基于信息分類提取和語義強度分級的SCD正確性檢查技術(shù)

王可，胡炎，高翔(.上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院，上海　0040； .上海毅昊自動化有限公司，上?！?04)

0　引　言

隨著國網(wǎng)公司智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的實施，我國已成為智能變電站投運數(shù)量最多的國家[1]。智能變電站的通信規(guī)范由IEC 61850規(guī)約給出[2]。其一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)信息均記錄在變電站配置描述文件SCD (Substation Configuration Description)中，在當(dāng)前大規(guī)模建設(shè)智能變電站的背景下，規(guī)范SCD文件對智能變電站的運行維護尤為重要。

目前已有利用XML的Schema模式技術(shù)依據(jù)IEC61850-6中的Schema規(guī)則對SCD進行語法的正確性檢查[3]，但Schema模式關(guān)注的是XML文檔的語法結(jié)構(gòu)，對語義約束的表達能力不足。文獻[4]提出了結(jié)合Schema語法約束和Schematron語義約束的檢查方法，但依然停留在對SCD模型中單個元素和邏輯節(jié)點進行檢查。在實際應(yīng)用中，SCD的虛回路體系[5]檢查是當(dāng)前SCD正確性檢查的重點。文獻[6]提出了先檢查虛回路連接的有效性，再檢查虛回路的存在性的方法。但是其檢查為開發(fā)軟件實現(xiàn)，由于廠商實現(xiàn)差異等因素，導(dǎo)致其檢查規(guī)則繁多復(fù)雜，程序難以維護。

Schema、Schematron等模式語言的優(yōu)勢在于規(guī)則的形式化和可讀性高、靈活易維護；而開發(fā)軟件優(yōu)勢在于程序可以讀取SCD中的所有信息，不依賴于SCD模型的結(jié)構(gòu)。針對上述特點，本文提出了結(jié)合程序提取信息和Schema描述規(guī)則的新型SCD正確性檢查技術(shù)。

1　Schema模式技術(shù)

1.1　Schema的能力

XML Schema是一種在XML中創(chuàng)建模式定義的語言，其以xsd為文件的后綴名。SCD文件使用XML語言描述變電站的配置。Schema模式語言不僅能夠規(guī)定XML文檔的語法結(jié)構(gòu)，而且可以通過一致性約束做到一定程度的語義檢查。其使用的一致性約束有兩種：(1) xs:unique，指定某個元素的值或?qū)傩栽谝欢ǚ秶鷥?nèi)的唯一性；(2)xs:key和xs:keyref，使用keyref的一組值或?qū)傩员仨氁闷鋵?yīng)的key這一組值或?qū)傩?。在Schema 1.1版本中，W3C擴展了兩項功能：assert(支持XPath的邏輯判斷)和alternative(允許復(fù)雜類型根據(jù)屬性改變元素類型)，強化了Schema模式文檔本身的語義約束能力。

1.2　Schema的局限性

智能變電站中IED之間的連接關(guān)系、二次回路等信息是通過一個IED的FCDA表達輸出，另一個IED的ExtRef表達輸入來完成，而Schema只能描述單個元素的值或?qū)傩约s束，無法直接描述連接關(guān)系或二次回路等間接信息的正確性定義，不能進行其正確性檢查。

2　信息分類提取

SCD的描述方式?jīng)Q定了Schema不能直接約束連接關(guān)系等隱含信息。本文針對于此提出了分類信息提取的辦法，即對SCD中的不同類型信息解耦并解析整合到一起，生成新的XML文件之后，針對新的XML文件用Schema描述檢查規(guī)則。在整個過程中，信息提取程序只負(fù)責(zé)對信息按類型提取、翻譯并整合到一起，對信息本身不作任何正誤的判斷，所有的正確性定義和檢查規(guī)則均由Schema給出，即信息分類提取和正確性檢查分離，利用Schema的可讀性和靈活性來適應(yīng)檢查規(guī)則的多樣性和變化，減少程序的維護。如表1所示。

表1　SCD信息分類提取程序

3　語義強度分級

信息的分類自動提取往往需要前置條件，如虛回路的提取以虛端子提取為前提，而虛端子提取又必須以IED的屬性格式統(tǒng)一為前提。上述問題實際闡述了一個客觀事實，即：SCD的語義檢查中，語義是有強弱區(qū)分的。要想進行高語義強度的規(guī)則檢查，需要SCD文件本身滿足一些低語義強度的條件。另一方面，SCD作為智能變電站配置的唯一描述文件，其使用場景多種多樣，而不同的應(yīng)用場景對SCD的要求也是不相同的，因此SCD的正確性檢查也必須能夠適應(yīng)不同應(yīng)用場景的需要。

為了更好地對SCD文件的語義正確性進行檢查，同時使得正確性檢查能夠適應(yīng)不同程度的需求，本文提出了對SCD文件正確性定義進行語義強度分級，按分級逐級推進的檢查方案，其分級滿足以下兩個性質(zhì)：(1)所需信息越少的正確性定義，其語義強度越低；(2)高等級的正確性定義包含低等級正確性定義。本文提出的SCD正確性4等級定義如表2所示。

表2　4等級SCD正確性定義

4　技術(shù)方案

本文提出的SCD分類信息提取、語義強度分級的正確性檢查技術(shù)方案有如下兩個特點：

(1)信息均直接從原始SCD中提??；

(2)高等級的檢查以低等級檢查通過為前提。

其具體步驟如下：

步驟1：首先確定驗證的語義強度等級i；

步驟2：令j=1，用SCL.xsd(IEC 61850-6給出)對原始SCD文件進行正確性檢查，若不通過，返回錯誤信息；若通過，轉(zhuǎn)步驟3；

步驟3：令j=j+1，用Level_j.py程序從原始SCD中提取所需信息，然后用Level_j.xsd進行正確性檢查，若不通過，返回錯誤信息；若通過，判定j與i是否相等，若相等，檢查結(jié)束；若不相等，轉(zhuǎn)步驟3繼續(xù)檢查。

其具體流程如圖1所示。

圖1　4等級SCD正確性檢查方案

5　算例分析

以揚州北變“220 kV線路保護的保護裝置和智能終端二次系統(tǒng)虛回路”檢查為例，具體說明上述SCD正確性檢查方案流程，由于其檢查涉及到SCD中的虛回路，所以明確其正確性檢查最高等級為：Level_4。

第一步：首先對其進行Level_1檢查，該等級檢查SCD文件是否符合XML語法，是否按照IEC 61850-6規(guī)定的SCD描述語言SCL格式。直接加載其SCD文件YZB.scd和SCL.xsd檢查即可，無須贅述。

第二步：Level_1檢查通過后，開放Level_2檢查。使用Level_2.py從YZB.scd中提取IED的屬性信息生成YZB_level_2.xml，其在XMLSpy網(wǎng)格視圖中的片段如圖2所示。

圖2　YZB_Level_2.xml結(jié)構(gòu)

第三步：加載Level_2.xsd對YZB_Level_2.xml進行正確性檢查，該等級可以檢查IED的配置和屬性格式。以任何IED的邏輯設(shè)備中，必須至少含有除LLN0和LPHD兩個邏輯節(jié)點之外的一個邏輯節(jié)點規(guī)定為例。其在Schema模式中用xs:assert實現(xiàn)如下：

第四步：Level_2檢查通過后，開放Level_3檢查。使用Level_3.py從YZB.scd中提取IED中所有虛端子的信息，并整合生成YZB_level_3.xml，其輸入虛端子和輸出虛端子在XMLSpy網(wǎng)格視圖中的片段如圖3所示。

圖3　YZB_Level_3.xml中的輸入虛端子

其中MyDefIn為自定義的整合輸入虛端子所有層次信息的綜合屬性,如圖4所示。

圖4　YZB_Level_3.xml中的輸出虛端子

其中MyDefOut為自定義的整合輸出虛端子所有層次信息的綜合屬性

第五步：加載Level_3.xsd對YZB_Level_3.xml進行正確性檢查，該等級可以檢查IED的虛端子配置。以“任一輸入端子必須有對應(yīng)輸出端子”的規(guī)則為例，其使用xs:key和xs:keyref的表達為：

第六步：Level_3檢查通過后，開放Level_4檢查。使用Level_4.py從YZB.scd中提取每一個IED對應(yīng)輸入端的信息，組成全站的虛回路信息，以揚州北變中220 kV秦郵1線開關(guān)智能終端A：IL2212A的虛回路為例，其在XMLSPY網(wǎng)格視圖中的片段如圖5所示。

第七步：加載Level_4.xsd對YZB_Level_4.xml進行虛回路檢查。該等級可以進行虛回路的配置檢查。以“220 kV智能終端必須有一條A相跳閘回路”為例，其在Schema模式文檔中用xs:assert的實現(xiàn)為：

圖5　YZB_Level_4.xml中的虛回路

6　結(jié)束語

本文提出了基于信息分類提取和語義強度分級的SCD正確性檢查方案，其主要有以下兩個優(yōu)勢：

(1)對SCD模型文件中包含的大量耦合信息用程序進行分類解耦，解讀整理后用Schema模式文檔檢查其正確性。將信息提取和正確性檢查分離，充分利用Schema模式語言對檢查規(guī)則的形式化能力，使得規(guī)則靈活易讀；減少了開發(fā)程序的工作量和維護的難度。

(2)對SCD模型文件的正確性語義強度進行分級，根據(jù)每一等級檢查的需要用前置程序提取SCD中的信息，并整合成該等級對應(yīng)的XML文檔供Schema檢查。語義分級使SCD的各種正確性定義層次清晰，各等級檢查前后呼應(yīng)，邏輯清楚；同時，不同的SCD正確性檢查等級可以適應(yīng)不同應(yīng)用場景對SCD的要求。

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