于IEC 61850的源端维护方法的实现可概括为文件传输、模型/图形校验、模型/图形导入、数据筛选/订阅发布和启动数据传输五部分。

3.2.1 文件传输

在IEC 61850-7-2部分定义的抽象通信服务接口(abstract communication service interface，ACSI)中，对文件对象作出了抽象。ACSI提供下列文件服务：GetFile为客户端使用，服务将文件内容从服务器传输到客户端；SetFile为客户端使用，服务将文件内容从客户端传输到服务器；DeleteFile为客户端使用，服务在服务器的文件仓库中删除文件；GetFileAttributeValues为客户端使用，服务在服务器的文件仓库中获取指定文件的属性[9]。

基于IEC 61850的源端维护在信息交互流程如图3所示。

图3 基于IEC 61850广域通信的源端维护流程

3.2.2 模型/图形校验

主站对收到的CIM、SVG文件需要进行有效性和合理性校验。CIM模型校验工具和SVG文件校验工具检测变电站端提供的模型和图形文件，应满足IEC 61970规范要求。主站应检验SVG图形是否符合SVG标准，校验通过后，将CIM文件和SVG文件转换为主站图形、模型参数。

模型文件在导出和导入时，需结合量测信息进行拓扑连接关系、状态估计计算等校验。拼接形成的全网模型通过语法、语义和简单逻辑校验后，调度端可以导入(或生成)离线数据库，生成画面，生成通信索引表，也可在孤立的工作站上进行潮流、静态安全分析、暂稳仿真等测试。验证测试通过后，该模型及其对应的数据库、画面、索引表等方可投入在线运行。

3.2.3 模型/图形导入

模型/图形导入主要指变电站系统上传的标准SVG图形文件解析，以及将基于SVG文件的主站图形格式转换。若是在解析SVG图形文件过程中或者转换过程中存在错误信息等，应给出明确提示。

图形系统提供导入和导出的功能，基于主站提供的标准图元文件，包括断路器、隔离开关、变压器等一次图元，利用SVG导入功能，把标准图元导入到本地的图形系统，保存成本地文件格式，完成本地系统的标准图元的显示[10]。

图形转换工具主要是将变电站提供的图形文件转换为主站图形文件。SVG文件解析器负责解析SVG文件，得到文档对象模型(document object model，DOM)树。私有格式图形文件转换工具负责根据解析得到的SVG信息，生成符合主站要求的SVG图形文件，便于转换为主站的私有图形文件。

3.2.4 数据筛选/订阅发布

主站可以通过订阅发布服务实现变电站模型、数据的灵活配置和动态管理。完成图模的校验和导入后，调度端往往并不需要订阅变电站的完整数据，而是希望变电站能够提供调度相关的数据。为减少通信流量和避免不必要信息传递，需要对子站上送信息进行筛选，筛选结果通知前置服务器以完成相关参数配置。

订阅发布是在源端维护的基础上实现调度端所关心的数据的动态订阅。源端维护主要实现手段是提供变电站的数据关系文件，调度端能够以此文件为基础获得整个变电站完整的IEC 61850标准数据模型，以及IEC 61850标准与CIM之间的对应关系，但该关系文件不能动态修改。这可以通过IEC 61850标准的动态数据集来实现，调度端在获得完整模型的基础上挑选关心的数据，形成IEC 61850标准的数据集，通过IEC 61850标准的动态数据集服务将此数据集下发，远动装置以新的数据集为基准更新发往调度中心的数据，完成订阅发布功能。

为完成数据集的订制，调度中心的IEC 61850客户端提供CreateDataSet和DeleteDataSet服务，调度中心用此服务完成所需数据的重新组织，数据集的重新组织需在订阅发布逻辑设备(logical device，LD)中完成。订阅发布LD模型需提供足够的报告控制块，以满足所有客户端要求。报告控制块所对应的数据集由客户端在线生成和指定。采用CreateDataSet服务，通过双边应用关联(two party application association，TPAA)建立Data-Sets非永久性实例，非永久性实例仅对建立该实例的客户是可视的。当TPAA释放或异常中止时，应自动删除Data-Sets的非永久性实例[11]。

3.2.5 启动数据传输

主站完成筛选数据的发布后，通过接口调用，使IEC 61850服务端重新建立报告控制块与动态数据集的关联，使能选定的报告控制块开始正常数据传输。

4 结束语

基于IEC 61850动态数据集服务的变电站源端维护和订阅发布技术在广东电网有限责任公司电力科学研究院的“基于IEC 61850的统一纵向数据总线技术研究及应用”项目中得到了应用和实践。项目实现了电力自动化主站与变电站间基于IEC 61850的能量管理系统(energy management system，EMS)、继电保护故障信息管理系统、计量自动化系统、广域相量测量系统(wide-area phasor measurement system，WAMS)、在线监测系统等多业务系统综合数据远传，实现了多业务的主子站综合数据交互。测试结果表明该实现方式简化了工程配置与调试，效果良好，但由于运行现场有限，在具体流程等方面仍有许多需要改进之处。

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(编辑 查黎)

Substation Data Source-side Maintenance Based on IEC 61850 Dynamic Dataset

HU Chunchao

(Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510080, China)

Data source-side maintenance is the basis for integrated construction and standardized operation of electric power automatic system as well as an important way to avoid repeated transmission of data and improve integration level of the automatic system. This paper uses IEC 61850 dynamic dataset technology for substation data source-side maintenance and to establish a uniform data model for multi-service of the station at factory station side. On the basis of producing substation configuration description (SCD) file, it constructs shared common information model (CIM) file for the master station and substation, and provides reference files reflecting mapping relationship between those two kinds of files and scalable vector graphics (SVG) file reflecting system connection diagram. Based on EIC 61850 file transmission and dynamic dataset, this model can realize process of file transmission and subscription/publish, simplify middle mapping and maintenance, and effectively improve source-side maintenance efficiency. This technology has been applied and implemented in intelligent substations of Guangdong power grid.

source-side maintenance; subscription/publish; IEC 61850; dynamic dataset

2016-08-05

广东省智能电网新技术企业重点实验室资助项目(2060299)

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.12.011

TM76

A

1007-290X(2016)12-0057-05

胡春潮(1984)，男，湖北黄冈人。工程师，工学硕士，主要从事智能变电站运行和维护技术、智能电网技术研究工作。