基于CIM的電力調(diào)度綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

楊道馳 何浩

基于CIM的電力調(diào)度綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

裝甲兵學(xué)院通信指揮教研室 ?楊道馳 ?何 ?浩

【摘要】隨著電力系統(tǒng)自身的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷更新，電力系統(tǒng)越來越強(qiáng)調(diào)信息資源的共享。本文在全面分析當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)相關(guān)系統(tǒng)建設(shè)情況和信息化現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，探索電力調(diào)度綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)信息共享與整合。以各應(yīng)用系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享的高效性、可靠性和安全性為重點(diǎn)，提出了綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方案。

【關(guān)鍵詞】調(diào)度綜合數(shù)據(jù)平臺(tái);CIM;數(shù)據(jù)模型

1.當(dāng)前集成平臺(tái)存在的問題

當(dāng)前，電力系統(tǒng)自動(dòng)化趨勢(shì)是各級(jí)主站以EMS/DMS調(diào)度自動(dòng)化為基礎(chǔ)向全局自動(dòng)化發(fā)展，以保證整個(gè)電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)高效地運(yùn)行。然而不同時(shí)期針對(duì)不同業(yè)務(wù)需求而開發(fā)的各種應(yīng)用系統(tǒng)之間并未達(dá)到互聯(lián)互通，造成這些相對(duì)封閉的“自動(dòng)化孤島”之間很難進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其次，這些應(yīng)用系統(tǒng)開放性差，體現(xiàn)在系統(tǒng)隨應(yīng)用發(fā)展的可擴(kuò)展性較差、應(yīng)用系統(tǒng)與支撐平臺(tái)的相容性較差、系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)應(yīng)用接口開放性較差、系統(tǒng)升級(jí)困難。

最后，電力市場(chǎng)條件下，電網(wǎng)將經(jīng)常運(yùn)行在安全極限狀態(tài)以追求最大經(jīng)濟(jì)效益，為確保電網(wǎng)安全，控制中心和各電力公司之間需交換大量信息如電網(wǎng)模型等，電力企業(yè)更加需要一個(gè)既集成優(yōu)化原有各應(yīng)用系統(tǒng)，又能滿足當(dāng)前和未來需求的應(yīng)用集成系統(tǒng)，達(dá)到對(duì)企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)的有效管理，為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2.綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)的框架設(shè)計(jì)

調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)的整合涉及多應(yīng)用系統(tǒng)、多個(gè)專業(yè)和生產(chǎn)廠商，不僅涉及調(diào)度機(jī)構(gòu)已建成的各相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，還將對(duì)今后新建系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響。再者，現(xiàn)有的各電力企業(yè)信息系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境紛繁復(fù)雜，硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存在形式與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也不同，設(shè)計(jì)通用的電力調(diào)度綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)勢(shì)在必行。本文設(shè)計(jì)了支持安全分區(qū)的數(shù)據(jù)共享的多層電力調(diào)度綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)，平臺(tái)設(shè)計(jì)為多層體系結(jié)構(gòu)。如圖1所示。

圖1 電力調(diào)度綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)總體框架

第一層為數(shù)據(jù)層面，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)源之間的交換，達(dá)到數(shù)據(jù)共享的目的。包含數(shù)據(jù)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(yè)制定和推行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，建立生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)平臺(tái)。包含數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)定制等。第三層為應(yīng)用層面，規(guī)范化及整合企業(yè)應(yīng)用，建立工作流模型，提供綜合應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)及全局?jǐn)?shù)據(jù)門戶等模塊。

實(shí)際上，達(dá)到資源整合最主要的部分是實(shí)現(xiàn)基本的異構(gòu)數(shù)據(jù)源的交互，也是該數(shù)據(jù)平臺(tái)的核心問題。在上圖中屬于數(shù)據(jù)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(shù)，配合XML語言，包含數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)定制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)安全交換系統(tǒng)、以及定制的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型、平臺(tái)配置管理工具模塊。

2.2 綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

整個(gè)平臺(tái)框架設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用軟件“即插即用”式的交互式接入，對(duì)新系統(tǒng)和老系統(tǒng)具有相同便利的接入方式，既有繼承性，又有擴(kuò)展性。

（2）實(shí)現(xiàn)了透明數(shù)據(jù)訪問，任何一個(gè)系統(tǒng)接入平臺(tái)后，都可以透明的獲取所需要的數(shù)據(jù)，而不需要知道數(shù)據(jù)源在哪里、數(shù)據(jù)源所在處的操作系統(tǒng)、硬件平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫種類、數(shù)據(jù)表示格式等。

（3）服務(wù)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(dǎo)出/導(dǎo)入構(gòu)件;需要在緊耦合方式下獲取“近實(shí)時(shí)”數(shù)據(jù)，可以配置GDA和HSDA服務(wù)構(gòu)件;需要獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以通過實(shí)時(shí)適配器提供的實(shí)時(shí)接口。多種方式既相互獨(dú)立，又相互補(bǔ)充，可以選擇某一個(gè)，也可以都選，由應(yīng)用需求而定。

（4）可以方便數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有廣泛的適應(yīng)性。系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)由XML/RDF Schema模式文件決定，并且模式文件可由用戶自定義擴(kuò)展。

（5）充分考慮了安全分區(qū)的要求，避免了設(shè)計(jì)漏洞，保障了系統(tǒng)的安全。

3.綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與組織

3.1 基于CIM的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)大多采用關(guān)系或?qū)哟文Ｐ?。為遵循IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)，一些文獻(xiàn)提出關(guān)系、層次、對(duì)象三位一體的數(shù)據(jù)模型，對(duì)同一實(shí)體提供3套訪問接口。就兼容原有應(yīng)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(xiàn)實(shí)的做法，但3種模型的映射會(huì)帶來訪問效率的問題。

CIM模型是基于面向?qū)ο蟮乃枷?，允許定義對(duì)象類，類之間可定義繼承和關(guān)聯(lián)等關(guān)系，其特點(diǎn)是按客觀事物的本來面目描述設(shè)備，具有封裝、重用和多態(tài)等特點(diǎn)，可與面向?qū)ο蟮能浖昝澜Y(jié)合。因此，對(duì)原SCAD系統(tǒng)進(jìn)行封裝即是將原SCADA系統(tǒng)的私有數(shù)據(jù)模型與對(duì)象模型組織的CIM建立映射關(guān)系，建立CIM服務(wù)器，與原系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫通過導(dǎo)入、導(dǎo)出和更新進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。

通用數(shù)據(jù)訪問服務(wù)端的實(shí)現(xiàn)主要依賴于中間件平臺(tái)以及CIM數(shù)據(jù)庫，CIM數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)構(gòu)建得是否合理直接影響到通用數(shù)據(jù)訪問服務(wù)的性能。CIM是元數(shù)據(jù)，遵循CIM意味著其數(shù)據(jù)表示的命名及含義、它的數(shù)據(jù)類型以及它與CIM其它部分的各種關(guān)系，要與CIM相一致。但是遵循CIM并不意味著支持整個(gè)CIM，也不意味著數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)與CIM類圖完全一樣。而且作為一個(gè)抽象的邏輯模型，CIM既可以用關(guān)系數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)，也可以用對(duì)象數(shù)據(jù)庫或者對(duì)象/關(guān)系數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)，CIM的實(shí)現(xiàn)具有充分的彈性。

盡管關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的關(guān)系數(shù)據(jù)模型與CMI的對(duì)象模型在描述方法上不同，但都是對(duì)同一種物理對(duì)象的描述，所以關(guān)系數(shù)據(jù)模型與CIM之間可以建立起良好的映射。

3.2 CIM數(shù)據(jù)字典

類和屬性信息是數(shù)據(jù)字典的主要內(nèi)容。CIM/CIS服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)將直接和間接地需要這些信息。

可構(gòu)建一張表來存儲(chǔ)類和屬性的信息：

Class Resource ID {

ULongLong container;

ULongLong fragment;

}

由兩個(gè)64位的無符號(hào)整型組成。Container包含數(shù)據(jù)供應(yīng)者的信息，也就是對(duì)應(yīng)著URI中域的部分。Fragment是唯一的資源標(biāo)識(shí)。Fragment主要是由兩個(gè)32位的無符號(hào)整型low和high組成。在以上基礎(chǔ)上，做如表1假設(shè)來保證很通暢的查詢資源。

表1 各種資源的數(shù)據(jù)字典定義

資源 low high container

類 類編號(hào) O 類名

屬性 屬性編號(hào) 類編號(hào) 類名+屬性名

記錄 記錄編號(hào) 類編號(hào) 類名+記錄名

圖2 評(píng)價(jià)分析

圖3 對(duì)遺留系統(tǒng)包裝

圖4 改造遺留數(shù)據(jù)庫的邏輯圖

用公共信息模型CIM作為綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)模式，保證了綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)具有良好的開放性。而基于CORBA技術(shù)來包裝此集成系統(tǒng)則提高了軟件的重用率，保護(hù)己有的系統(tǒng)投資，任何第三方接入者可以依據(jù)IEC 61970即刻訪問，實(shí)現(xiàn)信息的全局共享。

3.3 遺留數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的處理

對(duì)遺留系統(tǒng)評(píng)價(jià)的目的是為了獲得對(duì)遺留系統(tǒng)的更好的理解，這是遺留系統(tǒng)進(jìn)化的基礎(chǔ)，是任何遺留系統(tǒng)進(jìn)化項(xiàng)目的起點(diǎn)。這里采用的評(píng)價(jià)方法是對(duì)遺留應(yīng)用的系統(tǒng)技術(shù)水準(zhǔn)、使用價(jià)值和與開發(fā)新系統(tǒng)的代價(jià)等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其結(jié)果作為選擇處理策略的基礎(chǔ)。評(píng)價(jià)方法由一系列活動(dòng)組成，如圖2所示。設(shè)ORH是技術(shù)評(píng)價(jià)值，ORS是使用價(jià)值的評(píng)價(jià)值，ORF是開發(fā)系統(tǒng)的代價(jià)的評(píng)價(jià)值，則遺留應(yīng)用（包括數(shù)據(jù)庫）的評(píng)價(jià)值是ORH+ORS+ORF，如果總體的評(píng)價(jià)值小于一定值時(shí)，就說明沒有必要升級(jí)或是改造該應(yīng)用或是數(shù)據(jù)庫，反之就應(yīng)該采取措施來保證遺留應(yīng)用的再利用。

本文采用對(duì)遺留數(shù)據(jù)庫進(jìn)行包裝構(gòu)建新的模型如圖3所示，包裝實(shí)質(zhì)上就是用一個(gè)軟件來隱藏遺留系統(tǒng)中不需要的復(fù)雜性，輸出一個(gè)現(xiàn)代接口。然后利用CORBA的中間件技術(shù)對(duì)包裝后的遺留數(shù)據(jù)庫進(jìn)行改造，以IEC61970的CIM/CIS為規(guī)范，把遺留數(shù)據(jù)庫進(jìn)行封裝，并提供通用接口供集成系統(tǒng)使用。

3.4 數(shù)據(jù)訪問方式

數(shù)據(jù)平臺(tái)主要提供了三種接口方式，向平臺(tái)內(nèi)各應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，如圖5所示。第一種是基于CIM/XML文件導(dǎo)入/導(dǎo)出方式實(shí)現(xiàn)靜態(tài)文本信息交換。此種接口方式主要是針對(duì)一些靜態(tài)模型數(shù)據(jù)的交換，其他自動(dòng)化系統(tǒng)的電力模型數(shù)據(jù)按CIM標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)入統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)，或者按CIM標(biāo)準(zhǔn)從數(shù)據(jù)平臺(tái)導(dǎo)出電網(wǎng)模型數(shù)據(jù);第二種是遵循CIS組件接口規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)訪問接口，支持以非實(shí)時(shí)、準(zhǔn)實(shí)時(shí)方式來檢索、查詢、訂購(gòu)統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)中數(shù)據(jù)信息;第三種為非標(biāo)準(zhǔn)的私有接口，針對(duì)某些對(duì)實(shí)時(shí)性要求特別高的系統(tǒng)提供高速API訪問接口。除此之外，為了便于進(jìn)行數(shù)據(jù)管理與維護(hù)，平臺(tái)還提供遵循ODBC規(guī)范的普通二維關(guān)系表訪問接口。

圖5 綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)訪問接口

對(duì)于第二種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)訪問接口，內(nèi)部各應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問均遵循IEC61970公共信息模型CIM和組件接口規(guī)范CIS標(biāo)準(zhǔn)。

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作者簡(jiǎn)介：楊道馳（1976—），男，碩士，講師，現(xiàn)供職于裝甲兵學(xué)院，主要研究方向：軍事裝備運(yùn)用、電力系統(tǒng)自動(dòng)化。