任 翔，周心亮

(国网电力科学研究院，江苏 南京 210003)

IEC 61850标准中定义了基于XML的变电站配置描述语言（以下简称SCL语言），用于描述变电站系统，即变电站自动化系统和变电站（开关场）本身及其之间的相对关系[1]。更清楚地说，是提供并规定了一种统一的、简洁的、易于理解的配置文件格式，用于描述以下三方面信息：（1）变电站的功能结构和一次设备间拓扑关系；（2）变电站自动化系统中智能电子设备（IED）的功能；（3）变电站的通信系统。最终，利用这些文件实现变电站自动化系统和智能电子设备的配置，并完成不同厂家设备以及系统之间兼容的信息和数据交互，从而为实现站内设备的互操作提供基础性支持。文中基于SCL语言的变电站系统配置模型及其实现方法，设计并实现一种系统配置工具。

1 变电站系统配置模型

基于SCL的配置模型可由以下5个部分模型组成。

（1）头部分（Header）：包含 SCL 模型的版本、修订信息以及名称映射等信息。

（2）变电站：用于描述变电站的功能结构、主元件、电气连接等一次设备信息。

（3）IED：结构化描述了站内IED的对象模型，主要包含逻辑设备、逻辑节点、数据对象等。

（4）通信系统：主要包括逻辑子网和IED接入点的通信参数。

（5）数据类型模板：提供了IED中逻辑节点、数据对象、数据属性等数据类型的模板信息。

其中，变电站和IED模型是相对层次化的结构模型，完整的SCL配置模型的结构如图1所示。而SCL本身的语法结构遵循XML Schema的规定，即每个SCL元素均从根元素类型派生而来[2]，包含若干属性和若干子元素，基本语法结构如图2所示。

图1 SCL 配置模型结构

图2 SCL基本语法结构

根据实现功能和提供者的不同，在变电站系统的实际配置工作中涉及到如下4种SCL配置文件。

（1）ICD文件：由IED设备制造商在设备出厂时提供，用于描述IED的一般能力，包含Header、IED和数据类型模版三部分模型信息。

（2）SSD文件：多数情况下由设计单位在完成变电站一次系统的设计后给出，用以描述变电站一次系统的拓扑结构和设备信息。

（3）SCD文件：由系统集成商在完成全站系统配置后生成，包含了变电站的全部配置信息。

（4）CID文件：可由系统集成商完成全站SCD后提取，也可由IED设备制造商得到SCD后自行生成，描述了IED实例化后的配置信息。

2 模型配置方法

一般情况下，由设备制造商根据出厂IED实际具备的功能，借助IED模型配置工具，生成IED的模型文件ICD，提供给系统集成商，再由系统集成商统一使用系统配置工具将全站IED的ICD文件作系统级的集成，主要工作是配置全站各层次的通信系统，以及实例化IED的相关参数，真正实现各IED的定制功能，在形成SCD模型文件之后，系统集成商输出各个IED的CID文件，或提供SCD文件给设备制造商，由其形成CID文件，并下载完成IED设备的最终配置。

至于SSD文件，在当前的工程实践中，应该说尚未发挥应有作用。主要是因为系统集成商大多无法根据SSD文件提取出SCD文件中所需的变电站一次系统相关信息，且作为文件提供者的设计单位也很难给出符合标准的SSD，系统集成商通常只有手动配置此类信息至SCD模型中[3]。实际模型配置方法如图3所示。

图3 模型配置方法

3 系统配置工具的设计实现

3.1 功能分析

通过以上分析可归纳出系统配置工具所需具备的两大类功能。

（1）文件级操作功能：对基于SCL的模型配置文件进行新建、导入、导出和校验，主要包括构建初始的SCD模型或解析SCD文件生成SCD模型，解析ICD文件后提取信息并入SCD模型，从SCD模型中提取信息生成CID文件，生成SCD文件以及在文件导入导出时进行Schema语法校验。

（2）界面编辑功能：通过树状、表状和列表视图配合呈现SCD模型的全部信息，并可对相关数据信息进行可视化的编辑操作，将编辑操作的结果更新至SCD模型中。

3.2 模块设计

该配置工具在QT4.5.3下进行开发，Qt是跨平台的C++图形用户界面应用程序框架，具有优良的跨平台特性，完全支持面向对象的设计，并提供丰富的API，能有效地提高程序的开发效率。

程序模块划分为主程序和SCL解析器两部分，其中，SCL解析器实现各类SCL模型的数据解析处理和有效性校验，以动态链接库（DLL）的形式封装后供主程序调用，以保证其独立性和复用性。

主程序借鉴MVC的设计思想可划分为3个部分[4]：模型部分用于当前配置中的SCD模型管理；界面部分实现工具中所有界面功能；控制部分是模型和界面联系的桥梁，触发两者之间的信息交互，并实现其他辅助操作。各模块功能如图4所示。

图4 模块功能示意

3.3 SCL解析器

SCL解析器提供了通用的SCL模型解析和校验功能，并具备较为完整的外部接口，以实现SCL模型与文件之间的交互，在其内部主要封装有以下几个类。

（1）CSaxHandler类：用于处理基于SAX2.0的XML文件解析，该类继承自xercesc中提供的DefaultHandler类，并重新实现了其中一些事件处理函数，其中SAX2.0是基于事件机制的XML标准处理接口API，而xercesc则是一种开源的XML语法分析器，在解析XML时，解析到特定位置时会调用相应的函数生成SCL模型中特定的类对象实例，以此更新SCD模型，其他需用到xercesc中的类还包括 SAX2XMLReader、XMLReaderFactory 等；

（2）CSCLHandler类：实现SCD模型与SCL文件的操作接口，并对SCD模型中各数据管理功能进行封装，主要功能有加载XML文件并创建模型（loadXmlFile）、导入icd文件并添加至模型中（importIcdFile）、从现有模型中导出指定IED对应的CID文件 （exportCidFile）、 保存修改后的 SCD文件（saveScdFile）等。

（3）CSCLFactory类：是SCL中各数据模型的工厂类，主要功能是在解析SCL文件过程中，根据解析到的不同内容创建相应的SCL数据类。

（4）SCL数据类：根据SCL语法和模型结构定义的各种SCL数据类，每个类的实例对应SCL模型结构中一个节点实例，如CtBase、CtSCL、CtHeader、CtCommunictaion、CtIED 等。

3.4 模型部分

模型部分主要实现CSCDHandler类，该类提供SCD模型的各种访问接口，如：获取CtHeader节点实例指针、获取CtCommunication节点实例指针、获取指定CtIED节点实例指针、获取指定CtLDevice节点实例指针、获取指定CtLN节点类指针等。

3.5 界面设计

配置工具的主界面采用三分屏的模式，即左、中、右功能区。

（1）左侧工作区：通过树形视图显示SCD模型的各层次节点，考虑到SCD模型中IED节点规模和显示更新的效率，故只展开至LD节点这一层级。

（2）右侧工作区：通过树形视图显示SCD模型内数据源信息，主要是指GOOSE配置信息，并提供拖拽功能，以便于IED中GOOSE信息的配置操作。

（3）中间工作区：以Tab页分别显示指定LD的LN、DataSet、控制块和Inputs等分类信息。

界面程序中主要包括以下几类。

（1）CTreeItem类：继承自 QTreeWidgetItem类，用于构建左右侧树状视图中的节点项，并封装了用于访问指定节点的父节点和子节点的函数，如：获取父节点名称、删除子节点等。

（2）UTreeWidget类：继承自 QTreeWidget类，用于构建左右侧树状视图，对于右侧树状视图，还增加了鼠标点击拖拽功能，该功能通过重新mousePressEvent （QMouseEvent*e）、mouseMove-Event(QMouseEvent*e)和 mouseReleaseEvent（QM-ouseEvent*e）等事件处理函数来实现。

（3）CTable 类：继承自 QTableWidget类，用于构建中间工作区Tab页中的表状视图，也增加了拖放功能，该功能则是通过重新实现dragEnterEvent（QDragEnterEvent*e）、dropEvent （QDropEvent*e）和 dragMoveEvent（QDragMoveEvent*e）等事件处理函数来实现。

3.6 控制部分

借助QT的信号-槽机制，能较为简便地实现界面与模型之间的交互，控制部分中最主要的是USlotHandler类，该类在主程序中只存在一个单实例，实例中实现了各种用于界面和模型交互响应的槽函数。

4 结束语

该配置工具开发完成后，已实际应用于工程配置中。实践证明，能满足当前工程环境中的配置需求，有效降低了配置工作难度，提升了工作效率，保证了配置准确性，发挥了应有的作用。

考虑到后期SSD文件的应用，建议还需进一步对功能进行完善，以实现变电站一次系统信息自动配置。此外，通过界面拖放功能的使用，能相对简便地进行GOOSE信息的配置，但在节点容量较大或通信系统较为复杂的情形下，仍有较大的工作量需手动完成，下一步的工作是如何提供更加高效的配置方式，以实现GOOSE信息的快速配置。

[1]IEC/TC57，IEC 61850 Communication Networks and Systems in Substations[S].2004.

[2]周邺飞，张海滨，徐石明，等.IEC 61850工程组态中的统一建模技术研究[J].江苏电机工程，2007，26（S1）：72-74.

[3]王 松，宣晓华，周华.基于IEC 61850变电站自动化系统的系统组态研究[J].继电器，2008，36（3）：48-50，74.

[4]王映辉，王英杰，王彦君，等.基于MVC的软件界面体系结构研究与实现[J].计算机应用研究，2004，（9）：188-190，193.