CN106227543B - 一种面向iec61850的建模方法 - Google Patents

Abstract

一种面向IEC61850的建模方法，用于智能变电站IEC61850建模应用。通过分层、规范建模逻辑，并使用继承、工厂等设计，实现了最优解析器无缝切换、易扩展和高可移植的建模方法。通过该方法的使用，对于多种模型如ICD、CID、IID、SCD、SED、SSD等的处理，以及IEC61850正在多个不同领域衍生模型规范应用的情况，可以有效提高建模效率及质量，降低成本。

Description

一种面向IEC61850的建模方法

技术领域

本发明涉及一种面向IEC61850的建模方法，属于电力自动化技术领域，特别是用于智能变电站IEC61850建模应用。

背景技术

IEC61850是一个面向变电站网络通信的标准体系，从功能、模型、通信等方面进行了规范，具有良好的扩展性，尤其在模型方面制定的SCL(变电站配置语言)规范提供了一种结构清晰、可灵活定义的机制，而且覆盖了设备建模、变电站配置描述等多个方面，对业务的适用性广，因此，发展到第二版时，最为显著也是最多的变化内容主要集中在模型规范的衍生，如状态监测、新能源、配网自动化等领域。SCL(变电站配置语言)是一种基于由W3C(万维网联盟)发布的XML(可扩展标记语言)规范的衍生规范。XML是一种结构化的文档类型，包括文档树形结构及节点、属性、节点集合等数据。XML解析器用于对XML文档及其数据的处理，实现一个性能优越且功能完备的XML解析器存在的技术难点很多，所以目前对XML文档的处理普遍直接采用第三方XML解析器，由于这些XML解析器由不同厂家研制，对XML处理的支持程度、数据定义及功能接口定义等不尽相同。SCL模型文件遵循XML文件格式，因此，当直接采用第三方XML解析器对SCL文件进行处理时，处理实现逻辑与XML解析器耦合度很高，当所依赖的XML解析器不能支持新的应用(如新的操作系统)，或者要改为性能更优的解析器时，存在移植性差、扩展困难、重复开发等问题。

SCL规范定义的内容除了一些基本框架性语义外，还特化定义了用于不同业务范围的具体规范，包括用于设备配置的ICD/CID/IID文件规范，用于变电站配置的SCD/SED文件规范，用于变电站一次系统配置的SSD文件规范等，不同类型文件间存在特定处理差异。如果不同业务的具体模型应用未统一考虑时，如ICD和SCD的模型应用通常在不同的业务范围，则重复开发等问题更严重。

如上所述，现有IEC61850建模应用中最为突出的是质量问题和成本问题，同时考虑到IEC61850第二版中大量模型规范的衍生应用及后续发展的需要，有必要研究一种新的建模方法兼顾质量、移植性、扩展性，有效较低重复开发导致的成本。

发明内容

为了克服上述已有技术的不足，本发明提供了一种面向IEC61850的建模方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种面向IEC61850的建模方法，其特征在于，所述建模方法包括以下步骤：

(1)设计XML规范层，所述XML规范层按照可扩展标记语言XML规范定义了用于XML的文档、节点和节点集的XML处理接口；

(2)所述XML实现层基于步骤(1)中所述XML规范层定义的XML处理接口对第三方XML解析器提供的XML处理接口进行封装，不同的XML解析器封装为不同的所述XML实现层实例；

(3)设计SCL规范层，所述SCL规范层按照IEC61850的SCL规范使用步骤(1)中所述XML规范层定义的XML处理接口设计实现用于变电站配置语言SCL的SCL处理接口，所述SCL处理接口包括对SCL规范定义的层次结构、节点类型、节点间的关联关系、节点查询、节点实例化的SCL处理接口；

(4)设计SCL特化层，所述SCL特化层基于步骤(3)中所述SCL规范层定义的SCL处理接口，设计实现对SCL规范中细分的不同类型规范定义的层次结构、节点类型、节点间的关联关系、节点查询、节点实例化的处理接口，包括：用于变电站二次设备建模的ICD、CID、IID规范的处理接口，用于变电站配置的SCD、SED规范的处理接口，用于变电站一次系统和二次设备关联配置的SSD规范的处理接口；

(5)设计SCL应用层，所述SCL应用层基于步骤(4)中所述SCL特化层定义的处理接口设计实现变电站及其设备的建模应用，包括：使用ICD、CID、IID处理接口实现变电站二次设备的建模应用，使用SCD、SED处理接口实现变电站配置应用，使用SSD处理接口实现变电站一次系统和二次设备关联配置应用。

本发明还可以进一步优选以下技术方案：

在步骤(1)中，所述XML规范层严格按照可扩展标记语言XML规范中定义的XML处理功能的含义、接口名称和接口参数进行定义。

在步骤(2)中，所述XML实现层对第三方XML解析器封装后的XML处理接口不能有任何第三方XML解析器的私有定义，以确保所述XML规范层实现实例的规范化、可替换、可扩展；当所封装的XML解析器不支持某个功能时，对应封装的XML处理接口返回功能不支持提示信息。

在步骤(3)中，所述SCL规范层严格按照变电站配置语言SCL规范中定义的层次结构、节点类型、节点间的关联关系、节点查询、节点实例化设计SCL处理接口；所述SCL处理接口的名称及参数按照IEC61850规范中以统一建模语言UML方式定义的名称和参数进行设计，所述SCL规范层仅使用所述XML规范层定义的XML处理接口。

在步骤(4)中，所述SCL特化层严格按照变电站配置语言SCL规范中细分的不同类型规范定义的层次结构、节点类型、节点间的关联关系、节点查询、节点实例化设计处理接口，所述SCL特化层仅使用所述SCL规范层。

与已有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的方法对于多种模型如ICD、SCD、SSD、IID、SED等的处理，以及IEC61850正在多个不同领域衍生模型规范应用的情况，可以有效提高建模效率及质量，降低成本。

附图说明

图1为本发明的面向IEC61850的建模方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

在图1中，本发明的面向IEC61850的建模方法核心是基于XML规范和SCL规范进行分层、规范化设计，实现一种建模框架方法，以便达到不同应用层级和应用范围的有效复用，以及灵活的扩展性。有关XML规范中对XML的文档、节点和节点集的规范定义、SCL规范中对SCL的层次结构、节点类型、节点间的关联关系、节点查询、节点实例化的规范定义，在本发明中全部按规范定义分别设计XML处理接口和SCL处理接口，由于这些规范内容非常多，并在相应规范中有详细定义，因此在本发明中不一一列出。本发明的建模方法使用C/C++语言，实际设计实现了几种XML实现层，都基于第三方XML解析器，主要有libxml2、pugi xml、minixml、msxml，为了便于本发明的说明，下文中以libxml2解析器为例进行说明。本发明的面向IEC61850的建模方法包括以下步骤：

(1)设计XML规范层10。扩展标记语言XML规范定义了用于XML的文档、节点和节点集的处理接口，本发明严格按照XML规范中定义的XML处理接口的含义、名称即参数定义XML规范层。XML规范层是XML实现层的设计依据，同时是SCL规范层的设计基础，因此首先设计。

由W3C(万维网联盟)制定的XML规范定义的内容很多，基本类型是节点，即任何内容均按节点类型处理，主要有文档节点、元素节点、属性节点、节点集等处理的处理接口，以及对XML查询的XPATH语法和XML规范大纲XSD等。目前能够全面支持XML规范所有功能的第三方XML解析器不多，严格遵循XML规范(如规范定义的XML处理接口名称及参数)的XML解析器更少，如目前常用的XML解析器主要有微软的msxml、w3c维护的libxml2、IBM的xerces等，其中仅有xerces严格遵循了XML规范。如果直接使用第三方XML解析器处理SCL，会将XML解析器的私有定义及不足引入到SCL的处理逻辑中，耦合度太高，移植性和扩展性就很差。因此，需要遵循XML规范定义一套XML处理接口，作为规范化分层。

XML规范定义XML处理接口的名称及参数是XML规范层定义的依据，通过这些XML处理接口的组合使用可以实现对XML的解析、修改、生成等。首先依据XML规范定义了4类节点类型，包括文档节点doc、通用节点node、属性节点attr、节点集nodelist，其中通用节点node为其他节点的基类。其次，依据XML规范定义各节点的处理接口。以获取节点名称为例，XML规范定义的处理接口为getNodeName(node)，返回字符串类型的名称，则在XML规范层中相应定义的处理接口为：const char*getNodeName(node)。其他对XML的处理接口按同样方式定义，这里不再详细列出。

XML规范层仅定义符合XML规范的XML处理接口，具体由XML实现层实现各XML处理接口，这样可以将基于XML规范层的上层应用(如SCL规范层、SCL特化层、SCL应用层等)与XML处理接口的具体实现解耦，使上层应用可以尽可能的规范化设计实现，而不受底层XML处理接口的实现及变化的影响。

(2)设计XML实现层20。按照步骤(1)中XML规范层定义的XML处理接口对第三方XML解析器提供的XML处理接口进行封装，不同的XML解析器封装为不同的XML实现层实例。

虽然很多第三方XML解析器提供的XML处理接口的名称不符合XML规范，但功能是满足的，所以经过规范封装后，上层应用如SCL规范层就只需要用封装后的XML处理接口，与具体的XML解析器解耦。封装后的XML处理接口用于上层应用，所以封装后的接口不能有任何第三方XML解析器的私有定义，以确保XML实现层的规范化、可替换、可扩展。当所封装的XML解析器不支持某个功能时，对应封装的XML处理接口返回功能不支持提示信息。以libxml2的设置节点名称为例，其处理接口为void xmlNodeSetName(xmlNodePtr cur,const xmlChar*name),而XML规范的设置节点名称处理接口为node*setNodeName(nodecur,const char*name)，则需要进行规范化封装，如下：

从上面的封装可以看出，libxml2的实现细节屏蔽在处理接口setNodeName内部，对外则是以规范的setNodeName提供。不同的XML解析器封装细节不同，不再一一列出。

(3)设计SCL规范层30。按照IEC61850的SCL规范使用步骤(1)中XML规范层定义的XML处理接口设计实现用于变电站配置语言SCL的SCL处理接口，包括对SCL规范定义的层次结构、节点类型、节点间的关联关系、节点查询、节点实例化的SCL处理接口。SCL规范层严格按照SCL规范设计SCL处理接口，SCL处理接口的名称及参数按照IEC61850规范中以统一建模语言UML方式定义的名称和参数进行设计。SCL规范层仅使用XML规范层定义的XML处理接口。

SCL规范是基于XML规范的衍生规范，定义了功能、数据、描述、通信、设备、变电站等内容的建模方式，规范了不同内容对应的XML方式的节点名称、属性名称和层次关系。如用LN节点定义逻辑节点即一个功能单元，用DO、DA分别定义具有层次关系的数据对象、数据属性，用desc、d等定义描述等，LN由DO组成，DO由DA组成，可以基于XML规范层实现对LN、DO、DA的处理接口，如使用XML规范层的XML处理接口getChildNode获取LN下的某个子节点DO，使用XML处理接口getParentNode函数获取某个DA的父节点即所属DO等。SCL规范层就是基于XML规范层设计实现类似对LN、DO、DA的处理的各个功能，SCL遵循XML格式，因此可以使用XML规范层对SCL中的各种节点及其关系进行处理。具体可参考SCL规范，这里不再详细列出。

IEC61850规范中以UML(统一建模语言)方式定义了SCL各种节点类型的名称、相应的处理接口名称及其参数。为了便于对SCL处理设计实现更规范和语义确切的SCL处理接口，SCL规范层进一步按照IEC61850的UML规范设计实现SCL处理接口。如对LN的处理，IEC61850的UML定义了获取LN下DO的SCL处理接口getDo等，在进行SCL规范层设计实现时，使用XML规范层的XML处理接口node*getChildNode(node parent,const char*name)实现获取LN下DO的SCL处理接口getDo，如下：

该SCL处理接口作为基础处理接口用于其他SCL应用场合(如SCL特化层)对LN下DO的获取操作。具体可参考IEC61850的UML定义，这里不再详细列出。

(4)设计SCL特化层40。基于步骤(3)中SCL规范层定义的SCL处理接口，设计实现对变电站配置语言SCL规范中细分的不同类型规范定义的层次结构、节点类型、节点间的关联关系、节点查询、节点实例化的处理接口，包括：设计用于变电站二次设备建模的ICD/CID/IID特化层41，设计用于变电站一次系统和二次设备关联配置的SSD特化层42，设计用于变电站配置的SCD、SED特化层43。SCL特化层严格按照SCL规范中细分的不同类型规范定义设计处理接口。SCL特化层仅使用SCL规范层。

SCL特化层的特化是指在SCL规范层的功能基础上针对不同SCL细化规范实际实现相应的处理接口，这样可以达到功能层次清晰并最大程度的统一和复用，减少重复开发，如ICD、CID、IID、SCD、SED、SSD等在格式、层次结构、基本内容等方面都相同，可以直接复用SCL规范层的SCL处理接口。特化差异方面，ICD/CID/IID特化层主要面向变电站二次设备建模的处理，主要特点是面向单个装置。SSD特化层主要面向变电站一次系统与二次设备关联关系的处理。SCD/SED特化层主要面向变电站配置文件SCD、SED的处理，主要特点是面向变电站所有装置的处理，以及装置间的关联关系处理。

SCL特化层设计方式同SCL规范层，具体可参考各规范，这里不再详细列出。

(5)设计SCL应用层50。基于步骤(4)中SCL特化层定义的处理接口设计实现变电站及其设备的建模应用，包括：使用ICD、CID、IID处理接口实现变电站二次设备的建模应用，使用SCD、SED处理接口实现变电站配置应用，使用SSD处理接口实现变电站一次系统和二次设备关联配置应用。

上述各层间逐级继承，按业务逻辑分层抽象设计，对不同业务范围实现了很好的解耦，并达到了复用效果，方便移植扩展，使整个IEC61850的建模成本显著降低，而且基于分层、复用的框架有利于产品质量的快速完善。

以上给出的实施例用以说明本发明和它的实际应用，并且因此使得本领域的技术人员能够实现或使用本发明，本领域普通技术人员可以再不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例作出种种修改或变化，因而本发明并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特性的最大范围。

Claims (5)

1.一种面向IEC61850的建模方法，其特征在于，所述建模方法包括以下步骤：

(1)设计XML规范层，所述XML规范层按照可扩展标记语言XML规范定义了用于XML的文档、节点和节点集的XML处理接口；

(2)设计XML实现层，所述XML实现层基于步骤(1)中所述XML规范层定义的XML处理接口对第三方XML解析器提供的XML处理接口进行封装，不同的XML解析器封装为不同的所述XML实现层实例；

(3)设计SCL规范层，所述SCL规范层按照IEC61850的SCL规范使用步骤(1)中所述XML规范层定义的XML处理接口设计实现用于变电站配置语言SCL的SCL处理接口，所述SCL处理接口包括对SCL规范定义的层次结构、节点类型、节点间的关联关系、节点查询、节点实例化的SCL处理接口；

(4)设计SCL特化层，所述SCL特化层基于步骤(3)中所述SCL规范层定义的SCL处理接口设计实现对SCL规范中细分的不同类型规范定义的层次结构、节点类型、节点间的关联关系、节点查询、节点实例化的处理接口，包括：用于变电站二次设备建模的ICD、CID、IID规范的处理接口，用于变电站配置的SCD、SED规范的处理接口，用于变电站一次系统和二次设备关联配置的SSD规范的处理接口；

(5)设计SCL应用层，所述SCL应用层基于步骤(4)中所述SCL特化层定义的处理接口设计实现变电站及其设备的建模应用，包括：使用ICD、CID、IID规范的处理接口实现变电站二次设备的建模应用，使用SCD、SED规范的处理接口实现变电站配置应用，使用SSD规范的处理接口实现变电站一次系统和二次设备关联配置应用。

2.根据权利要求1所述的面向IEC61850的建模方法，其特征在于：

在步骤(1)中，所述XML规范层严格按照可扩展标记语言XML规范中定义的XML处理功能的含义、接口名称和接口参数进行定义。

3.根据权利要求1所述的面向IEC61850的建模方法，其特征在于：

在步骤(2)中，所述XML实现层对第三方XML解析器封装后的XML处理接口不能有任何第三方XML解析器的私有定义，以确保所述XML规范层实现实例的规范化、可替换、可扩展；当所封装的XML解析器不支持某个功能时，对应封装的XML处理接口返回功能不支持提示信息。

4.根据权利要求1所述的面向IEC61850的建模方法，其特征在于：

在步骤(3)中，所述SCL规范层严格按照变电站配置语言SCL规范中定义的层次结构、节点类型、节点间的关联关系、节点查询、节点实例化设计SCL处理接口；所述SCL处理接口的名称及参数按照IEC61850规范中以统一建模语言UML方式定义的名称和参数进行设计，所述SCL规范层仅使用所述XML规范层定义的XML处理接口。

5.根据权利要求1所述的面向IEC61850的建模方法，其特征在于：

在步骤(4)中，所述SCL特化层严格按照变电站配置语言SCL规范中细分的不同类型规范定义的层次结构、节点类型、节点间的关联关系、节点查询、节点实例化设计处理接口，所述SCL特化层仅使用所述SCL规范层。