1、 专业硕士学位论文基于本体的 IEC 61850语义信息模型一致性校验Consistency Validation for IEC 61850 Information ModelBased on Ontology杨紫苓2013年 12月国内图书分类号：国际图书分类号：学校代码：10079密级：公开专业硕士学位论文基于本体的 IEC 61850语义信息模型一致性校验硕士研究生 ：杨紫苓导 师 ：张铁峰副教授企业导师 ：顾建炜高工申请学位 ：工程硕士专业领域 ：电子与通信工程培养方式 ：全日制所在学院 ：电气与电子工程学院答辩日期： 2014年 3月授予学位单位 ：华北电力大学Classified
2、 Index:U.D.C:Thesis for the Master DegreeConsistency Validation for IEC 61850 Information ModelBased on OntologyCandidate：Supervisor：School：Yang ZilingAssociate Prof.Zhang TiefengSchool of Electrical and ElectronicsEngineeringDate of Defence： March, 2014Degree-Conferring-Institution： North China Ele
3、ctric Power University华北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于本体的 IEC 61850语义信息模型一致性校验是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日华北电力大学硕士学位论文使用授权书基于本体的IEC61850语义信息模型一致性校验 系本人在华北电力大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。
4、本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于（请在以下相应方框内打“”）：保密 ，在不保密年解密后适用本授权书作者签名：导师签名：日期： 年年月月日日日期：华北电力大学硕士学位论文摘 要IEC 61850作为变电站自动化产品遵循的通信标准，是确保不同厂家的 产品能够互操作的关键，而标准的一致性校验就成为产品开发过程中的重要工作。
5、虽然 IEC 61850标准的制定是为了解决变电站设备通信互操作，但是 IEC 61850 标准的出现并没有很好地解决传统的信息语义不统一问题。目前的 IEC 61850一致性校验 主要是基于语法层面实现的，缺少基于语义层面的一致性校验，导致变电站设备之间的互操作难以实现。只有在完备的语义信息模型的基础上，构造出 IEC 61850的语义空间，才能真正 实现完全意义上的符合 IEC 61850标准的变电站自动化系统，实现充分的互操作性。本体语义网技术的出现和发展为解决该问题创造了条件。论文对基于本体的 IEC 61850语义信息模型一致性校 验进行了研究。首先，在借鉴并吸收语义网本体论的思想和
6、方法的基础上，针对基于 IEC 61850标准的一致性校验过程中出现的模型不匹配问题，以及 IEC 61850标准对静态测试列举测试条目较少的缺点，提出了基于本体的 IEC 61850语义信息模型一致性静 态校验方法。在该方法的指导下，构建了 IEC 61850本体模型，采用 OWL/RDF 本体描述语言对 IEC 61850相关知识进行形式化的组织和描述。接着，研究了基于本体的 IEC 61850模型语义关联检 索的技术及其实现方法。借助 Jena提供的 SPARQL查询语言，构建相应的查询模型，从而在本体模型中匹配相应的待测试模型。进一步研究了基于本体的 IEC 61850语义信息模型一致
7、性校 验的技术及实现方法。在基于本体的基础上，借助并结合 Jena、SPARQL、JAVA等相关技术，利用本体模型中的语义信息，实现待测模型与标准模型的一致性比较。最后，设计并实现了基于本体的 IEC 61850一致性校 验系统的原型系统，通过模型实例应用测试，验证了系统的可行性和有效性。论文利用本体技术对变电站相关知识进行语义建模，在此基础上结合语义检索等相关技术，采用 B/S的系统结构，运用目前最流行的 Java EE技术，开发并实现了模型校验系统原型系统，可在语义层面实现 IEC 61850标准的一致性校 验，结果表明基于本体的 IEC 61850一致性校验可行。关键词：IEC 6185
8、0；一致性校验；语义信息模型；静 态测试；本体I华北电力大学硕士学位论文AbstractNowadays, IEC 61850 communication standards followed by the substation automationproducts is the key to ensure interoperable products from different manufacturers.Therefore,checking on the consistency of the standards has become to an important part in the
9、 productdevelopment process. IEC 61850 standards is set to solve the interoperability of substationcommunications equipment. However, the emergence of IEC 61850 standards does not mean thatthe traditional problem of non-uniform semantic information has been resolved completely.Currently, the consist
10、ency validation for IEC 61850 is based on checking the syntax, and thesemantic interoperability problem has not been completely solved. In order to completely solve thesemantic interoperability problem in the consistency validation for IEC 61850 stadards, and toachieve full interoperability among di
11、fferent substation automation system, a complete semanticinformation model which based on semantic space of IEC 61850 was constructed in this thesis. Theemergence and development of the Semantic Web ontology technology create the conditions forsolving the problem.The research of the consistency vali
12、dation for IEC 61850 information model based onontology has been studied in this paper.Firstly, based on the ides and methods of ontology from semantic web，aiming at the matchingproblem of model in the process of interoperability and the issue of fewer listed test entries in statictesting in IEC 618
13、50 standards, a validation method for the consistency static testing forinformation model based on ontology is proposed in this paper. Under the guidance of this method,the author built the IEC 61850 ontology model, organized and described the relative knowledge ofIEC 61850 in a formalized way by us
14、ing OWL/RDF ontology description language.Secondly, with the study of semantic retrieval technology and realization method for IEC61850 information model based on ontology and with the SPARQL query language offered by Jena,this thesis built the corresponding query model to make a comparison between
15、the standard modeland the corresponding model to be tested.Thirdly, with the study of consistency validation technology and realization method for IEC61850 information model based on ontology and with the basis of ontology and combined Jena,SPARQL, Java and other related technologies, this thesis ac
16、hieve the consistency validationbetween the test model and the standard model based on the ontology semantic information model.Finally, a prototype system of ontology-based consistency validation for IEC 61850II华北电力大学硕士学位论文information model was designed and implemented. The efficiency and practicali
17、ty usefulness ofthis system have been verified through the application testing.Modeling of substation knowledge based on ontology can achieve description and transmissionof semantic knowledge effectively in substation automation system. Then combinedsemantic retrieval and other related technology, a
18、 model validation prototype system has beendeveloped and implemented, which using B/S system architecture and most popular java EEtechnology. The system achieves consistency validation for the IEC 61850 standards in thesemantic level. It turns out that the consistency validation for the IEC 61850 st
19、andards based onontology is feasible.Keywords: IEC 61850; consistency validation; semantic information model; static testing;ontologyIII华北电力大学硕士学位论文目录摘 要.IAbstract II目录 IV第 1章绪论 11.1课题的研究背景及意义. 11.2国内外研究现状. 11.2.1 IEC 61850国外研究现状 21.2.2 IEC 61850国内研究现状 31.2.3 IEC 61850一致性校验研究现状 31.2.4语义网本体技术研究现状 41.
20、3论文主要研究内容及方案. 51.3.1研究内容 51.3.2技术方案 61.4论文工作及章节安排. 7第 2章 IEC 61850标准及本体技术 92.1 IEC 61850标准概述 . 92.1.1变电站配置语言 92.1.2 IEC 61850一致性校验 102.2本体论概述112.2.1本体的概念.112.2.2本体建模元语.112.2.3本体的分类 122.2.4本体的作用 122.3本体构建工程. 132.3.1本体构建方法 132.3.2本体构建原则 142.3.3本体构建工具 142.4本体描述语言. 152.4.1资源描述框架 162.4.2 Web本体语言 172.5本章小
21、结. 18IV华北电力大学硕士学位论文第 3章基于本体的 IEC 61850语义信息模型构建 193.1语义信息模型构建分析. 193.2 IEC 61850语义信息模型的特征 . 193.2.1 IEC 61850标准信息模型的形式化语义特征 193.3 IEC 61850本体模型的构建 . 203.3.1 IEC 61850本体构建方法和准则 203.3.2构建 IEC 61850本体的编辑工具 213.3.3 IEC 61850本体构建过程 223.3.4 IEC 61850本体概念在 Protg中的定义 243.3.5 IEC 61850的表示与组织 273.4本章小结. 30第 4章
22、基于本体的 IEC 61850信息模型一致性校验 . 314.1一致性校验系统总体框架设计. 314.2一致性校验原理. 344.2.1一致性校验方案 344.2.2 Jena结构. 364.2.3资源描述框架 374.2.4 SPARQL语言. 374.3一致性校验过程. 404.4本章小结. 44第 5章一致性校验系统的开发与实现 465.1系统分析. 465.1.1系统目标 465.1.2系统体系结构 465.1.3系统技术方案 475.1.4系统开发环境 485.2系统的设计. 485.2.1用户界面设计 485.2.2系统流程设计 495.2.3系统实现关键代码 505.3一致性校验
23、系统的实现. 545.3.1系统主界面的实现 545.3.2一致性校验的实现 545.4本章小结. 56V华北电力大学硕士学位论文第 6章总结与展望 576.1论文总结. 576.2展望. 57参考文献 58附录 1部分 IEC 61850本体模型 OWL 代码 61附录 2系统实现部分关键代码. 69攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 77致谢 78VI华北电力大学硕士学位论文第1 章绪论1.1课题的研究背景及意义近几年，随着我国电力事业的迅速发展，新建或技术改造的配电网越来越多，在此过程中就要投入或更新相当多的设备，由于应用场所不同、生产厂家不同、设备的功能不同、数据的格式不同、采用的数
24、据接口不一致等，数据之间缺少必要的关联关系，信息量大，信息共享差，使得设备之间的信息不能共享，设备集成率低，设备之间的互操作无法实现。互操作在智能电网的建设中起着至关重要的作用，不仅能够实现信息利用最大化，在同一信息标准下使得电力系统中各个异构信息系统能够有机地整合在一起，同时还能避免系统的重复投资和建设，最终达到信息可控、能控和在控。制定通信规约的国际标准其目的是实现无缝通信，即加强不同厂家之间产品的兼容性，使不同厂家生产的产品设备能够进行互操作。IEC 61850标准是实现变电站自动化最为重要的标 准，该标准是目前国际智能电网的核心标准，互操作是作为标准化落地的主要手段。在变电站自动化系统
25、方面，IEC 61850互操作的目的是解决变电站自动化系统中不同设备之间的互操作问题，实现不同厂家设备间的信息共享和互操作，从而提高不同设备的集成率。IEC 61850标准采用了许多计算机和通信方面的先 进技术，使基于该标准的产品具有了很多的优点，如互联能力强、模块复用、工程成本低等1，正是基于这样的优点，所以 IEC 61850有着巨大的发展潜力，致使国内外广大电气设备制造商和用户对该标准的跟踪和研究已持续了数年，并取得了很多成果。目前，国内外一些大的公司正在着力研究 IEC 61850 标准，西门子、ABB等一些大的国际厂商已经将 IEC 61850标准应用于自身产品，并做了互操作 试验
26、2-4 。国内一些知名厂家如南自、四方、南瑞等也紧随其后，积极研究该标准并做了相应的互操作试验。为确保多个厂家设备的互操作成功，对设备进行协议的一致性测试是十分有必要。IEC 61850的主要目的之一就是实现互操作，协议的一致性是保证产品能够实现互操作性的基础，因此对一致性检验的研究就迫切需要。1.2国内外研究现状为了实现变电站自动化系统中不同设备之间的互操作性（Interoperability），使其能够利用新的高性能的通信网络，来满足不断增长的技术要求，国际电工委员会 (IEC InternationalElectrotechnical Commission)第 57技术委员会(TC57)
27、制定了应用于变电站通信网络和系统的标准IEC 61850标准，这个标准是全世界唯一基于网 络通信平台的变电站网络通信标准，同1华北电力大学硕士学位论文时该标准还被中国的电力行业标准(DL/T860系列标准)引用。IEC 61850标准目的在于统一变电站自动化的通信系统，实现变电站的无缝通信，实现不同制造厂商的 IED(IntelligentElectronic Device)之间的互操作，实现“一个世界、一种技术、一个标准” (“one world-onetechnology-one standard“)。围绕着 IEC 61850标准，IEC TC57正在构造电力系 统无缝通信体系，还会解决
28、周边标准或关联标准的配套问题，如 SCL(Substation Configuration Language)和 CIM(CommonInformation Model)的协调、IEC 61850在变电站的应用子集等5,6。随着 IEC 61850技术的成熟和应用，目前该标准的思想、方法和技术已经推广到变电站自动化以外的领域，如分布式能源领域、水力发电领域、配电自动化领域等，该标准将有望成为覆盖整个电力系统的无缝自动化标准。在可预见的不远的将来，随着智能电网通信体系的建立，IEC 61850标准必将会获得更大的发展。1.2.1 IEC 61850国外研究现状在 IEC 61850制定的过程中
29、ABB、KEMA、西门子(SIEMENS)、阿尔斯通(ALSTOM)等国际知名电气设备制造商对 IEC 61850标准进行了多次 试验，目的在于发现该标准的不足，并对它加以修改和完善，试验的项目主要有：（1）2000年 ABB 、西门 子(SIEMENS)、阿尔斯通 (ALSTOM)等公司在德国进行了间隔层与站控层的互操作试验；（2）2001年 ABB 、西门 子(SIEMENS)等公司在加拿大 进行了设备之间的互操作试验，来验证不同制造商生产的设备之间的互操作性；（3）2002年 ABB 、西门 子(SIEMENS)等公司在美国 进行了“采样值”之间的互操作试验；（4）2002-2004年
30、ABB、西门子(SIEMENS)、阿尔斯通(ALSTOM) 等公司在德国进行了“间隔设备”之间的互操作 试验；（5）2003 -2004年进行了“间隔设备与站控中心” 的互操作试验；（6）2011年 3月 28日-4月 2日，为了配合 IEC SMB SG3（国际电工委员会智能电网战略专家组）的工作，在法国巴黎举行了为期 5天的 IEC 61850国际互操作大会，该次大会的互操作试验由公用事业通信架构（UCA Utility Communications Architecture）用户协会发起，同时，对所有制造企业全程开放。试验包含 5部分内容：网络性能试验、变电站配置语言、配置实验、采样值发
31、布/订阅试验、GOOSE试验、用户/服务器试验，本次实验向电力用户证明了 IEC 61850是可互操作的7。虽然本次试验中也 发现了一些问题和错误，但都属于边缘性问题，大多是由于配置不正确而导致。这些问题的及时发现和反馈交流，对 IEC 61850在智能电网中的应用具有极大的推动作用。2华北电力大学硕士学位论文至此，经过多次互操作试验，IEC 61850所预期的效果完全 实现，IEC 61850在国外已经发展的比较成熟，通过反复试验，该标准得到了广大开发商和客户的认可，已经开发出符合该标准的电力设备产品。1.2.2 IEC 61850国内研究现状我国在采用现有技术研制变电站综合自动化技术和产品
32、方面已基本达到国际当前水平，但在采用IEC 61850标准的研制方面，与国际先进 水平相比存在一定的滞后和差距。国内从20世纪90年代末开始有人关心IEC 61850，其中以电 科院退休专家谭文恕教授最早8。该标准被我国电力行业标准(DL/T860) 引用，我国在该领域技 术发展中，新国际标准的应用对其产生的影响十分重大。目前，国内的融科联创、南瑞、四方等公司在该领域的研究处于领先水平，电科院、南瑞继保、许继、东方电子、上海丰瑞等公司也正处于积极研究的状态，国电南自对过程层设备及其通信有较好的研究，山东积成等公司及一些院校也进行了局部的研究，一些电力公司如浙江电力、上海电力等也做了该方面的研究
33、。国网电科院努力地建设IEC 61850一致性测试环境，并与国电、国调、各大用户紧密联系。目前，国内对IEC 61850的关注程度和研发投入正在日益加大， 2004年底，国调中心牵头组织国内九家单位启动了国内互操作试验的准备工作。2005年5月，在国调中心进行了第一次互操作试验，用户和厂家对于IEC 61850在国内的 应用及其前景已基本达成共识。浙江大学和浙江省调强强联合，研究并开发出了“继电保护故障信息处理系统” ，同时叙述了IEC 61850标准、UML、XML在整个系统开发中的应用。2006年3月，陕西110kV少陵变电站投入运营，它采用国电南自的综合自动化系统，110kV线路、主 变
34、、备用进线自动投入装置的保护测控均按lEC 61850标准设计施工，是国内第一个应用IEC 61850标准的新建示范性变电站。到目前为止，全国各地已有为数不少的基于IEC 61850 标准的试点变电站项目投运9，如浙江电网的220kV外陈变电站、500kV兰溪变电站、110kV大侣变电站、35kV谈桥变电站等，其中220kV外陈变电站工程，在国际上首次成功集成了国内外八个主流厂家的IED设备，充分验证了IEC61850在我国变电站建设中的出色应用，为厂家提供了互操作工程实践平台，加快了IEC 61850产品实用化进程。2011年9月，IEC TC57在中国上海召开了年会，中国的“全国电力系统管
35、理及其信息交换标准化技术委员会(SAC/TC82)”在年会中向 TC57提交了两项智能电网调度技术支持系统的提案，它们分别是“基于公共信息模型(CIM) 的高效模型交换格式(CIM/E)” 和“基于CIM的图形交换格式(CIM/G)” 10 。1.2.3 IEC 61850一致性校验研究现状设备的一致性校验是指用一致性校验系统或模拟器的单个测试源一致性校验单个设备。3华北电力大学硕士学位论文通过在一个测试系统和被测装置(DUT Device Under Test)之间交换信息来进行校验，校验系统发出一系列符合标准的测试消息给 DUT并同时记录下 DUT 的响应，这些校验消息用来测试厂商声称的
36、DUT的所有特性11 。从被测装置的角度看来，被测装置就像连接在一个局域网的服务域中，而校验系统就是该局域网中所有装置的集合。如果将校验系统看做为一个客户端和其他服务器(也是 IED) 的网络组合，被测装置则被视为是一个服务器。作为一个全球的通信标准，IEC 61850系列标准包含一致性 测试部分，用以确保各厂家生产的所有的 IED 产品都严格遵循本标准。然而，目前的研究大部分集中在 SCL配置工具的研究与开发上12-14 ，IEC 61850 标准现有版本关于配置文件 测试的内容很少，这就导致在实际工程的测试中没有依据。IEC 61850-1015为动态测试（即 ACSI模型和服务映射的测试
37、）提供了170多个详细的肯定测试和否定测试用例，而对静态测试（配置文件和数据模型测试）只作了笼统的原则性的要求，列举的测试条目较少，远没有涵盖所有的错误细节16 。IEC 61850在 ABB、SIEMENS、AREVA、KEMA等主要大公司中进行过多次互操作试验，从时间上可分为 2个阶段。2002年以前为前期，当时 IEC 61850还处于起草阶段，这些国外大公司也参与其中，为了保证标准草案的正确性、合理性，进行了多次的验证和修改，这一阶段试验主要考虑的范围包括标准本身、样机研制和标准实现的一致性，对工程实际应用问题考虑甚少。2002年以后为后期，逐渐开始考虑工程应用的问题，同时，对各厂家的
38、 IEC61850系统进行验证和测试，测试内容包括模型、工程配置工具等与实际工程应用密切相关的互操作性17。经过这 2个阶段的互操作试验，最后成功实现了几大公司 IEC 61850系统间的互操作，参与试验的公司基于 IEC 61850的系统 也达到了可以实际应用的水平。实现各种设备的互操作是消除信息孤岛的有效手段，而实现互操作的根本途径是基于语义的信息交换18。只有在完备的语义信息模型的基础上，构造出 IEC 61850的语义空间，才能真正实现完全意义上的符合 IEC 61850标准的变电 站自动化系统，也才能保证系统实现充分的互操作性。在信息互操作领域，要满足元数据的语义校验，就要求描述元数
39、据的语言要具有很好的表达能力。近几年，本体(ontology)技术在语义网研究领域发展得很快，因为它能很好地满足语义校验对语义表达能力强大的需求。国内一些学者也利用本体的这种特点，将本体技术引入信息模型领域开展了相关研究19来发展的方向。，用本体描述达电力系统模型，实现语义互操作同样是未1.2.4语义网本体技术研究现状本体作为语义网中便于计算机相互理解的共同的标准概念体系，在语义网中处于核心地位，引起了人们越来越多的关注。人工智能、计算机科学、信息资源管理等众多领域的研究人员从不同的角度对本体进行了研究。其中，本体构建、本体学习和本体进化为本体研究领4华北电力大学硕士学位论文域的重点与热点之一
40、。本体能够以一种显式和形式化的方式来表示语义，提高系统间的互操作性，促进知识共享。因此，最近几年，本体论被广泛用于知识表示领域20 。国外关于本体论的研究包括本体构建原则、方法、表示语言和工具、评估方法等多个方面。基于本体在知识表示方面的优势，结合本体论的理论和方法，并将本体用于变电站知识的表示和描述，以便于知识的共享，提高变电站设备的互操作性。引入本体同时结合本体的语义描述能力，构建语义信息模型，开发基于本体的 IEC 61850语义信息模型一致性校验系统，实现变电站模型间语义信息的一致性校验，能够有效解决互操作中语义表达不足而导致的模型不匹配问题，也可克服静态测试条目较少的缺点。研究信息模
41、型之间的一致性校验，把由语义网开发而来的本体匹配方法应用于解决 IEC 61850一致性校验中出现的模型不匹配问题，将是解决一致性校验问题的有效途径。结合语义网本体技术相关理论，开发一致性校验系统可以为多厂家、多设备的集成与交互，为信息集成奠定坚实的基础。因此该课题具有非常重要的理论意义和实际应用价值。1.3论文主要研究内容及方案1.3.1研究内容本文首先分析 IEC 61850标准的结构，然后提出了引入本体技 术，并基于本体构建 IEC61850的语义信息模型，进一步研究了语义信息模型一致性校验方法和机制，给出了校验框架及流程，对设计的校验系统进行了详细介绍，并开发了一致性校验系统。论文研究
42、内容包括以下四个方面：IEC 61850语义 信息模型的构建，基于 IEC 61850语义信息模型检索和基于本体的 IEC 61850信息模型一致性校 验，最后设计并实现相应的应用系统的原型系统。1、IEC 61850语义信息模型的构建：针对 IEC 61850标准体系庞大以及其变电站配置描述语言主要基于语法层面的操作，运用本体论的技术方法和工具构建基于本体的 IEC 61850语义信息模型，实现变电站设备语义层面的校验。2、基于本体的 IEC 61850语义信息模型检索：在基于本体的 IEC 61850语义信息模型构建的基础上，提出一种基于 SPARQL（Simple Protocol an
43、d RDF Query Language）查询语言的检索方法，设计系统的具体框架结构、系统流程并实现关键的功能模块。3、基于本体的 IEC 61850信息模型一致性校验：利用本体知 识，建立基于本体的 IEC 61850语义信息模型，结合 Jena API（Application Programming Interface，应用程序编程接口）技术，设计一致性校验系统的具体框架结构、系统流程并实现关键的功能模块。4、设计并实现相应的应用系统的原型系统：在实现基于本体的 IEC 61850语义信息模型5华北电力大学硕士学位论文的构建和基于本体的检索的基础上，采用 Java、Jena等相关技术，开发
44、基于本体的 IEC 61850语义信息模型一致性校验系统的原型系统，基于语义层面解决一致性校验的问题。1.3.2技术方案1、研究方法：论文主要运用了以下研究方法：（1）文献分析法，根据所确定的研究目的及内容，查找并阅读相关领域的研究文献，了解相关问题的历史和现状，掌握该领域国内外的研究现状及发展趋势。（2）调研法，依据研究目的和内容，对开发相关一致性校验平台的企业进行调研，有目的，有计划、系统地搜集与研究对象相关的材料，了解目前相关领域的现状及技术的瓶颈，并对调研收集到的大量资料进行分析、综合、比较、归纳，找出解决问题的入手点和创新点。（3）分析法，分析 IEC 61850标准，详细说明在构建
45、基于本体的 IEC 61850语义信息模型的过程中如何有效提取概念，实例，并建立概念间、实例间的关系；结合本体构建方法与构建原则，利用本体编辑工具 Protg与本体描述语言 OWL/RDF构建本体模型。（4）设计法，结合面向对象的分析与设计技术，设计应用系统的原型系统，并在此基础上通过 Jena API和 SPARQL等技术实现对本体的查询和一致性校验比对。2、技术路线论文研究的技术路线如图 1-1所示。（1）结合研究目的和研究内容，查阅相关文献，收集相关的理论和技术资料进行学习，研究所需的理论和技术，制定研究方案。（2）采用企业调研、与企业开发人员交流等方式调研，并进行归纳、整理、分析，制定
46、合适的研究方案和技术方案，丰富该领域的研究。（3）分析现有的本体技术，挖掘 IEC 61850各节点的关系，制定合适的本体构建方案和一致性校验方案，并通过系统的实现来验证方法的有效性。（4）分析基于本体的检索技术，根据 IEC 61850本体 语义信息模型，构建相应的查询模型，并通过系统的实现来验证方法的有效性。（5）分析、设计原型系统的结构和技术方案，并通过编码实现整个原型系统。6华北电力大学硕士学位论文查阅文献调研本体构建基于本体校验技术实现 基于本体查询技术实现设计原型系统实现原型系统图 1-1论文研究技术路线1.4论文工作及章节安排论文的研究思路如图 1-2所示。论文分六个部分对基于本
47、体的 IEC 61850语义信息模型构建和一致性校验系统的开发进行研究，具体的安排如下：研究主题研究基国内外研究现状 理论基础及相关技术础基于本体的IEC 61850语义信息模型构建 研究主体基于本体的IEC 61850语义检索基于本体的IEC 61850语义一致性校验系统实现系统分析 系统设计 系统实现总结与展望图 1-2论文研究思路7华北电力大学硕士学位论文第一部分绪论：介绍了课题的研究背景、目的与意义，阐述了一致性校验问题以及其研究现状。同时，论述了语义网本体技术的应用现状及其优势，论证本课题的可行性。根据研究综述，进一步明确论文研究的内容和采用的研究方法。第二部分理论基础与相关技术：介
48、绍了 IEC 61850 标准以及一致性校验、本体论、本体的作用、本体构建工程以及本体描述语言等理论基础和相关技术。第三部分基于本体的 IEC 61850语义信息模型构建：首先分析了 IEC 61850一致性校验中需要解决的实际问题，在此基础上构建了 IEC 61850 本体模型，并用形式化的本体语言对IEC 61850标准进行组织和描述。第四部分基于本体的 IEC 61850信息模型检索及一致性校 验原理：首先研究了一致性校验系统总体框架设计，并阐述了一致性校验原理、一致性校验方案及流程。借助 Jena等相关技术实现了基于本体的 IEC 61850语义信息模型构建；然后研究了基于本体的 IE
49、C 61850模型检索，通过构建相应的查询模型，并与标准本体模型进行比较，输出不一致信息。第五部分一致性校验系统的开发过程与实现：从实际应用需求出发，结合校验系统的目标，分析并设计整个校验系统的体系结构，选择合适的技术方案，实现了基于本体的 IEC 61850语义信息模型一致性校验原型系统，介绍了该系统的基本功能模块、运行效果等。第六部分总结与展望：总结了论文的主要研究内容以及今后进一步研究的方向和内容。8华北电力大学硕士学位论文第2章 IEC 61850标准及本体技术IEC 61850标准是解决目前变电站自动化技术发展中存在 问题的最好方式，但其定义的变电站配置描述语言在语义表达方面存在缺陷，而采用基于本体技术能很好地解决该问题。本章首先对 IEC 61850标准及标准中定义的变电站配置描述 语言进行了简单的介绍，详细说明一致性校验问题，接着介绍本体技术，阐述本体的概念、分类、作
