CN106292576B - 一种scl模型与cim模型的映射方法 - Google Patents

一种scl模型与cim模型的映射方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于扩展61970CIM模型实现61850Ed2.0SCL模型与61970CIM模型无损映射的方法，其方法包括的主要步骤有：电力设备容器模型映射、非电功能(子功能)模型映射，导电设备模型映射、通用设备模型映射、拓扑关系映射，智能电子设备映射、一二次设备关联建立，智能电子设备逻辑节点映射，智能电子设备量测映射。本发明实现SCL模型与CIM模型的完整映射，从而达到SCL与CIM的无损转换目的。采用扩展CIM模型的方式实现SCL与CIM模型的映射，对CIM模型没有主体结构的修改和变更，仅通过转换和扩展的方式向CIM模型附加信息。从而，对现有正在运行的基于CIM模型的系统的修改冲击也大大降低，减少了对系统运行的影响。

Description

一种SCL模型与CIM模型的映射方法
技术领域
本发明涉及变电站与主站、调度模型交换，特别涉及一种基于扩展方式实现变电站SCL模型与主站、调度CIM模型的无损转换方法，属于电力系统自动化技术领域。
背景技术
当前，智能变电站系统的建设基于IEC 61850标准，随着智能电网的建设发展，可再生能源的利用，IEC 61850不再局限于变电站内的应用，适当扩展，考虑更多的应用，以满足当前技术发展需要。基于Ed1.0修订的61850Ed2.0系列标准的适用范围已经拓展，超出变电站范围。IEC 61850Ed2.0的名称相应更改为电力自动化通信网络和系统，并已成为智能电网核心标准之一。本文将遵循IEC 61850标准建设的系统(变电站自动化)称为厂站系统，而遵循IEC61970标准建设的系统(主站、调度、集控)称为主站系统。
传统的调度中心自动化系统采集子站系统数据时，通常只是采集对象数据值，而对象数据模型因为各个厂家系统和设备的个性化而需要在主站和子站分别建立。并且，还需要维护、检查主站和子站之间的数据对应关系(投运前的对点)。系统投入运行后，当主站或子站数据模型变化时(子站扩建、改造)，不能即时维护数据模型的一致，而容易导致数据采集和控制的错误，造成电力生产安全问题。基于模型转换，能够在子站端维护数据模型，将模型导出为CIM XML文件，然后导入主站系统，增量到主站系统模型。通过模型的导出、导入，减少了主站新建、维护数据模型的工作量，保证了子站和主站系统模型的一致性，为子站和主站系统的互操作提供了数据模型基础。
变电站端采用IEC 61850 SCL定义模型；而在主站、调度端基于IEC 61970标准建设，采用IEC 61970 CIM定义模型。基于模型转换的方式已有应用，即将变电站SCL模型转换为主站CIM模型。但是两种模型无论在建模方式还是模型结构和内容上，都存在差异，实现SCL和CIM的无损转换存在差距。而且，这种差异的存在，使得两种系统之间的数据和信息不能充分对应和交换。针对上述背景和问题，提出基于分析两个模型的差异，并且采用扩展CIM模型的方式，实现SCL与CIM模型的无损转换。使变电站完整的模型能够无损的传送到主站、调度，使两级系统间建立完整的映射，为主站、调度更多需要子站模型、数据的高级应用得以建设并发挥作用。
发明内容
本发明针对现有SCL模型与CIM模型映射差异导致SCL模型与CIM模型转换不完整的问题，通过分析SCL和CIM的结构、组成和内容，制定映射方法。对于两个模型的差异，针对差异部分，对CIM模型进行扩展，补充SCL中存在的模型而在CIM中没有定义的模型。实现SCL模型与CIM模型的完整映射，从而达到SCL与CIM的无损转换目的。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种SCL模型与CIM模型的映射方法，包括如下步骤：
(1).电力设备容器模型映射、功能(子功能)模型映射。
在CIM中设备容器描述了一种组织和命名设备的方法，典型的如变电站、电压等级、间隔。即设备容器是指设备的上级层次对象，用于组织所包含的设备，SCL和CIM中都具有设备容器，二者在相应的模型中概念是相似的。具体的映射方式是SCL中的容器直接映射到CIM中的容器类。对于变电站、电压等级、间隔两个模型的结构是一致的，建立直接映射关系。但是映射不是完全的，存在以下差异及解决方案：
(1.1.a)在SCL中，间隔层必备，而在CIM模型中间隔层可选，映射规定CIM中必须具有间隔层，即设备的上级容器是间隔。
(1.1.b)对于SCL中的母线间隔，映射到CIM中的母线间隔+母线设备。
对于SCL模型中的功能(子功能)，在CIM模型中没有相应的类能够映射，如果转换必然造成模型数据的缺失。采用以下解决方案：
(1.2.a)扩展CIM模型，在CIM模型的核心包(Core)增加扩展功能(子功能)类，类属性基于SCL中相应的类属性定义，以实现完整映射。
(1.2.b)规定功能和子功能都是逻辑节点容器，且若必要，可能含有通用设备(即非电设备，GeneralEquipment，相对于电力设备)。
(2).导电设备模型映射、通用设备模型映射、拓扑关系映射。
SCL的设备(子设备)对应CIM的导电设备各派生类，所以子站的设备(Equipment)需要根据其设备类型转换为主站的各种导电设备(ConductingEquipment)的子类。在SCL中各种设备都使用设备(子设备)标识，但是使用不同的设备类型属性来定义设备；而在CIM中各类设备是从导电设备(ConductingEquipment)派生的各个不同名称的子类，所以采用SCL属性->CIM类的方式，SCL中的设备(子设备)映射到CIM中的导电设备。但是映射不是完全的，存在以下差异及解决方案：
(2.1)SCL模型中的刀闸直接映射，但是如果接地刀闸是一个一侧连接到连接节点grounded的隔离开关(该接地刀闸的设备类型为QS)，则映射为CIM接地刀闸。
(2.2)对于SCL中定义的一次设备，CIM模型不能完全承载，需要在CIM模型电线包扩展定义一次设备类，以达到完整映射的目的。
主要包括以下扩展一次设备类：
电池：BAT->Battery，风扇：FAN->Fan，气体绝缘线路：GIL->GasInsulatedLine，发动机：MOT->Motor，电抗器：REA->Reactor
(2.3)对于SCL中的非电力设备，包括消防设备、门禁。变电站含有功能，功能可能包含子功能。功能、子功能这两个元素都是逻辑节点容器，并且可能包含非电力设备，但是在CIM模型中没有相应的对象与非电力设备对应。由于这类设备的特殊性，所以在CIM模型电线包(Wires)中扩展非电力设备，以实现完全映射。
主要包括以下扩展通用设备类：
滤波器：FIL->WaveFilter，泵：PMP->Pump，阀：VLV->Valve
对于拓扑关系映射，拓扑定义设备如何连接在一起，在两个模型中拓扑关系都采用连接节点+端子的方式定义。在SCL中连接节点(ConnectivityNode)指连接不同一次设备的连接节点对象，端点(Terminal)指一次设备的一个电气连接点，端点连接到连接节点。CIM中的拓扑定义在拓扑包中，也是通过连接节点和端点实现的。基于此方法，SCL模型通过端点、连接节点映射到CIM模型。
(3).智能电子设备映射、一二次设备关联建立。
智能电子设备只在SCL中定义，而在CIM中是缺失的，对于CIM最接近IED的是保护设备(ProtectionEquipment)类。只是对于保护设备(ProtectionEquipment)概念较特殊，不能承载SCL中IED的全部内容。具体的映射方案是在CIM模型中增加扩展的IED类，以及附属逻辑节点类实现智能电子设备的完整映射。
一二次设备关联是指一次设备和智能电子设备(IED)的关联关系，SCL模型和CIM模型表达关联关系的方式不同。SCL中一二次设备通过逻辑节点间隔间接关联，逻辑节点属于IED，而设备关联逻辑节点。对于CIM模型，一二次设备关联是直接的，即在设备基类中具有ProtectionEquipments属性，即保护装置用来保护具体的导电设备。
根据一二次设备关联方式的差异采用的具体映射方式是：
(3.1)解析SCL模型，根据一次设备遍历全部的逻辑节点，针对每一个逻辑节点，查找到所属IED，从而根据这样的关系，确定一次设备关联二次设备的关联。而在CIM模型中对于ProtectionEquipment，也具有ConductingEquipments属性，即保护设备可用来保护特定的导电设备。
b.在IED类增加ConductingEquipments属性，根据以上分析得到的一二次设备关联关系，将一次设备引用填写到ConductingEquipments属性。
由此采用分析SCL中的一二次设备间接关联(一次设备-逻辑节点-二次设备)，确定关联关系，然后再转换为CIM中的直接关联关系(一次设备-二次设备)，实现一二次设备关联的完整映射。
(4).智能电子设备逻辑节点映射。
逻辑节点只在SCL模型中具有，而在CIM模型中没有定义。智能电子装置包含逻辑设备，逻辑设备包含逻辑节点；逻辑节点包含数据对象，也可能需要引用其他逻辑节点的数据对象，以完成自身的功能。逻辑节点映射的具体实现方式是：
(4.1)CIM模型扩展IED包含逻辑节点(Contains_LNodes)，逻辑节点属于IED，建立两者之间的关联关系，但是在两者之间不再增加逻辑设备。
(4.2)在CIM模型中的电力系统资源(PowerSystemResource)类增加关联逻辑节点，以实现一次设备与逻辑节点功能的关联，使SCL模型中的设备-逻辑节点能够完整映射到CIM模型。
(5).智能电子设备量测映射。
对于两个模型中的数据，有不同的表示方式。SCL模型中采用智能电子设备/逻辑设备/逻辑节点/数据集/数据分层细化的方式描述，而在CIM中采用量测的方式描述。具体的映射方案是：
(5.1)SCL模型中的数据映射到CIM中的量测，量测增加关联到扩展的逻辑节点。
(5.2)新建量测的方法是遍历逻辑节点/数据集/数据，创建遥测遥信量测，然后遍历逻辑节点/数据集/数据，获取控制遥调遥控点关联到量测。控制点关联到量测的方法是根据控制点的名称在量测中查找，查找的范围限于当前逻辑节点。
本发明提出了基于扩展实现SCL模型与CIM模型的映射方法，具有如下优点和积极效果：
(1).通过在CIM模型中扩展功能(子功能)类，以及定义相关关联关系，解决SCL中的功能(子功能)与CIM映射缺失问题，使这部分完整映射。
(2).对于CIM模型中缺失的导电设备类，依据SCL中的设备类型，定义相应的导电设备类。同时增加在SCL中定义而CIM中没有定义的通用设备类，以接收SCL相应通用设备的映射。基于这样的扩展，使SCL模型中的设备能够完全映射到CIM模型。
(3).在CIM模型中扩展IED类，避免CIM中保护设备表达信息不明确、不清晰、不完整的问题。同时扩展逻辑节点，以及一次设备、IED、逻辑节点、量测之间的关联关系，使这些数据能够无损映射到CIM模型。
附图说明
图1是本发明SCL模型与CIM模型的映射处理流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明方法做详细说明。
本发明公开了一种电力系统自动化技术领域基于扩展61970 CIM模型实现61850Ed2.0 SCL模型与61970 CIM模型无损映射的方法，其方法包括的主要步骤有：电力设备容器模型映射、功能(子功能)模型映射，导电设备模型映射、通用设备模型映射、拓扑关系映射，智能电子设备映射、一二次设备关联建立，智能电子设备逻辑节点映射，智能电子设备量测映射。本发明针对现有SCL模型与CIM模型映射差异导致SCL模型与CIM模型转换不完整的问题，通过分析SCL和CIM的结构、组成和内容，制定映射方法。对于两个模型的差异，针对差异部分，对CIM模型进行扩展，补充SCL中存在的模型而在CIM中没有定义的模型。实现SCL模型与CIM模型的完整映射，从而达到SCL与CIM的无损转换目的。采用扩展CIM模型的方式实现SCL与CIM模型的映射，对CIM模型没有主体结构的修改和变更，仅通过转换和扩展的方式向CIM模型附加信息。从而，对现有正在运行的基于CIM模型的系统的修改冲击也大大降低，减少了对系统运行的影响。
本发明的映射方法，如图1所示，其具体方法步骤如下：
(1).电力设备容器模型映射、功能(子功能)模型映射。
在CIM中设备容器描述了一种组织和命名设备的方法，典型的如变电站、电压等级、间隔。即设备容器是指设备的上级层次对象，用于组织所包含的设备，SCL和CIM中都具有设备容器，二者在相应的模型中概念是相似的。具体的映射方式是SCL中的容器直接映射到CIM中的容器类。对于变电站、电压等级、间隔两个模型的结构是一致的，建立直接映射关系。但是映射不是完全的，存在以下差异及解决方案：
(1.1.a)在SCL中，间隔层必备，而在CIM模型中间隔层可选，映射规定CIM中必须具有间隔层，即设备的上级容器是间隔。
(1.1.b)对于SCL中的母线间隔，映射到CIM中的母线间隔+母线设备。
对于SCL模型中的功能(子功能)，在CIM模型中没有相应的类能够映射，如果转换必然造成模型数据的缺失。采用以下解决方案：
(1.2.a)扩展CIM模型，在CIM模型的核心包(Core)增加扩展功能(子功能)类，类属性基于SCL中相应的类属性定义，以实现完整映射。
(1.2.b)规定功能和子功能都是逻辑节点容器，且若必要，可能含有通用设备(即非电设备，GeneralEquipment，相对于电力设备)。
(2).导电设备模型映射、通用设备模型映射、拓扑关系映射。
SCL的设备(子设备)对应CIM的导电设备各派生类，所以子站的设备(Equipment)需要根据其设备类型转换为主站的各种导电设备(ConductingEquipment)的子类。在SCL中各种设备都使用设备(子设备)标识，但是使用不同的设备类型属性来定义设备；而在CIM中各类设备是从导电设备(ConductingEquipment)派生的各个不同名称的子类，所以采用SCL属性->CIM类的方式，SCL中的设备(子设备)映射到CIM中的导电设备。但是映射不是完全的，存在以下差异及解决方案：
(2.1)SCL模型中的刀闸直接映射，但是如果接地刀闸是一个一侧连接到连接节点grounded的隔离开关(该接地刀闸的设备类型为QS)，则映射为CIM接地刀闸。
(2.2)对于SCL中定义的一次设备，CIM模型不能完全承载，需要在CIM模型电线包扩展定义一次设备类，以达到完整映射的目的。
主要包括以下扩展一次设备类：
电池：BAT->Battery，风扇：FAN->Fan，气体绝缘线路：GIL->GasInsulatedLine，发动机：MOT->Motor，电抗器：REA->Reactor
(2.3)对于SCL中的非电力设备，包括消防设备、门禁。变电站含有功能，功能可能包含子功能。功能、子功能这两个元素都是逻辑节点容器，并且可能包含非电力设备，但是在CIM模型中没有相应的对象与非电力设备对应。由于这类设备的特殊性，所以在CIM模型电线包(Wires)中扩展非电力设备，以实现完全映射。
主要包括以下扩展通用设备类：
滤波器：FIL->WaveFilter，泵：PMP->Pump，阀：VLV->Valve
对于拓扑关系映射，拓扑定义设备如何连接在一起，在两个模型中拓扑关系都采用连接节点+端子的方式定义。在SCL中连接节点(ConnectivityNode)指连接不同一次设备的连接节点对象，端点(Terminal)指一次设备的一个电气连接点，端点连接到连接节点。CIM中的拓扑定义在拓扑包中，也是通过连接节点和端点实现的。基于此方法，SCL模型通过端点、连接节点映射到CIM模型。
(3).智能电子设备映射、一二次设备关联建立。
智能电子设备只在SCL中定义，而在CIM中是缺失的，对于CIM最接近IED的是保护设备(ProtectionEquipment)类。只是对于保护设备(ProtectionEquipment)概念较特殊，不能承载SCL中IED的全部内容。具体的映射方案是在CIM模型中增加扩展的IED类，以及附属逻辑节点类实现智能电子设备的完整映射。
一二次设备关联是指一次设备和智能电子设备(IED)的关联关系，SCL模型和CIM模型表达关联关系的方式不同。SCL中一二次设备通过逻辑节点间隔间接关联，逻辑节点属于IED，而设备关联逻辑节点。对于CIM模型，一二次设备关联是直接的，即在设备基类中具有ProtectionEquipments属性，即保护装置用来保护具体的导电设备。
根据一二次设备关联方式的差异采用的具体映射方式是：
(3.1)解析SCL模型，根据一次设备遍历全部的逻辑节点，针对每一个逻辑节点，查找到所属IED，从而根据这样的关系，确定一次设备关联二次设备的关联。而在CIM模型中对于ProtectionEquipment，也具有ConductingEquipments属性，即保护设备可用来保护特定的导电设备。
b.在IED类增加ConductingEquipments属性，根据以上分析得到的一二次设备关联关系，将一次设备引用填写到ConductingEquipments属性。
由此采用分析SCL中的一二次设备间接关联(一次设备-逻辑节点-二次设备)，确定关联关系，然后再转换为CIM中的直接关联关系(一次设备-二次设备)，实现一二次设备关联的完整映射。
(4).智能电子设备逻辑节点映射。
逻辑节点只在SCL模型中具有，而在CIM模型中没有定义。智能电子装置包含逻辑设备，逻辑设备包含逻辑节点；逻辑节点包含数据对象，也可能需要引用其他逻辑节点的数据对象，以完成自身的功能。逻辑节点映射的具体实现方式是：
(4.1)CIM模型扩展IED包含逻辑节点(Contains_LNodes)，逻辑节点属于IED，建立两者之间的关联关系，但是在两者之间不再增加逻辑设备。
(4.2)在CIM模型中的电力系统资源(PowerSystemResource)类增加关联逻辑节点，以实现一次设备与逻辑节点功能的关联，使SCL模型中的设备-逻辑节点能够完整映射到CIM模型。
(5).智能电子设备量测映射。
对于两个模型中的数据，有不同的表示方式。SCL模型中采用智能电子设备/逻辑设备/逻辑节点/数据集/数据分层细化的方式描述，而在CIM中采用量测的方式描述。具体的映射方案是：
(5.1)SCL模型中的数据映射到CIM中的量测，量测增加关联到扩展的逻辑节点。
(5.2)新建量测的方法是遍历逻辑节点/数据集/数据，创建遥测遥信量测，然后遍历逻辑节点/数据集/数据，获取控制遥调遥控点关联到量测。控制点关联到量测的方法是根据控制点的名称在量测中查找，查找的范围限于当前逻辑节点。
本发明的实施方式不限于此，在本发明上述基本技术思想前提下，按照本领域的普通技术知识和惯用手段对本发明内容所做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种SCL模型与CIM模型的映射方法，其特征在于包括如下步骤：
(1).电力设备容器模型映射、功能模型映射；
(2).导电设备模型映射、通用设备模型映射、拓扑关系映射；
具体包括如下内容：
（2.1）SCL模型中的刀闸直接映射，但是如果接地刀闸是一个一侧连接到连接节点grounded的隔离开关，则映射为CIM接地刀闸；
（2.2）对于SCL中定义的一次设备，CIM模型不能完全承载，需要在CIM模型电线包扩展定义一次设备类，以达到完整映射的目的；
（2.3）对于SCL中的非电力设备，变电站含有功能，功能含有若干子功能；功能、子功能这两个元素都是逻辑节点容器，并且包含非电力设备，在CIM模型电线包中扩展非电力设备，以实现完全映射；
对于拓扑关系映射，在SCL中，连接节点指连接不同一次设备的连接节点对象，端点指一次设备的一个电气连接点，端点连接到连接节点，CIM中的拓扑定义在拓扑包中，也是通过连接节点和端点实现的，SCL模型通过端点、连接节点映射到CIM模型；
(3).智能电子设备映射、一二次设备关联建立；
(4).智能电子设备逻辑节点映射；
(5).智能电子设备量测映射。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（1）中电力设备容器模型映射包括如下步骤：
（1.1.a）在SCL中，间隔层必备，而在CIM模型中间隔层可选，映射规定CIM中必须具有间隔层，即设备的上级容器是间隔；
（1.1.b）对于SCL中的母线间隔，映射到CIM中的母线间隔+母线设备。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（1）中所述功能模型映射包括如下步骤：
（1.2.a）扩展CIM模型，在CIM模型的核心包增加扩展功能类，类属性基于SCL中相应的类属性定义，以实现完整映射；
（1.2.b）规定功能和子功能都是逻辑节点容器，含有通用设备。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（3）包括如下内容：
所述智能电子设备映射是在CIM模型中增加扩展的智能电子设备IED类，以及附属逻辑节点类实现智能电子设备的完整映射；
所述一二次设备关联是指一次设备和智能电子设备IED的关联关系，具体一二次设备关联建立过程如下：
（3.1）解析SCL模型，根据一次设备遍历全部的逻辑节点，针对每一个逻辑节点，查找到所属智能电子设备IED，从而根据这样的关系，确定一次设备关联二次设备的关联；
（3.2）在IED类增加ConductingEquipments属性，将一次设备引用填写到ConductingEquipments属性；
由此采用分析SCL中的一二次设备间接关联“一次设备-逻辑节点-二次设备”，确定关联关系，然后再转换为CIM中的直接关联关系“一次设备-二次设备”，实现一二次设备关联的完整映射。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（4）具体包括如下步骤：
（4.1）CIM模型扩展IED包含逻辑节点Contains_LNodes，逻辑节点属于IED，建立两者之间的关联关系，但是在两者之间不再增加逻辑设备；
（4.2）在CIM模型中的电力系统资源PowerSystemResource类增加关联逻辑节点，以实现一次设备与逻辑节点功能的关联，使SCL模型中的设备-逻辑节点能够完整映射到CIM模型。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（5）具体包括如下步骤：
（5.1）SCL模型中的数据映射到CIM中的量测，量测增加关联到扩展的逻辑节点；
（5.2）遍历逻辑节点/数据集/数据，创建遥测遥信量测，然后遍历逻辑节点/数据集/数据，获取控制遥调遥控点关联到量测；所述控制点关联到量测是根据控制点的名称在量测中查找，查找的范围限于当前逻辑节点。
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