CN103984546A - 基于iec 61850标准的继电保护系统功能建模的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于IEC61850标准的继电保护系统功能建模的方法，包括下列步骤：依据映射原则将基于IEC61850标准的模型映射到IEC61499标准的模型，得到功能状态转移状态机模型；采用SDL语言对状态机进行图形化描述；在建模环境下采用Cadvanced-to-C工具对正确的系统描述进行编译，生成与SDL图形描述系统相一致的标准C代码程序及接口函数；完成接口函数；完成程序与Win32平台的集成，编译，得到与对象系统功能一致、实用的虚拟实现系统。采用本发明的方法，解决了对继电保护系统级建模方法缺失的问题，能够提高诸如系统级测试等应用场景的效率，降低因功能变化带来的相关工作量。
Description
技术领域
本发明属电力工程领域，具体涉及基于IEC 61850标准的继电保护系统功能建模的方法。
背景技术
随着智能电网建设的快速发展，在继电保护功能的实现上基本均依据IEC61850国际标准进行信息建模、功能建模，通过ICD、CID、SCD等模型文件、中间节点文件的灵活配置，借助高效、可靠的通信网络实现常规继电保护所无法实现的功能，也使得继电保护由一般意义上装置向继电保护系统转变，在空间、时间上都体现了新技术的应用对本专业带来的变化，并在一定程度上向继电保护系统层面的功能建模提出了更高的要求。
现阶段，基于IEC61850标准的实现方式日趋成熟，尤其在逻辑节点、逻辑设备、服务器等方面，这些方面也形成了相应的行业标准、企业标准。但是在继电保护系统功能方面如果还延续装置级的建模方式，就显得颗粒度太不一致，况且同样的功能实例由于受制于分属不同设备，无法实现功能的复制和重复利用，不但没有充分发挥标准化的优势，反而常常因为最小功能的改变带来整个系统的不断变化，效率较为低下。如：在智能变电站系统级调试、测试过程中，常常因为配置文件、功能的微调带来工作量的重复。
发明内容
本发明的目的在于从系统角度为继电保护系统的功能虚拟实现提供实用方法，充分利用图形化描述语言在功能实现一致性方面的优势，借助自动转化工具，为事故反演、系统级测试等应用提供一种高效、实用的方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
基于IEC 61850标准的继电保护系统功能建模的方法，包括以下步骤：
（1）将基于IEC 61850标准的继电保护系统模型按照映射原则映射到基于IEC 61499标准规定的模型，得到继电保护的功能状态转移状态机模型；
（2）采用规范描述语言SDL在建模环境下对所述步骤（1）得到的继电保护功能状态机进行图形化的描述，得到采用SDL语言描述的继电保护功能系统；
（3）在建模环境下采用编译工具对正确的系统功能描述进行编译，生成与采用SDL语言描述的继电保护功能系统相对应的标准C代码程序及接口函数；
（4）完成所述步骤（3）生成的C代码程序中的接口函数；
（5）完成C代码程序与Win32平台的集成、编译，得到与基于IEC61850的继电保护系统功能一致的虚拟实现系统。
前述的步骤（1）的映射原则为：
基于IEC 61850标准规定的模型中的服务器映射为基于IEC 61499标准规定的模型的设备；
基于IEC 61850标准规定的模型中的物理设备映射为基于IEC 61499标准规定的模型的设备；
基于IEC 61850标准规定的模型中的逻辑设备映射为基于IEC 61499标准规定的模型的资源；
基于IEC 61850标准规定的模型中的逻辑节点映射为基于IEC 61499标准规定的模型的汇合功能块；
基于IEC 61850标准规定的模型中的数据对象映射为基于IEC 61499标准规定的模型的基本功能模块；
基于IEC 61850标准规定的模型中的数据属性映射为基于IEC 61499标准规定的模型的数据类型；
基于IEC 61850标准规定的模型中的公共数据类映射为基于IEC 61499标准规定的模型的结构化的数据类型；
基于IEC 61850标准规定的模型中的抽象通信服务接口映射为基于IEC 61499标准规定的模型的服务接口功能块。
前述的步骤（2）的图形化描述的具体过程为：
2-1）将基于IEC 61499标准规定的设备和资源模型等效建模为SDL中的块模型，一个设备或资源映射为一个块；
2-2）将基于IEC 61499标准规定的汇合功能块等效建模为SDL中的子块模型，一个汇合功能块映射为一个子块；
2-3）将基于IEC 61499标准规定的基本功能块等效建模为SDL中的进程模型，一个基本功能块映射为一个进程；
2-4）进程为继电保护系统的行为主体，依据此原则，将基于IEC 61499标准规定的服务接口功能块等效建模为SDL中的路由；
2-5）将基于IEC 61499标准规定的数据类型采用SDL中相应的数据类型表示；
2-6）将基于IEC 61499标准规定的结构化数据类型采用SDL中的NEWTYPE进行构建。
前述的步骤（3）的编译工具采用Telelogic Tau中的Cadvance-to-C编译器。
前述的步骤（4）中的接口函数为：xInitEnv( )、xCloseEnv( )、xInEnv( )以及xOutEnv( )；
所述函数xInitEnv( )主要用于完成基于IEC 61850标准的继电保护系统的初始化操作；
所述函数xCloseEnv( )用来完成关闭建模环境的操作；
所述函数xInEnv( )用于接收来自硬件或 RTOS 的信号并转换成SDL语言描述的继电保护功能系统所需要的信号；
所述函数xOutEnv( )用于接收来自 SDL语言描述的继电保护功能系统的信号并转换成对 RTOS 的信号或对硬件的操作。
前述的步骤（5）中，C代码程序与Win32平台的集成采用轻度集成的方式。
前述的步骤（5）中的编译采用标准C的编译工具nmake按照常规使用方式实现。
采用本发明的方法，解决了对继电保护系统级建模方法缺失的问题，能够提高诸如系统级测试等应用场景的工作效率，降低因功能变化带来的相关工作量。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明。
本发明从实际应用需求出发，首次将规范描述语言（Specification Description Language，SDL）引入继电保护专业领域。从系统功能的角度考虑对其进行建模，借助状态机、图形化的描述并进行虚拟实现。
本发明是采取以下步骤来实现的：
(1)将基于IEC 61850标准的继电保护系统模型按照映射原则映射到基于IEC 61499标准规定的模型，得到继电保护功能状态转移状态机模型，映射对应关系如下表1：
表1 映射关系
（2）采用规范描述语言（Specification Description Language, SDL）在建模环境下对步骤（1）得到的继电保护功能状态机进行图形化的描述，得到采用SDL语言描述的功能系统。
图形化描述的具体过程为：
2-1）将基于IEC 61499标准规定的设备和资源模型等效建模为SDL中的块（Block）模型，一个设备或资源映射为一个块；
2-2）将基于IEC 61499标准规定的汇合功能块等效建模为SDL中的子块（SubBlock）模型，一个汇合功能块映射为一个子块；
2-3）将基于IEC 61499标准规定的基本功能块等效建模为SDL中的进程（Process）模型，一个基本功能块映射为一个进程；
2-4）进程为继电保护系统的行为主体，依据此原则，将基于IEC 61499标准规定的服务接口功能块等效建模为SDL中的路由（Router）；
2-5）将基于IEC 61499标准规定的数据类型采用SDL中相应的数据类型表示；如：String采用Octet_ String表示，两个标准之间在数据类型方面是一一对应的；
2-6）将基于IEC 61499标准规定的结构化数据类型采用SDL中的NEWTYPE进行构建。
（3）在建模环境下编译工具对正确的系统功能描述进行编译，生成与SDL图形描述的继电保护功能系统相应的标准C代码程序及接口函数。本步骤中编译工作的任务，一是对得到的SDL图形化系统进行语法检查，二是将SDL图形化系统转化为C代码的实现。转化为C代码有两种实现方式，一是采用人工方式，将采用SDL描述的系统采用标准C进行实现，这种方法效率低下，正确率较低；二是采用商业工具进行自动转化，由于仅需要少量的人工干预工作，正确率和效率都较高。本发明采用商业工具Telelogic Tau中的Cadvance-to-C编译器实现这部分工作。
（4）完成生成的C代码程序中的接口函数，接口函数为：xInitEnv( )、xCloseEnv( )、xInEnv( )以及xOutEnv( )；四个接口函数需要根据Win32的环境进行修改。函数xInitEnv( )主要用于完成系统的初始化操作；函数xCloseEnv( )用来完成关闭环境的操作；函数xInEnv( )用于接收来自硬件或 RTOS 的信号并转换成SDL语言描述的功能系统所需要的信号；函数xOutEnv( )用于接收来自 SDL语言描述的功能系统的信号并转换成对 RTOS 的信号或对硬件的操作。一般的，RTOS每隔一段时间轮询一次 xInEnv( )函数，检查是否有信号输入。如果发现有信号输入则发送适当信号给 SDL 系统。所以在xInEnv( )函数中不能使用阻塞函数，如 getchar( )等。当 SDL 系统有信号输出时，则调用 xOutEnv( )函数，根据实际需要产生相应的物理信号或硬件操作。
（5）完成C代码程序与Win32平台的集成、编译，得到与对象系统功能一致的虚拟系统，可供系统测试、事故反演等场景实用。在集成方式的选择上需要采用轻度集成（Light Integration）的方式。编译工作采用标准C的编译工具nmake按照常规使用方式实现。
Claims (7)
1.基于IEC 61850标准的继电保护系统功能建模的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将基于IEC 61850标准的继电保护系统模型按照映射原则映射到基于IEC 61499标准规定的模型，得到继电保护的功能状态转移状态机模型；
（2）采用规范描述语言SDL在建模环境下对所述步骤（1）得到的继电保护功能状态机进行图形化的描述，得到采用SDL语言描述的继电保护功能系统；
（3）在建模环境下采用编译工具对正确的系统功能描述进行编译，生成与采用SDL语言描述的继电保护功能系统相对应的标准C代码程序及接口函数；
（4）完成所述步骤（3）生成的C代码程序中的接口函数；
（5）完成C代码程序与Win32平台的集成、编译，得到与基于IEC61850的继电保护系统功能一致的虚拟实现系统。
2.根据权利要求1所述的基于IEC 61850标准的继电保护系统功能建模的方法，其特征在于，所述步骤（1）的映射原则为：
基于IEC 61850标准规定的模型中的服务器映射为基于IEC 61499标准规定的模型的设备；
基于IEC 61850标准规定的模型中的物理设备映射为基于IEC 61499标准规定的模型的设备；
基于IEC 61850标准规定的模型中的逻辑设备映射为基于IEC 61499标准规定的模型的资源；
基于IEC 61850标准规定的模型中的逻辑节点映射为基于IEC 61499标准规定的模型的汇合功能块；
基于IEC 61850标准规定的模型中的数据对象映射为基于IEC 61499标准规定的模型的基本功能模块；
基于IEC 61850标准规定的模型中的数据属性映射为基于IEC 61499标准规定的模型的数据类型；
基于IEC 61850标准规定的模型中的公共数据类映射为基于IEC 61499标准规定的模型的结构化的数据类型；
基于IEC 61850标准规定的模型中的抽象通信服务接口映射为基于IEC 61499标准规定的模型的服务接口功能块。
3.根据权利要求1所述的基于IEC 61850标准的继电保护系统功能建模的方法，其特征在于，所述步骤（2）的图形化描述的具体过程为：
2-1）将基于IEC 61499标准规定的设备和资源模型等效建模为SDL中的块模型，一个设备或资源映射为一个块；
2-2）将基于IEC 61499标准规定的汇合功能块等效建模为SDL中的子块模型，一个汇合功能块映射为一个子块；
2-3）将基于IEC 61499标准规定的基本功能块等效建模为SDL中的进程模型，一个基本功能块映射为一个进程；
2-4）进程为继电保护系统的行为主体，依据此原则，将基于IEC 61499标准规定的服务接口功能块等效建模为SDL中的路由；
2-5）将基于IEC 61499标准规定的数据类型采用SDL中相应的数据类型表示；
2-6）将基于IEC 61499标准规定的结构化数据类型采用SDL中的NEWTYPE进行构建。
4.根据权利要求1所述的基于IEC 61850标准的继电保护系统功能建模的方法，其特征在于，所述步骤（3）的编译工具采用Telelogic Tau中的Cadvance-to-C编译器。
5.根据权利要求1所述的基于IEC 61850标准的继电保护系统功能建模的方法，其特征在于，所述步骤（4）中的接口函数为：xInitEnv( )、xCloseEnv( )、xInEnv( )以及xOutEnv( )；
所述函数xInitEnv( )主要用于完成基于IEC 61850标准的继电保护系统的初始化操作；
所述函数xCloseEnv( )用来完成关闭建模环境的操作；
所述函数xInEnv( )用于接收来自硬件或 RTOS 的信号并转换成SDL语言描述的继电保护功能系统所需要的信号；
所述函数xOutEnv( )用于接收来自 SDL语言描述的继电保护功能系统的信号并转换成对 RTOS 的信号或对硬件的操作。
6.根据权利要求1所述的基于IEC 61850标准的继电保护系统功能建模的方法，其特征在于，所述步骤（5）中，C代码程序与Win32平台的集成采用轻度集成的方式。
7.根据权利要求1所述的基于IEC 61850标准的继电保护系统功能建模的方法，其特征在于，所述步骤（5）中的编译采用标准C的编译工具nmake按照常规使用方式实现。
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| KR20070121238A (ko) * | 2006-06-21 | 2007-12-27 | 한전케이디엔 주식회사 | 변전소내 부분방전 측정이 가능한 ｉｅｃ６１８５０ 기반의디지털 변전 시스템 |
| CN103699395A (zh) * | 2014-01-14 | 2014-04-02 | 国家电网公司 | 一种iec61850标准向iec61970标准模型转换的方法 |
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