摘要：IEC 61850 进入工程化应用阶段后，编辑智能电子设备性能描述（ICD）等模型相关文件的工作量会很大。提出了IEC 61950 建模工具的概念，期功能定位为自动生成ICD文件等IEC 61850 模型相关文件，给出了一种建模工具的实现方法，即利用数据库存储IEC 61850 模型描述等信息，只要花费较少的时间把相关信息录入数据库，更具应用需要，选择性地提取数据库信息就能够自动生成各种模型相关文件，并对如何快速开发建设工具给出了一些具有参考价值的建议，建模工具实际的应用效果表明，花费较少成本开发的建模工具，可以显著提高ICD等模型相关文件的正确性，同时大幅度减少编辑时间。
关键词：变电站自动化；IED 61850； 建模工具；智能电子设备性能描述（ICD）；
模型:中图分类号：TM764；TM73
引言：经过6次IEC 61850 互操作试验，国内已经从标准研究阶段过渡到工程应用阶段，并已有多个基于IEC 61850 标准的变电站投入试运行 智能电子设备（IED）建模和模型描述都是IEC 61850 标准的重要特征，无论是在互操作试验阶段还是在工程应用阶段，这2部分工作都非常重要。在互操作试验阶段，IED性能描述（ICD）文件都是采用手动编辑的方式生成，其编辑工作量大，易出错，不适合在IEC 61850 工程化应用阶段使用。另外，在工程化应用IEC 61850 时，对于IED，除了ICD文件，还必须提供模型一致性描述（MICS）文件，而且在目前的过渡期，一般还需要一个映射文件。考虑到ICD文件，MICS文件，映射表文件包的信息都与模型相关，本文统一称为模型相关文件。各模型相关文件中有很多是共享信息，如果能够借助一个工具软件，自动生成上述文件，对于IEC 61850 的工程化应用具有种重要意义，由此本文提出了建模工具的概念。建模工具的功能定位不同于IEC 61850 配置工具，建模工具主要在IED研发阶段供装配研发人员使用，用于自动生成ICD等模型相关文件。配置工具主要在工程实施阶段供系统配置人员对ICD进行配置及对变电站进行系统配置。本文对建模工具进行了大胆的探索，介绍建模工具的设计，实现及实际应用情况。
一、建模工具设计
1.1 需求分析
建模工具应具有以下功能
（1）提供一个信息输入界面，输入模型描述信息；
（2）验证输入信息正确性及规范性；
（3）保证数据之间关系的正确性；
（4）提取录入的数据自动生成ICD文件；
（5）提取录入的数据自动生成MICS文件；
（6）提取录入的数据自动生成映射表文件；
建模工具的主要功能是自动生成ICD文件，因此在设计时应首要考虑这一功能需求。
1.2 方案设计
ICD 文件基于可扩展置标语言（XML），XML被设计用于存储和传递数据。由于以文件的方式存储数据有诸多缺点，因此XML与数据库结合是必要的，而且XML在很多领域中都与数据库相结合应用。如果借助于数据库技术，把模型相关文件的信息都录入数据库，在根据需要提取数据库信息，自动生成相应的文件，即可达到自动生成和信息复用的目的。而且，数据易经录入数据库，是可以比较方便地导入其他同类型数据库的，无需担心升级时丢失以前录入的大量数据。
本文涉及的建模工具系统结构的统一建模语言（UML）如图图1所示。
1.2.1 数据库设计
在建模工具系统功能模块中，数据库是最重要的一个模块，因此其它两个构建的实现都是依赖于数据库结构。利用数据库存储模型相关文件的信息，其中主要是
CD信息。以ICD信息为基础，稍作扩充即可涵盖其他文件的信息。ICD文件包含的信息量非常大，不能把所有信息都存放在数据库中，在保证存储必要信息的前提下，数据库的结构应该尽量简单，同时应该方便应用功能模块和界面模块提取数据。设计时仔细考虑下述问题。
（1）存储什么信息
ICD 文件包含的信息可分为标记和数据2类。其中：标记部分由IEC 61850 标准化，属于不变部分，不需要存储在数据库中；数据部分需要建模人员根据IED功能及IEC 61850 建模方法建立，属于不确定部分，需要录入数据库。存储信息的一个原则应该是：不存储格式信息，只存储具体的数据信息。
（2）数据库架构
IEC 文件主要包含DataTypeTemplate段和IED段 从IEC 61850 工程化应用的角度考虑，DataTypeTemplate段中的LNType，DOType等类型至少在某个厂家内部应该是统一规范化的。开始对装置建模时，应该各IED 所用到的类型规范化后汇总为基本类型库。建立IED模型时，引用的类型必须从基本类型库中选取，才能保证实现规范化。基本类型库中的经少量扩充后即可满足新型IED建模的需要，达到信息复用。基本类型数据属于系统共享信息，在维护时必须保证数据完整性、规范性，修改权限应该严格控制，由一个单独的数据库管理比较合适。
IED段主要描述各IED功能的LN，DAI，DataSet和各种控制块等信息。IED模型数据属于IED专用数据，由多人维护，所有IED模型数据可以由一个单独的数据库管理。 这样，数据库划分为基本类型库和IED模型库2个数据库，同时，考虑到数据库会被多人同时使用，因此，2个数据库都应设计成支持网络共享功能。
（3）数据库表设计 在数据库中，表示数据的基本存储结构。表的设计决定了应用工呢过模块和界面模块从数据库中提取数据的方式，因此，表的设计非常重要。经多次尝试，认为
比较适合的表的设计原则是：
A. ICD中每一类标签用一种表结构描述；
B. 每个元素对应表的一个记录；
C. 元素的属性名作为表的字段名；
D. 属性值对应于字段值。例如，LNType可看做一种类型的标签，对应的表结构如表1所示。
（4）数据库关系设计
为了确保数据库中数据之间相互关系的正确性，需要设定数据之间的关系，一般数据库都具有验证关系正确性功能，可以自动完成验证工作。基本类型库关系设计如图2所示。
1.2.2 界面设计
界面决定了工具使用的方便性，但良好的人机界面通常都要花费大量的时间。为缩短开发时间，本文设计了简单易用的用户界面。界面多采用表格形式，并尽量与IEC 61850 标准文档中的描述信息模型的表结构相同，这样比较直观，而且录入信息时采用拷贝方式输入，可缩短录入时间。
1.2.3 应用功能设计 生成ICD 等模型相关文件的基础思想是用结构查询语言（SQL）提取数据库中的数据，根据需要输出相应的文件。
2.建模工具实现
2.1 开发工具选择
由于国内尚未见到对建模工具开发经验的介绍，因此选择相对简单的、开发周期短的工具，主要目的验证设计方案和积累经验。 IEC 61850 模型是面向对象的树型模型。对于这种模型结构，XML中的element类型通常对应对象，content，attribute，PCDATA则对应对象属性，这种模型用面向对象数据库存储比较合适。也可以把XML模型看成一系列彼此关联的表格，显示或隐式的映射成关系数据库的表结构，这种方式简单易用但灵活性不够好。
由于面向对象数据库属于一种新型商业数据库，购买成本较高。对于建模工具来说，用一个小型的关系数据库存储ICD信息已经足够，因此决定选择关系型数据库。Office Access 是一个相对简单的关系型数据库，利用VBA（Visual Basic for Application）语言可以方便地与Word实现数据共享.Access 本身具有界面开发能力，可以简化界面开发工作来量，因此决定选用Access数据库，VBA作为开发语言
。
2.2 实现步骤及方法
（1）设计数据库，包含表和关系的设计；
（2）利用Access做题作为界面开发环境；
（3）利用VBA ADO/DAO 和SQL 实现从类型库提取数据；
（4）ICD文件和映射文件的格式由代码控制，MICS文件由Word模板控制。
2.3 开发工作量
3.建模工具应用
建模工具目前已应用于本公司的IED建模工作，
3.1 应用效果
（1）不需要建模人员掌握SCL，缩短了建模准备时间。
（2）借助于工具的验证功能，有效确保了数据名等标准化数据的正确性，同时很好地保证了数据关系的完整性。例如，对于数据集引用的数据，如果在模型中部存在，则直接修改ICD文件无法识别，但利用工具就可以避免类似问题的发生。
（3）数据一次录入、多次复用，自动生成多个模型相关文件，极大地节省了编辑模型相关文件所花费的时间。
（4）录入时间短，这里的录入时间不包括建模时间，只是信息录入时间。基本部分平均每个类型的录入时间为3min，每个IED模型信息的录入平均为2H，花费时间可能比直接编辑ICD文件还短。
3.2 存在问题
（1）为了简化数据库设计，目前只能支持ICD文件中常用的描述信息，在应用中文件可能需要扩充。
（2）只能实现共数据库到ICD等相关文件的导出，不能实现逆向导入。
（3）Access是基于Windows平台的，不能实现跨平台应用。
（4）如果采用面向对象数据库应能达到更佳效果。