IEC 61970標準對電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的影響

李慧聰+馬曉紅+白英偉

[摘 要]隨著大電網(wǎng)的互聯(lián)和電網(wǎng)規(guī)模的擴大，調(diào)度自動化系統(tǒng)的模型和應用功能也變得越來越豐富和高級，開發(fā)出功能集成的新一代電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。本文首先介紹IEC 61970標準及其關(guān)鍵技術(shù)，隨后介紹了基于IEC 61970標準的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的特點和結(jié)構(gòu)，具有一定的指導意義。

[關(guān)鍵詞]IEC 61970標準；電網(wǎng)調(diào)度；自動化系統(tǒng)

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.20.027

[中圖分類號]F270.7 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2017）20-00-02

0 引 言

目前，電力系統(tǒng)的監(jiān)測控制系統(tǒng)對于互聯(lián)和組網(wǎng)的要求越來越細致，科研人員開始嘗試將現(xiàn)代計算機技術(shù)和通信技術(shù)中較為先進和成熟的組件模型，如公共對象請求代理體系結(jié)構(gòu)（Common Object Request Broker Architecture，CORBA）、企業(yè)Java組件（Enterprise Java Beans，EJB）、分布式組件對象模型（Distributed Component Object Model，DCOM）和基于簡單對象訪問協(xié)議（Simple Object Access Protocol，SOAP）等，應用于電力系統(tǒng)二次側(cè)系統(tǒng)的升級中。最新的技術(shù)要求電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)，在滿足原有要求的基礎(chǔ)上，在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)功能的分工與協(xié)作。這就要求不同廠家生產(chǎn)的硬件、不同型號的硬件、實現(xiàn)不同功能的操作系統(tǒng)等差別較大的二次硬件和軟件能夠完美的兼容，并能夠共同完成對一次系統(tǒng)的監(jiān)測、控制和保護功能，這就要求企業(yè)要實現(xiàn)各種功能的軟件和硬件，能夠像U盤一樣“即插即用”。目前，最為推薦的手段就是采用標準化的接口：采用上述的組件模型封裝各個功能，即提供標準化的接口。

1 IEC 61970標準

從電網(wǎng)調(diào)度自動化的角度來說，組件化需要提供組件的執(zhí)行環(huán)境、定義組件間可以進行通信和互相操作的公用信息模型（Common Information Model，CIM），以及組件接口規(guī)范（Component Interface Specification，CIS）。在這個背景下，國際電工技術(shù)委員會中，負責電力系統(tǒng)控制及其通信的相關(guān)標準的第57技術(shù)委員會，制定了IEC 61970標準系列，也就是CIM標準和CIS標準，以便保證電網(wǎng)調(diào)度的應用軟件，進一步實現(xiàn)組件化和開放化，即插即用和互聯(lián)互通。該標準的定義使調(diào)度自動化系統(tǒng)中的各種應用擺脫了對信息內(nèi)部的依賴，可以直接存取公共數(shù)據(jù)、交換信息。這樣，調(diào)度自動化系統(tǒng)中可以同時運行多個廠家的不同功能的應用，確保電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的未來擴展和及時更新。

IEC 61970標準吸收了軟件業(yè)流行的新技術(shù)、新經(jīng)驗，以及科研的新成果，對用戶和開發(fā)單位都非常重要，其因保護用戶資源等實際需求而產(chǎn)生，最終目標是實現(xiàn)軟件的即插即用，降低系統(tǒng)接口的成本。目前來看，CIM標準是比較穩(wěn)定的，也被證明是可行的；CIS標準尚未出全，仍在不斷完善中。

2 基于IEC 61970標準的自動化主站系統(tǒng)的特點

基于IEC 61970標準的調(diào)度自動化主站系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)的基礎(chǔ)是統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，以及定義數(shù)據(jù)訪問的標準數(shù)據(jù)接口規(guī)范。從圖1中可以看出，系統(tǒng)的各部分功能分別被封裝成對象，以CIS為媒介，連在系統(tǒng)中。任何功能都允許單獨改變，前提是改變必須遵循接口體系，此時，這種改變對于系統(tǒng)中其他部分是透明的。這個接口體系就是IEC 61970標準規(guī)定的CIM標準接口體系。

這個基于IEC 61970標準的CIS標準的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)，具有高度的開放性和兼容性。一是允許集成不同廠家的軟件；二是允許運行于不同的計算機平臺。采用不同的編程語言編制的軟件允許隨意拆卸和更換，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)允許分散在各個應用對象中，保證系統(tǒng)中各應用對象的“即插即用”。

3 CIM標準在系統(tǒng)中的表述方式

電力系統(tǒng)中的數(shù)字信息的模式是CIM標準的主要內(nèi)容，包括公用類、屬性、關(guān)系等幾項。CIM標準幾乎可以涵蓋電力系統(tǒng)中需要的所有數(shù)據(jù)類型，特別是那些與電網(wǎng)穩(wěn)定運行關(guān)系密切的對象。CIM標準以對象類和屬性的方式顯示電力系統(tǒng)資源以及他們之間的關(guān)系，實現(xiàn)不同開發(fā)商獨立開發(fā)電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的應用之間，或電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)與發(fā)電系統(tǒng)、配電管理系統(tǒng)等，其他電力系統(tǒng)運行中涉及的系統(tǒng)之間的集成。

在IEC 61970標準中，CIM標準中的類由邏輯包組成，每個邏輯包代表電力系統(tǒng)模型的一個特定部分。它提供了電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的邏輯視圖，這些電網(wǎng)的信息被所有的應用共享。CIM標準被劃分為9個包，分別為：Core（核心包）、Topology（拓撲包）、Wires（電線包）、Outage（停運包）、Protection（保護包）、Meas（量測包）、Load Model（負荷模型包）、Generation（發(fā)電包）以及Domain（域包）。

這些即為IEC 61970標準中定義的CIM標準包，其中，核心包（Core）定義了電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中使用率最高的對象，核心包在大多數(shù)情況下都被間接或直接調(diào)用其中的對象。在核心包中，一個非常重要的類叫做連接端（Terminal），拓撲關(guān)系是拓撲包通過連接端，把傳導設(shè)備和其他對象聯(lián)系在一起。

4 主站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文采用IEC 71960標準中定義的CIS標準，以及計算機與通信技術(shù)中的組件技術(shù)，對電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)進行重新設(shè)計，設(shè)計結(jié)果如圖2所示。本文所設(shè)計的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的應用，采用面向?qū)ο蟮腃IM模型進行開發(fā)，這些應用都可直接作為組件接入系統(tǒng)。

圖2 組件的整合方案

IEC 61970標準定義了訪問電網(wǎng)的模型數(shù)據(jù)的接口，及訪問電網(wǎng)的運行方式，為了實現(xiàn)不同廠家電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)共享以及數(shù)據(jù)訪問，本文建議主要采用以下兩種方式。endprint

第一，讀取符合公共信息規(guī)范CIM標準的XM格式的數(shù)據(jù)文件，通過解析得到電網(wǎng)模型及系統(tǒng)的運行方式。值得說明的是，XM格式的文件是標準的跨平臺標記語言之一，這種方式是異構(gòu)系統(tǒng)交互信息最為簡單方便的方式。目前需要進行的互操作試驗完全可以采用XML文件進行。

第二，在公用信息結(jié)構(gòu)CIS標準的基礎(chǔ)上，利用通信系統(tǒng)的組件技術(shù)，可以在系統(tǒng)中實現(xiàn)客戶機功能；通過客戶機可以訪問提供CIS標準組件接口服務功能的服務器，最后達到得到電網(wǎng)模型及運行方式數(shù)據(jù)的目的。

第一種接口允許與不同的電網(wǎng)自動化系統(tǒng)相連，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間，以及系統(tǒng)內(nèi)部的不同應用之間，都是通過這種方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。前提是提供符合CIM標準的XML格式的文件，最終目的是得到電網(wǎng)模型和系統(tǒng)的運行方式，最后再利用這些得到的數(shù)據(jù)進行分析計算。

第二種接口，電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)內(nèi)部的不同應用對象之間，通過CIS標準組件接口交換數(shù)據(jù)，并最終得到電網(wǎng)模型。但這種接口方式，需要廠家提供 CIS標準接口組件，以及定義訪問服務器的功能。不得不提的是，這種接口方式采用了組件技術(shù)，相比于第一種利用文件的方式交互數(shù)據(jù)，更加靈活，且通信的速度更快。

IEC 61970標準意味著對應用軟件進行封裝，使各種各樣的應用軟件通過透明的接口與外部數(shù)據(jù)進行通信。對于電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中，現(xiàn)有的且無需更換的應用軟件，都可建立與 CIM標準的映射關(guān)系，與軟件內(nèi)部采用的數(shù)據(jù)模式無關(guān)，只要其外部封裝了符合CIS標準的接口即可。對于新開發(fā)的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中的應用軟件，可直接基于CIM標準和CIS標準進行開發(fā)，實現(xiàn)組件化。

另外，應用軟件的接口的實現(xiàn)，另一個不可或缺的要素就是支撐平臺。想要執(zhí)行任何組件，都必須提供組件自身定義的相應的執(zhí)行環(huán)境，不得不注意的一點是，組件執(zhí)行環(huán)境對組件順利執(zhí)行的意義重大，遠大于網(wǎng)絡(luò)通信，組件執(zhí)行環(huán)境是應用軟件接口標準化的基礎(chǔ)。支撐平臺的重要作用體現(xiàn)在為應用軟件組件的執(zhí)行提供所需的環(huán)境，且無條件支持CIM標準的數(shù)據(jù)格式。支撐平臺在硬件上可以提供軟總線，在軟件方面可以提供各種服務，這就構(gòu)成了分布式的管理環(huán)境，保證組件化應用軟件的正常運行，發(fā)揮作用。

電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的集成技術(shù)，主要包括3個部分的內(nèi)容。

第一，考慮到系統(tǒng)集成的實現(xiàn)是建立在已有的組件技術(shù)上，因此，必須選擇合適的支持平臺，如 CORBA、EJB、DCOM 等，也就是說，必須有合適的系統(tǒng)的支持平臺。

第二，任何系統(tǒng)都必須建立一套能采用CIM標準描述的數(shù)據(jù)平臺，這一過程相當于數(shù)據(jù)庫設(shè)計，概括地說，就是數(shù)據(jù)模型。

第三，數(shù)據(jù)訪問接口，該接口定義了訪問數(shù)據(jù)模型中所需數(shù)據(jù)，應采用的方式和方法。

只有電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中任何應用軟件的這3部分都符合統(tǒng)一的標準，系統(tǒng)才算是真正意義上具有開放性。IEC 61970系列標準的制定，為實現(xiàn)這一目標提供了扎實的技術(shù)基礎(chǔ)。

5 結(jié) 語

本文基于IEC 61970標準，結(jié)合目前通信技術(shù)的發(fā)展和電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)主站系統(tǒng)的特點，討論基于IEC 61970標準中CIS標準的，新一代電網(wǎng)調(diào)度自動化主站系統(tǒng)涉及的主要技術(shù)問題。但截至目前，IEC 61970標準尚未成熟，還有許多內(nèi)容處于空白狀態(tài)，該標準需要進一步研究，擴充和完善。不得不說，基于IEC 61970標準的電網(wǎng)調(diào)度自動化主站系統(tǒng)的開發(fā)，是一個漫長和循序漸進的過程。

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