基于 IEC 61968 國際標(biāo)準(zhǔn)的智能電網(wǎng)信息集成

顧建煒，周志芳，邵學(xué)儉

（杭州市電力局， 杭州 310009）

浙江省電力學(xué)會(huì)供電專委會(huì)專欄

基于 IEC 61968 國際標(biāo)準(zhǔn)的智能電網(wǎng)信息集成

顧建煒，周志芳，邵學(xué)儉

（杭州市電力局， 杭州 310009）

研 究 了 國 際 上 在 智 能 電 網(wǎng) 信 息 集 成 方 面 的 技 術(shù) 發(fā) 展 和 前 景 ， 分 析 了 IEC 61968 標(biāo) 準(zhǔn) 和 消 息 的研 究 成 果 和 實(shí) 現(xiàn) 方 法 。 探 討 杭 州 電 力 局 配 電 管 理 系 統(tǒng) （DMS）在 智 能 電 網(wǎng) 建 設(shè) 中 采 用 IEC 61968標(biāo) 準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息總線傳遞標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)接口的集成需求，并通過地理信息系統(tǒng)（GIS）供電范圍查詢服務(wù)進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證。

智 能電網(wǎng) ； IEC 61968； 信 息集 成； CIM

智能電網(wǎng)的概念由美國首先提出，是對未來電網(wǎng)發(fā)展方向的規(guī)劃，目標(biāo)是將現(xiàn)代信息技術(shù)、通信技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)和原有的輸/配電基礎(chǔ)設(shè)施高度集成，發(fā)展成具有提高能源效率、減少對環(huán)境影響、增強(qiáng)供電安全性和可靠性、降低傳輸電能損耗的綠色先進(jìn)電網(wǎng)。雖然國際上對智能電網(wǎng)的各方面展開了廣泛的研究，但是還沒有形成統(tǒng)一的定義和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因此不同國家的電網(wǎng)企業(yè)和組織都在以自己的方式和理解對智能電網(wǎng)進(jìn)行研究和實(shí)踐。我國建設(shè)的智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展為目標(biāo)，以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的國際領(lǐng)先的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，但是還處在研究和試點(diǎn)的初級(jí)階段。杭州市電力局以建設(shè)智能配電網(wǎng)項(xiàng)目試點(diǎn)基地為契機(jī)，積極開展智能電網(wǎng)信息集成相關(guān)的研究和實(shí)踐工作， 本文則主要闡述基于 IEC 61968國際標(biāo)準(zhǔn)的電力企業(yè)信息系統(tǒng)集成的實(shí)現(xiàn)。

1 智能電網(wǎng)信息集成

從功能上講，智能電網(wǎng)應(yīng)具有“自愈、兼容、優(yōu)化、互動(dòng)、集成”五大特征，覆蓋電力生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)全過程和全業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)電力流、資金流、信息流高度整合與協(xié)同運(yùn)作。而信息集成則是實(shí)現(xiàn)“自愈、 兼容、 優(yōu)化、 互動(dòng)”的基礎(chǔ)。

與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)的信息集成應(yīng)解決目前電力企業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部存在多個(gè)信息孤島、缺乏信息共享的弱點(diǎn)。在局部的自動(dòng)化程度不斷提高的同時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)化各級(jí)電網(wǎng)控制，構(gòu)建松散耦合的柔性體系架構(gòu)，使得系統(tǒng)中多個(gè)割裂、局部、孤立的自動(dòng)化系統(tǒng)與企業(yè)生產(chǎn)管理和運(yùn)營系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)實(shí)時(shí)的有機(jī)統(tǒng)一整體。

國際上已經(jīng)在實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的信息集成方面開展了大量不同應(yīng)用層面的標(biāo)準(zhǔn)制定和工程實(shí)踐： 國際電工委員會(huì)（IEC）制定的電力企業(yè)應(yīng)用集成的 IEC 61968 標(biāo)準(zhǔn)、 基于能量管理系統(tǒng)應(yīng)用接口的 IEC 61970 標(biāo)準(zhǔn)、 用于變電站網(wǎng)絡(luò)通信和系統(tǒng)的 IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)、 描述風(fēng)力發(fā)電模型的IEC 61400-25 標(biāo)準(zhǔn)、 水力發(fā)電模型 IEC 62349 標(biāo)準(zhǔn)、 執(zhí)行控制中心間通信規(guī)約的 IEC 60870、 信息總線通信安全的 IEC 62351 標(biāo)準(zhǔn)、 客戶信息系統(tǒng)（CIS）推 薦信息 模型 IEC 62056 標(biāo)準(zhǔn)、 用 于營銷系統(tǒng)（ERP）的 IEC 62325 標(biāo)準(zhǔn)等； 美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）也根據(jù)清潔能源的發(fā)展和廣泛應(yīng)用推出了分布式電源（DER）信息模型IEEE 1547 標(biāo)準(zhǔn)、 考慮智能電網(wǎng)信息融合和互操作的 IEEE P2030 等。

如此眾多的標(biāo)準(zhǔn)以及分散在各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中的定制信息模型，必將形成從電力企業(yè)全局高度實(shí)現(xiàn)信息集成的瓶頸。 為此， IEC TC57 專門成立了 WG 19工作組，以研究不同模型之間的互操作和兼容問題， 例如 IEC 61968/61970 的公共信息模型（CIM）與 IEC 61850-7 的設(shè)備邏輯節(jié)點(diǎn)模型的交互， 與 IEC 61850-6 配置信息的交互等。現(xiàn)有的信息標(biāo)準(zhǔn)也必將隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展而不斷更新。

2 IEC 61968 標(biāo)準(zhǔn)和消息

隨著配電管理系統(tǒng)（DMS）功能的不斷發(fā)展和外延不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的由一個(gè)特定供應(yīng)商提供DMS所有功能的實(shí)現(xiàn)模式變得越來越不現(xiàn)實(shí)，用戶迫切希望 DMS是由不同的應(yīng)用子系統(tǒng)，特別是不同廠商的應(yīng)用子系統(tǒng)以某種規(guī)范的方式簡潔地集成在一起，實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用間的數(shù)據(jù)交換和共享，以減少數(shù)據(jù)維護(hù)工作量，降低 DMS系統(tǒng)建設(shè)的總成本。

在這種背景下， IEC TC57WG14 工作組提出了 IEC 61968 標(biāo)準(zhǔn)用于規(guī)范 DMS 應(yīng)用功能的集成。 IEC 61968 標(biāo)準(zhǔn)涉及 DMS 總體架構(gòu)體系模型、數(shù)據(jù)模型、功能設(shè)計(jì)和子系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)方法,傾向于促進(jìn)支持電網(wǎng)管理的多種分布式軟件應(yīng)用的系統(tǒng)集成。 企業(yè)需要連接已建成的或新的（遺留或購買的）不同應(yīng)用時(shí)，這些應(yīng)用可由不同的運(yùn)行環(huán)境支持。

IEC 61968 標(biāo)準(zhǔn)注重于不同應(yīng)用模塊的交互而不是系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，所以并未定義某一模塊的具體實(shí)現(xiàn)方式和細(xì)節(jié)，也未定義 DMS系統(tǒng)應(yīng)由哪些執(zhí)行模塊組成，而是從整體業(yè)務(wù)功能上將DMS 系統(tǒng) 分為 幾個(gè) 抽 象 應(yīng)用 組件（component），并對各個(gè)組件的接口規(guī)范進(jìn)行定義。 圖1 為 IEC 61968 抽象業(yè)務(wù)組件示意。

IEC 61968 CIM 公共信息模型是電力企業(yè)信息一體化中應(yīng)用集成的重要工具，以統(tǒng)一建模語言（UML）為基礎(chǔ)， 包括公用類、 屬性、 關(guān)系等，其類（Class）及對象（Object）是抽象的， 可 應(yīng) 用 于許多電力系統(tǒng)，它是邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的靈魂，并在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展定義數(shù)據(jù)交換模型。 CIM 信息模型定義了信息交換內(nèi)容的語義，是整個(gè)協(xié)議框架的基礎(chǔ)和核心。

圖1 IEC 61968 抽象業(yè)務(wù)組件

信息集成需要用企業(yè)集成總線將不同的服務(wù)、組件或應(yīng)用連接起來， 傳統(tǒng)的企業(yè)應(yīng)用集成（EAI）往往使用公共對象請求代理體系結(jié)構(gòu)（CORBA）和組件對象模型（COM）等組件化技術(shù)進(jìn)行分布式、跨平臺(tái)的程序交互，系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較復(fù)雜，組件的連接協(xié)議是私有的、非標(biāo)準(zhǔn)的，存在系統(tǒng)靈活性差、投入成本巨大、新系統(tǒng)無法快速部署等問題，不能很好地滿足企業(yè)集成的需求。

在這種背景下， 面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（SOA）將應(yīng)用系統(tǒng)抽象成一個(gè)個(gè)粗粒度的服務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)接口、松耦合服務(wù)架構(gòu)。使用面向服務(wù)的企業(yè)服務(wù)總線（ESB）平臺(tái)集成遺留 IT 系統(tǒng)， 將系統(tǒng)服務(wù)化， 通過服務(wù)組合的方式復(fù)用企業(yè) IT 資產(chǎn)，對于新開發(fā)的信息系統(tǒng)，采用插接方式進(jìn)行快速部署，縮短了投資回報(bào)周期，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性、靈活性和擴(kuò)展性。

由于 IEC 61968 的側(cè)重點(diǎn)在于應(yīng)用間的信息交換，借鑒電子商務(wù)和工作流的思想定義了主要電網(wǎng)系統(tǒng)的交互，即通過系統(tǒng)間交換標(biāo)準(zhǔn)“文檔”完成業(yè)務(wù)功能， 因此 SOA 的思想可與 IEC 61968相結(jié)合后應(yīng)用于電力企業(yè)中。

ESB 是用來整合應(yīng)用和服務(wù)的一個(gè)靈活的基礎(chǔ)架構(gòu)， 而構(gòu)建服務(wù)是 SOA 環(huán)境的首要工作， 服務(wù)抽象則應(yīng)從戰(zhàn)略上對企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行分析。用簡單的、跨越多個(gè)業(yè)務(wù)單元的不可知服務(wù)來實(shí)現(xiàn)單一的核心過程，力求服務(wù)構(gòu)件內(nèi)部的服務(wù)性能盡可能高。對于遺留系統(tǒng)，可以通過自下而上分離業(yè)務(wù)、分離服務(wù)，找出現(xiàn)有系統(tǒng)中能作為服務(wù)公開以支持這個(gè)過程的功能；對于新建系統(tǒng)，則堅(jiān)持按照 SOA 的企業(yè)規(guī)劃實(shí)施， 自上而下找出支持單一核心過程所需的服務(wù)。

IEC 61968 系列標(biāo)準(zhǔn)的第 1 部分定義了服務(wù)抽象，第 3-10 部分定義了應(yīng)用間的消息交換，涵蓋了所確定的業(yè)務(wù)功能，使用了用例和活動(dòng)圖來說明接口間的信息交換。對各個(gè)信息交換需求特別定義了消息類型，有如下規(guī)定：消息類型可由不同的協(xié)議實(shí)現(xiàn)， 一個(gè)消息類型是基于 CIM 的規(guī)范數(shù)據(jù)模型，使用可擴(kuò)展標(biāo)記語言模式（XSD）定義消息類型。服務(wù)定義涉及的主要工作有業(yè)務(wù)流程建模、 公共信息模型（CIM）擴(kuò)展和定義消息模型， 最終完成 Web 服務(wù)描述語言（WSDL）。 其中業(yè)務(wù)流程建模包括應(yīng)用級(jí)的業(yè)務(wù)過程模型和企業(yè)級(jí)的業(yè)務(wù)過程模型，形成用例與順序圖。在模型驅(qū)動(dòng)工具中根據(jù)順序圖和集成場景， 對 CIM進(jìn)行必要的擴(kuò)展， 并以 CIM 為公共語義模型， 涉及消息交換模型， 定義消息載荷 XSD 文件， 基于Web Services 完成服務(wù)定義。

3 IEC 61968 研究與實(shí)踐

電力企業(yè)的數(shù)據(jù)是非常重要的資源，在對數(shù)據(jù)資源實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理后，對其進(jìn)一步利用和維護(hù)將更為重要。杭州市電力局配電管理系統(tǒng)經(jīng)過多年的建設(shè)與發(fā)展，積累了豐富的實(shí)施開發(fā)經(jīng)驗(yàn)以及相對完善的基礎(chǔ)電網(wǎng)數(shù)據(jù)， 形成了以 GIS 為基礎(chǔ)資料的信息維護(hù)與更新模式。 在DMS建設(shè)過程中，逐步開發(fā)了相應(yīng)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

隨著信息量及業(yè)務(wù)功能的增加，現(xiàn)有系統(tǒng)的弊端逐步凸現(xiàn)，如配電網(wǎng)信息模型不統(tǒng)一、異構(gòu)的集成架構(gòu)、信息編碼不一致等，從而造成數(shù)據(jù)的重復(fù)維護(hù)、信息無法充分共享以及業(yè)務(wù)流程處理過于復(fù)雜等相關(guān)問題，也將成為今后配電管理系統(tǒng)進(jìn)一步深化應(yīng)用的瓶頸。

為了進(jìn)一步深化配電管理系統(tǒng)應(yīng)用、提高配電網(wǎng)管理水平，適應(yīng)未來智能電網(wǎng)的發(fā)展要求，有必要在杭州市電力局已經(jīng)建設(shè)并運(yùn)行的信息集成平臺(tái)基礎(chǔ)上， 進(jìn)行基于 IEC 61968 的配電管理系統(tǒng)模型及架構(gòu)體系研究， 結(jié)合 CIM 和消息傳遞機(jī)制的最新研究成果，建立適應(yīng)杭州市電力局的配電管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)模型及架構(gòu)體系，為配電管理系統(tǒng)的進(jìn)一步深化應(yīng)用和開發(fā)提供總體規(guī)劃目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)信息一體化應(yīng)用管理，從而提升整個(gè)配電網(wǎng)的管理水平，提高杭州市電力局的總體服務(wù)水平。

杭州市電力局在將 IEC 61968 國際標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用到實(shí)際智能配電網(wǎng)建設(shè)過程中，建立了 SOA 架構(gòu)的信息集成總線。 遵循 IEC 61968 國際標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)建設(shè)理念，結(jié)合電力系統(tǒng)二次安防要求和實(shí)際情況， 在總線上集成了地理信息系統(tǒng)（GIS）、配電調(diào)度系統(tǒng)（DSCADA）、 調(diào)度 SCADA 系統(tǒng)和配電工作管理（DJM）等多個(gè)異構(gòu)系統(tǒng)。 圖2 是基于IEC 61968 總線系統(tǒng)的架構(gòu)示意。

為了實(shí)現(xiàn)圖2 所示的信息架構(gòu)，實(shí)現(xiàn) GIS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的“源端唯一、 全局共享”， 就需要把私有模型的 GIS 轉(zhuǎn)換為 IEC 61968 的公共模型，實(shí)現(xiàn)GIS 數(shù)據(jù)的共享。

由 于 GIS 采 用 的 建 模 方 法 與 CIM 采 用 的UML 方法有較大差異， 因此 GIS 的服務(wù)實(shí)現(xiàn)取決于基于 IEC 61968 消息總線上的集成， 必須在服務(wù)接口上對 CIM 作數(shù)據(jù)模型的差異化分析， 滿足相關(guān)類和屬性的一一對應(yīng)關(guān)系。 例如， 將 GIS 內(nèi)部定義的開關(guān)類（Switch）映射到 CIM 中與開關(guān)相關(guān)的類中。

一般情況下， GIS 模型與 CIM 模型都存在相互不對稱的情況， 即 GIS 模型中的類和屬性在CIM 中沒有定義， CIM 模型中規(guī)定的內(nèi)容在 GIS模型中也暫時(shí)還未考慮。因此，在對雙方差異化分析的同時(shí)， 需在 CIM 模型中擴(kuò)展一部分 GIS 模型， 進(jìn)而依賴此擴(kuò)展模型生成與 IEC 61968 標(biāo)準(zhǔn)相兼容的擴(kuò)展消息，實(shí)現(xiàn)在集成總線上傳輸標(biāo)準(zhǔn)格式的擴(kuò)展數(shù)據(jù)。

4 擴(kuò)展消息實(shí)例

在圖2 的總體框架下，選擇 GIS 系統(tǒng)應(yīng)用場景中供電范圍查詢作為 IEC 61968 的應(yīng)用集成驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn) GIS 提供的根據(jù)選定的開關(guān)沿供電線路向下搜索至線路末端上所有設(shè)備拓?fù)涞墓δ芊?wù)。供電范圍查詢由選定的線路中某個(gè)開關(guān)作為拓?fù)浞治龇?wù)的觸發(fā)點(diǎn)， 由 GIS 返回該開關(guān)設(shè)備的 ID 以確認(rèn)該設(shè)備的存在。進(jìn)而，拓?fù)浞治龇?wù)向 GIS 的供電范圍查詢服務(wù)請求該開關(guān)所在線路沿供電路徑向下所有設(shè)備的拓?fù)湫畔?，?jīng)分析后在界面上顯示結(jié)果。

圖3 為供電范圍查詢消息流程。 在 GIS 與拓?fù)浞治龇?wù)之間實(shí)現(xiàn)了兩次消息的應(yīng)答，這些消息均采用 IEC 61968-1 中所定義的相應(yīng)動(dòng)詞和IEC 61968-3 中 定義的 NetworkDataSet消息體 格式，接口雙方均實(shí)現(xiàn)了消息與分析程序間基于XML 的序列化和解析， 準(zhǔn)確地傳遞了由 GIS 系統(tǒng)解釋、查詢和生成的供第三方應(yīng)用分析軟件需求的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了在異構(gòu)平臺(tái)上的信息集成。

5 結(jié)語

杭州市電力局在建設(shè)智能配電網(wǎng)試點(diǎn)項(xiàng)目基礎(chǔ) 上， 引入國 際 標(biāo)準(zhǔn) IEC 61968， 分 析了當(dāng) 前DMS中各系統(tǒng)的現(xiàn)狀， 在集成的總體框架下，利用 IEC 61968 消息傳遞機(jī)制和標(biāo)準(zhǔn)接口服務(wù)，在企業(yè)信息總線上實(shí)現(xiàn)了 GIS 供電范圍查詢服務(wù)，驗(yàn)證了采用 IEC 61968 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)信息集成的技術(shù)可行性， 為下一階段全面實(shí)現(xiàn)基于 IEC 61968 的松耦合電力企業(yè)信息集成提供了可行的技術(shù)依據(jù)。

圖2 基于 IEC 61968 總線系統(tǒng)架構(gòu)

圖3 供電范圍查詢場景

[1]廖懷慶，劉東，黃玉輝，等.基于大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的智能電 網(wǎng) 兼 容 性 研 究[J].電 力 系 統(tǒng) 自 動(dòng) 化 ，2010，34（2）∶15-19.

[2]陸一鳴，劉東，柳勁松，等.智能配電網(wǎng)信息集成需求及模 型 分 析[J].電 力 系 統(tǒng) 自 動(dòng) 化 ，2010，34（8）∶1-4.

[3]肖 世 杰.構(gòu) 建 中 國 智 能 電 網(wǎng) 技 術(shù) 思 考[J].電 力 系 統(tǒng) 自 動(dòng)化，2009，33（9）∶1-4.

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（本文編輯：龔 皓）

Information Integration for Smart Grid Based on IEC 61968 International Standard

GU Jian-wei， ZHOU Zhi-fang， SHAO Xue-jian
（Hangzhou Municipal Electric Power Bureau， Hangzhou 310009， China）

This paper studies the international technical development and prospect of information integration for smart grid， analyzes the research findings and implementation methods of IEC 61968 standard and message.The integration of enterprise information bus delivery standard service interface is explored during smart grid construction by means of IEC 61968 standard for distribution management system （DMS） in Hangzhou Municipal Electric Power Bureau.And the technical verification is carried out through the inquiry service of power supply range in the geographic information system （GIS）.

smartgrid； IEC 61968； information integration； common informationmodel （CIM）

TP391

：A

：1007-1881（2011）04-0030-05

2010-12-12

顧建煒（1976-）， 男， 浙江杭州人， 高級(jí)工程師，從事配電自動(dòng)化及電力信息系統(tǒng)研究與建設(shè)工作。