I. 引言

智能電網本質是數字電網，它是以物理電網為基礎，將現代先進的傳感測量技術、通訊技術、信息技術、計算機技術和控制技術與物理電網高度集成而形成的新型電網。它以充分滿足用戶對電力的需求和優化資源配置、確保電力供應的安全性、可靠性和經濟性、滿足環保約束、保證電能質量、適應電力市場化發展等為目的，實現對用戶可靠、經濟、清潔、互動的電力供應和增值服務。

我們目前使用的傳統交流電網最早1896年投入運行，100多年過去了，一些功能有限的技術仍然被采用。傳統電網越來越不能滿足現代電力需求。現代智能電網的驅動力大致有4個：

1) 提高電網運行的可靠性、效率和安全度。

2) 分布式發電，提供多樣化的電力來源。

3) 用電分析、數據挖掘與電量管理。

4) 綠色能源，可再生能源，引導環保經濟。

美國2001年EPRI最早提出智能電網(Intelligrid)，并開始研究，歐洲2005年成立“智能電網(SmartGrids)歐洲技術論壇”，也將“SmartGrids”上升到戰略地位展開研究。2009年美國政府成立特別小組研究管理智能電網并加大投資力度。目前，“智能電網”被大家普遍接受和認可，可以說，智能電網是未來電網發展的方向。

IEC TC57技術委員會建立了一系列可以用作智能電網的系列標準. 這些標準包括描述變電站自動化架構的IEC61850標準和描述公共信息模型(CIM)的IEC61968/61970。

I. XML在智能電網中的應用

A. XML技術介紹

XML(可擴展標記語言)是一個開放的標準，是一種類似HTML的標記語言。與HTML用于展示數據不同，XML被設計為用于傳輸數據，它是自描述的。

XML的語法規范由W3C定義在XML1.0規范中，它是應用程序之間的各種數據傳輸的最常用的手段，正成為越來越多的存儲和描述信息領域的歡迎。

XML的特點：

1)XML在互聯網直接可用。

2)XML支持各種應用。

3)易于編寫程序處理XML文檔。

4)XML文檔易讀，并合理地清晰。

5)XML設計能迅速進行。

6)XML文件易于創建。

目前XML已經發展為一系列的技術(見圖1)，是一個在信息技術中無處不在的技術標準。

B. XML技術定義IEC61850標準

1 通信數據交換

IEC 61850標準是用于變電站自動化的設計標準，是在國際電工委員會 (IEC)的技術委員會57(57技術委員會)對電力系統的參考架構。標準定義的抽象數據模型可以映射到一些列的通信協議，目前能映射成MMS(制造報文規范)，GOOSE，SMV，并即將擴展到WEB服務。這些協議可以運行在高速以太網交換機上以獲得4毫秒內的繼電保護相應時間。XML是構成WEB服務的重要技術基礎，因此，XML可以用于通信數據交換。

2 SCL配置

IEC61850標準采用XML Schema描述，SCL(變電站配置語言)也采用XML格式，XML是IEC61850配置信息交換的基礎。IEC61850的特點包括：

1)數據建模，主要的過程對象或功能模塊被建模為不同的邏輯設備LD和邏輯節點LN。

2)報告計劃。

3)快速事件傳輸，定義通用變電站事件GSE用于快速傳輸，GSE細分為GOOSE和GSSE。

4)定值組。

5)采樣數據傳輸。

6)命令，各種操作控制命令。

7)數據存儲，變電站配置數據通過SCL存儲。

由于XML的信息獨立于平臺之間，從而使得配置數據能夠在不同廠商的智能電子設備(IED)間進行信息交換。這些XML格式的配置數據根據功能分為ICD、SSD、SCD、CID四個類型。

配置過程如下：

1)導入ICD數據到系統配置工具。

ICD是對IED的功能描述。通常由設備制造商提供，是符合標準定義的XML格式文件。

2)導入SSD數據到系統配置工具。

SSD包括變電站描述，以及所需要的數據類型模板和邏輯節點類型定義。

3)系統配置工具配置SCD。

SCD包括了IED的描述，變電站的描述以及通信系統的描述。

4)下裝CID數據到IED。

CID是IED最終的配置文件，其內部的通信部分將會包含各個IED的IP地址等完整配置信息。.

IEC61968(針對分布式管理系統DMS)/IEC61970(針對能量管理系統EMS)的主要內容是：

1) 通用信息模型CIM和CIM XML.

2) 應用編程接口API，定義接口，是互操作的基礎。

3) XML消息標準

1 CIM XML

CIM是定義了應用程序間配置信息與電網狀態的標準模型，與IEC61850有重合的地方，CIM模型與IEC61850模型的比較與融合是一個專門的課題。

CIM提供了異構環境下不同資源描述與交互的手段，它是一個用于軟硬件資源建模的面向對象的模型。該模型的元素是模式、類、屬性和方法，而且還支持自定義擴展。目前的CIM是以UML模型的形式存在，因此在應用軟件集成時可以根據需要演繹成XML模式(XML Schema)或RDF模式(RDF Schema)。

圖2CIM XML數據交換模型

RDF(Resource Description Framework資源描述框架)是W3C推薦的用XML展示個體以及個體之間關系的知識表示語言。RDF內容包括模型、語義和模式。CIM XML就是RDF在CIM中的應用，也就是XML技術在CIM中的應用，這也是一個專門的研究課題。CIM XML的數據交換模型如圖2所示。

2 互操作

應用編程接口API是各電力控制中心之間應用程序接口的國際標準，可以實現各中心之間以及中心內多種類異構系統之間的數據交換和信息共享。CIM是API的語義部分，也是互操作的重要基礎。可見，互操作數據交換也采用的是XML格式。

Ⅲ. XML在智能電網的應用實例

介紹幾個我們在智能電網實施過程中常見的幾種XML應用。

A. IEC61850配置

IEC61850-6規定了實現設備互操作性的變電站配置描述語言(SCL),該語言用于根據IEC61850-5 和IEC61850-7 部分描述智能電子設備的配置和通信系統。系統配置器是一個獨立于智能電子設備的系統級工具，它必須能夠輸入或輸出按照IEC61850-6定義的SCL文件。

下面簡單介紹我們最新開發的可視化系統配置器VisualSCD。VisualSCD的核心是SCL模型樹，除了有其它系統配置器類似的XML解析模塊、SCL導入導出模塊、節點樹屬性表編輯模塊、SCL校驗模塊，還包括XML Schema映射模塊、圖形編輯模塊、SVG模塊。下面詳細介紹后面幾個模塊：

1 XML Schema映射模塊

我們通過研究XML Schema技術，成功研發出XML Schema語義模型到程序內存中SCL語法模型的自動映射算法，在系統配置器啟動的時候，快速地將IEC61850-6標準中八個XSD文件映射到內存上并建立起SCL分層模型語法樹。在編輯SCL文檔時，只需要從語法樹中摘取相應的節點，就可以根據語法節點建立起SCL模型樹中對應的語義節點。

2 圖形編輯模塊

在廠站視圖中，可以通過畫圖操作添加刪除一次設備，也可以通過連線操作為一次設備建立連接。在IED視圖中，可以直觀的看到一次設備與IED關系，也可以通過連線操作為IED之間建立GOOSE連接等等。圖形化操作通過直觀可視化的方式提高了工具的易用性，是以后系統配置器的發展方向。

3 SVG模塊

廠站視圖中配置好的圖形是一張簡要的廠站單線圖，后臺系統需要這樣一張圖，因此VisualSCD提供了對矢量圖形SVG的支持，可以將廠站視圖導出為SVG圖形，后臺系統可以導入該圖形直接利用。這是以后變電站自動化系統統一模型的一部分。

圖3 VisualSCD框架結構

廠站視圖中配置好的圖形是一張簡要的廠站單線圖，后臺系統需要這樣一張圖，因此VisualSCD提供了對矢量圖形SVG的支持，可以將廠站視圖導出為SVG圖形，后臺系統可以導入該圖形直接利用。這是以后變電站自動化系統統一模型的一部分。

B. 電力WEB

智能電網作為一個復雜系統，有三個主要元素：

1)數字化的設備，包括數字式傳感器、智能電表等等

2)完備的數據收集體系和系統的數據整合體系。

3)高級數據分析與可視化。

Web 是一個非常重要的數據表現方式，并已成為通用實時平臺一個重要的組成部分。并且，隨著web 技術從信息領域進入應用領域，web 平臺的從原來的以信息為中心逐步發展為以服務為中心，瀏覽器逐漸由原來的信息查詢界面成為應用體系中成熟的用戶交互界面，B/S 架構在分布式系統中也成為流行架構。

當前國家電網公司明確要求各級EMSWEB 系統采用WEB 通用技術開發， 不允許使用自定義控件技術。以SVG+Ajax 技術為基礎的非控件方式是解決這個問題很好途徑，將Ajax( Asynchronous JavaScript and XML)模式引入到WEB 系統中，并結合Ajax、SVG(ScableVector Graphics)等多項技術，實現了異步交互機制，可以支持廠站圖的顯示和刷新(如圖4所示)。

圖4 AJAX+SVG數據流

結 論

XML技術由于其獨特的開放性在智能電網上大有可為，智能電網的實現離不開XML技術。

參考文獻

[1] “Common Information Model (CIM) for the Control Center Application Program Interface”, EPRI, Sep., 1998

[2]“CIM RDF Schema” Exported from Ccapi.mdl Version: CIMU08b, Leila Schneberger, http://www.cim-logic.com/cim-rdf/CIM-schemacimu08b.xml

[3]“Simplified RDF Syntax for Power System Model Exchange”, Arnold deVos, October 2000, http://www.langdale.com.au/DAF/PSModelExchange.pdf

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[5] “Resource Description Framework (RDF) Schema Specification”,W3C Candidate Recommendation, March 2000,http://www.w3.org/TR/rdf-schema/

[6]Kenneth B. Sall. XML Family of Specifications: A Practical Guide: Home,Addison Wesley Professional, May 31, 2002, ISBN-10: 0-201-70359-9.

[7]Erik T. Ray, Learning XML, 2nd Edition, Published by OReilly, September 2003,ISBN: 0-596-00420-6, p. 416.

[8]IEC61850. Communication Networks and Systems in Substations. 2004