CN102254074A - 智能变电站间隔装置的自动建模方法 - Google Patents

Abstract

一种电力***技术领域的智能变电站间隔装置的自动建模方法，包括以下步骤：建立装置功能模型与IEC61850模型的映射规则；完成装置功能信号与IEC61850信号模型的自动映射，并导出装置能力描述文件；使用装置能力描述文件应用于变电站工程的***配置。本发明预先根据装置PLC逻辑模型及其信号应用特征开发映射规则，完成与IEC61850模型的映射关联，在装置开发阶段只需要完成映射规则的实例化应用即可完成模型映射；装置配置时对信号进行功能分类的同时可自动完成至相关联的功能数据集的映射。

Description

智能变电站间隔装置的自动建模方法

技术领域

本发明涉及的是一种电力***技术领域的方法，具体是一种智能变电站间隔装置的自动建模方法。

背景技术

随着建设智能变电站建设的开展，IEC61850标准作为一种标准协议被应用于工程实施；而如何建模作为IEC61850通信标准的核心要素，装置配置工具在建设智能变电站过程中自然而然地被提到一个比较重要的位置。装置功能的开发依赖于配置工具，通过配置工具完成装置内部功能的开发、装置外部信号；而在沟通装置内部功能和外部信号之间的重要桥梁就是装置功能模型和IEC61850模型之间的映射过程。中国电力行业规范《IEC61850相工程实施规范》给出标准化的建模方法，对装置功能如何与IEC61850标准模型进行映射也给出规范细则。前期大多数采用人工参与进行手动建模，从而导致对开发装置人员和工程人员提出较高要求，即需要熟悉IEC61850的变电站配置语言。这种建模方式容易出现人为错误，也极不利于工程化；因此有必要借助配置工具完成自动建模过程。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101706773，公开日2010-5-12，记载了一种“采用XML信息重组实现变电站IEC61850快速自动建模的方法”，该技术应用于采用IEC61850通信的数字化变电站及传统变电站内的间隔层IED建模，包括以下步骤：采用XML将IED信息进行重组，提供IED信息规范化接口；对规范化的XML文件进行编辑、整定；加载内嵌的符合IEC61850标准的最小化模型；事先约定sAddr信息格式，自动添加sAddr信息，导出ICD模型文件；IED对导出的ICD模型文件进行解析，自动提取sAddr信息，根据sAddr信息将模型叶子节点自动映射到实时数据库；IED将实时数据库信息采用IEC61850规约与站控层设备进行正常通信。

该技术消除原有工程实施中大部分人工参与的配置工作，但是有其不足之处：1)通过关键字区分不同的模型实例化过程，对不同的功能模型如何与IEC61850通信模型进行映射缺少管理机制，即导致同样的功能模型在不同的装置工程实例化时将产生较多的重复性模型映射工作；2)采用短地址与IEC61850紧耦合的设计方法将导致装置内部功能的变化直接到影响装置外特性能力描述文件，可能导致工程***配置的重复过程。3)工程实施过程的反复性，由于工程实施需要的变更可能需要增加信号或模型的处理，该方法无法处理工程实施中的“增量”过程。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种智能变电站间隔装置的自动建模方法，预先根据装置PLC逻辑模型及其信号应用特征开发映射规则，完成与IEC61850模型的映射关联，在装置开发阶段只需要完成映射规则的实例化应用即可完成模型映射；装置配置时对信号进行功能分类的同时可自动完成至相关联的功能数据集的映射。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第1步骤、建立装置功能模型与IEC61850模型的映射规则，具体包括：

1.1)根据间隔装置的功能需求，定义包括总体输入输出、功能模型的输入信号、输出信号、功能参数、功能定值、功能压板、出口压板的装置功能模型；

1.2)根据IEC61850模型标准和行业的工程实施规范，构建包括LN、DO、DA、Enum的数据类型模板的IEC61850模型；其中：LN为逻辑节点，DO为数据对象，DA为数据对象属性，Enum为枚举类型的数据对象属性。

1.3)构建功能模型与IEC61850模型的映射规则，该映射规则通过配置文件进行存储，具体包括：1)功能模型的输入量映射至IEC61850模型的控制量；2)功能模型的输出量映射至IEC61850模型的状态量或测量值；3)功能模型的出口压板映射至IEC61850模型的状态量和控制量；4)功能模型的定值量映射至IEC61850模型的配置量、定值或参数项。

第2步骤、完成装置功能信号与IEC61850信号模型的自动映射，并导出装置能力描述文件，具体包括：

2.1)先完成功能模型到IEC61850模型的实例化过程；

所述的实例化是指：根据装置功能模型到IEC61850模型的映射规则，指定装置功能模型所对应的IEC61850功能LN类的实例号、功能描述，并分配该LN所属的IEC61850逻辑设备过程。

2.2)从内部模型中选择配置装置的用户定值清单和***参数清单，用于形成IEC61850定值相关数据集；

2.3)从内部模型中配置压板类型，用于形成IEC61850的压板信号数据集；

2.4)完成从装置外特性输入输出端子的模型映射；

所述的模型映射是指：通过GGIO(通用I/O模型)完成输入虚端子的建模、通过实际功能模型映射的IEC61850功能LN模型完成输出虚端子的建模、通过分类各种装置遥信、遥测、事件、告警、故障、录波等应用功能信号完成装置数据集信号的建模。

第3步骤、使用装置能力描述文件应用于变电站工程的***配置，具体包括：

3.1)将生成的装置能力描述文件加入至变电站工程的***配置工具中；

3.2)完成该装置的输入输出数据流配置、通信参数配置及与一次设备关联功能配置；

3.3)通过***配置工具导出配置好的***配置文件；

3.4)在装置配置工具中导入***配置文件，解析其外部输入输出关系及通信参数；

3.5)最终通过装置配置工具导出实例化的配置并下载至装置中运行，即完成装置工程化过程。

本发明效果包括：

1)支持功能模型映射的管理：本发明通过形成规则配置文件的方法，对功能模型独立管理，即同样的功能模型有一种或多种映射机制，而每一个映射机制是确定的，装置开发人员不关心功能模型到IEC61850模型的映射细节。

2)完成功能信号与IEC61850信号解耦：本发明在形成装置能力描述文件时并不生成装置内部的功能模型和信号地址，而是将此信息形成于一个私有配置文件中。只要内部功能信号或功能组织形式发生变化时不影响装置外特性功能；则只需要重新导出内部功能与通信模型的映射文件，在工程实施时重新下载至装置即可，而不影响整体的***配置过程。

3)提供确定的IEC61850信号实例化过程：本发明考虑工程实施时增加的变化需求，只要装置参与***配置引用的功能模型和信号没有被删除，均支持导出增加的功能信号或功能模型，且保持原有模型信号不发生变化；从而使用新导出的装置能力描述文件重新参与***配置时不影响已有的配置数据。

本发明与传统装置开发过程兼容，配置工具屏蔽开发人员对IEC61850标准和模型理解的要求，从而装置开发人员专注于逻辑及应用开发，模型映射规则由IEC61850等通信规约专业人员统一进行维护和管理，有利于形成良好的专业分工；建模方法支持功能模型映射的管理，同时也提供确定的IEC61850信号实例化过程，能大大降低工程实施的工作量和增加工程实施的灵活性。

本发明能在工程需求变化、参数配置调整、装置自身外特性能力扩展和装置内部实现的变化等情况，能保持装置自身的能力和外特性，继承原有的***配置信息，从而避免对装置进行重新的***配置过程。

附图说明

图1为实施例模型映射过程图。

图2为实施例信号映射原理图。

图3为实施例自动建模过程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图3所示，为智能变电站间隔装置的自动建模过程图。

第1步骤、建立装置功能模型与IEC61850模型的映射规则：

首先，由装置开发人员根据间隔装置的功能需求定义装置外特性虚端子，确定装置外部的所有输入能力，确定装置所有对外的输出量；构建装置内部功能逻辑模块及每个逻辑模块的功能模型，确定其输入信号、输出信号、功能参数、功能定值、功能压板、出口压板等；并完成功能模型的内部逻辑实现。

然后由模型管理人员结合IEC61850标准和工程实施规范要求，构建IEC61850模型模板，自底向上地创建DA和Enum数据类型、创建DO数据类型、创建基本LN数据类型；根据装置开发建模需要确定和构建功能逻辑LN，完成LN下状态量、测量值、定值项等DO实例的私有化扩展。

在上述工作的基础上，模型管理人员完成功能模型与IEC61850模型映射关系的建立。映射过程遵循以下映射规则：1)功能模型的输入量映射至IEC61850模型的控制量；2)功能模型的输出量映射至IEC61850模型的状态量或测量值；3)功能模型的出口压板映射至IEC61850模型的状态量和控制量；4)功能模型的定值量映射至IEC61850模型的配置量、定值或参数项。构建的映射关系使用配置文件进行存储，在功能模型实例化使用。

第2步骤、完成装置功能信号与IEC61850信号模型的自动映射，并导出装置能力描述文件：

统一建立完IEC61850映射规则后，由装置开发人员完成模型的实例化过程，当存在多对一或一对多或多对多的过程时，根据需求选择一种功能模型至IEC61850模型的映射方法；得到实例化的IEC61850模型后，需要明确各个功能LN功能的实例化描述。上述完成IEC61850基于模型的建立，下面需要对模型的各类信号进行自动映射。

装置开发人员先配置各类压板、确定装置的用户定值清单和***参数清单。压板数据会自动映射到压板数据集dsEna或dsRelayEna中，定值数据会自动映射到定值数据集dsSetting或dsParameter中。

然后确定对装置功能模型中需要对外输出的信号模型，再对各类信号模型进行分类：遥信、事件、告警、故障、录波等。遥信类型信号建模于数据集dsDin或dsRelayDin中；事件类型信号建模于数据集dsTripInfo中；告警类型信号建模于数据集dsWarning中；故障类型信号建模于数据集dsAlarm中；录波类型信号建模于数据集dsRelayRec中；遥测类型通过模型映射结果自动扫描出来，信号建模于数据集dsAin或dsRelayAin中；通信工况根据装置的最大能力输出告警模型，信号建模于dsCommState中。

接着是配置装置虚端子的输入和输出。输入包括模拟量、开关量、测量值的输入，需要配置输入量是本地输入还是站控层或过程层的网络输入；输入端子映射为各类GGIO数据模型，用于***配置时作输入信号关联。输出包括开关量和测量值的输出，需要配置输出量如何分包输出，输出信号模型建模于数据集dsGoose。

完成上述过程后，已经准备好导出ICD模型所需要的数据。ICD导出过程包含由以下步骤：1)根据不同的装置类型来确定使用的LD模型；2)根据IEC61850模型实例化结果导出功能逻辑LN模型；3)根据IED中LN的实例化情况下裁减预建立的IEC61850数据模板，形成DataTemplate数据模板部分；4)根据定值、压板的模型分类配置，在相应的LD的LLN0模型下创建其关联的数据集模型；5)根据功能信号分类的建模结果，在相应的LD的LLN0模型下创建其关联的数据集模型及报告控制块；6)根据输入输出模型在逻辑设备PI下LLN0中构建相应的GGIO模型，在逻辑设备LD0和PI下的LLN0中构建相应的GOOSE输出数据集信号模型；7)根据功能信号及输入输出信号模型的描述名称信息，实例化IED下各个DOI数据节点的离线描述DESC信息和在线DU描述信息。

第3步骤、使用装置能力描述文件应用于变电站工程的***配置。

将导出的装置ICD能力描述文件，加载至***配置工具中。通过ICD表征装置的外特性和能力，在***配置过程中完成IED的相关配置。具体包括：1)IED的通信参数，如MMS通信IP、GOOSE/SMV通信组播地址等；2)IED的输入数据，即外部间隔装置或过程装置对本装置的输入，如模拟量采集、开关量输入、状态量输入等；3)IED的输出关联，即装置输出的GOOSE/SMV数据对象被其它IED订阅使用的情况，如具体某此开关量输出、状态量输出或模拟量输出。4)关联IED的二次功能关联，即一次设备中的二次功能实现时指定所依懒的IED二次设备功能逻辑节点LN，如IED中测量功能MMXU、保护功能PTOC、控制功能CSWI等。完成***配置后，通过***配置工具可直接形成***配置描述文件SCD。5)配置装置的工程信号描述，如链路告警端子描述名称、备用虚开入的端子描述名称、数据集信号的描述名称等。

在装置配置工具侧可直接导入***配置描述文件SCD，装置配置工具可解析得到装置相关的输入输出关联、装置运行时通信参数、装置HMI使用的信号描述名称、确定装置被实际使用的SOE信号集等。将这些装置配置实例化描述文件CID和装置内部功能运行依赖的配置信息一并导出并下载至装置中运行。

上述过程即完成装置能力描述文件的工程典型应用过程，但工程应用过程往往会比较复杂，存在以下两种情况会导致***配置的重复过程：1)若此过程若由装置侧产生的需求变化或参数配置调整而需要更新配置过程，此时只需要导出增量的装置实例化的描述文件IID配置。此配置的模型能力及其通信参数和关联引用等均继承了***配置过程，因此保证***配置过程的稳定性。这种情况下只需重新将装置更新的实例化的描述文件IID用于替换***配置工具中原有的ICD配置即可。2)装置侧在不改变原有外特性的基础上，若需要在功能的内部实现方式作变更时。通过本发明建模方法可完全不必考虑内部功能对外部特性的影响，即不需要更新装置能力描述文件和进行***配置的实例化过程。上述两种情况在本发明提出的装置建模方法过程中已经充分考虑变化的需求，将变化的信息和不变的特性严格隔离和区分，因此在工程实施过程时能带来便利。

本实施例通过上述步骤完成功能模型与IEC61850模型的解耦，即开发非IEC61850模型的通信协议时只需要维护和开发新的关联映射规则，而无需重新开发装置的内部功能及PLC逻辑；功能模型与IEC61850模型的映射关系，支持一对多、多对一和多对多的自由映射配置；映射方式并不约束装置功能的实现方式。由模型映射关系由通信专业人员统一管理和维护，装置建模时只需要完成模型的实例化过程；

本实施例中装置压板、输入输出虚端子及功能模型中定值、参数、功能信号均是通过功能分类进行自动映射。装置开发人员完成装置功能实现后对功能信号进行分类，如遥信、事件、告警、故障、录波、过程层输出及输入源等；通过这样的过程即可完成IEC61850的模型生成；自动建模方法以数据集信号作为驱动，而数据集信号与由功能信号预构建一对一的映射关系。因此装置开发人员只需要专注于装置功能本身的实现，在不关心建模过程。

Claims (4)

1.一种智能变电站间隔装置的自动建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

第1步骤、建立装置功能模型与IEC61850模型的映射规则，具体包括：

1.1)根据间隔装置的功能需求，定义包括总体输入输出、功能模型的输入信号、输出信号、功能参数、功能定值、功能压板、出口压板的装置功能模型；

1.2)根据IEC61850模型标准和行业的工程实施规范，构建包括LN、DO、DA、Enum的数据类型模板的IEC61850模型；

1.3)构建功能模型与IEC61850模型的映射规则；

第2步骤、完成装置功能信号与IEC61850信号模型的自动映射，并导出装置能力描述文件，具体包括：

2.1)先完成功能模型到IEC61850模型的实例化过程；

2.2)从内部模型中选择配置装置的用户定值清单和***参数清单，用于形成IEC61850定值相关数据集；

2.3)从内部模型中配置压板类型，用于形成IEC61850的压板信号数据集；

2.4)完成从装置外特性输入输出端子的模型映射；

第3步骤、使用装置能力描述文件应用于变电站工程的***配置，具体包括：

3.1)将生成的装置能力描述文件加入至变电站工程的***配置工具中；

3.2)完成该装置的输入输出数据流配置、通信参数配置及与一次设备关联功能配置；

3.3)通过***配置工具导出配置好的***配置文件；

3.4)在装置配置工具中导入***配置文件，解析其外部输入输出关系及通信参数；

3.5)最终通过装置配置工具导出实例化的配置并下载至装置中运行，即完成装置工程化过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的映射规则通过配置文件进行存储，具体包括：1)功能模型的输入量映射至IEC61850模型的控制量；2)功能模型的输出量映射至IEC61850模型的状态量或测量值；3)功能模型的出口压板映射至IEC61850模型的状态量和控制量；4)功能模型的定值量映射至IEC61850模型的配置量、定值或参数项。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的实例化是指：根据装置功能模型到IEC61850模型的映射规则，指定装置功能模型所对应的IEC61850功能LN类的实例号、功能描述，并分配该LN所属的IEC61850逻辑设备过程。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的模型映射是指：通过GGIO完成输入虚端子的建模、通过实际功能模型映射的IEC61850功能LN模型完成输出虚端子的建模、通过分类应用功能信号完成装置数据集信号的建模。

Images