一種數位化變電站智能電子設備面向對象的實現方法
2023-12-11 20:06:57 1
專利名稱：一種數位化變電站智能電子設備面向對象的實現方法
技術領域：
本發明屬於電力系統自動化領域，具體涉及一種數位化變電站智能電子設備面向 對象的實現方法。
背景技術：
變電站自動化技術的發展是一個不斷深化的數位化過程。目前，數位化變電站已 從試點逐步開始推廣應用。數位化變電站通過數位化的信息採集、傳輸、處理和輸出過程的 優化組合和設計，在過程層、間隔層和變電站層上，按照IEC61850標準實現一次設備智能 化、二次設備網絡化和運行管理自動化。IEC61850應用了一系列較為完善的技術，可實現變電站內智能電子設備(IED)間 的互操作，從而降低工程實施難度和成本，已成為數位化變電站的核心技術之一。IEC61850 採用自描述的面向對象建模方法，定義了標準化的面向對象的信息模型。IED的信息模型是 分層的結構化的類模型，以抽象的方式刻畫了一個IED的通信特徵，使其成為可視和可訪 問的，解決了數據的相互理解問題，是實現互操作性的基礎之一。然而，目前實際使用的傳統的IED (例如繼電保護、測控裝置等)一直採用二維表 的機制進行數據管理，即將所有變電站信息分類，建立起測量、信號、定值、壓板等若干張關 系型資料庫表格。這樣就造成在IED的信息源頭是面向數據和點的，而非面向對象，但IED 對外通信卻要使用IEC61850面向對象的信息模型。因此，IED在沒有從源頭摒棄點表機制 的情況下應用於數位化變電站中，就需要對IEC61850模型進行數據映射。數據映射工作往 往需要人工幹預，效率較低且錯誤排查困難。使用數據映射的方法實現IEC61850變電站自動化系統的具體方法是在保護、 測控等LED裝置中通過廠商私有的方法實現分類數據表到IEC61850層次型面向對象模型 的映射(如圖1所示)，而在監控或者遠動等站控層設備中又通過層次型變量定義的方式將 IEC61850數據集成進關係型資料庫。傳統的變電站自動化系統一般只需要在站控層資料庫 中配置各類數據點表信息，而通過數據映射實現IEC61850需要在兩端做工作，這將造成工 程實施效率的下降且可能出錯。IEC61850標準規定了變電站配置描述語言(SCL)，用於描述變電站自動化系統和 各種IED的配置，規範了 4種類型SCL文件，其中涉及IED的有IED能力描述文件(I⑶文 件)和IED實例配置文件(CID文件)。IED能力描述文件描述了 IED所能提供的IEC61850 面向對象的信息模型及服務，是IED能力最大化的描述，因此，可依據ICD文件設計IED的 全部對象。IED實例配置文件描述了一個工程中實例化的IED，可以使用I⑶文件描述的全 部或部分信息模型及服務，並加以實例化，因此，可依據CID文件得到IED運行時使用的對 象，根據工程需要，可以是IED的所有對象，也可以是部分對象。對於遵循IEC61850標準、完成特定變電站自動化功能的IED來說，其從通信網絡 可視和可訪問的內容由信息模型完全定義了，是標準化的，但IEC61850標準並未規定裝置 內部實現功能的具體方式，允許廠家採用各種合適的方法來實現，因此設計的IED對象除了包括IEC61850標準規定的屬性和行為外，還應具有廠家特定的私有屬性和行為。
發明內容
本發明的目的是提供一種數位化變電站智能電子設備面向對象的實現方法，用以 解決現有方法需要做數據映射而造成的工程實施效率低、出錯率高的問題。為實現上述 目的，本發明提供一種數位化變電站智能電子設備面向對象的實現方 法，步驟如下
a)根據智能電子設備的能力描述文件，定義對象的數據類型，該數據類型 封裝所述智能電子設備的屬性及行為，並聲明對象；
b)進行系統組態，根據智能電子設備的實例配置文件，對所述對象進行配 置，生成規範化的對象組態接口文件；
c)智能電子設備讀取實例配置文件，生成IEC61850通信實時信息庫； 導入所述規範化的對象組態接口文件，創建並初始化所述對象，使對象的屬性與相應的 IEC61850通信實時信息庫關聯，並按照配置的行為實現裝置的各種功能。採用上述方法，在信息源頭就採用面向對象的設計，使智能電子設備功能軟體與 IEC61850面向對象信息模型無縫融合，不需要數據映射，能夠進行智能電子設備靈活組態， 軟體可維護性好。步驟a中，所述對象以邏輯節點和控制塊為基本單位。所述邏輯節點包括 IEC61850-7-4定義的邏輯節點以及擴展的邏輯節點；所述控制塊不僅包括IEC61850-7-2 定義的報告控制塊、日誌控制塊、GOOSE控制塊、採樣值控制塊和定值組控制塊，也包括 GOOSE報文接收控制塊和採樣值報文接收控制塊。步驟a中，所述智能電子設備的屬性及行為包括IEC61850標準所規範的與智能 電子設備功能有關的那些屬性和行為——稱為公有屬性和行為，實現裝置本身功能的私有 屬性和行為；所述公有屬性定義為指針變量，私有屬性定義為變量，行為定義為函數指針， 對象聲明為全局指針變量。步驟b中，所述系統組態使用可視化智能電子設備組態工具，一方面導入智能電 子設備的實例配置文件，自動完成對象公有屬性和行為的組態，另一方面提供友好的圖形 化界面和工程人員熟知的方式來完成對象私有屬性和行為的組態。所述對象組態接口文件 以規範化的形式保存了智能電子設備對象的配置結果。步驟c中，創建所述對象，包括為對象動態分配存儲空間，將存儲空間起始地址賦 給相應對象的全局指針變量。步驟c中，初始化所述對象，是根據所述對象組態接口文件給 對象的屬性和行為賦初值。步驟c中，使對象的屬性與相應的IEC61850通信實時信息庫關 聯是指根據對象組態接口文件，把IEC61850通信實時信息庫中數據的存儲地址賦給相應 對象公有屬性的指針變量。
圖1是現有技術的數據映射方法示意圖； 圖2是本發明實施例步驟a的流程圖3是本發明實施例步驟b的流程圖；圖4是本發明實施例步驟c的流程圖。
具體實施方式
作為本發明方法的一個實施例，以數位化變電站間隔層保護測控IED為例，三個 步驟分別如圖2、圖3、圖4所示。首先，根據保護測控IED能力描述文件，以邏輯節點和控制塊為基本單位，定義數 據結構類型，封裝屬性和行為，並聲明保護測控IED的所有對象。對於保護測控IED，所述邏輯節點包括IEC61850-7-4定義的與保護、測量和控制 功能有關的邏輯節點以及擴展的邏輯節點；所述控制塊除了包括IEC61850-7-2定義的報 告控制塊、日誌控制塊、GOOSE控制塊和定值組控制塊，還包括GOOSE報文接收控制塊和採 樣值報文(SMV)接收控制塊。所述屬性和行為包括①IEC61850標準所規範的與保護、測量和控制功能有關的 那些屬性和行為——稱為公有屬性和行為，這裡的公有屬性只是IEC61850面向對象信息模 型的部分內容；②該保護測控IED完成特定功能所必需的私有屬性和行為。所述數據結構類型的定義，公有屬性採用指針變量並且其命名採用IEC61850標 準化的名稱，私有屬性採用變量並且其命名儘量採用IEC61850標準化的名稱，行為均採用 函數指針變量。所述聲明的對象採用全局指針變量。表1是數據類型定義舉例。舉例說明，保護測控IED的保護跳閘條件邏輯節點PTRC的數據結構類型定義如表 1所示。聲明PTRC對象採用以下方式PROTPTRC *ProtPTRCl。 然後，使用可視化IED組態工具，導入保護測控IED實例配置文件，對IED運行需 要的對象進行配置，自動生成規範化的對象組態接口文件。所述可視化IED組態工具一方面可導入CID文件，自動完成對象公有屬性和行為 的組態，另一方面提供友好的圖形化界面和工程人員熟知的方式來完成對象私有屬性和行 為的組態，無需使用者懂得IEC61850標準和對象的具體定義，降低對使用者的技術要求。所述對象組態接口文件以規範化的文本文件形式保存了保護測控IED對象的配 置結果使用哪些對象，對象的哪些屬性和行為可用，對象的屬性初始值是多少，對象的行 為具體採用哪一種等。例如，若PTRC對 象的相電流突變量啟動元件行為可用，對象組態接 口文件只需要採用以下簡單的方式描述即可deltaI_Str true。最後，保護測控IED運行時，首先讀取CID文件，自動生成IEC61850通信實時信息 庫，然後讀取對象組態接口文件，動態創建配置的對象並初始化，使保護測控IED的對象屬 性與IEC61850通信實時信息庫關聯起來，並按照配置的行為實現裝置的各種功能。所述動態創建配置的對象是依據對象組態接口文件為配置的對象動態分配存儲 空間，並將分配存儲空間的起始地址賦給相應的表示對象的全局指針變量，未配置的對象 其全局指針變量為空指針。例如，若配置了 PTRC對象，則此時應為其動態分配存儲空間，並 將分配存儲空間的起始地址賦給全局指針變量ProtPTRCl。所述初始化對象是依據對象組態接口文件給表示對象私有屬性的變量賦初始值， 給函數指針變量賦值以執行配置的行為。所述保護測控IED的對象屬性與IEC61850通信 實時信息庫關聯是依據對象組態接口文件把IEC61850通信實時信息庫中數據存儲的地址 賦給表示對象公有屬性的指針變量。需指出的是，通過讀取CID文件自動生成IEC61850通信實時信息庫已有成熟的軟 件可供使用，具體實現方法不在本發明的範圍內。上述保護測控IED應使用嵌入式實時作業系統(RT0S)，支持多任務處理和優先級 搶佔式調度，而且至少應包括保護測控功能和IEC61850通信兩個任務。
權利要求
一種數位化變電站智能電子設備面向對象的實現方法，其特徵在於，步驟如下a) 根據智能電子設備的能力描述文件，定義對象的數據類型，該數據類型封裝所述智能電子設備的屬性及行為，並聲明對象；b) 進行系統組態，根據智能電子設備的實例配置文件，對所述對象進行配置，生成規範化的對象組態接口文件；c) 智能電子設備讀取實例配置文件，生成IEC61850通信實時信息庫；導入所述規範化的對象組態接口文件，創建並初始化所述對象，使對象的屬性與相應的IEC61850通信實時信息庫關聯，並按照配置的行為實現裝置的各種功能。
2.根據權利要求1所述的一種數位化變電站智能電子設備面向對象的實現方法，其特 徵在於，步驟a中，所述對象以邏輯節點和控制塊為基本單位。
3.根據權利要求2所述的一種數位化變電站智能電子設備面向對象的實現方法，其特 徵在於，所述邏輯節點包括IEC61850-7-4定義的邏輯節點以及擴展的邏輯節點；所述控制 塊包括IEC61850-7-2定義的報告控制塊、日誌控制塊、GOOSE控制塊、採樣值控制塊和定值 組控制塊及GOOSE報文接收控制塊和採樣值報文接收控制塊。
4.根據權利要求1所述的一種數位化變電站智能電子設備面向對象的實現方法，其特 徵在於，步驟a中，所述智能電子設備的屬性及行為包括IEC61850標準所規範的與智能電 子設備功能有關的那些屬性和行為——稱為公有屬性和行為，實現裝置本身功能的私有屬 性和行為；所述公有屬性定義為指針變量，私有屬性定義為變量，行為定義為函數指針，對 象聲明為全局指針變量。
5.根據權利要求1所述的一種數位化變電站智能電子設備面向對象的實現方法，其特 徵在於，步驟b中，所述系統組態使用可視化智能電子設備組態工具，一方面導入智能電子 設備的實例配置文件，自動完成對象公有屬性和行為的組態，另一方面提供友好的圖形化 界面和工程人員熟知的方式來完成對象私有屬性和行為的組態。
6.根據權利要求1所述的一種數位化變電站智能電子設備面向對象的實現方法，其特 徵在於，步驟b中，所述對象組態接口文件以規範化的形式保存了智能電子設備對象的配 置結果。
7.根據權利要求4所述的一種數位化變電站智能電子設備面向對象的實現方法，其特 徵在於，步驟c中，創建所述對象，包括為對象動態分配存儲空間，將存儲空間起始地址賦 給相應對象的全局指針變量。
8.根據權利要求4所述的一種數位化變電站智能電子設備面向對象的實現方法，其特 徵在於，步驟c中，初始化所述對象，是根據所述對象組態接口文件給對象的屬性和行為賦 初值。
9.根據權利要求4所述的一種數位化變電站智能電子設備面向對象的實現方法，其特 徵在於，步驟c中，使對象的屬性與相應的IEC61850通信實時信息庫關聯是指根據對象組 態接口文件，把IEC61850通信實時信息庫中數據的存儲地址賦給相應對象公有屬性的指針變量。
全文摘要
本發明提供一種數位化變電站智能電子設備面向對象的實現方法，步驟如下a)根據智能電子設備的能力描述文件，定義對象的數據類型，該數據類型封裝所述智能電子設備的屬性及行為，並聲明對象；b)進行系統組態，根據智能電子設備的實例配置文件，對所述對象進行配置，生成規範化的對象組態接口文件；c)智能電子設備讀取實例配置文件，生成IEC61850通信實時信息庫；導入所述規範化的對象組態接口文件，創建並初始化所述對象，並使對象的屬性與相應的IEC61850通信實時信息庫關聯。採用上述方法，在信息源頭就採用面向對象的設計，使智能電子設備功能軟體與IEC61850面向對象信息模型無縫融合，不需要數據映射，能夠進行智能電子設備靈活組態，軟體可維護性好。
文檔編號H02J13/00GK101882812SQ201010247359
公開日2010年11月10日 申請日期2010年8月6日 優先權日2010年8月6日
發明者羅四倍 申請人:平頂山市恆華科技有限公司