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1、本文由 gao8062119 贡献doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。 新疆农业大学课程论文题 目: 一种 SCADA 系统模型的标准化方法 课姓专班学 程: 名: 业: 级: 号:电力系统自动化 杨俊 电气工程及其自动化 电气 072 班 07376224 石砦 职称: 指导教师:2010 年 11 月 13 日一种SCADA系统模型的标准化方法杨俊摘要:对比分析了一套自主设计开发的SCADA系统模型和CIM模型的建模方法，比 较了两种模型之间的差异, 主要涉及设备模型、 连接关系模型、 设备容器模型、 量测模 型。针对这种差异，提出了按IEC
2、61970标准中的CIM模型对该SCADA系统进 行标准化改造 的方法。关键词：SCADA系统 标准化CIM模型IEC61970The Method for the Standardization of anSCADA SystemModelYang-jun Abstract :The modeling methods of CIM and an SCADA system model designed independently were analyzed， and the differences between them were compared,which mainly related
3、to equipment model, connection model, equipment container model, measurementmodel.Inviewofsuchdifferences,themethodtostandardizetheSCADA system model according to CIM of IEC61970 was presented. Keywords: SCADA Standardizations Common Information Model (CIM) IEC61970 1 引言：IEC61970 标准颁 布之前，由于缺乏统一规定，不同
4、厂商开发的EMS系统、EMS的各种应用在建模、数据结构 定义方面普遍存在差别，各系统只建立了 服务于该系统当时应用所需要的数据模型，没有考 虑到功能的扩充和系统的整 合， 提供的对外接口也千差万别，因此系统升级受到限制、第 三方软件难以接入、 扩展应用时需要针对具体项目进行开发， 工程的可实施性差， 限制了 EMS系统的发展。国际电工委员会(IEC)制订的IEC61970标准规定了公共信息模型(CIM) 和组件接口规范(CIS)，使得EMS能够组件化和开放化、降低系统集成成本。CIM是用 面向对象方法定义的一套与电力系统EMS相关的统一数据模型，而CIS则在此模型的基础上 提供了一套标准的数据
5、访问接口。遵循IEC61970标准不是放弃原有系统，而是在原系统基 础上进行标准化改造，实现对外提供符合CIM、CIS的标准接口。本文根据工程应用需要， 基于IEC61970标准，对一套SCADA系统提出了标准化方法。该SCADA系统是自主设 计开发 的商业化产品，采用关系模型进行设计，本文首先分析了 SCADA模型和CIM模型的建模思路、 以及两种模型之间的对应关系，发现两种模型主要在设备 建模、连接关系建模、量测关系建 模、设备容器建模方法上存在差异，本文将对这四个方面进行详细分析，并提出对该SCADA 系统模型进行标准化改造的方法。2. SCADA系统模型与CIM模型的对比分析CIM是根
6、据电 力系统物理特性构建的一种抽象模型，用来表示EMS等电力控制中心计算机应用系统中包含 的所有主要实体对象，是IEC61970标准的核心。CIM采用面向对象的方法建模，利用类、 对象、属性、类之间的关系来描述实体，类之间包含泛化(Generalization)、简单关联 (Simple associa tion)和聚合1 2(Aggregation)三种关系。SCADA系统则利用关系数据模型表示实体与实体之间的关 系。2.1设备模型CIM中在Wire包中定义电力设备，如图1所示，Equipment （设备）包 含了所 有设备的公共特征和属性，是设备信息的基类，被分为五种类型，即 Conduc
7、ting Equipment 导电设备） PowerTransformer （ 、 （电力变压器） ProtectionEquipment 、 （保护设备）、Hea t Exchanger （热交换器）和Genera ting Unit （发电机组）。其 中导电设 备又分为Rec tifier Inver ter （整流器逆变器）、Swit ch （开关）、Ground （接地）等子类， 某些子类如 Switch 又分为 Breaker、 Junction、 Disconnector 等下 一级子类，所有实体被 分解在各个层次的类型中。在SCADA系统中，将所有实体按用途进行分类，所有设备处于
8、同 一层次，设备之间没有继承关系，包括开关 刀闸、母线、线路、变压器、负荷、电容器、电 抗器、发电机、负荷、终端设备等各类设备。大多数设备的模型都很相似，而变压器模型和 线路模型在这两种建 模方法中有很大的区别，下面将进行详细分析。ACLineSegment TapChanger DCLineSegment LineRectifierInverterBusbarSecion PowerSystemResource EquipmentEquipmentGeneratingUnit RectifierInverterEuivalJuction HeatExchangerConductorEquiv
9、alentLoad ProtectionEquipmentConnectorBreaker PowerTransformerEnergyConsumerBreakerDisconnec ConductingEquipmentSwitchStaticVarCompensGroundCompensatorRegulatingCondEqSynchronousMachinTransformerWinding图1 CIM中的设备模型（部分）Fig1 Equipment model in CIM（segment）在CIM模型中，电力变压器是设备的泛化，其自身不具有导电设备的属性，并 且电力 变 压 器
10、由 变 压 器 绕 组 （ Transformer Winding ） 和 热 交 换 器 （ Heat Exchanger）组成，根据其为双绕组或三绕组变压器，相应关联两个或三个变压器绕组。 电 力 变 压 器 中 含 有 变 压 器 类 型 （ transformer Type ）、 冷 却 方 式（t ransfCoolingType）等非电气属性，其电气属性通过关联变压器绕组来表示。变压器绕 组是导电设备类的泛化，具有从导电设备继承来的属性，以及正序/零序电阻/电抗等电气属性。在SCADA模型中，将变压器绕组看作变压器设备的一部分， 变压器设备不仅具有变压器类型、冷却方式等属性，还具有
11、高（压）端、 中（压）端、低（压） 端绕组的正序、零序电阻、电抗、电纳等属性。其中三绕组变压器将参数分为高端值、中端 值和低端值，双绕组变压器则只具有高端值和低端值。在CIM模型中，线路（Line）是电 力系统资源（PowerSystemResource）的泛 化，不具有导电设备的电气属性，其电气属性通 过关联的直流线段（DCLineSegment）或交流线段（ACLineSegment）来表示。线路与交流线 段、 直流线段之间是简单关联关系，一条线路可关联多条直流线段或交流线段。而直 流线 段和交流线段是导体（Conductor）的泛化，导体作为一个抽象类主要描述导线的物理特性 （如长度、零
12、序电抗等各相、序的电气参数），交流线段除了继 承导体的属性外没有增加任 何属性；直 流线段则在继承导 体属性基 础上， 定义了 dcSegmentInductance 和 dcSegmentResistance属性，用来表示直流线段的电感和电阻。CIM的这种建模方法不需要 对T接线进行特殊处理，且非常直观。在SCADA模型中，线路包括线路参数和线路类型。线 路类型主要描述某一类型线路的公共信息，例如LGJ-16型线路的正序电抗率等属性；线 路参数描述每条线路的具体信 息，包括线路名称、线路始端厂站名、末端厂站名等。该 SCADA 模型中线路对应于CIM中的交流线段（或直流线段），没有类似CIM
13、中线路的概念，因此对 于T接线，该模型将组成T接线的每条线段作为一个与其它线段没有区别的独立实体来处 理。 2.2 连接关系模型 连接关系模型用来表示所有电力设备之间的关系，形成整个电网的 模型，这 种连接关系模型是一种静态模型，是网络拓扑的基础。这里只分析一次设备之间 的 关系，将所有一次设备作为一个整体进行描述。在CIM模型中，通过端点（Terminal）和连 接节点（ConnectivityNode）来实现连接关系的表示。导电设备与端点之间存在关联关系， 用端点来表示导电设备 的电气点，一个端点只能属于一个导电设备，而一个导电设备可以拥 有一个或两 个端点，如负荷有一个端点、开关有两个端
14、点。端点之间不能直接相连，因此导 电设备的连接关系不能通过其拥有的端点来表示， 而必须通过各端点与连接节点 之间的关 联关系来表示，连接节点即为导电设备端点的无阻抗融合点。一个端点 只能连接于某一个连 接节点上，而一个连接节点可以连接任意数目的端点，如果 某几个端点所指向的连接节点相 同，则表示这几个端点融合在一起，也即这些端 点所关联的导电设备在物理上相连接。 由 于CIM中规定一个导电设备只能关联一个或二个端点，且电力变压器不属于导电设备，因而 不存在变压器与端点之间的 关联关系，变压器的连接关系通过变压器绕组来实现。双绕组变 压器关联2个变 压器绕组，三绕组变压器关联3个变压器绕组，每个
15、变压器绕组关联一个端 点，从而变压器通过其绕组的端点与其他导电设备之间发生连接关系。在SCADA模型中， 连接关系则通过设备自身的编号以及与之相连设备的编号来表示，不存在端点、连接节点的 概念。例如线路具有线路始端元件编号、线 路末端元件编号；变压器具有高端/中端/低端（连 接）元件编号，这些编号记录 了与其相连的另一类实体的编号。该模型中将连接关系分为两 种类型：两个设备 之间的连接关系和两个以上设备间的连接关系。对于某处只有两个设备相 连，则 在某一设备相应端的连接元件编号属性中记录另一设备的编号，如图2 所示，在编号为 Klj9022 的刀闸左端连接元件编号属性中记录 Blj661， 表
16、示其左端与编号为 Blj661 的设备相连。对于两个以上设备在同一点相连（母线与多个其他设备相连 的情况除 外），则需添加一联接点，同时在该端连接元件编号属性中记录该联接点的编号。联接点是 模型中为了表示两个以上设备相连而引入了的概念，它可以 和任意数目的设备相连，系统中 将其作为一种实体，该实体除了编号外，没有任 何其他属性。如图3 所示，图中的实心黑点 表示联接点，在编号为Klj9022的刀闸右端连接元件编号属性中记录Klj9022L；编号为 Blj9001的断路器左端连接元件 编号属性中记录Klj9022L；编号为Klj9023的刀闸右端连接 元件编号属性中记录Klj9022L。由于都是和编号为Klj9022L的联接点相连，因而Klj9022 刀闸右端、Blj9001断路器左端和Klj9023刀闸右端在物理上相连。Blg661 Klj9022 Klj9022 Klj9023 Klj9022LBlj9023图 2 SCAD
