基于IEC61970的CIM模型映射技術(shù)研究

劉吉財(cái)+劉志永+韓學(xué)軍

摘 要 當(dāng)前很多電力企業(yè)都是利用自身的技術(shù)開發(fā)不同的應(yīng)用系統(tǒng)，這些不同時(shí)期、不同技術(shù)開發(fā)的系統(tǒng)所構(gòu)成的數(shù)據(jù)中心控制平臺，對電力對象的不同設(shè)計(jì)導(dǎo)致出現(xiàn)電力信息模型私有、訪問接口私有、互操作性差等“信息孤島”問題。本文是將重慶新世紀(jì)電氣有限公司開發(fā)的電力自動化監(jiān)控系統(tǒng)軟件（P7000G）進(jìn)行組件化的封裝，保留原系統(tǒng)的功能，而將獲取的電力對象映射為基于IEC61970的CIM模型。

關(guān)鍵詞 IEC61970；信息孤島；CIM模型

中圖分類號 TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）06-0050-02

隨著電力工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和軟件工程技術(shù)的革新，電力自動化系統(tǒng)的各種應(yīng)用不斷出現(xiàn)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通信接口不統(tǒng)一的問題不斷出現(xiàn)，這樣使得各個(gè)電力應(yīng)用系統(tǒng)之間難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的互聯(lián)。基于IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的公共信息模型CIM模型的提出為解決上述問題提供了理論基礎(chǔ)。

本文主要是將私有系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為公共信息模型，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間電力對象模型的互相轉(zhuǎn)換。

1 公共信息模型（CIM）的介紹

公共信息模型（CIM）模型是IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的核心部分，它應(yīng)用編程語言中面向?qū)ο蟮乃枷朊枋隽怂须娏?yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對象，如開關(guān)、變壓器等電力對象，描述覆蓋了發(fā)電領(lǐng)域、輸電領(lǐng)域、配電領(lǐng)域等電力行業(yè)。針對每個(gè)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)對象，應(yīng)用編程語言C++中類的概念進(jìn)行定義，把定義好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型對應(yīng)到CIM模型中，根據(jù)CIM模型對該數(shù)據(jù)對象類的定義，實(shí)現(xiàn)對電力應(yīng)用系統(tǒng)中電力對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。通過這種方法定義的電力數(shù)據(jù)對象模型就是標(biāo)準(zhǔn)的CIM模型。

在公共信息模型當(dāng)中，每個(gè)電力對象模型之間的關(guān)系可以分為3類：第一類關(guān)系是“普遍化關(guān)系”，普遍化關(guān)系實(shí)際上在編程思路里叫繼承關(guān)系，一個(gè)普遍的類繼承一個(gè)抽象的類；第二類是關(guān)聯(lián)關(guān)系，關(guān)聯(lián)關(guān)系有兩個(gè)作用，每一個(gè)作用都表示關(guān)聯(lián)了一個(gè)對象；聚集是關(guān)聯(lián)的一種特例。但是聚集關(guān)系更強(qiáng)調(diào)的是整體和部分的關(guān)系，整體結(jié)構(gòu)有部分結(jié)構(gòu)組成，部分結(jié)構(gòu)只是整體結(jié)構(gòu)的一部分，而不是從整體結(jié)構(gòu)中繼承而來。

2 公共信息模型（CIM）的映射方法

圖1主要有私有電力系統(tǒng)及SCADA系統(tǒng)為例來描述公共信息模型映射方法，實(shí)現(xiàn)方法主要有兩部分，原有SCADA系統(tǒng)和公共信息模型，原有SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型是設(shè)計(jì)人員自己定義的。因此，原有SCADA系統(tǒng)和公共信息模型的數(shù)據(jù)模型的一致性，就需要對他們進(jìn)行轉(zhuǎn)換，基于IEC61970的公共信息模型CIM模型是國際標(biāo)準(zhǔn)定義的數(shù)據(jù)模型，因此，具有通用性，通過把私有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為IEC61970標(biāo)準(zhǔn)定義的公共信息模型。

本文是通過在SCADA系統(tǒng)中將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)信息生成，SCHEMAL文檔，XSL文檔和XML文檔，XSL文檔記錄了兩者數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的中間轉(zhuǎn)換過程。最后通過讀取XML文檔解析后轉(zhuǎn)換為公共信息模型。2.1 設(shè)備模型的映射方法

設(shè)備模型是針對一次設(shè)備建立的CIM模型。在CIM模型的描述中電力系統(tǒng)資源類描述的是電力監(jiān)控系統(tǒng)中的具體電力對象，例如一個(gè)開關(guān)設(shè)備。因此，在映射的過程中首先要讀取原有SCADA系統(tǒng)中的XML文件，獲取設(shè)備信息。具體配置如圖2所示。

1）在CIM模型中，間隔類，電壓等級類都是設(shè)備容器的派生類，因此，在映射過程中設(shè)計(jì)變電站的模型類型確定為設(shè)備容器類。按照這種方法，就可以形成公共信息模型。

2）一次設(shè)備模型的設(shè)計(jì)需要按照設(shè)備所屬的設(shè)備類型建立映射對象，例如在私有SCADA系統(tǒng)中定義的導(dǎo)電設(shè)備，則在映射過程中通過讀取XML文件接口，把讀取的設(shè)備信息經(jīng)過判斷后映射為對應(yīng)的CIM模型，這樣就實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的公共信息模型的映射。同理其他的一次設(shè)備的映射方法同樣采用這種方法即可。3）每個(gè)電力對象映射完成后，形成統(tǒng)一的CIM模型，每個(gè)模型的屬性信息以及動態(tài)屬性需要關(guān)聯(lián)原有SCADA系統(tǒng)的測控設(shè)備，這樣就可以完全的映射關(guān)系。

在CIM模型標(biāo)準(zhǔn)體系中電力設(shè)備分為導(dǎo)電設(shè)備和非導(dǎo)電設(shè)備兩大類，導(dǎo)電設(shè)備和非導(dǎo)電設(shè)備都是有Core包的Equipment類派生類同時(shí)也是PowerSystemResource類的派生類，故各個(gè)電力設(shè)備都繼承了大量來自基類的屬性。

2.2 XML文件中設(shè)備命名規(guī)范

IEC61970標(biāo)準(zhǔn)中定義了基類的命名規(guī)范，本文把基類規(guī)定了命名規(guī)范中6種不同用途的名字，它們從不同應(yīng)用角度描述每個(gè)電力對象。表1記錄了這6種名字的詳細(xì)內(nèi)容。

2.3 XML文件中設(shè)備類型的區(qū)分規(guī)則

在CIM模型中都對每個(gè)具體的電力對象都進(jìn)行了抽象，使得不同的電力對象屬于不同的類型，但是在私有SCADA系統(tǒng)中的電力設(shè)備對象沒有定義其設(shè)備的類型，因此在模型轉(zhuǎn)換時(shí)需要設(shè)定設(shè)備類型選項(xiàng)供用戶選擇。綜上分析，可以知道當(dāng)建立一個(gè)變壓器對象時(shí)是需要與繞組、散熱片以及分接頭對象關(guān)聯(lián)，為建立這些對象時(shí)方便將它們互相關(guān)聯(lián)起來。

2.4 設(shè)備容器區(qū)分規(guī)則

在公共信息模型中，通過設(shè)備容器類來定位或者區(qū)分設(shè)備屬于哪個(gè)區(qū)域或者位置，如間隔類可能通過斷路器物理的將母線分為幾個(gè)部分。每個(gè)間隔電壓等級可能不一樣，但是它們同時(shí)也可能屬于同一個(gè)變電站。當(dāng)用戶選擇一個(gè)新建對象時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)新建對象的類型，將其可能的容器資源羅列出來供選擇。

2.5 保護(hù)單元區(qū)分規(guī)則

保護(hù)單元區(qū)分的目的是與原系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)對接。經(jīng)過前面命名規(guī)則、設(shè)備類型規(guī)則以及設(shè)備容器規(guī)則的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成了電力設(shè)備本身的所有關(guān)系的確定，唯一不能確定的就是與每個(gè)設(shè)備對象相關(guān)聯(lián)的保護(hù)單元的定位。設(shè)計(jì)保護(hù)單元區(qū)分規(guī)則的目的是為獲取到設(shè)備對象的量測信息，量測信息是指原有SCADA系統(tǒng)從現(xiàn)場保護(hù)設(shè)備中的接收到的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過解析后值。雖然CIM服務(wù)器和原有SCADA系統(tǒng)采用不同方式構(gòu)建了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是可以共享的。

3 CIM模型的導(dǎo)出設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1）在電力系統(tǒng)原配置模塊中通過讀取的私有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，建立XML文檔和SCHEMAL文檔，目的是用于實(shí)現(xiàn)中間轉(zhuǎn)換介質(zhì)XSL文件和給外部異構(gòu)系統(tǒng)提供文件格式；同時(shí)在CIM模型映射模塊中同樣建立具有IEC61970標(biāo)準(zhǔn)定義下的CIM模型框架的XML文檔和SCHMEAL文檔，目的用于實(shí)現(xiàn)中間轉(zhuǎn)換介質(zhì)XSL文件和給我外部異構(gòu)系統(tǒng)提供文件格式，值得注意的是在CIM映射模塊中，也可以在程序內(nèi)部之間實(shí)現(xiàn)其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，最終可實(shí)現(xiàn)CIM模型標(biāo)準(zhǔn)映射結(jié)構(gòu)。

2）對形成的XML文檔，SCHEMAL文檔的校驗(yàn)。主要分為兩個(gè)方面，一是對XML文檔格式和SCHEMAL文檔格式的校驗(yàn)，二是對XML文檔和SCHEAML文檔內(nèi)容的校驗(yàn)；對文檔格式的校驗(yàn)主要參考基于DOM的文檔格式定義，進(jìn)行校驗(yàn)，也可用XML解析軟件進(jìn)行校驗(yàn)，文檔內(nèi)容的校驗(yàn)主要是有針對私有SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容進(jìn)行校驗(yàn)，參考的標(biāo)準(zhǔn)為P8000數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；針對CIM模型映射的進(jìn)行校驗(yàn)，參考的標(biāo)準(zhǔn)為IEC61970的301部分及CIM模型。

3）轉(zhuǎn)換為XSL文件，XSL文件也叫XSLT文件也被稱為“可擴(kuò)展樣式表語言”，是一種將XML文檔轉(zhuǎn)換為其他文檔形式的技術(shù)，XSLT文檔本質(zhì)上記錄了一個(gè)包含一堆標(biāo)記的XML文檔，要實(shí)現(xiàn)XML文檔的轉(zhuǎn)換，就需要一個(gè)程序來解析XSLT文檔中描述的規(guī)則，并執(zhí)行相應(yīng)的命令，并輸出內(nèi)容，因此需要一個(gè)XSL處理器。當(dāng)前我們形成了兩個(gè)XML文檔，一個(gè)是基于私有SCADA系統(tǒng)的XML文檔，一個(gè)是基于IEC61970的CIM抽象模型的映射的文檔，分別對其去形成XSL文檔，經(jīng)過對比，進(jìn)行校驗(yàn)和修改，最終形成一個(gè)具有通用轉(zhuǎn)換能力的XSL文檔，作為私有系統(tǒng)和CIM模型映射的XML文檔的轉(zhuǎn)換中間介質(zhì)。

4）形成統(tǒng)一的XSL文件后，就為CIM模型映射的通用性打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)私有系統(tǒng)的XML文檔是標(biāo)準(zhǔn)定義的，都可以通過XSL文件轉(zhuǎn)換為CIM的映射模型，具備了通用性。

參考文獻(xiàn)

[1]辛耀中.新世紀(jì)電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)發(fā)展趨勢[J].電網(wǎng)技術(shù)，2001，25（12）：1-10.

[2]黃樂，鄭圣，趙舫.IEC61970及對EMS、SAS系統(tǒng)的新挑戰(zhàn)[J].浙江電力，2006（2）：15-18.