基于IEC61850标准中SCL的智能电子设备建模

摘要 IEC61850是国际标准组织最新颁布的变电站自动化网络通信标准，SCL是IEC61850推荐的变电站配置语言，可以清楚地描述装置的配置信息，实现不同设备的共享。文中针对目前变电站的发展趋势，介绍了符合IEC61850标准的通信模型的建立规则，并根据SCL对模型搭建的要求搭建了一个简单的模型，最后对所建模型进行了检测与验证，证实了其正确性。
关键词 IEC61850；SCL；智能电子设备；数字化变电站

IEC61850是基于网络通信平台的变电站自动化系统的国际标准。其主要目标在于通过信息分层、面向对象自我描述、数据对象统一建模和抽象通信服务映射等技术形成一个标准的开放式变电站自动化体系，从而使来自不同制造商的IED(Intelligent Electronic Device)之间建立无缝通信并实现良好的互操作性，以此满足电力系统对提高系统可靠性、降低重复投资及维护成本的要求。最终实现“一个世界、一种技术、一个标准”。
目前，不论是对变电站进行升级改造，还是建立符合IEC61850标准的新的变电站，都需要对大量的智能电子设备进行建模，并且搭建需要符合IEC61850—6变电站配置描述语言(SCL)标准的模型。因此，掌握一种甚至多种建模方法是非常必要并具有实用价值的。文中主要介绍了运用Kalkitech SCL Manager软件建模的基本方法并搭建了一个简单的间隔单元模型，此模型的搭建依据的是IEC61850标准中模型描述语言SCL的语法规则。

1 变电站配置描述语言SCL
1．1 SCL简介
SCL(Substation Configuration Description Language)文件是IEC61850第六部分介绍的一种用来配置变电站自动化系统的描述语言，称为变电站配置描述语言。它用来进行智能电子设备(IED)和通信系统的配置，包括变电站自动化系统和变电站的关系、一次系统拓扑、变电站与变电站功能的关系等。该语言的主要目的是实现不同厂商IED配置工具和系统配置工具之间的互操作，实现可共同使用的通信系统配置数据的交换。一个完整的SCL文件分为两个基本部分：首部(Header)和内容(Content)。其中，首部用来标识SCL配置文件和它的版本号；内容主要包括变电站描述部分、IED描述部分和通信系统描述部分。
在模型搭建过程中，根据不同的目的生成相应的SCL文件，以便在不同的工具间进行数据交换。主要包括：(1)SCD(Substation Configur ation Description)文件：变电站配置描述文件。(2)SSD(System Specification Description)文件：系统规范描述文件。(3)CID(Configur ed IEDDescription)文件：配置IED捕述文件。(4)ICD(IEDCapability Description)文件：IED能力描述文件。
1．2 SCL语法结构
SCL文件语法遵循可扩展标记式语言(XML)，主要包括头(Header)、变电站描述(Substation)、智能电子设备描述(IED)、通信系统描述(Communication)，以及逻辑节点数据类型模板(DataTypeTemplates)5部分。每一部分都对数据组件进行了细化，并对配置文档的内容做出了严格限制。这5部分分别是SCL配置文档中SCL根元素的子元素。其中Header包含SCL文档的版本和修订号以及名称映射信息；Substation包含了变电站的功能结构、主元件及其电气连接；IED描述了IED的预配置信息，包括逻辑装置、逻辑节点、数据对象和所具备的通信服务能力；DataTypeTemplates详细定义了在文件中出现的逻辑节点，包括它的类型以及该逻辑节点所包含的数据对象(DO)；Communication定义了逻辑节点之间通过逻辑总线和IED接入点之间的联系方式。这些元素各有其子元素和相关属性，它们层层包含，最终完成IED模型描述。图1所示为SCL文档的结构模型。

2 利用SCL进行模型搭建
2．1 模型简介
IEC61850标准的核心是通信模型和数据模型，包括服务器、逻辑设备、逻辑节点、数据和数据集等模型，通过抽象通信服务接口(ACSI)由特定通信服务映射(SCSM)映射到具体的协议栈，如制造报文规范(MMS)。
图2为数据模型结构图，其模型是一个树状结构。模型包括多个逻辑设备，每个逻辑设备中有多个逻辑节点，每个逻辑节点由若干个数据对象或数据属性对象组成，不同的数据对象有不同的数据对象属性。

由图2可以看出，数据模型搭建主要分为逻辑设备建模、逻辑节点和数据建模。
2．1．1 逻辑设备建模
逻辑设备是服务器内的虚拟设备，汇集相关逻辑节点和数据集，为访问和引用数据进行通信提供便利，提供物理设备或由它控制的外部设备的信息。但IEC61850标准中，逻辑设备的建模并没有统一的规范参考。在目前主流的逻辑设备建模方法中，考虑到控制中心对变电站以间隔为单位进行监控，即将变电站根据不同的功能划分的不同的间隔，每个间隔装有与所包含指定回路相关的开关设备和控制装置等，例如
馈线间隔、变压器间隔等，其目的是方便检修和操作。因此把一个间隔内的远动信息划分为一个逻辑设备，相关逻辑按照断路器、变压器或母线序号进行划分。物理设备到网关采用的是逻辑设备复制的方法，即将所有逻辑设备复制到网关。
2．1．2 逻辑节点与数据建模
IEC61850规约定义了约90种逻辑节点，包括断路器(XCBR)、距离保护(PDIS)等，每个逻辑节点由代表特定意义的若干数据组成。