一種基于CIM/E的IEC 61850 SCL Schema文件描述方法

刁東宇，翟明玉，王海峰，梅德冬

（國電南瑞科技股份有限公司，南京 210061）

一種基于CIM/E的IEC 61850 SCL Schema文件描述方法

刁東宇，翟明玉，王海峰，梅德冬

（國電南瑞科技股份有限公司，南京 210061）

提供了一種基于CIM/E語言的IEC 61850 SCL Schema文件描述方法，該方法采用CIM/E語言的類模板定義功能，自定義實體類描述格式，對SCL語言中主要定義的4部分信息，包括通信類、一次設備類、智能電子設備類、數據類型模板類的UML類圖進行類圖分析，按照屬性繼承和簡化實現的原則，采用自定義實體類描述格式對其進行再描述，生成基于CIM/E語言描述的IEC 61850 SCL Schema文件，以解決變電站和調度端模型不統一的問題。

SCL；CIM/E；UML；IEC 61850；類模板定義

隨著智能電網技術的不斷發展，變電站自動化系統和調度系統的聯系日趨緊密，兩者一體化融合是當前電力系統發展的重要方向之一。但是當前在系統建模方面，變電站模型普遍采用IEC 61850模型表達方式，語義模型的形式化描述工作由變電站配置語言SCL來完成，調度端遵循IEC 61970標準，采用基于CIM/XML或者CIM/E的模型描述方法。因此，變電站端和調度端建立的模型并不統一[1]，且相互之間難以解析，使模型無法共享，阻礙了電力系統的技術進步和智能電網的發展。

本文的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于CIM/E語言，對IEC 61850 SCL Schema文件進行再描述的方法。根據該方法，對SCL語言中主要定義的4部分信息，包括通信類、一次設備類、智能電子設備類和數據類型模板類，采用CIM/E語言的類模板功能進行重新定義和描述，從而為實現CIM/E語言描述變電站模型提供相關的模板文件。

1 基于CIM/E描述方法的提出

近年來，變電站端和調度端模型不統一的問題逐漸得到人們的高度重視，國內外研究機構提出了多種解決方案，包括直接統一模型[2]、公共語義模型[3]、模型映射[4-5]、無縫通信體系[6-7]等。直接統一模型是通過制定新的統一標準，能夠同時滿足IEC 61970和IEC 61850建模需求，缺點在于對已有標準改動較大，實施難度很高。公共語義模型是在IEC 61970 CIM/XML基礎上融合IEC 61850模型，新的模型能夠同時理解 IEC61970和IEC 61850標準，但目前尚處于研究階段，未見有實際應用。

模型映射是在現有標準理解的基礎上，增加模型映射配置文件，通過該配置文件的“翻譯”功能，實現2種標準模型的互相轉換。無縫通信體系類似于模型映射，該方案把配置文件的“翻譯”功能放在中間代理網關中，變電站端和調度端通過與中間代理網關的通信，實現模型信息的交互。

后2種方案雖有一些試點應用，但主要還是把IEC 61850模型轉換為IEC 61970 CIM/XML模型，考慮到這2種文件格式均基于XML的語法結構，故存在描述效率不高的問題[8]，隨著智能變電站的不斷發展，變電站模型文件日趨復雜，模型映射轉換的過程也要不斷改進完善，開發的工作量巨大，后續的維護工作也很難持續跟進。

變電站配置描述語言SCL是IEC 61850-6標準中用來描述與通信相關的IED結構和參數、通信系統結構、開關間隔功能結構及它們之間的關系[9]。為了實現通用性、自描述，以及可任意擴充的目的，SCL語言在語法上遵循可擴展標記語言XML的語法規定，通過定義8個XML Schema文件，嚴格規定了以其為標準的所有自描述文檔樹狀層次結構的全部細節。SCL語言描述的變電站模型文件完全滿足工程應用的實際需求，但隨著智能變電站工程建設的深入開展，SCL語言描述的變電站模型文件日趨龐大，由此帶來系統處理速度較慢、對象顆粒度太小、模型文件冗余信息過多、結構過于復雜、不便工程人員直接閱讀等一系列問題[8]。

CIM/E語言[8]是近年來國家電網調度中心力推的新的主站端建模語言，目前已有許多調度系統能夠解析該語言所建模型并生成各自系統數據庫，該語言設計遵循簡單、效率、實用、對象、關系、命名6大原則，理論上完全可以用來描述變電站模型。已有若干機構提出相關的解決方案，主要集中在模型映射，標準擴充等方面[10-11]?？紤]到在IEC 61850-6標準中，XML Schema文件詳細的描述了SCL的語法，因此可以基于CIM/E語言對IEC 61850 SCL Schema文件進行再描述，從而可以為實現CIM/E語言描述變電站模型以及變電站端和調度端模型融合創造一種新的方法。

2 新的描述方法

2.1 總體架構

基于CIM/E的IEC 61850 SCL Schema文件描述方法的整體結構如圖1所示。SCL語言主要定義了4部分的信息，通信類、一次設備類、智能電子設備類、數據類型模板類[9]?；谝陨细髂０孱惖腢ML類圖分別對其進行分析，并利用CIM/ E語言定義的類模板格式對其進行再描述，從而生成CIM/E語言表達的IEC 61850 SCL Schema類模板文件。

圖1 整體流程結構

2.2 自定義實體類描述格式

采用CIM/E語言的類模板定義功能[10，12]描述SCL語言定義的通信類、一次設備類、智能電子設備類、數據類型模板類中的實體類，具體定義格式如下所示：

所述的定義格式中className為所描述的SCL實體類的名稱，類模板定義描述方式采用橫表方式，對SCL語言實體類的每一個屬性，采用Name（屬性名稱）、Alias（中文名）、Type（數據類型）、Use（是否必須使用）、Default（缺省值）5個標簽對此屬性進行說明和限定，前3個標簽是CIM/E語言規定的，Use和Default標簽是根據SCL語言的要求擴展的。

所述的定義格式中第一個屬性為mRID，具有全局唯一性，用以代表整個類。對于SCL語言實體類的簡單屬性，按在SCL語言中定義的次序，在所述的定義格式中采用一行進行表示，對于復合屬性（即類對象成員）則在下一層次的類模板中表示，并通過parentRID屬性來表示其父類。

2.3 核心原則

以通信類、一次設備類、智能電子設備類和數據類型模板類的UML類圖為基礎，對SCL語言進行梳理，找出以上4部分信息中定義的實體類，按照屬性繼承和簡化實現的原則，通過之前定義的類模板格式對其進行再描述，生成基于CIM/E語言描述的IEC 61850 SCL Schema文件。

屬性繼承原則主要表現在某個實體類繼承一個或多個基類時，若基類中定義了若干屬性，則在該實體類中也要包括基類中的所有屬性，并增加到該實體類的類定義模板文件中?；惾舨皇菍嶓w類，其屬性在其子類中描述，不單獨對其建立模板類。

簡化實現原則是指如果SCL語言中實體類對象不包含任何簡單屬性，并且該類對象不是SCL語言定義的基本類型，且是唯一的，則在UML類圖中省略此層次，直接描述其子對象。通過該簡化過程，可以減少類定義模板文件的冗余信息，提高描述效率。

2.4 邏輯流程

邏輯流程圖如圖2所示。SCL語言定義的模板類在IEC 61850-6標準中有具體的說明，通過查閱標準，獲得各模板類的UML類圖，然后對其進行分析。

判斷該類圖中是否含有實體類，若不含有則結束對該UML類圖的再描述操作過程，否則找出該UML類圖中的實體類，明確它們之間的結構層次關系，生成相關的結構框圖?；谠摽驁D，可以對實體類的parentRID屬性進行定義，即框圖中子實體類需要增加parentRID屬性指向其父實體類。所謂實體類的判別規則是在UML類圖中空心三角形指向的類為基類，除此之外的為實體類。

分析實體類與基類的關系，判別實體類繼承的基類中是否含有具體屬性，如果含有具體屬性，則把基類的屬性添加到實體類中，并使用CIM/E語言的類模板定義格式對其進行再描述，否則分析該實體類的自身屬性。

如果實體類自身含有屬性，則同樣使用CIM/ E語言的類模板定義格式對其屬性進行添加描述，否則根據其繼承的基類屬性情況，判斷是否需要對其采用CIM/E語言的類模板進行再描述。

如果實體類自身不含有具體屬性，其繼承的基類也不含有具體屬性，則不對該實體類進行再描述，否則如果其繼承的基類含有具體屬性，則需要對該實體類進行再描述，并增加基類屬性到該實體類中。

圖2 邏輯流程

3 類模板定義描述示例

以IEC 61850-6標準中通信類為例，介紹利用本文方法生成基于CIM/E語言描述的類模板描述文件。通信類部分的UML結構圖如圖3所示，圖中描述了通信類含有的所有類對象定義以及它們之間的層次結構關系。

由圖3可知，實體類主要包括：tCommunication， tSubNetwork， tConnectedAP， tBitRateIn-MbPerSec，tAddress，tPhysConn，tGSE，tSMV，tP和tDurationInMilliSec。其中tAddress類沒有屬性，且沒有繼承的基類屬性，并且該類對象不是SCL語言定義的基本類型，且是唯一的，根據簡化實現原則，不對其建立模板類。tUnNaming，tNaming，tPAddr，tControlBlock為基類，根據屬性繼承原則，其屬性在其子類中描述，不單獨對其建立模板類。根據圖3分析后得到的結構層次圖如圖4所示。

結合圖3和圖4得到通信類基于CIM/E語言描述的類模板格式定義如下：

圖3 通信類部分的UML結構

（1）tCommunication類模板

（2）tSubNetwork類模板

（3）tConnectedAP類模板

（4）tGSE類模板

（5）tSMV類模板

（6）tP類模板

（7）tPhysConn類模板

（8）tBitRateInMbPerSec類模板

（9）tDurationInMilliSec類模板

4 結語

采用CIM/E語言的類模板定義功能，自定義實體類描述格式，描述IEC 61850 SCL Schema文件，為實現CIM/E語言描述變電站模型提供相關的模板文件，進而為實現變電站端和調度端模型融合創造一種新的思路。

在后續工作中，可以在本文介紹的描述方法研究基礎之上，結合智能變電站、新一代調變一體化等系統建設，推出實際應用產品，積累工程應用經驗，完善程序功能，逐步在新一代智能變電站中推廣應用。

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（本文編輯：楊 勇）

A Description Method of IEC 61850 SCL Schema File Based on CIM/E

DIAO Dongyu，ZHAI Mingyu，WANG Haifeng，MEI Dedong

（NARI Technology Co.，Ltd.，Nanjing 210061，China）

This paper introduces a description method of IEC 61850 SCL Schema file based on CIM/E language.Class template definition function of CIM/E language is used in this method to define description format of the entity classes and analyze the UML class diagram in the four major parts of the information defined in the SCL language，including communication，substation，IED and data type template.In accordance with the principles of property inheritance and implementation simplification，the method redefines the class description format by defining description format of entity classes and generates the IEC 61850 SCL schema file based on CIM/E language for the sake of model unification in substation and dispatching point

SCL；CIM/E；UML；IEC 61850；class template definition

TM734

A

1007-1881（2016）08-0013-05

2016-05-06

刁東宇（1983），男，工程師，從事電網調度自動化系統研究開發工作。