论文部分内容阅读
摘要：变电站配置文件（SCD文件）的有效管理在智能变电站的调试、运行过程中十分重要，但它的辅助管理工具开发缺乏广泛的研究。本文介绍了SCD文件的结构，分析了SCD文件解析流程，并采用Qt来设计软件界面。文中分析了软件的功能、模块设计和界面设计，实现SCD文件的有效解析和管理。
关键词：智能变电站；SCD文件；解析；Qt
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）36-0210-02
随着自动化技术和信息技术的迅猛发展，建立在IEC61850通信规约的智能变电站实现了智能化一次设备和网络化的二次设备分层构建，SCD文件作为智能变电站的核心，它的有效管理控制对于变电站的运行维护尤其重要。但由于IEC 61850 標准的专业性门槛较高，且SCD文件内容繁多，以一个72MB文件为例，就有187万行，这对于熟悉常规变电站的人员而言难度比较大[1-2]。因此SCD文件的有效解析工具的开发十分重要。
文献[3]介绍了SCD文件管理存在的不足，开发了SCD文件辅助管理软件；文献[4]分析了SCD文件的结构特点，理论上探讨了智能变电站内的SCD文件的解析与校验方法；文献[5]分析了SCL文件的结构、分类，引入改进的XML解析器，设计了基于C#的配置工具；但是现有的SCD管理工具跨平台通用性差，功能较为单一。本文通过对SCD文件结构的深入探究，介绍工具的设计思路、相应功能，设计了一个基于Qt为平台的SCD辅助管理工具，实现了SCD文件的解析，并将SCD文件信息以图表形式展现出来。
1 SCD文件
1.1 SCD 文件结构
变电站配置文件（SCD文件）是遵循xml 规范，它包含了站内所有智能电子设备的通信参数等信息，通过对SCD 文件的解析，可以得到二次设备的网络连接关系以及设备间传递的信息。SCD文件主要有Header、Substation、Communication、IED、DataTemplate五部分组成。SCD文件主要结构如图1所示。
在SCD文件Header部分，主要描述SCL 配置文件和版本，包含历史修订信息。
在Substation部分，主要描述变电站一次设备和结构信息，包括变电站电压等级的VoltageLevel节点、间隔Bay节点等。
在Communication部分，配置文件重点描述了站控层MMS 网络、过程层GOOSE 网络以及过程层SV 网络的通信配置信息。其中SubNetwork节点描述了子网的名称及类型，在设备接入点节点ConnectedAP下为关联设备的通信地址节点Address和接入该设备的一个或多个的GOOSE控制块GSE节点或采样值控制块SMV节点。在节点Address的子节点p节点下描述了站控层的IP、过程层的组播地址Mac-address、局域网优先级VLAN-PRIORITY、报文的最大和最小发送周期等网络信息[6-7]。
IED部分，主要描述了各种智能电子设备的发送数据信息和接收数据信息。根据IEC61850-6，装置模型分为智能电子装置（IED），逻辑装置（LD），逻辑节点（LN），数据对象（DO），数据属性（DA）5 个层次，其中接入点和GOOSE 控制块部分与上文通信配置部分通过name 属性值形成一一对应关系[8]。在逻辑装置的LN0下定义了特殊的逻辑节点LLN0，LLN0中包含了发送数据集Dataset、接收数据集Inputs和相关的GSE控制块、采样值控制块。
DataTemplate部分则描述了站内各逻辑节点的实例类型。
1.2 SCD文件解析流程
通过解析SCD文件的Communication部分得到各IED部分的网络通信信息，再通过进入IED部分解析其中的GSE控制块和SMV控制块与已得到的网络通信信息形成对应关系。
2 SCD配置工具的设计实现
SCD辅助管理工具在Qt5.5下开发，Qt是一个跨平台应用程序，具有一次编写代码，就可实现在多种操作系统下可靠运行，此外Qt还具有丰富的Qt库可实现界面的美观和高效的开发效率。界面运行效果如图2所示。
2.1 功能分析
辅助管理工具主要能够完成SCD文件的导入、解析，将其中的数据提取出来以图表的形式展示。并能够通过查找功能通过选择子网类型、IED名称的准确查找或者仅输入IED名称的快速查找两种方式来快速查询出对应IED的网络信息和数据信息。
2.2 模块设计
辅助管理工具主要有三个模块组成。
（1）SCD解析模块：本文采用Qt中提供的QtXml模块对SCD进行处理，主要提供Dom（Document Object Model，文档对象模型）方法，SAX（Simple API for XML）两种方法。SAX为单遍解析，无需像Dom一样创建所有节点的对象，其优点是内存消耗小，一旦XML解析器开始读取数据，可以处理任何大小的文件。但是程序需要建立的中间数据，SAX方法不能提供。DOM是基于树的接口，它将XML文档在内存中建模为具有不同节点的树。应用程序可以实现在DOM树间搜寻结点，对其信息进行读取，并更新其内容[9]。
考虑到操作文档的简易性，选择利用其中的Dom方法来读取文件。首先从Substation提取变电站的名称，再遍历Communication各子网中的相关IED，提取其中的各子网的描述信息desc和IED的名称形成相应树状节点。最后遍历IED部分，提取各IED种的描述信息desc和name形成树状节点。SCD文件解析形成的树形视图如图3。
（2）显示模块：利用模型/视图架构，实现大量数据的存储、处理及其显示。在模型部分，通过对SCD文件进一步深入解析，提取接入各子网中IED的网络通信信息，再提取相应IED的GSE控制块、采样值控制块的appID、confRev、datSet等数据信息，形成对应得数据信息。利用QSqlQuery来访问数据库，创建不同子网的数据表，最终形成configure.db的数据库文件。在视图部分，运用QSqlQueryModel来获取数据库中数据项，借助QTableView将模型中的数据显示在一个表格中。 （3）控制模块：利用Qt中特有的信号- 槽机制，对显示的内容进行有效控制。首先将树形控件的节点单击事件作为信号，槽函数响应该信号，通过发出QTreeWidgetItem类型的数据来查找数据库中对应显示的IED数据，实现模型数据与显示的控制。
2.3 界面设计
菜单栏和工具栏：为了实现方便的操作，在配置工具的顶端设计了菜单栏和工具栏，设计一系列的QAction动作对象，实现了文件导入、设备查找等功能。在查找功能部分，设计查找对话框来实现。查找对话框中的组合框内容接收解析SCD文件时得到的子网名称数据，通过选择子网类型和在行编辑控件中输入IED名称来实现查找对应IED的信息功能。
工作区：在左侧工作区，通过树形控件QTreeWidget来显示解析的SCD模型的主要节点，包括变电站名称、子网名称、IED设备名称。在右侧工作区，通过两个QTableView控件用图表视图来显示对应IED的网络信息和数据信息[10]。
界面布局：对右侧工作区采用垂直布局方式，界面整体采用栅格布局。
3 结束语
针对SCD文件缺乏有效的解析工具，本文在跨平台Qt程序下开发了SCD辅助管理工具，通过图表的方式全面地展现了SCD文件的信息，为变电站的工作人员了解变电站提供更为快捷的查看手段，为智能的变电站的管理、可靠运行提供更好的保障。
参考文献：
[1] 刘明忠，童晓阳，郑永康，等. 智能变电站配置描述虚端子多视角图形化查看系统[J]. 电力系统自动化，2015（22）：104-109 144.
[2] 焦建林，韩盟，刘少波. SCD图形化技术在网络报文记录分析装置中的应用[J]. 华北电力技术，2016（4）：28-32.
[3] 刘磊，赵文沛，王心妍，等. 智能变电站SCD文件的解析、校验及比对技术[J]. 河南科技，2014（8）：84-86.
[4] 仪荣. 智能变电站SCD文件解析及标准化管理探究[J]. 机电信息，2014（33）：170-171.
[5] 钱超，梅军，郑建勇. 基于IEC 61850的智能电子设备配置研究[J]. 电工电气，2015（3）：55-58.
[6] 苗斌. 基于IEC61850的数字化变电站图形系统配置工具设计[D].西南交通大学，2012.
[7] 侯偉宏，徐丹露，裘愉涛，等. 智能变电站SCD文件可视化研究[J]. 浙江电力，2016（1）：10-14.
[8] 刘希峰，韩振峰，李颖. GOOSE报文与SCD文件间对应关系的应用研究[J]. 电力系统保护与控制，2013（24）：95-100.
[9] 熊华强，万勇，桂小智，等. 智能变电站SCD文件可视化管理和分析决策系统的设计与实现[J]. 电力自动化设备，2015（5）：166-171.
[10] 任翔，周心亮. 基于IEC 61850的变电站系统配置工具设计与实现[J]. 江苏电机工程，2012（1）：21-23.
关键词：智能变电站；SCD文件；解析；Qt
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）36-0210-02
随着自动化技术和信息技术的迅猛发展，建立在IEC61850通信规约的智能变电站实现了智能化一次设备和网络化的二次设备分层构建，SCD文件作为智能变电站的核心，它的有效管理控制对于变电站的运行维护尤其重要。但由于IEC 61850 標准的专业性门槛较高，且SCD文件内容繁多，以一个72MB文件为例，就有187万行，这对于熟悉常规变电站的人员而言难度比较大[1-2]。因此SCD文件的有效解析工具的开发十分重要。
文献[3]介绍了SCD文件管理存在的不足，开发了SCD文件辅助管理软件；文献[4]分析了SCD文件的结构特点，理论上探讨了智能变电站内的SCD文件的解析与校验方法；文献[5]分析了SCL文件的结构、分类，引入改进的XML解析器，设计了基于C#的配置工具；但是现有的SCD管理工具跨平台通用性差，功能较为单一。本文通过对SCD文件结构的深入探究，介绍工具的设计思路、相应功能，设计了一个基于Qt为平台的SCD辅助管理工具，实现了SCD文件的解析，并将SCD文件信息以图表形式展现出来。
1 SCD文件
1.1 SCD 文件结构
变电站配置文件（SCD文件）是遵循xml 规范，它包含了站内所有智能电子设备的通信参数等信息，通过对SCD 文件的解析，可以得到二次设备的网络连接关系以及设备间传递的信息。SCD文件主要有Header、Substation、Communication、IED、DataTemplate五部分组成。SCD文件主要结构如图1所示。
在SCD文件Header部分，主要描述SCL 配置文件和版本，包含历史修订信息。
在Substation部分，主要描述变电站一次设备和结构信息，包括变电站电压等级的VoltageLevel节点、间隔Bay节点等。
在Communication部分，配置文件重点描述了站控层MMS 网络、过程层GOOSE 网络以及过程层SV 网络的通信配置信息。其中SubNetwork节点描述了子网的名称及类型，在设备接入点节点ConnectedAP下为关联设备的通信地址节点Address和接入该设备的一个或多个的GOOSE控制块GSE节点或采样值控制块SMV节点。在节点Address的子节点p节点下描述了站控层的IP、过程层的组播地址Mac-address、局域网优先级VLAN-PRIORITY、报文的最大和最小发送周期等网络信息[6-7]。
IED部分，主要描述了各种智能电子设备的发送数据信息和接收数据信息。根据IEC61850-6，装置模型分为智能电子装置（IED），逻辑装置（LD），逻辑节点（LN），数据对象（DO），数据属性（DA）5 个层次，其中接入点和GOOSE 控制块部分与上文通信配置部分通过name 属性值形成一一对应关系[8]。在逻辑装置的LN0下定义了特殊的逻辑节点LLN0，LLN0中包含了发送数据集Dataset、接收数据集Inputs和相关的GSE控制块、采样值控制块。
DataTemplate部分则描述了站内各逻辑节点的实例类型。
1.2 SCD文件解析流程
通过解析SCD文件的Communication部分得到各IED部分的网络通信信息，再通过进入IED部分解析其中的GSE控制块和SMV控制块与已得到的网络通信信息形成对应关系。
2 SCD配置工具的设计实现
SCD辅助管理工具在Qt5.5下开发，Qt是一个跨平台应用程序，具有一次编写代码，就可实现在多种操作系统下可靠运行，此外Qt还具有丰富的Qt库可实现界面的美观和高效的开发效率。界面运行效果如图2所示。
2.1 功能分析
辅助管理工具主要能够完成SCD文件的导入、解析，将其中的数据提取出来以图表的形式展示。并能够通过查找功能通过选择子网类型、IED名称的准确查找或者仅输入IED名称的快速查找两种方式来快速查询出对应IED的网络信息和数据信息。
2.2 模块设计
辅助管理工具主要有三个模块组成。
（1）SCD解析模块：本文采用Qt中提供的QtXml模块对SCD进行处理，主要提供Dom（Document Object Model，文档对象模型）方法，SAX（Simple API for XML）两种方法。SAX为单遍解析，无需像Dom一样创建所有节点的对象，其优点是内存消耗小，一旦XML解析器开始读取数据，可以处理任何大小的文件。但是程序需要建立的中间数据，SAX方法不能提供。DOM是基于树的接口，它将XML文档在内存中建模为具有不同节点的树。应用程序可以实现在DOM树间搜寻结点，对其信息进行读取，并更新其内容[9]。
考虑到操作文档的简易性，选择利用其中的Dom方法来读取文件。首先从Substation提取变电站的名称，再遍历Communication各子网中的相关IED，提取其中的各子网的描述信息desc和IED的名称形成相应树状节点。最后遍历IED部分，提取各IED种的描述信息desc和name形成树状节点。SCD文件解析形成的树形视图如图3。
（2）显示模块：利用模型/视图架构，实现大量数据的存储、处理及其显示。在模型部分，通过对SCD文件进一步深入解析，提取接入各子网中IED的网络通信信息，再提取相应IED的GSE控制块、采样值控制块的appID、confRev、datSet等数据信息，形成对应得数据信息。利用QSqlQuery来访问数据库，创建不同子网的数据表，最终形成configure.db的数据库文件。在视图部分，运用QSqlQueryModel来获取数据库中数据项，借助QTableView将模型中的数据显示在一个表格中。 （3）控制模块：利用Qt中特有的信号- 槽机制，对显示的内容进行有效控制。首先将树形控件的节点单击事件作为信号，槽函数响应该信号，通过发出QTreeWidgetItem类型的数据来查找数据库中对应显示的IED数据，实现模型数据与显示的控制。
2.3 界面设计
菜单栏和工具栏：为了实现方便的操作，在配置工具的顶端设计了菜单栏和工具栏，设计一系列的QAction动作对象，实现了文件导入、设备查找等功能。在查找功能部分，设计查找对话框来实现。查找对话框中的组合框内容接收解析SCD文件时得到的子网名称数据，通过选择子网类型和在行编辑控件中输入IED名称来实现查找对应IED的信息功能。
工作区：在左侧工作区，通过树形控件QTreeWidget来显示解析的SCD模型的主要节点，包括变电站名称、子网名称、IED设备名称。在右侧工作区，通过两个QTableView控件用图表视图来显示对应IED的网络信息和数据信息[10]。
界面布局：对右侧工作区采用垂直布局方式，界面整体采用栅格布局。
3 结束语
针对SCD文件缺乏有效的解析工具，本文在跨平台Qt程序下开发了SCD辅助管理工具，通过图表的方式全面地展现了SCD文件的信息，为变电站的工作人员了解变电站提供更为快捷的查看手段，为智能的变电站的管理、可靠运行提供更好的保障。
参考文献：
[1] 刘明忠，童晓阳，郑永康，等. 智能变电站配置描述虚端子多视角图形化查看系统[J]. 电力系统自动化，2015（22）：104-109 144.
[2] 焦建林，韩盟，刘少波. SCD图形化技术在网络报文记录分析装置中的应用[J]. 华北电力技术，2016（4）：28-32.
[3] 刘磊，赵文沛，王心妍，等. 智能变电站SCD文件的解析、校验及比对技术[J]. 河南科技，2014（8）：84-86.
[4] 仪荣. 智能变电站SCD文件解析及标准化管理探究[J]. 机电信息，2014（33）：170-171.
[5] 钱超，梅军，郑建勇. 基于IEC 61850的智能电子设备配置研究[J]. 电工电气，2015（3）：55-58.
[6] 苗斌. 基于IEC61850的数字化变电站图形系统配置工具设计[D].西南交通大学，2012.
[7] 侯偉宏，徐丹露，裘愉涛，等. 智能变电站SCD文件可视化研究[J]. 浙江电力，2016（1）：10-14.
[8] 刘希峰，韩振峰，李颖. GOOSE报文与SCD文件间对应关系的应用研究[J]. 电力系统保护与控制，2013（24）：95-100.
[9] 熊华强，万勇，桂小智，等. 智能变电站SCD文件可视化管理和分析决策系统的设计与实现[J]. 电力自动化设备，2015（5）：166-171.
[10] 任翔，周心亮. 基于IEC 61850的变电站系统配置工具设计与实现[J]. 江苏电机工程，2012（1）：21-23.