SCL在变电站配置描述中的应用研究
李鸣1，王平1，王荣兴2
1河海大学电气工程学院，南京（210098）
2南京河海南自科技有限公司，南京（210003）
E-mail：liming_hhu@126
摘要：IEC61850是国际标准组织发布的最新的变电站自动化系统标准，其中第6部分规定了变电站配置语言SCL。利用SCL对变电站进行配置描述是实现设备间互操作性的重要前提，本文在对SCL及其特点进行简单说明的基础上，对变电站配置对象模型做了介绍，对变电站配置过程进行了详细分析，并用具体实例阐述SCL在变电站配置描述中的具体应用。
关键词：IEC61850；变电站；SCL；配置过程
1．引言
IEC61850是国际标准组织发布的最新的变电站自动化系统标准[1]，旨在实现变电站系统中不同厂商设备之间的互操作，提高系统的维护性、开放性和扩展性。标准中引入发展了众多成熟先进的信息处理技术和网络通信技术。标准第6部分规定的变电站配置语言SCL （Substation Configuration Language）是XML技术在变电站自动化系统中的发展[2]，是实现设备间互操作性的重要保证。在SCL配置文件中，按照统一的方法对设备配置进行描述，可以保证设备之间互相识别，这是实现互操作的前提[3] [4]。
2．SCL简析
变电站配置语言SCL是IEC61850采用的变电站专用描述语言，基于XML1.0。它采用可扩展的标记语言清楚地描述变电站IED设备、变电站系统和变电站网络通信拓扑结构的配置。使用SCL能够方便地收集不同厂家设备的配置信息并对设备进行配置，使系统维护升级、智能电子器件控制变得更为简单易行。使用SCL形成标准的IED数据传输文件，可以避免协议转换的开销，同时大大减少数据集成和维护的成本[5]。
2.1 XML与SCL
可扩展标记语言XML （eXtensible Markup Language）由万维网联盟（W3C）于1998年2月发布的一种标准[6]，是通用标记语言SGML (Standard General Markup Language)的一个子集，它将SGML的
丰富功能与HTML的易用性结合到Web的应用中，以一种开放的自我描述方式定义了数据结构，在描述数据内容的同时能突出对数据结构的描述，从而体现出数据之间的关系。这样组织的数据对于应用程序和用户都是友好的、可操作的。
SCL在语法上遵循XML1.0的语法规定，在语义上它基本包括了变电站配置所涉及到的各类对象。
2.2 XML Schema
在2004年3月正式出版的IEC61850-6中SCL采用XML Schema文档类型代替原来的DTD（Document Type Definition）定义SCL的文档具体结构[7]，评价文档格式的良构性和属性信息的有效性。标准中使用8个Schema文件，其中SCL.xsd是主文件，它引用或包含其他7个Schema文件。各Schema文件及其相互关系如表1所示。各Schema文件通过定义各
种简单或复杂类型来定义SCL 文件中的各种元素及其属性的值，保证配置信息交换格式统一规范。
表1 构成整个SCL Schema 的所有文件列表 文件名
描述 与其他文件的关系 SCL_Enums.xsd
XML schema 枚举类型定义 包含SCL_BaseSimpleTypes.xsd SCL_BaseSimpleTypes.xsd
其他部分中用到的基本简单类型定义 SCL_BaseTypes.xsd
其他部分中用到的基本复杂类型定义包含SCL_Enums.xsd SCL_Substation.xsd
变电站相关语法定义 包含SCL_BaseTypes.xsd SCL_Communication.xsd
通信相关语法定义 包含SCL_BaseTypes.xsd SCL_IED.xsd
IED 相关语法定义 包含SCL_BaseTypes.xsd SCL_DataTypeTemplates.xsd 数据类型模板相关语法定义
包含SCL_BaseTypes.xsd SCL.xsd 主要的SCL schema 语法定义，定义
每个SCL 文件根元素 包含SCL_Substation.xsd 、SCL_Communication.xsd 、
SCL_IED.xsd
、
SCL_DataTypeTemplates.xsd
2.3 SCL 对象模型
所谓对象模型是指用SCL 对变电站及站内的IED 进行统一建模，并对变电站内与配置相关的各种对象的描述方法做出明确的规定。
根据变电站的分层体系结构[3]，SCL 主要描述了三种对象模型：变电站系统模型，IED 设备模型和通信系统模型。其中前两种也是分层模型，各自包含了其他相关设备或节点。
SCL 对象模型如图1所示。
3．配置过程分析
使用SCL 在变电站系统配置中的数据交换示意过程，如图2所示。配置过程中采用了两种配置工具，分别为IED 配置器和系统配置器。IED 配置器是制造商用来导入/导出数据的，它给IED 提供特定的设置，产生IED 配置文件或向IED 加载相关配置文件。系统配置器是在系统级上用来导入导出数据的，能从几个IED 导入配置文件中，配置工程师可用来加入不同IED 可以共享的信息，然后系统配置器产生变电站相关的配置文件，这些文件反
图1  SCL 对象模型
馈到IED配置器。
图2  使用SCL的变电站系统配置过程
在此，根据配置过程把整个配置分成4个部分[5]，具体如下：
（1） IED出厂配置信息由各厂商提供并经由IED配置工具生成其功能描述文件ICD （IED Capability Description），将ICD文件传输给系统配置器。
（2） 系统规格描述文件SSD（System Specification Description）主要用于描述变电站的单线图及其需要的逻辑节点。该文件与ICD互为补充，由系统配置器解析为变电站功能配置文件SCD（Substation Configuration Description）。
（3） SCD文件是表征如何衔接孤立的IED与变电站自动控制中心的依据，它作为IED配置器的输入源，经过工具解析转化为绑定具体功能并可供所有参数进行配置的IED 功能描述文件CID（Configured IED Description）。
（4） 通过远程或本地文件传输下载CID文件至各个独立的IED，完成配置过程。4．SCL在变电站配置描述中的应用实例
SCL配置文件包含5个元素，分别是Header、Substation、IED、Communication和DataTypeTemplates。其中Header包含了SCL配置文件的版本号、名称映射等信息；Substation 元素
xml技术的主要应用
描述变电站的功能结构、它的主元件及其电气连接；IED元素描述所有IED的信息，如接入点、逻辑装置、逻辑节点、数据对象和所具备的通信服务能力；Communication元素定义逻辑节点之间通过逻辑总线和IED接入点之间的；DataTypeTemplates详细定义了在文件中出现的逻辑节点实例类型以及逻辑节点所包含的数据对象与数据属性等。
下面以IEC61850-6附录D中的一个实例来详细说明SCL在变电站配置描述中的应用。
变电站结构如图3所示，该变电站有两个电压等级D1-220kV、E1-132kV，5个间隔如下：
1）D1Q1馈线、变压器、电流互感器；
2）E1Q2馈线、隔离开关、断路器、电流互感器、电压互感器；
3）E1Q4母线；
4）E1Q1馈线、隔离开关、断路器、电流互感器、电压互感器；
5）E1Q3馈线、隔离开关、断路器、电流互感器、电压互感器；
限于篇幅，这里仅简明列出SCL 文件中的Substation 部分，具体如下：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<SCL xmlns ="www.iec.ch/61850/2003/SCL "
xmlns:xsi ="/2001/XMLSchema-instance "
xsi:schemaLocation ="www.iec.ch/61850/2003/SCL SCL.xsd ">
<Substation name ="example ">
<PowerTransformer name ="T1" type ="PTR ">
<LNode lnInst ="1" lnClass ="PDIF " ldInst ="F1" />
<LNode lnInst ="1" lnClass ="TCTR " ldInst ="C1" />
<TransformerWinding name ="W1" type ="PTW ">
<Terminal connectivityNode ="example/D1/Q1/L1" substationName ="example "
voltageLevelName ="D1" bayName ="Q1" cNodeName ="L1"/>
</TransformerWinding >
<TransformerWinding name ="W2" type ="PTW ">
<Terminal connectivityNode ="example/E1/Q2/L3" substationName ="example "
voltageLevelName ="E1" bayName ="Q2" cNodeName ="L3"/>
</TransformerWinding >
</PowerTransformer >
<VoltageLevel name ="D1">
<Voltage multiplier ="k " unit ="V ">220</Voltage >
<Bay name ="Q1">
<LNode lnInst ="1" lnClass ="PDIS " ldInst ="F1" />
<ConductingEquipment name ="I1" type ="CTR ">
<Terminal connectivityNode ="example/D1/Q1/L1" substationName ="example "
voltageLevelName ="D1" bayName ="Q1" cNodeName ="L1"/>
</ConductingEquipment >
<ConnectivityNode name ="L1" pathName ="example/D1/Q1/L1
"/>
图3 变电站结构图
</Bay>
</VoltageLevel>
<VoltageLevel name="E1">
<Voltage multiplier="k" unit="V">132</Voltage>
……
</VoltageLevel>
</Substation>
</SCL>
上述SCL配置文件对变电站高压侧的结构进行了简单描述，主要是对间隔D1Q1中变压器T1高压侧线圈W1和低压侧线圈W2的描述。通过以上描述，我们看到SCL语言本身具有的层次特点能够清晰地描述变电站的功能结构和电气连接关系。以变压器T1为例，T1（一次设备类型为PTR）与电流互感器I1（一次设备类型为CTR）在L1点实现了电气连接，T1与间隔E1Q2在L2点实现了电气连接，一次设备T1、I1共同构成间隔D1Q1。
5．结论和总结
本文对变电站配置所要做的工作做了全面的介绍，在对变电站配置语言SCL及其特点做了简单的说明的基础上，对变电站配置对象模型做了介绍，对变电站配置过程做了详细分析，并用具体实例阐述了SCL在变电站配置描述中的具体应用。SCL是实现设备互操作的重要前提，国外的一些实验已经验证了SCL的描述能力。IEC61850有很多优点，它对于将来变电站自动化技术发展方向将产生重大的影响，但具体应用是很复杂的，因此有必要继续对它进行深入的分析和研究。
参考文献
[1] 谭文恕．变电站通信网络和系统协议IEC61850介绍[J]．电网技术，2001，25(9)：8-11
[2] IEC61850 Part 6：Configuration description language for communication in electrical substations related to
IEDs[S], 2004
[3] 卞鹏，潘贞存，高湛军，等．使用XML实现变电站中IED的自动识别和远程设置[J]．电力系统自动化，2005，
28(10)：67-71
[4] 张结. IEC61850的结构化模型分析[J]．电力系统自动化， 2004，(18)：90-91
[5] XML语言在变电站设备描述中的应用[J]．计算机工程与应用，2003(21)：209-210，224
[6] 吴恒山．可扩展标志语言XML的产生与应用技术[J]．计算机工程与应用， 2001，37(14)：65-67，95
[7] 安志琴．基于SCL建立IED配置文件的研究[D]．北京：华北电力大学，2006
Research and Application of SCL on Substation
Configuration Description
Li Ming1，Wang Ping1，Wang Rongxing2
1 College of Electrical Engineering，HoHai University，Nanjing （210098）
2 Nanjing HoHai Nanzi science and technology CO.,LTD，Nanjing （210003）
Abstract
IEC61850 is the latest standard of communication networks and systems in substations, in which part-6 specifies substation configuration language SCL. Using SCL to descripe the substation configuration is an important prerequisite for implementation of interoperability. Based on the the simple explanation and features of SCL, presentation of the object model and detailed analysis of the process for substation configuration are presented. Then a specific example for the application of SCL on substation configuration description is expounded.
Keywords：IEC61850；Substation；SCL；Configuration process

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