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摘要：以IEC61850标准建模的核心思想为基础，提出了在实时应用平台（RTA）P上建立变电站监控主站模型的方法并开发完成了相应的模型生成工具。RTAP特有的面向对象的特点与标准的建模思想完全一致，建立的数据模型能够满足变电站自动化系统对自动化设备实时数据的获取与控制的功能要求。建模的过程也完全体现了标准的核心思想，如面向对象、逻辑节点的任意配置、公共数据类及逻辑节点模板的动态建立等。
关键词：IEC61850；SCADA；数据模型；实时应用平台（RTAP）；面向对象
一、系统基本模块：变电站监控系统的基本模块构成如图1所示
在这些功能模块中，因为标准的推出影响较大的是实时数据库与通信扫描处理模块，以及与这2个模块相关的数据工程工具模块。究其原因，是因为标准规范了数据模型的构成，采用了面向对象的方法建立设备模型，因而，实时数据库的建立及其工具需要依照标准要求进行改造。影响最大的是通信扫描处理模块，标准通过抽象服务接口和特殊服务映射实现了与底层具体通信协议的隔离，其中重点是如何实现制造报文规范（MMS）及服务映射。
实时数据库系统：IEC61850标准的推出彻底改变了实时数据库的结构，依照电力系统的实际情况，采用层次结构模型，并且定义了Server，LogicalDevice，LogicaINode等对象来表征现实的物理设备，数据库的结构更为合理，其含义也更为明确，并且能够实现对象的自我描述。数据库的结构是各种应用的基础，在当前情况下，设计开发一个面向对象的实时数据库还存在很大的困难。尽管在标准中对此没有提出要求，但从应用的角度来看，如果能够有这样一个平台，完全依照标准的层次结构建模，变电站监控主站系统将会有一个坚实的基础。
二、数据库生成
传统的变电站监控系统的数据库生成过程较为繁琐，需要填写大量的配置表或配置一些模板，在IEC61850标准中，通过定义变电站配置语言（SCIJ）来实现设备的描述。各个厂家变电站计算机监控部分的通信定义及模型定义均由SCL描述的文件产生。标准中给出了书写SCL详细且没有二义的规范，因而可以开发相应的工具对SCIJ的正确性进行检查以及进一步处理。这样，数据库生成工具也可以通用化，各个厂家遵从同一个规范完成设备的描述，数据生成工具就可以无缝地处理不同厂家设备的SCI，，从而直接生成变电站层的监控软件的内部数据定义叫。此外，就单个IED的建模过程，不需要做任何配置，可以直接通过其支持的MMS服务完成设备建模。这也是对传统的变电站自动化实施方式的一个重大改变。
三、变电站监控系统数据模型设计
一个变电站监控系统的实现，首先是建立监控主站的数据模型，该模型在很大程度上决定了其以后的应用和功能。本文在现有的一个实时数据库的基础之上建立，因而需要同时兼顾两者的特点，但重点是从IEC61850标准的角度来考虑。在建立基于IEC61850标准的变电站监控系统数据模型时需要考虑如下问题：①所建立的模型是否与IEC61850的标准模型一致；②是否支持IEC61850标准中全部的数据对象属性及其相应的数据模型；③数据建模的简易性；④构建模型时是否有足够的灵活性，能够适应IED的多种配置组合；⑤模型的管理是否系统化；⑥是否采用面向对象的技术；⑦数据访问或寻址是否方便；⑧与MMS的映射是否有统一、简单的映射规则。
四、基于IEC61850标准的变电站监控系统数据建模
本文将以上这些要求与RTAP相结合，提出了一套完整的变电站监控主站的建模方法，建立了符合标准要求的数据模型。
（1）RTAP系统介绍：RTAP是应用于自动化系统的开放式实时数据应用平台。与其他实时数据系统相比，优势如下：1.面向对象的点类设计与实现：在基于一个实时数据库的基础上建立模型时，传统的监控主站模型是多个设备属性的集合，每个属性是一个数据量值，如电压、电流等，这些属性之间没有任何关系，只是一个简单罗列。在RTAP实时数据库中，采用了面向对象的技术，可以将每一设备抽象为一个对象模板，这个对象模板是多个相关属性的有机组合，称之为点类。每一个点类的全部属性就是一类设备的抽象。基于点类（对象模板）为系统建立模型时，就可以以一种较为简单的面向对象的方法建模，抽象出的点类之间的关系具有与电力系统实体相似的关系。这里，“点”这一概念是一个有严格定义的数据集。点是RTAP的基本单元，在系统中经常用来表达一个物理实体或一个具体的对象，例如开关、变压器。每一个点由有名属性组成，测量值及计算值被存储在相应的属性中。2.层次结构模型及层次访问：RTAP数据库是层次树结构，由点和子点组成。点是描述实体数据属性的集合。层次树结构的最高节点是根节点，根节点下面是各级子点。层次数据库的数据模型较简单且容易使用，可以很方便地用来对物理实体建模。在RTAP数据库中，允许有任意多层。数据库没有限制点类的构成，用户可以自由定义适合自己应用的点类，然后根据需要的点数填充数据库。此外，系统还提供了层次访问接•研制与开发•范建忠，等基于IEC61850标准的变电站监控系统数据建模口，可以通过名称实现整个层次树的节点的遍历。
（2）模型建立的准备工作：模型的建立过程是一个数据映射与转换的过程。数据源是一个SCI一文件及其定义语义语法空间（scheme），映射的目的地是RTAP实时数据库及其语义语法空间。根据RTAP面向对象建模的特点，在这一映射与转换的过程中，需要依次完成5个步骤的工作：①基本数据类型的映射；②复合属性类型的映射；③公共数据类及层次组织点类的建立；④逻辑节点模板点的建立；⑤基于点类及模板点建立IED的数据模型及通信模型。其中①，②和③为准备工作，④和⑤为设备建模。
A：基本数据类型的映射：根据标准的定义，在进行点类的建立时，首要工作是建立IEC61850标准中基本数据类型与RTAP所支持的数据类型的映射关系。根据IEC61850标准及RTAP的规范，建立了类型映射。
B：复合属性类型映射在IEC61850标准中，定义了一些复合属性，这些复合属性为特定基本数据类型的集合，用于表征特定的含义，在公共数据类中被大量应用。根据RTAP所支持的数据结构及其特性，本文建立了公共数据的复合属性到RTAP的属性表的映射。根据基本数据类型的定义及RTAP表定义的格式要求，直接建立了公共数据属性的表定义模板文本。这些表被用于随后建立的公共数据类对应的点类，是这些点类的一个属性，这些表定义文本主要包含如下信息：表的名称、表的字段数量、每一个表字段的名称及其对应基本数据类型的编码。
C：点类（对象）的定义：根据RTAP的体系构成、本文提出的模型结构及标准IEC61850的定义，在建立系统模型前，需要建立以下点类（对象）：1.公共数据类对应的点类：根据SCI才中<DataTypeTemplates>元素下（DOTyeP）的定义，定义了全部的公共数据类，每一个公共数据类的成员构成可以配置，因而其对应点类的建立是一个动态创建的过程。每一个公共数据类的成员构成完全由SCL来描述。2.数据集相关的点类：这些点类用于为LLNo逻辑节点建立其模型，每一个点类的构成完全依照标准的定义结合基本数据类型的映射建立，主要包含数据集飞日志、报告等的配置信息。3.通信配置信息相关点类：该点类用于为通信配置建立模型，每一个点类的构成完全依照标准IEC61850的定义结合基本数据类型的映射建立。
五、结语
本文提出的变电站监控主站的模型基于变电站自动化系统的基本功能建立，能够满足自动化设备实时数据的获取与设备的实时控制功能要求，即传统的SCADA功能。但是，当前变电站自动化系统的主站功能在不断扩大和深人，这些新的功能要求主要有变电站操作防误系统、电压无功控制（VQ）C、设备管理、专家故障诊断系统、定值管理、历史数据管理等。
参考文献：
[1]卞鹏，潘贞存，高湛军，等.使用XMI实现变电站中IED的自动识别和远程配置.电力系统自动化，2004，28<10）
[2]口范建忠.基于IEC61850标准的变电站监控系统数据模型的建立与通讯实现：〔硕士学位论文〕.北京：中国电力科学研究院，2005.
论文作者:李凯,郭炜程
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/18
标签：变电站论文; 数据论文; 标准论文; 模型论文; 建模论文; 定义论文; 属性论文; 《电力设备》2017年第8期论文;