基于YNCIM模型的云南電網統一信息模型共享平臺研究

林寶德 黃祖源 田園 劉慶勝

摘 要：為了滿足生產控制系統與信息管理系統間通信的需求，對云南電網統一信息模型共享平臺進行了研究。在對云南電力企業信息化建設現狀進行分析的基礎上，提出了基于YNCIM模型的統一電網信息模型，完成了統一電網信息模型的構建。對主網模型、配網模型和客戶模型進行了詳細闡述，使信息集成和數據共享過程得以有效實現，此外還對基于元對象機制技術的統一電網信息模型管理系統做了進一步介紹，為模型管理的完整一致及科學準確提供了制度和技術層面的支撐，為模型管理系統建設和完善提供參考。

關鍵詞：CIM模型; 統一電網信息模型; 共享平臺; 模型管理

中圖分類號： TP311.13

文獻標志碼： A

Abstract：In order to meet the communication requirements between production control system and information management system， this paper mainly studies the unified information model sharing platform of Yunnan Power Grid. Based on the analysis of the status quo of Yunnan electric power enterprise information construction， this paper proposes a model based on YNCIM. The unified grid information model completes the construction of the unified grid information model， and elaborates on the main network model， distribution network model and customer model， so that the information integration and data sharing process can be effectively realized， in addition to the meta-object based mechanism. The unified grid information model management system of technology is further introduced， which provides institutional and technical support for the complete and consistent model management， and provides reference for the construction and improvement of model management system.

Key words：CIM model; Unified grid information model; Shared platform; Model management

0 引言

隨著我國電力系統的信息化建設水平的不斷完善，部分電力企業根據自身的實際需求已經完成了不同信息管理系統的建立，使電力企業務流程的自動化程度得以顯著提高，進而提升了企業的運行效率。目前由于各廠商所開發的信息系統的開放程度較低，種類越來越多的信息系統促使了不同程度信息孤島現象的形成，在電力企業信息管理發展中，不同應用系統間的數據交換接口難題急需解決，公共信息模型（CIM）應運而生（由國際電工委員會提出），為集成和開放的電力信息系統的構建提供了支撐，對電網統一信息模型進行研究具有重要意義，電網企業信息化成熟應用以統一電網信息模型為基礎和標志。本文主要對基于CIM對云南電網統一信息模型共享平臺的構建路徑進行了研究。

1 現狀分析

不斷擴展的電網規模與業務促使電力企業不斷向信息化、智能化發展和完善，智能電網的發展和完善為電力行業帶來了新的發展機遇，完善和開放的智能電網建設的主要特征在于信息化、自動化和互動化，這就需以技術標準體系作為基礎支撐，目前智能電網的核心標準基于公共信息模型（CIM，包含標準接口規范），CIM涵蓋了全景語義信息，且技術表達形式能夠有效滿足多樣化的需求，廣泛應用于各業務領域環節中，為電力企業建設智能電網提供了強大的技術支撐。作為統一的語義信息模型，公共信息模型在電力的眾多領域（包括主網調度及對配網、生產、資產方面進行管理等）得以廣泛應用。目前國內外對于數據交換信息共享通過使用CIM 模型實現的相關研究雖然較多，但多以生產控制系統間的互操作問題為主，對于數據在控制系統和信息管理系統間的互通問題涉及較少，不斷增長的電力需求使電力系統數據在智能電網各參與者將進行分享和交流的需求不斷提升[1]。

2 統一電網信息模型的構建

2.1 統一電網信息模型功能需求分析

經過近幾年的信息化發展，云南電網目前可劃分為應用集成和數據管理階段，大部分業務雖已應用信息化，但仍存在：（1） 信息系統間的統一、集成化程度較低，各專業領域的信息系統并未形成統一的大系統，普遍存在業務孤立、地域分散的問題。（2） 缺少統一的信息模型及完善的信息化標準體系，導致相關數據在系統間的交換難度較大，不利于電力系統的整合，數據異構和質量在企業決策支持系統中明顯偏低，使系統的應用功效受到嚴重影響，阻礙了軟件產品化的實現。（3） 系統間尚未實現有效互通（尤其是信息管理同生產控制間），根據電力系統安全分區需求，生產控制系統及信息管理系統位于不同的安全區內，導致信息系統存在孤島現象。深入發展的電力信息化對管理信息系統實時信息的獲取需求不斷提高，為使信息集成和數據共享得以有效實現，本文基于云南電網信息系統建設實踐，完成了統一電網信息模型的構建，貫穿發、輸、變、配、用各環節，使管理信息的實時有效互通問題得以解決，并深入探討了模型的設計及管理過程，以從根本上支持業務協同[2]。

2.2 技術標準選擇及構建思路

電網信息模型受到系統建設客觀因素的影響劃分為不同模型且需在不同系統中進行維護：在能量管理系統維護主網模型、在生產管理系統中維護配網模型、在營銷管理系統中維護客戶模型。電網信息模型有效滿足企業信息化需求需對上述模型進行統一，以確保標準及語義一致性的實現，從而使電網模型（通過映射、關聯、轉換建立）的不可靠性問題得以有效解決，為跨系統的業務應用奠定基礎。目前公共信息模型的最新版本為CIM15，涵蓋了電力眾多領域的模型（包括輸變電、配電、電力市場等），支持實時控制系統（包括調度自動化等）及管理信息系統的設計和開發，本文基于 CIM15 版本完成對統一電網信息模型的構建，構建思路以電網企業的業務場景及需求為依據，使生產管理、營銷管理、調度自動化、營配集成應用的成果得以充分吸納，以在云南電網構建唯一準確的“站線變戶”關系作為應用目標，統一電網信息模型在CIM15基礎上剪裁和補充而成，具體如圖 1 所示，涵蓋了客戶、設備、拓撲、量測和地理方面的信息[3]。

2.3 模型設計

本文構建的模型由邏輯模型（屬于領域模型）和物理模型構成，采用面向對象方式描述邏輯模型，有利于應用集成和信息互操作的實現，邏輯模型由六個部分構成，包括系統資源（PSR）、量測資源、設備、客戶、拓撲連接、公共支持，以PSR對象為核心的電網資源包負責對電網的邏輯設備進行描述，資產設備包負責對資產及同邏輯設備的關系進行描述，用電客戶包負責對電網供電與客戶間的關系進行描述，拓撲連接包負責對導電設備間的連接關系進行描述，公共支持包負責提供類及全局數據類型定義（包括組織、位置等供其他包使用）;采用關系模式對物理模型的數據庫（用于存儲模型數據）進行設計，通過關系數據庫技術的充分利用使存儲和備份模型數據得以有效實現，物理模型以實體類、屬性及關系（由邏輯模型定義）為依據實現對應的映射轉化，將面向對象的模式通過數據庫關系模式反映出來。對于關聯關系復雜的對象通過采用一一對應映射特化類模型的方式，完成實體表的建立;對于穩定性較差的資產設備信息模型，通過直接映射抽象類資產模型完成實體表的建立;資產特化類模型為滿足擴展需求，統一以資產實體及技術參數實體表存儲[3]。

3 統一電網信息模型的管理

3.1 模型管理體系

統一電網信息模型需動態維護，為確保一致性和正確性，建立網省兩級模型管理體系，包括4個環節：（1） 當需變更模型時（包括新增、修改、刪除等），由管理體系內的模型需求人員提前準備好申請材料后，根據初步匯總和整理的申請內容提出相應申請，通過系統平臺提交同一批變更申請。（2） 針對不同的處理流程（新增、修改、刪除等），對已提交的申請由同級模型管理專員完成專業評判過程，根據具體流程單獨定制設定和分析機制。（3） 接下來由同級審批人員處理完成分析后的變更內容，對已通過影響分析的申請由模型管理負責人完成專業評判過程，網級申請由網公司審批人員處理，由省公司和網公司審批人員對省級申請進行依次處理。（4） 對通過審批的申請由網公司模型管理專員在各級通告欄里展示完成通告的發布及展示，并向申請涉及的人員自動發送消息和郵件[4]。

3.2 基于元對象機制的模型管理

元數據的用途在于幫助數據生產單位對數據進行有效管理和維護，實現數據的查詢、交換和共享過程。電網企業建立針對不同業務領域的元數據標準，以滿足相應需求，作為核心語義模型，以XML文件為載體的統一電網信息模型借助包括XML Schema、OWL等在內的本體描述語言，為元數據標準建立映射轉換關系提供了便利，對統一電網信息模型的變更則通過本體元數據的擴展實現，使信息資源的集成共享得以實現。模型管理的基本原理為：將統一電網信息模型（RDF/XML 格式）通過元對象機制（MOF）技術實現內存CIM元模型的形成，在內存中載入MOF/CIM元模型實現與數據庫間同步機制的建立，具體如圖2 所示。CIM元數據模型根據OMG定義屬于M1模型層，而元模型（通過MOF技術構建）在模型管理系統中屬于M2 層，抽象層次比CIM 模型層更高。而CIM元模型（位于MOF內存中）能夠對M1層CIM模型進行完全描述（包括各組成類、屬性及其關系），統一電網信息模型各種元素通過MOF/CIM 元模型進行完整描述（在內存中），在 MOF/CIM 基礎上構建了對象池模型，并以該對象池為橋梁完成數據庫同RDF/XML間同步機制的建立。在MOF/CIM內存庫上即可建立模型管理及應用功能，數據層、業務邏輯層和表現層則通過采用模型-視圖-控制器模式完成設計[5]。

3.3 模型管理體系

模型管理由元數據、邏輯模型及物理模型方面的管理構成，由統一電網信息模型管理系統實現數據模型的管理，如圖3所示，提供多項功能（包括模型版本管理、導入/導出、比對、發布等）：

（1） 模型維護和建立，系統提供圖形導入及新建模型的相應編輯功能。

（2） 全模型版本管理，模型管理以基礎模型為核心，以各種不同的應用為依據管理系統能夠提供不同特點的模型，并根據模型的變化情況實現不同模型版本（包括對應的圖形和斷面數據）的形成及保存，不斷完善模型種類滿足各類模型需求。（3） 模型驗證，模型管理系統以CIM 標準和 RDF 語法為遵循，保證CIM /XML 格式及模型參數的準確，使用狀態估計、參數識別等技術完成模型驗證，以確保全模型的準確性、完整性。（4） 模型發布和同步，提供同步功能，確保模型的更新和完整，提供模型服務功能[6]。

4 總結

通過統一電網信息模型的構建，以實現描述全景電網視圖的功能是目前電力行業的研究重點，為滿足生產控制系統同信息管理系統間的通信需求，本文主要對云南電網統一信息模型共享平臺進行了研究，在對云南電力企業信息化建設現狀進行分析的基礎上，提出了基于YNCIM模型的從發電廠到低壓用戶的統一電網信息模型，完成了統一電網信息模型庫的構建并建立了模型管理體系，涵蓋了客戶、設備、拓撲、量測、地理方面的信息，并對主網模型、配網模型和客戶模型進行了詳細闡述，使信息集成和數據共享過程得以有效實現，此外還對基于元對象機制技術的統一電網信息模型管理系統做了進一步介紹，使電網信息模型的數據質量得以顯著提升，提高了系統間信息集成和數據共享的質量和效率。

參考文獻

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（收稿日期： 2019.01.09）