基于CIM的電力調度綜合數據平臺設計

楊道馳 何浩

基于CIM的電力調度綜合數據平臺設計

裝甲兵學院通信指揮教研室 ?楊道馳 ?何 ?浩

【摘要】隨著電力系統自身的發展和計算機技術不斷更新，電力系統越來越強調信息資源的共享。本文在全面分析當前電網調度機構相關系統建設情況和信息化現狀的基礎上，探索電力調度綜合數據平臺體系結構與設計方案，實現信息共享與整合。以各應用系統間數據共享的高效性、可靠性和安全性為重點，提出了綜合數據平臺的體系結構及設計方案。

【關鍵詞】調度綜合數據平臺;CIM;數據模型

1.當前集成平臺存在的問題

當前，電力系統自動化趨勢是各級主站以EMS/DMS調度自動化為基礎向全局自動化發展，以保證整個電網安全經濟高效地運行。然而不同時期針對不同業務需求而開發的各種應用系統之間并未達到互聯互通，造成這些相對封閉的“自動化孤島”之間很難進行數據交換。其次，這些應用系統開放性差，體現在系統隨應用發展的可擴展性較差、應用系統與支撐平臺的相容性較差、系統的網絡互聯應用接口開放性較差、系統升級困難。

最后，電力市場條件下，電網將經常運行在安全極限狀態以追求最大經濟效益，為確保電網安全，控制中心和各電力公司之間需交換大量信息如電網模型等，電力企業更加需要一個既集成優化原有各應用系統，又能滿足當前和未來需求的應用集成系統，達到對企業內部數據的有效管理，為企業帶來可觀的經濟效益。

2.綜合數據平臺的系統結構

2.1 綜合數據平臺的框架設計

調度系統數據的整合涉及多應用系統、多個專業和生產廠商，不僅涉及調度機構已建成的各相關應用系統，還將對今后新建系統產生較大的影響。再者，現有的各電力企業信息系統應用環境紛繁復雜，硬件平臺、操作系統、數據存在形式與網絡環境也不同，設計通用的電力調度綜合數據平臺勢在必行。本文設計了支持安全分區的數據共享的多層電力調度綜合數據平臺，平臺設計為多層體系結構。如圖1所示。

圖1 電力調度綜合數據平臺總體框架

第一層為數據層面，實現不同系統中的數據源之間的交換，達到數據共享的目的。包含數據交換中間件等。第二層為建模層面，即依照公共信息模型（CIM）為行業制定和推行數據標準和應用系統開發標準，建立生產控制數據平臺。包含數據標準定制等。第三層為應用層面，規范化及整合企業應用，建立工作流模型，提供綜合應用開發平臺及全局數據門戶等模塊。

實際上，達到資源整合最主要的部分是實現基本的異構數據源的交互，也是該數據平臺的核心問題。在上圖中屬于數據層面與部分建模層面所表示的單元。主要以中間件為核心技術，配合XML語言，包含數據訪問、數據標準定制、數據轉換、數據安全交換系統、以及定制的數據標準模型、平臺配置管理工具模塊。

2.2 綜合數據平臺的結構特點

整個平臺框架設計具有如下特點：

（1）實現了應用軟件“即插即用”式的交互式接入，對新系統和老系統具有相同便利的接入方式，既有繼承性，又有擴展性。

（2）實現了透明數據訪問，任何一個系統接入平臺后，都可以透明的獲取所需要的數據，而不需要知道數據源在哪里、數據源所在處的操作系統、硬件平臺、數據庫種類、數據表示格式等。

（3）服務配置靈活，需要在松耦合方式下獲取批量信息，可以配置XML/RDF導出/導入構件;需要在緊耦合方式下獲取“近實時”數據，可以配置GDA和HSDA服務構件;需要獲取實時數據，可以通過實時適配器提供的實時接口。多種方式既相互獨立，又相互補充，可以選擇某一個，也可以都選，由應用需求而定。

（4）可以方便數據結構擴展，對數據結構具有廣泛的適應性。系統提供的數據由XML/RDF Schema模式文件決定，并且模式文件可由用戶自定義擴展。

（5）充分考慮了安全分區的要求，避免了設計漏洞，保障了系統的安全。

3.綜合數據平臺數據存儲與組織

3.1 基于CIM的數據庫設計

傳統的實時數據庫管理系統大多采用關系或層次模型。為遵循IEC 61970標準，一些文獻提出關系、層次、對象三位一體的數據模型，對同一實體提供3套訪問接口。就兼容原有應用軟件和界面、避免改造所帶來的大工作量而言，這是目前較為現實的做法，但3種模型的映射會帶來訪問效率的問題。

CIM模型是基于面向對象的思想，允許定義對象類，類之間可定義繼承和關聯等關系，其特點是按客觀事物的本來面目描述設備，具有封裝、重用和多態等特點，可與面向對象的軟件完美結合。因此，對原SCAD系統進行封裝即是將原SCADA系統的私有數據模型與對象模型組織的CIM建立映射關系，建立CIM服務器，與原系統數據庫通過導入、導出和更新進行數據同步。

通用數據訪問服務端的實現主要依賴于中間件平臺以及CIM數據庫，CIM數據庫的結構構建得是否合理直接影響到通用數據訪問服務的性能。CIM是元數據，遵循CIM意味著其數據表示的命名及含義、它的數據類型以及它與CIM其它部分的各種關系，要與CIM相一致。但是遵循CIM并不意味著支持整個CIM，也不意味著數據庫結構與CIM類圖完全一樣。而且作為一個抽象的邏輯模型，CIM既可以用關系數據庫實現，也可以用對象數據庫或者對象/關系數據庫實現，CIM的實現具有充分的彈性。

盡管關系型數據庫的關系數據模型與CMI的對象模型在描述方法上不同，但都是對同一種物理對象的描述，所以關系數據模型與CIM之間可以建立起良好的映射。

3.2 CIM數據字典

類和屬性信息是數據字典的主要內容。CIM/CIS服務器的實現將直接和間接地需要這些信息。

可構建一張表來存儲類和屬性的信息：

Class Resource ID {

ULongLong container;

ULongLong fragment;

}

由兩個64位的無符號整型組成。Container包含數據供應者的信息，也就是對應著URI中域的部分。Fragment是唯一的資源標識。Fragment主要是由兩個32位的無符號整型low和high組成。在以上基礎上，做如表1假設來保證很通暢的查詢資源。

表1 各種資源的數據字典定義

資源 low high container

類 類編號 O 類名

屬性 屬性編號 類編號 類名+屬性名

記錄 記錄編號 類編號 類名+記錄名

圖2 評價分析

圖3 對遺留系統包裝

圖4 改造遺留數據庫的邏輯圖

用公共信息模型CIM作為綜合數據平臺標準數據源的數據模式，保證了綜合數據平臺具有良好的開放性。而基于CORBA技術來包裝此集成系統則提高了軟件的重用率，保護己有的系統投資，任何第三方接入者可以依據IEC 61970即刻訪問，實現信息的全局共享。

3.3 遺留數據庫系統的處理

對遺留系統評價的目的是為了獲得對遺留系統的更好的理解，這是遺留系統進化的基礎，是任何遺留系統進化項目的起點。這里采用的評價方法是對遺留應用的系統技術水準、使用價值和與開發新系統的代價等標準進行評價，其結果作為選擇處理策略的基礎。評價方法由一系列活動組成，如圖2所示。設ORH是技術評價值，ORS是使用價值的評價值，ORF是開發系統的代價的評價值，則遺留應用（包括數據庫）的評價值是ORH+ORS+ORF，如果總體的評價值小于一定值時，就說明沒有必要升級或是改造該應用或是數據庫，反之就應該采取措施來保證遺留應用的再利用。

本文采用對遺留數據庫進行包裝構建新的模型如圖3所示，包裝實質上就是用一個軟件來隱藏遺留系統中不需要的復雜性，輸出一個現代接口。然后利用CORBA的中間件技術對包裝后的遺留數據庫進行改造，以IEC61970的CIM/CIS為規范，把遺留數據庫進行封裝，并提供通用接口供集成系統使用。

3.4 數據訪問方式

數據平臺主要提供了三種接口方式，向平臺內各應用系統提供數據服務，如圖5所示。第一種是基于CIM/XML文件導入/導出方式實現靜態文本信息交換。此種接口方式主要是針對一些靜態模型數據的交換，其他自動化系統的電力模型數據按CIM標準導入統一數據平臺，或者按CIM標準從數據平臺導出電網模型數據;第二種是遵循CIS組件接口規范的標準數據訪問接口，支持以非實時、準實時方式來檢索、查詢、訂購統一數據平臺中數據信息;第三種為非標準的私有接口，針對某些對實時性要求特別高的系統提供高速API訪問接口。除此之外，為了便于進行數據管理與維護，平臺還提供遵循ODBC規范的普通二維關系表訪問接口。

圖5 綜合數據平臺的數據訪問接口

對于第二種標準數據訪問接口，內部各應用系統的數據訪問均遵循IEC61970公共信息模型CIM和組件接口規范CIS標準。

參考文獻

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作者簡介：楊道馳（1976—），男，碩士，講師，現供職于裝甲兵學院，主要研究方向：軍事裝備運用、電力系統自動化。