基于IEC61970的CIM 模型的研究

蘇豪飛

（河南能源集團鶴煤公司 熱電廠，河南 鶴壁458000）

0 引言

隨著電力工業化和信息化的發展，電網調度自動系統對大電網調度的要求也越來越高，市場涌現了大批綜合性，分布式應用系統。這些應用系統可能在不同時期，不同硬件平臺下開發，并可能來自不同的生產廠家， 因此系統數據模型和數據訪問接口不統一的問題日益嚴重，導致各個系統間難以實現互聯互通和信息共享。IEC61970 標準的公布為解決上述問題提供了理論基礎。該標準包含公共信息模型和組件接口規范兩部分內容。

1 IEC61970 標準概述

IEC61970 標準是由電力系統控制通信委員會及第57 技術委員會制定和發布，該標準主要包括能量管理系統EMS 的應用方法、公共信息模型CIM 以及數據訪問接口CIS， 一共分為5 個部分，CIM 模型主要以面向對象的方式定義了電力對象模型， 它是該標準的核心內容， 也是本文討論的重點內容，CIS 數據訪問接口則以API 的形式提供了如何進行數據的訪問。 實現數據的互聯互通。

該標準定義的最終目的是實現異構系統的互聯互通，同時實現數據信息模型與底層技術無關。實現國際統一的數據信息模型和數據訪問方式，因此，通過按照IEC61970 標準定義的CIM 模型和面向對象的方法對電力對象進行建模，可實現上層應用與底層技術無關，這也是我國電力發展的方向，同時也提高了我國電網調度自動化的水平[1]。

2 公共信息模型CIM

公共信息模型CIM 以面向對象的方式描述了幾乎所有電力系統中的電力對象，如變壓器，母線，斷路器等電力對象，涵蓋了發電、輸電、配電以及終端售電等電力行業的各個領域，通過面向對象的方法，依據IEC61970 標準定義的CIM 模型，對每個電力對象建模，類似于C++中類的數據結構， 通過應用端的電力對象對應到CIM 模型中，找到該電力對象在CIM 模型中定義的地方， 根據該CIM 模型對該電力對象類的屬性的定義，對應的對電力對象的數據屬性進行定義。 這樣定義出來的數據模型就是標準的數據對象模型，及通過使用類、類的關系以及屬性來描述和體現電力對象本身的屬性以及相互之間的關系。

3 CIM 模型的組成結構

圖1 CIM 模型的包結構

CIM 模型一共有13 個包組成，所有這些包涵蓋了發電、輸電、變電、配電以及基于終端售點在內的所有領域的電力對象。 而包的作用是通過電力對象的功能特點等方式進行分類。以便給使用者建模時便于查看和理解。 雖然標準通過電力對象的功能分成了不同的包，但是這并不意味著包和包之間沒有任何關系，相反，在實際的應用中會涉及到許多包的內容，因此，在對電力對象建模時，數據模型的屬性可能使得不同包中的電力對象的模型相互關聯。下圖體現了各個包以及各包之間的聯系。

如圖體現了CIM 模型包的相互之間的聯系， 而核心包是整個CIM 模型的核心[2]，它定義了電力系統中應用最多，最廣泛的電力對象的核心命名（naming），如，電力系統資源，導電設備，電力變壓器以及設備容器等實體，并定義了這些實體的組合，拓撲包是在核心包的基礎上進行了擴展，體現電力設備之間的連接關系，它們通過開關的閉合實現電力設備的連接關系的變化。 下面對其他包進行簡單的介紹。

1）Wires（電線包）

電線包主要定義了電力系統中的線路等電力對象模型， 如母線，包括直流母線、交流母線、普通線路。 該包是在拓撲包的基礎上拓展，同時還可以將這些電力設備的檢測數據用于潮流計算和狀態估計。

2）Outage（停運包）

停運包在電線包的基礎上進行了拓展，主要定義了電力系統或者電網調度自動化系統停運計劃的建模方法，如某地區或者某線路要準備檢修，就要在檢修前準備停運計劃。 保證用戶利益和檢修人員的安全。

3）Protection（保護包）

保護包在電線包的基礎上擴展，主要對電力系統中的保護設備進行了定義，當電網出現故障時，保護設備將起到保護該故障區域后端設備不受故障端破壞。 同時可定位故障地點。 其次在模擬培訓中也可以使用其信息。

4）Meas（量測包）

量測包是在拓撲包的基礎上拓展，主要定義了電力系統中的二次設備如何建模，如何量測電壓、電流、功率等

5）LoadModel（負荷模型包）

負荷模型包是在核心包和電線包的基礎上拓展，主要定義了電力系統在運行狀態下，各個電力用電設備的用電量，同時還可以將檢測的負荷電量生成曲線，便于觀察和調度；也可以為用電客戶提供所需信息。

6）Generation（發電包）

發電包有Production 包和Generation-Dynamics 兩個子包組成。主要定義了電力系統中的發電設備模型。 如發電機。 調相機等。

7）Domain（域包）

域包定義了CIM 模型中電力對象模型屬性的所有數據類型，同時也定義了數據類型可以使用的測量單位。 如電壓數據類型是float，測量單位為v 等。

8）SCADA（數據采集監控包）

數據采集與監控包主要定義了電力系統二次設備中如何測量數據以及各個二次設備之間的關系，如電流互感器，電壓互感器等。

4 CIM 模型三個關系簡述

CIM 模型中的各個包都包含有若干個類。 類是客觀事物的抽象，如貓和狗都是動物，因此可將貓和狗抽象為動物類。 運用類的基本思想從而形成面向對象的開發方法。 既然采用了類的基本思想，那就應該用類方法來定義CIM 模型。 同時也應該應用類與類之間的關系，在CIM 模型當中，對象模型之間的關系是通過“普遍化關系”、“關聯關系”以及“聚集關系”體現的，這也是CIM 模型研究的重點，同時也是實現的難點。 下面先對CIM 模型的三大關系進行簡述。

4.1 普遍化關系

普遍化關系實際上就是面向對象中的繼承關系，一個具體的類繼承自一個更普遍的類。 具體的類不但繼承了普遍類的所有屬性外，還定義了自身所具有的屬性。 如電力系統資源類是一個較普遍的類，它包含所有類的共有屬性；設備和設備容器是兩個較具體的類，它們通過普遍化關系從電力系統資源類繼承了其共有屬性，自身又有各自的附加屬性；這樣設備類和設備容器類既有其電力系統資源類的共有屬性，還具有自身的屬性。同過上例可以看出普遍化具有類的繼承特性，是一種比較重要的關系。

4.2 關聯關系

關聯是類在概念上的一種聯系， 關聯更強調的是它有兩個作用，每一個作用都表示了關聯中的一個方向。 如一個導電設備可能有0-n個端點，而一個端點只屬于一個導電設備，也就是說，一個端點只能跟一個導電設備相關聯， 同樣也只能與0 個或者1 個連接節點相關聯，而一個連接節點可能與1-n 個端點相關聯；1 個連接節點只能跟1 個設備容器相關聯，而一個設備容器可以跟0—n 個連接節點相關聯。因此關聯關系也是同一個包或者不同包中的類之間的一種很重要的關系，也是實現對電力系統一次設備的監控和采集的重要部分。

4.3 聚集關系

聚集是關聯的一種特殊情況。 聚集表示一種弱的“擁有關系”，更強調的是類與類之間的整體和部分的關系，整體類包含部分類，而部分類只是整體的一個成員，僅僅是體現包含關系。 如Topologicallsiand（拓撲島）跟TopologicalNode 是聚集關系，1 個TopologicalNode 只能屬于Topologicallsiand， 它是Topologicallsiand 的一部分， 而Topologicall siand 是一個整體類，它可以有任意多個TopologicalNode。

［1］李燦，陳琰，陳春霖.電網企業一體化信息模型設計及其應用[J].華東電力，2009,37（6）：0929-0932.

［2］黃 樂，鄭 圣，趙 舫.IEC61970 及 對EMS、SAS 系 統 的 新 挑 戰[J].浙 江 電 力，2006,2：15-18.