應用IEC61970標準在用電信息采集系統(tǒng)

PAGEPAGE1應用IEC61970標準在用電信息采集系統(tǒng)導讀:：提出了將IEC61970標準應用于用電信息收集系統(tǒng)的技術(shù)方案。本文論述了用電信息收集系統(tǒng)中基于IEC61970CIM的建模方法，包含建立建立基于CIM模型的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫以及系統(tǒng)模型和CIM的對應關(guān)系和模型中的繼承和關(guān)聯(lián)關(guān)系。本文提出了用電信息收集系統(tǒng)通過CIM/XML方式和其他系統(tǒng)互聯(lián)的方式以及通過CIM/XML方式交換電網(wǎng)模型和圖形的應用。本文也提出了通過實例介紹了以CIS方式和其他系統(tǒng)互聯(lián)的方案。論文本文關(guān)鍵詞語：用電信息收集系統(tǒng)，IEC61970，通用信息模型，通用接口規(guī)范，接口0引言用電信息收集系統(tǒng)是對電力客戶的用電信息進行實時收集、處理和監(jiān)控的系統(tǒng)，實現(xiàn)電力客戶的全覆蓋和用電信息的全收集，全面支持費控管理，為營銷信息系統(tǒng)提供及時、完好、精確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為智能用電效勞體系提供基礎(chǔ)用電信息數(shù)據(jù)接口，是智能電網(wǎng)用電環(huán)節(jié)的主要基礎(chǔ)。用電信息收集系統(tǒng)可實現(xiàn)電力用戶的和購、供電關(guān)口的全覆蓋和全收集，統(tǒng)一實現(xiàn)購電側(cè)、供電側(cè)、售電側(cè)電能信息的收集與處理，構(gòu)建完善的電能信息收集與應用平臺。用電信息收集系統(tǒng)要求具有很強的開放性和靈敏性，可方便地和其他系統(tǒng)包含電力市場技術(shù)支持系統(tǒng)、調(diào)度自動化系統(tǒng)、調(diào)度管理信息系統(tǒng)、綜合數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)和營銷管理系統(tǒng)等實現(xiàn)信息分享和互操作。用電信息收集系統(tǒng)包括大量電力系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，其中包含電力系統(tǒng)設(shè)備元件模型、設(shè)備元件的連接拓撲關(guān)系、電能量數(shù)據(jù)、瞬時量數(shù)據(jù)等。隨著電力市場的不斷發(fā)展，用電信息收集系統(tǒng)的應用范圍越來越廣，用電信息收集系統(tǒng)迫切需要和其他異構(gòu)系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分享，進而為電力市場系統(tǒng)的運營和電力企業(yè)的輔助管理決策提供支持。傳統(tǒng)的用電信息收集系統(tǒng)通常采取私有的信息模型，和其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分享采取專用接口的方式。隨著和需要用電信息收集系統(tǒng)交互的系統(tǒng)越來越多，這種方式已經(jīng)不能知足用電信息收集系統(tǒng)應用的需求。IEC61970標準是國際電工組織第57分會第13工作組制訂的標準接口，它定義了能量管理系統(tǒng)應用程序接口(EMS-API)。CIM〔CommonInformationModel〕定義了這些API的語義，CIS〔CommonInterfaceSpecification〕定義了信息交換的內(nèi)容。CIM中描繪敘述的對象類實質(zhì)上是抽象的，能夠用于各種應用。CIM的使用遠遠超越了它在EMS中應用的范圍。能夠把CIM標準理解為一種能夠在任何一個領(lǐng)域?qū)嵭屑傻墓ぞ?，只要該領(lǐng)域需要一種公共電力系統(tǒng)模型，使得應用和系統(tǒng)之間能夠?qū)崿F(xiàn)互操作和插入兼容性，而與任何詳細實現(xiàn)無關(guān)。因而在用電信息收集系統(tǒng)中，采取基于IEC61970標準的信息模型，利用CIMXML或CIS方式和其他系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分享，能夠使用電信息收集系統(tǒng)具有非常好的開放性。用電信息收集系統(tǒng)一方面能夠使用CIMXML或CIS方式從調(diào)度自動化系統(tǒng)獲得完好的電力系統(tǒng)設(shè)備元件模型和設(shè)備元件的連接拓撲關(guān)系模型，并能夠?qū)崟r獲得最新的模型變化接口，實現(xiàn)模型信息的免維護，另一方面能夠通過CIS方式向其他系統(tǒng)提供系統(tǒng)中的電能量數(shù)據(jù)、瞬時量數(shù)據(jù)等或通過CIS方式從其他系統(tǒng)中獲得數(shù)據(jù)。用電信息收集系統(tǒng)只需要支持CIS標準，就能夠?qū)崿F(xiàn)和其他各種異構(gòu)系統(tǒng)的互聯(lián)和互操作。1基于CIM的數(shù)據(jù)庫建模1．1CIM簡介公共信息模型(CIM)是一個抽象模型，它描繪敘述電力企業(yè)的所有重要對象，十分是那些與電力運行有關(guān)的對象。CIM用面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)定義。詳細地說，CIM規(guī)范使用統(tǒng)一建模語言(UML)表達方法，它將CIM定義成一組包。IEC61970-301包含下面包：核心包〔Core〕、域包〔Domain〕、發(fā)電包〔Generation〕、發(fā)電動態(tài)包〔GenerationDynamics〕、負荷模型包〔LoadModel〕、量測包〔Meas〕、停運包〔Outage〕、生產(chǎn)包〔Production〕、保衛(wèi)包〔Protection〕、拓撲包〔Topology〕和電線包〔Wires〕。1．2基于CIM模型的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫當前主流的商用數(shù)據(jù)庫如ORACLE、DB2、SYBASE都是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。關(guān)系模型允許定義一組二維表，二維表之間通過索引關(guān)聯(lián)。關(guān)系模型具有下面特點：〔1〕概念單一，實體與實體之間的聯(lián)絡(luò)用關(guān)系來表示；〔2〕以關(guān)系數(shù)學為基礎(chǔ)；〔3〕數(shù)據(jù)的物理存儲和存取路徑對用戶不透明；〔4〕關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言是非經(jīng)過化的。關(guān)系模型簡單、易維護，但對電力系統(tǒng)拓撲構(gòu)造描繪敘述比較困難接口，也不便于基于CIM模型的應用軟件的運行。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型允許定義對象類以及類之間的繼承和關(guān)聯(lián)等關(guān)系中國知網(wǎng)論文數(shù)據(jù)庫。面向?qū)ο竽Ｐ偷奶攸c是根據(jù)客觀事物的原來面目描繪敘述實體，具有封裝、重用和多態(tài)等特點。其優(yōu)點是：〔1〕數(shù)據(jù)構(gòu)造清楚明晰，便于表達CIM模型中電力系統(tǒng)中的各種對象。〔2〕對象具有獨立性，便于維護。〔3〕需求變化時，應用軟件和數(shù)據(jù)庫構(gòu)造重用率高，修改少。為了更好的遵守IEC61970CIM標準以及充足利用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型的優(yōu)點，系統(tǒng)能夠采取DAO、HIBERNATE、實體EJB等O/R轉(zhuǎn)換技術(shù)，將關(guān)系型數(shù)據(jù)庫封裝成完全面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型。采取這些技術(shù)能夠使模型數(shù)據(jù)完全基于面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，支持對象建的繼承、聚集、聯(lián)絡(luò)，完全能夠表達CIM模型的所有語義接口，使得所有應用軟件所關(guān)聯(lián)的都是基于CIM的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型。通過建立基于CIM的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)平臺，能夠使用電信息收集系統(tǒng)具備很好的開放性。用電信息收集系統(tǒng)能夠和各個獨立廠家支持CIM標準的不同EMS系統(tǒng)分享電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型，通過分享EMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，一方面能夠很大水平上簡化系統(tǒng)的維護，更好的支持計量系統(tǒng)的各種應用，另一方面為用電信息收集系統(tǒng)和其他系統(tǒng)實現(xiàn)插入式的接口提供了基本條件。1．3系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型和CIM的對應關(guān)系CIM標準含蓋了電力系統(tǒng)中和運行相關(guān)的重要對象，應用的重要范圍包含EMS系統(tǒng)、配電管理系統(tǒng)等。但任何系統(tǒng)只要域需要一種公共電力系統(tǒng)模型，使得應用和系統(tǒng)之間能夠?qū)崿F(xiàn)互操作和插入兼容性，就能夠使用CIM模型。用電信息收集系統(tǒng)應用的數(shù)據(jù)范圍決定了它的數(shù)據(jù)模型能夠是CIM標準的一個子集，下面列舉了數(shù)據(jù)模型和CIM的對應關(guān)系：表1CIM中的類和用電信息收集系統(tǒng)中的類的對應關(guān)系所屬包CIM類名計量系統(tǒng)的類名/接口名中文含義CoreCompanyCompany電力公司SubControlAreaSubControlArea子控制區(qū)SubStationSubStation廠站VoltageLevelVoltageLevel電壓等級TerminalTerminal端點TopologicConnectivityNodeConnectivityNode連接點TopologicalNodeTopologicalNode拓撲點TopologicalIslandTopologicalIsland拓撲島MeasMeasurementMeasurement量測MeasurementValueMeasurementValue量測值MeasurementTypeMeasurementType量測種類WiresLineLine線路AcLineSegmentAcLineSegment線路段PowerTransformerPowerTransformer變壓器TransformerWindingTransformerWinding變壓器繞組CompensatorCompensator電容器EnergyComsumerEnergyComsumer負荷Disconnectorbreaker刀閘GroudDisconnector接地刀閘Fuse熔絲Breaker開關(guān)LoadBreakerSwitch負荷刀閘GenerationGenerationUnitGenerationUnit機組1.4系統(tǒng)模型中類之間的繼承關(guān)系在CIM模型中接口，基類和派生類之間存在著繼承關(guān)系。在用電信息收集系統(tǒng)中，能夠遵守CIM類之間的繼承關(guān)系，利用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，實現(xiàn)模型中的類和類之間的繼承關(guān)系，派生類繼承基類的屬性和關(guān)聯(lián)，并使用DAO、HIBERNATE、實體EJB等技術(shù)中的對象繼承支持加以實現(xiàn)。以下為系統(tǒng)中各個設(shè)備類之間的繼承關(guān)系圖。圖11．5系統(tǒng)模型中類之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系在CIM模型中，類之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系非常多，用電信息收集系統(tǒng)能夠遵守CIM的原則，建立系統(tǒng)模型中各個類之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，為用電信息收集系統(tǒng)的各個應用以及和其他系統(tǒng)的交互提供數(shù)據(jù)模型支持。由于篇幅所限接口，僅列出了廠站、電壓等級、變壓器、變壓器繞組之間的關(guān)系圖。圖22基于CIM/XML的互聯(lián)2．1CIM/XML簡介XML(extensibleMarkupLanguage)可擴展標記語言是一種中介標示語言，可提供秒數(shù)構(gòu)造化的格式，提供了有一種獨立的運行程序的方法來分享數(shù)據(jù)，是用來自動描繪敘述信息的一種新的標準語言中國知網(wǎng)論文數(shù)據(jù)庫。由于XML獨立于任何體系構(gòu)造、任何語言的數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)展示于表示是分開的，因而非常適用于系統(tǒng)集成中的信息交換。CIM/XML語言是諸多基于XML的語言之一。CIM/XML及RDF針對電力系統(tǒng)領(lǐng)域CIM的應用，是CIM、RDFSchema和RDF語法規(guī)范有機結(jié)合的產(chǎn)品。2．2通過CIM/XML交換電網(wǎng)模型通過一個統(tǒng)一的CIMRDFSchema，調(diào)度自動化系統(tǒng)能夠?qū)㈦娋W(wǎng)模型轉(zhuǎn)換為XML文檔導出，這個XML文檔又稱為CIM/XML文檔。CIM/XML文檔中的所有資源描繪敘述標簽都有CIMRDFSchema提供。將電網(wǎng)模型導出為CIM/XML文檔,使用XML/RDF規(guī)范表示電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)有下面優(yōu)點：〔1〕既能夠為機器讀，可以以人工讀；〔2〕能夠被支持DOM或SAX應用程序接口的任何系統(tǒng)訪問；〔3〕是自描繪敘述的。用電信息收集系統(tǒng)能夠?qū)氩⒔馕鲞@個CIM/XML文檔接口，就能夠獲得調(diào)度自動化系統(tǒng)中完好的電網(wǎng)模型，而無需建立和維護獨立的電網(wǎng)模型，這在很大水平上較少減少了用電信息收集系統(tǒng)的建立和維護的工作量，避免了構(gòu)建系統(tǒng)模型中可能出現(xiàn)的各種毛病。用電信息收集系統(tǒng)和調(diào)度自動化系統(tǒng)分享同樣的數(shù)據(jù)模型，無需逐一建立模型設(shè)備間的對應關(guān)系，能夠在很大水平上簡化了二者互聯(lián)和數(shù)據(jù)分享的工作量。調(diào)度自動化系統(tǒng)能夠獲得用電信息收集系統(tǒng)中的各種電能量數(shù)據(jù)和考核指標，而用電信息收集系統(tǒng)能夠從調(diào)度自動化系統(tǒng)中獲得各種遙測和遙信數(shù)據(jù)，供用電信息收集的各個應用使用。同樣，用電信息收集系統(tǒng)中可以以將系統(tǒng)中的電網(wǎng)模型轉(zhuǎn)換為CIM/XML文檔導出，提供應綜合數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)、調(diào)度信息管理系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)等接口，實現(xiàn)和各個異構(gòu)系統(tǒng)間的模型一體化和數(shù)據(jù)集成。用電信息收集系統(tǒng)中基于CIM/XML的電網(wǎng)模型導入導出分為下面幾種類型：〔1〕全網(wǎng)模型。將系統(tǒng)的整個電網(wǎng)模型通過CIM/XML文檔導出，導入到其他異構(gòu)系統(tǒng)。全網(wǎng)模型導出導入通常應用于系統(tǒng)生成時構(gòu)建數(shù)據(jù)模型階段。〔2〕部分模型。異構(gòu)系統(tǒng)往往不需要完好的電網(wǎng)模型，而是通過一定條件過濾的部分電網(wǎng)信息，如某些變電站、某個電壓等級以上的元器件等。例如用電信息收集系統(tǒng)中的電網(wǎng)模型往往只是調(diào)度自動化系統(tǒng)中的電網(wǎng)模型的一個子集中國知網(wǎng)論文數(shù)據(jù)庫。拆分功能一般提供