CN101873008B - 变电站scd模型到调度中心cim模型的转换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变电站SCD模型到调度中心CIM模型的转换方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立完整的SCD变电站描述配置模型；2)删减主站不需要的模型，将SCD模型最小化；3)实现SCD模型和CIM模型之间的映射；4)由CIM模型导出SVG格式的单线图文件，同时建立SVG单线图与CIM模型之间的关联关系；5)主站获取变电站的CIM模型和SVG单线图文件后，检验有效性，验证通过后进行模型拼接，同时，通过SVG单线图和CIM模型之间的关联关系，建立数据库。本发明能够直接采用变电站建立的自描述模型，自动解释实时数据，减少人工核对信号等极易出错的重复性耗时工作，满足源端维护需要。
Description
技术领域
本发明属于电力系统自动化领域，更准确的说涉及到变电站自动化系统SCD(Substation Configuration Description，变电站配置描述)模型到调度中心自动化系统CIM(Common Information Model，公共信息模型)模型的转换方法。
背景技术
经过近十年的理论研究和实践建设，IEC 61850和61970在数字化变电站自动化系统和主站调度自动化系统中的应用渐趋成熟。然而，IEC 61850和61970采用的模型和通信协议存在较大差异，并且IEC没有提出模型间的融合方法，也没有制定有关变电站和主站之间的通信连接方式。自IEC 61850和61970发布以后，有关IEC 61850和61970协调的问题受到普遍重视。由于国内数字化变电站和主站发展迅速，已有100余座数字化变电站投入运行，与此同时智能变电站和智能电网研究正在大力展开，因此实现IEC 61850和61970无缝通信尤为紧迫。
2006年美国电力研究院发表了《IEC 61970，61968和61850之间的模型融合》技术报告，该报告提出了多达17个模型融合的用例，比较全面的研究了信息模型融合的技术问题。2007年ABB研究机构申请了国际专利，题目是《IEC61850与IEC 61970之间双向数据转换方法和系统》(美国专利号20070185591)，该专利发明了从一个标准到另一个标准的文件转换方法，文件格式分别为CIMXML(RDF Schema)和SCL(XML Schema)。2006年清华大学提出了IEC 61850和61970关于保护模型之间的协调(融合)，建议IEC 61970增加相应的数据模型或者进行扩展，指出在保护系统建模方面需要协调的内容和层次，给出了可行的方案。2009年广东电网电力科学研究院与山东大学合作提出了统一CIM(UCIM)建模概念，发表了《IEC TC57CIM与IEC 61850 SCL模型整合及UCIM构建》一文。综上所述，国内外有关IEC 61850和61970共享建模的研究早已展开，然而以上共享建模方法没有针对国内应用现状提供完整的解决方案，尤其是解决图形生成和服务映射等与模型密切相关的技术问题。
发明内容
本发明的目的是解决变电站自动化系统与调度中心自动化系统的模型异构问题，为数字化变电站和主站无缝通信提供技术支撑。
为解决上述技术问题，本发明提供一种变电站SCD模型到调度中心CIM模型的转换方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立完整的SCD变电站描述配置模型；
2)删减主站不需要的模型，将SCD模型最小化；
3)实现SCD模型和CIM模型之间的映射；
4)由CIM模型导出SVG格式的单线图文件，同时建立SVG图形与CIM模型之间的关联关系；
5)主站获取变电站的CIM模型和SVG单线图文件后，检验有效性，验证通过后进行模型拼接，同时，通过SVG图形和CIM模型之间的关联关系，建立数据库。
前述的变电站SCD模型到调度中心CIM模型的转换方法，其特征在于：在所述步骤1)中，描述一次设备及其连接关系、一次设备与二次设备逻辑节点之间的关联关系，包括以下步骤：
1)母线单独配置成独立的间隔，该间隔只有一个连接点ConnectivityNode；
2)接地设备，包括接地刀闸，配置一个连接端子Terminal，但是隔离刀闸配置成2个连接端子；
3)全部一次设备配置有效的连接路径名pathName，接线端子Terminal和连接点ConnectivityNode配置必须有效。
前述的变电站SCD模型到调度中心CIM模型的转换方法，其特征在于：在所述步骤3)中，模型映射包括静态模型映射和动态模型映射两部分，所述静态模型描述一次设备及其连接关系，建立变压器、绕组、开关、刀闸、互感器及其接线端子和连接点的映射关系；所述动态模型描述量测信号，具体过程如下：
1)解析量测设备，包括开关、刀闸、变压器、互感器；
2)解析关联的二次设备逻辑节点；
3)解析二次设备IED模型，包括IED逻辑设备LD、逻辑节点LN、数据对象DO、数据属性DA的描述，数据类型模板描述；
4)解析二次设备相关的报告控制块和数据集；
5)生成CIM量测信号描述；
6)解析其它信息，包括定值、遥控，生成CIM模型描述。
前述的变电站SCD模型到调度中心CIM模型的转换方法，其特征在于：在所述步骤3)中，模型转换时，根据具体的服务接口映射方式，采用的服务映射方式包括IEC 60870-5-104，IEC 60870-5-103，IEC 61850-8-1MMS，CORBA和Web服务。
前述的变电站SCD模型到调度中心CIM模型的转换方法，其特征在于：在所述步骤3)中，在转换过程中，建立量测模型与服务接口映射相关的信息，便于主站动态解释信号。
前述的变电站SCD模型到调度中心CIM模型的转换方法，其特征在于：在所述步骤4)中，采用SCD文件或采用转换生成后的CIM RDF文件导出SVG单线图，从中解析拓扑连接关系，自动排版布局，绘制出一次设备接线图。
本发明所达到的有益效果：
本发明所提供的方法能够直接读入变电站配置描述模型SCD文件，建立映射关系，并转换生成调度中心CIM模型，以及与模型密切相关的单线图导出和服务接口映射问题，实现调度中心主站系统与数字化变电站的无缝通信，直接采用变电站建立的SCD模型转换生成的CIM模型，通过包含的服务映射信息自动解释实时信息，减少人工核对信号等极易出错的重复性耗时工作，满足源端维护需要。
具体实施方式
建立完整的SCD变电站描述配置模型。目前国内数字化变电站建设采用的SCD配置描述模型，普遍缺少系统规格配置部分内容，即一次设备及其连接关系，以及一次设备与二次设备逻辑节点之间的关联关系描述。实现SCD模型转换生成CIM模型，必须建立完整的系统规格配置模型，而且变电站SCD建模时设备命名必须符合国家电网公司企业标准《电网设备通用数据模型命名规范》。除此之外，一次设备及其连接关系必须符合以下规范，否则模型转换无法编程实现。首先，母线必须单独配置成独立的间隔，该间隔只有一个连接点ConnectivityNode。另外，接地设备例如接地刀闸等，必须配置一个连接端子Terminal，但是隔离刀闸配置成2个连接端子。全部一次设备必须配置有效地连接路径名pathName，接线端子Terminal和连接点ConnectivityNode配置必须有效。只有采用这样规范化的配置描述，才能编程自动实现SCD文件到CIM模型的转换。例如母线间隔配置：
<Bay name＝″QBB2″desc＝″220kV母线II″>
<ConnectivityNode name＝″L202″pathName＝″Lanxi/E1/QBB2/L202″/>
</Bay>
接地刀闸配置：
<ConductingEquipment name＝″QB6″type＝″DIS″>
<Terminal name＝″T1″ connectivityNode＝″Lanxi/E1/QBB2/L202″
substationName＝″Lanxi″ voltageLevelName＝″E1″bayName＝″QBB2″
cNodeName＝″L202″/>
</ConductingEquipment>
与接地刀闸不同的是，隔离刀闸描述如下：
<ConductingEquipment name＝″QB8″type＝″DIS″>
<Terminal name＝″T1″connectivityNode＝″Lanxi/E1/QBB2/L202″
substationName＝″Lanxi″ voltageLevelName＝″E1″bayName＝″QBB2″
cNodeName＝″L202″/>
<Terminal name＝″T2″connectivityNode＝″Lanxi/E1/QBB2/L205″
substationName＝″Lanxi″ voltageLevelName＝″E1″bayName＝″QBB2″
cNodeName＝″L205″/>
</ConductingEquipment>
以上一次设备及其连接关系用于生成静态CIM模型。生成动态CIM模型(即量测模型)必须参考SCD全部配置内容，特别是一次设备对象描述，一次设备与二次设备逻辑节点之间的关联关系，二次设备IED模型，建立映射关系，实现量测信号模型转换。
SCD和CIM模型之间的映射方法。模型映射包括静态模型映射和动态模型映射两部分，静态模型主要描述一次设备及其连接关系，由于二者描述的都是电力系统设备，因此映射方法比较简单，只要建立变压器、绕组、开关、刀闸、互感器等设备及其接线端子和连接点的映射关系即可。动态模型描述量测信号，由于相关的内容比较分散，因此转换工作比较复杂，具体过程如下：
1)解析量测设备，例如开关、刀闸、变压器、互感器等；
2)解析关联的二次设备逻辑节点；
3)解析二次设备IED模型，包括IED逻辑设备LD、逻辑节点LN、数据对象DO、数据属性DA的描述，数据类型模板描述等；
4)解析二次设备相关的报告控制块和数据集；
5)生成CIM量测信号描述。包括cim:Measurement，cim:MeasurementType，cim:Discrete，cim:DiscreteValue，cim:Analog，cim:AnalogValue，cim:AnalogLimitSet，cim:AnalogLimitAnalog和Discrete等；
6)解析其它信息，例如定值、遥控等，生成CIM模型描述。
由模型导出SVG格式的图形文件。主站新增变电站，需要变电站CIM模型和SVG格式的单线图，其中SVG单线图采用元数据描述信号，通过rdf:ID与模型关联。由于SCD模型和CIM模型中都采用Terminal和ConnectivityNode描述一次设备连接关系，因此SVG单线图导出可以采用SCD文件，也可以采用转换生成后的CIM RDF文件，从中解析拓扑连接关系，自动排版布局，绘制出一次设备接线图，图形可以在画图工具中编辑，尤其是修改线路布局，符合用户要求。
模型与服务之间的关联方法。模型转换时，必须考虑具体的服务接口映射方式，可采用的服务映射方式有IEC 60870-5-104，IEC 60870-5-103，IEC61850-8-1MMS，CORBA和Web服务等。不同的服务映射方式，传输的数据不同，信号描述方法也不同。为了方便主站动态解释信号，转换生成的CIM模型文件必须保护信号映射信息，例如采用IEC 60870-5-104通信规约，需要建立IEC61850 Reference(引用)、IEC 60870-5-104信号地址、IEC 61970CIM rdf:ID三者之间的映射关系。
模型在代理服务器上的部署方式。不管服务映射方式如何，变电站应增设代理服务器，它同时具备客户端和服务端功能，既可作为IEC 61850客户端建立与全站IED的实时连接，也可作为IEC 61850服务端，采用灵活的服务接口映射，提供网络服务。代理服务器直接采用SCD模型，删除GOOSE等信息，独立配置通信容量，例如报告实例个数，建立实时数据库，装置上送的变化数据写入本地实时数据库，同时转发给调度中心。代理服务器将CIM模型文件和SVG单线图文件放在规定的路径下，必要时开放FTP文件传输服务，便于主站下载模型和图形文件。
数字化变电站建设时，监控和保护设备制造厂家提供ICD配置描述模型，计算机监控系统厂商通过配置工具，汇合全站ICD模型，并对装置模型实例化，配置通信参数、装置名称等工程化参数，形成变电站SCD二次设备部分模型。同时，利用配置工具绘图功能，绘制出变电站一次设备(开关、刀闸、变压器、电抗器、CT、PT等)接线图，建立一次设备对象模型，以及一次设备连接关系配置。通过配置工具进行变电站功能分配，建立一次设备与二次设备逻辑节点之间的关联关系，形成完整配置的SCD模型。
变电站计算机监控系统厂商提供完整的SCD模型交由用户存档。变电站和主站无缝通信厂商向用户索取完整配置的SCD模型，进行语法、语义验证，语法符合IEC 61850-6定义的SCL.xsd，SCL_Substation.xsd，SCL_IED.xsd，SCL_Communication.xsd，SCL_DataTypeTemplates.xsd，SCL_BaseSimpleTypes.xsd，SCL_BaseTypes和SCL_Enums.xsd等7个Schema文件以及XML语言规范，语义验证模型有效性，包括名称唯一性、是否符合命名规范、一次设备连接关系有效性、一次设备与二次设备逻辑节点关联关系的有效性等。
模型通过验证后，进行模型转换。首先删减主站不需要的模型，例如变电站GOOSE配置，形成最小化SCD模型，然后根据SCD对象与CIM对象间的映射关系，将SCD模型转换生成CIM模型文件。在转换过程中，建立量测模型与服务接口映射相关的信息。同时，输出SVG格式的一次接线图，并建立SVG图形与CIM模型之间的关联关系。
变电站部署代理服务器，直接采用最小化的SCD模型，生成实时数据库，通过IEC 61850-8-1MMS通信协议建立与变电站内部全部IED的连接，订阅报告，将装置上送的实时变化数据同步写入本地内存数据库。同时，提供服务端，接受主站网络连接，实现实时数据向主站传送。
主站获取变电站的CIM模型和SVG图形文件后，检验有效性，通过后进行模型拼接。同时，通过图形和模型之间的关联关系，建立数据库。增加前置通信模块，与变电站代理服务器建立网络连接，实现远动和保护信息(定值、事件、波形文件)的实时传输和操作。
以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种变电站SCD模型到调度中心CIM模型的转换方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立完整的SCD变电站描述配置模型；
2)删减主站不需要的模型，将SCD模型最小化；
3)实现SCD模型和CIM模型之间的映射；
4)由CIM模型导出SVG格式的单线图文件，同时建立SVG单线图与CIM模型之间的关联关系；
5)主站获取变电站的CIM模型和SVG单线图文件后，检验有效性，验证通过后进行模型拼接，同时，通过SVG图形和CIM模型之间的关联关系，建立数据库，
在所述步骤1)中，描述一次设备及其连接关系、一次设备与二次设备逻辑节点之间的关联关系，包括以下步骤：
1)母线单独配置成独立的间隔，该间隔只有一个连接点ConnectivityNode；
2)接地设备，包括接地刀闸，配置一个连接端子Terminal，而隔离刀闸配置成2个连接端子；
3)全部一次设备配置有效的连接路径名pathName，接线端子Terminal和连接点ConnectivityNode配置必须有效；
在所述步骤3)中，模型映射包括静态模型映射和动态模型映射两部分，所述静态模型描述一次设备及其连接关系，建立变压器、绕组、开关、刀闸、互感器及其接线端子和连接点的映射关系；所述动态模型描述量测信号，具体过程如下：
1)解析量测设备，包括开关、刀闸、变压器和互感器；
2)解析关联的二次设备逻辑节点；
3)解析二次设备IED模型，包括IED逻辑设备LD、逻辑节点LN、数据对象D0和数据属性DA的描述，数据类型模板描述；
4)解析二次设备相关的报告控制块和数据集；
5)生成CIM量测信号描述；
6)解析其它信息，包括定值和遥控，生成CIM模型描述。
2.根据权利要求1所述的变电站SCD模型到调度中心CIM模型的转换方法，其特征在于：在所述步骤3)中，模型转换时，根据具体的服务接口映射方式，采用的服务映射方式包括IEC 60870-5-104，IEC 60870-5-103，IEC 61850-8-1MMS，CORBA和Web服务。
3.根据权利要求1所述的变电站SCD模型到调度中心CIM模型的转换方法，其特征在于：在所述步骤3)中，在转换过程中，建立量测模型与服务接口映射相关的信息，便于主站动态解释信号。
4.根据权利要求1所述的变电站SCD模型到调度中心CIM模型的转换方法，其特征在于：在所述步骤4)中，采用SCD文件或采用转换生成后的CIM RDF文件导出SVG单线图，从中解析拓扑连接关系，自动排版布局，绘制出一次设备接线图。
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