基于YNCIM模型的云南電網(wǎng)統(tǒng)一信息模型共享平臺(tái)研究

林寶德 黃祖源 田園 劉慶勝

摘 要：為了滿足生產(chǎn)控制系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)間通信的需求，對(duì)云南電網(wǎng)統(tǒng)一信息模型共享平臺(tái)進(jìn)行了研究。在對(duì)云南電力企業(yè)信息化建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了基于YNCIM模型的統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型，完成了統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型的構(gòu)建。對(duì)主網(wǎng)模型、配網(wǎng)模型和客戶模型進(jìn)行了詳細(xì)闡述，使信息集成和數(shù)據(jù)共享過程得以有效實(shí)現(xiàn)，此外還對(duì)基于元對(duì)象機(jī)制技術(shù)的統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型管理系統(tǒng)做了進(jìn)一步介紹，為模型管理的完整一致及科學(xué)準(zhǔn)確提供了制度和技術(shù)層面的支撐，為模型管理系統(tǒng)建設(shè)和完善提供參考。

關(guān)鍵詞：CIM模型; 統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型; 共享平臺(tái); 模型管理

中圖分類號(hào)： TP311.13

文獻(xiàn)標(biāo)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(tǒng)的信息化建設(shè)水平的不斷完善，部分電力企業(yè)根據(jù)自身的實(shí)際需求已經(jīng)完成了不同信息管理系統(tǒng)的建立，使電力企業(yè)務(wù)流程的自動(dòng)化程度得以顯著提高，進(jìn)而提升了企業(yè)的運(yùn)行效率。目前由于各廠商所開發(fā)的信息系統(tǒng)的開放程度較低，種類越來越多的信息系統(tǒng)促使了不同程度信息孤島現(xiàn)象的形成，在電力企業(yè)信息管理發(fā)展中，不同應(yīng)用系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換接口難題急需解決，公共信息模型（CIM）應(yīng)運(yùn)而生（由國際電工委員會(huì)提出），為集成和開放的電力信息系統(tǒng)的構(gòu)建提供了支撐，對(duì)電網(wǎng)統(tǒng)一信息模型進(jìn)行研究具有重要意義，電網(wǎng)企業(yè)信息化成熟應(yīng)用以統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型為基礎(chǔ)和標(biāo)志。本文主要對(duì)基于CIM對(duì)云南電網(wǎng)統(tǒng)一信息模型共享平臺(tái)的構(gòu)建路徑進(jìn)行了研究。

1 現(xiàn)狀分析

不斷擴(kuò)展的電網(wǎng)規(guī)模與業(yè)務(wù)促使電力企業(yè)不斷向信息化、智能化發(fā)展和完善，智能電網(wǎng)的發(fā)展和完善為電力行業(yè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，完善和開放的智能電網(wǎng)建設(shè)的主要特征在于信息化、自動(dòng)化和互動(dòng)化，這就需以技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系作為基礎(chǔ)支撐，目前智能電網(wǎng)的核心標(biāo)準(zhǔn)基于公共信息模型（CIM，包含標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范），CIM涵蓋了全景語義信息，且技術(shù)表達(dá)形式能夠有效滿足多樣化的需求，廣泛應(yīng)用于各業(yè)務(wù)領(lǐng)域環(huán)節(jié)中，為電力企業(yè)建設(shè)智能電網(wǎng)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。作為統(tǒng)一的語義信息模型，公共信息模型在電力的眾多領(lǐng)域（包括主網(wǎng)調(diào)度及對(duì)配網(wǎng)、生產(chǎn)、資產(chǎn)方面進(jìn)行管理等）得以廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)外對(duì)于數(shù)據(jù)交換信息共享通過使用CIM 模型實(shí)現(xiàn)的相關(guān)研究雖然較多，但多以生產(chǎn)控制系統(tǒng)間的互操作問題為主，對(duì)于數(shù)據(jù)在控制系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)間的互通問題涉及較少，不斷增長(zhǎng)的電力需求使電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)在智能電網(wǎng)各參與者將進(jìn)行分享和交流的需求不斷提升[1]。

2 統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型的構(gòu)建

2.1 統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型功能需求分析

經(jīng)過近幾年的信息化發(fā)展，云南電網(wǎng)目前可劃分為應(yīng)用集成和數(shù)據(jù)管理階段，大部分業(yè)務(wù)雖已應(yīng)用信息化，但仍存在：（1） 信息系統(tǒng)間的統(tǒng)一、集成化程度較低，各專業(yè)領(lǐng)域的信息系統(tǒng)并未形成統(tǒng)一的大系統(tǒng)，普遍存在業(yè)務(wù)孤立、地域分散的問題。（2） 缺少統(tǒng)一的信息模型及完善的信息化標(biāo)準(zhǔn)體系，導(dǎo)致相關(guān)數(shù)據(jù)在系統(tǒng)間的交換難度較大，不利于電力系統(tǒng)的整合，數(shù)據(jù)異構(gòu)和質(zhì)量在企業(yè)決策支持系統(tǒng)中明顯偏低，使系統(tǒng)的應(yīng)用功效受到嚴(yán)重影響，阻礙了軟件產(chǎn)品化的實(shí)現(xiàn)。（3） 系統(tǒng)間尚未實(shí)現(xiàn)有效互通（尤其是信息管理同生產(chǎn)控制間），根據(jù)電力系統(tǒng)安全分區(qū)需求，生產(chǎn)控制系統(tǒng)及信息管理系統(tǒng)位于不同的安全區(qū)內(nèi)，導(dǎo)致信息系統(tǒng)存在孤島現(xiàn)象。深入發(fā)展的電力信息化對(duì)管理信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息的獲取需求不斷提高，為使信息集成和數(shù)據(jù)共享得以有效實(shí)現(xiàn)，本文基于云南電網(wǎng)信息系統(tǒng)建設(shè)實(shí)踐，完成了統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型的構(gòu)建，貫穿發(fā)、輸、變、配、用各環(huán)節(jié)，使管理信息的實(shí)時(shí)有效互通問題得以解決，并深入探討了模型的設(shè)計(jì)及管理過程，以從根本上支持業(yè)務(wù)協(xié)同[2]。

2.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇及構(gòu)建思路

電網(wǎng)信息模型受到系統(tǒng)建設(shè)客觀因素的影響劃分為不同模型且需在不同系統(tǒng)中進(jìn)行維護(hù)：在能量管理系統(tǒng)維護(hù)主網(wǎng)模型、在生產(chǎn)管理系統(tǒng)中維護(hù)配網(wǎng)模型、在營銷管理系統(tǒng)中維護(hù)客戶模型。電網(wǎng)信息模型有效滿足企業(yè)信息化需求需對(duì)上述模型進(jìn)行統(tǒng)一，以確保標(biāo)準(zhǔn)及語義一致性的實(shí)現(xiàn)，從而使電網(wǎng)模型（通過映射、關(guān)聯(lián)、轉(zhuǎn)換建立）的不可靠性問題得以有效解決，為跨系統(tǒng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。目前公共信息模型的最新版本為CIM15，涵蓋了電力眾多領(lǐng)域的模型（包括輸變電、配電、電力市場(chǎng)等），支持實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)（包括調(diào)度自動(dòng)化等）及管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，本文基于 CIM15 版本完成對(duì)統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型的構(gòu)建，構(gòu)建思路以電網(wǎng)企業(yè)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景及需求為依據(jù)，使生產(chǎn)管理、營銷管理、調(diào)度自動(dòng)化、營配集成應(yīng)用的成果得以充分吸納，以在云南電網(wǎng)構(gòu)建唯一準(zhǔn)確的“站線變戶”關(guān)系作為應(yīng)用目標(biāo)，統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型在CIM15基礎(chǔ)上剪裁和補(bǔ)充而成，具體如圖 1 所示，涵蓋了客戶、設(shè)備、拓?fù)?、量測(cè)和地理方面的信息[3]。

2.3 模型設(shè)計(jì)

本文構(gòu)建的模型由邏輯模型（屬于領(lǐng)域模型）和物理模型構(gòu)成，采用面向?qū)ο蠓绞矫枋鲞壿嬆Ｐ?，有利于?yīng)用集成和信息互操作的實(shí)現(xiàn)，邏輯模型由六個(gè)部分構(gòu)成，包括系統(tǒng)資源（PSR）、量測(cè)資源、設(shè)備、客戶、拓?fù)溥B接、公共支持，以PSR對(duì)象為核心的電網(wǎng)資源包負(fù)責(zé)對(duì)電網(wǎng)的邏輯設(shè)備進(jìn)行描述，資產(chǎn)設(shè)備包負(fù)責(zé)對(duì)資產(chǎn)及同邏輯設(shè)備的關(guān)系進(jìn)行描述，用電客戶包負(fù)責(zé)對(duì)電網(wǎng)供電與客戶間的關(guān)系進(jìn)行描述，拓?fù)溥B接包負(fù)責(zé)對(duì)導(dǎo)電設(shè)備間的連接關(guān)系進(jìn)行描述，公共支持包負(fù)責(zé)提供類及全局?jǐn)?shù)據(jù)類型定義（包括組織、位置等供其他包使用）;采用關(guān)系模式對(duì)物理模型的數(shù)據(jù)庫（用于存儲(chǔ)模型數(shù)據(jù)）進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)的充分利用使存儲(chǔ)和備份模型數(shù)據(jù)得以有效實(shí)現(xiàn)，物理模型以實(shí)體類、屬性及關(guān)系（由邏輯模型定義）為依據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的映射轉(zhuǎn)化，將面向?qū)ο蟮哪Ｊ酵ㄟ^數(shù)據(jù)庫關(guān)系模式反映出來。對(duì)于關(guān)聯(lián)關(guān)系復(fù)雜的對(duì)象通過采用一一對(duì)應(yīng)映射特化類模型的方式，完成實(shí)體表的建立;對(duì)于穩(wěn)定性較差的資產(chǎn)設(shè)備信息模型，通過直接映射抽象類資產(chǎn)模型完成實(shí)體表的建立;資產(chǎn)特化類模型為滿足擴(kuò)展需求，統(tǒng)一以資產(chǎn)實(shí)體及技術(shù)參數(shù)實(shí)體表存儲(chǔ)[3]。

3 統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型的管理

3.1 模型管理體系

統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型需動(dòng)態(tài)維護(hù)，為確保一致性和正確性，建立網(wǎng)省兩級(jí)模型管理體系，包括4個(gè)環(huán)節(jié)：（1） 當(dāng)需變更模型時(shí)（包括新增、修改、刪除等），由管理體系內(nèi)的模型需求人員提前準(zhǔn)備好申請(qǐng)材料后，根據(jù)初步匯總和整理的申請(qǐng)內(nèi)容提出相應(yīng)申請(qǐng)，通過系統(tǒng)平臺(tái)提交同一批變更申請(qǐng)。（2） 針對(duì)不同的處理流程（新增、修改、刪除等），對(duì)已提交的申請(qǐng)由同級(jí)模型管理專員完成專業(yè)評(píng)判過程，根據(jù)具體流程單獨(dú)定制設(shè)定和分析機(jī)制。（3） 接下來由同級(jí)審批人員處理完成分析后的變更內(nèi)容，對(duì)已通過影響分析的申請(qǐng)由模型管理負(fù)責(zé)人完成專業(yè)評(píng)判過程，網(wǎng)級(jí)申請(qǐng)由網(wǎng)公司審批人員處理，由省公司和網(wǎng)公司審批人員對(duì)省級(jí)申請(qǐng)進(jìn)行依次處理。（4） 對(duì)通過審批的申請(qǐng)由網(wǎng)公司模型管理專員在各級(jí)通告欄里展示完成通告的發(fā)布及展示，并向申請(qǐng)涉及的人員自動(dòng)發(fā)送消息和郵件[4]。

3.2 基于元對(duì)象機(jī)制的模型管理

元數(shù)據(jù)的用途在于幫助數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢、交換和共享過程。電網(wǎng)企業(yè)建立針對(duì)不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足相應(yīng)需求，作為核心語義模型，以XML文件為載體的統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型借助包括XML Schema、OWL等在內(nèi)的本體描述語言，為元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建立映射轉(zhuǎn)換關(guān)系提供了便利，對(duì)統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型的變更則通過本體元數(shù)據(jù)的擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)，使信息資源的集成共享得以實(shí)現(xiàn)。模型管理的基本原理為：將統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型（RDF/XML 格式）通過元對(duì)象機(jī)制（MOF）技術(shù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)存CIM元模型的形成，在內(nèi)存中載入MOF/CIM元模型實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫間同步機(jī)制的建立，具體如圖2 所示。CIM元數(shù)據(jù)模型根據(jù)OMG定義屬于M1模型層，而元模型（通過MOF技術(shù)構(gòu)建）在模型管理系統(tǒng)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(nèi)存中）能夠?qū)1層CIM模型進(jìn)行完全描述（包括各組成類、屬性及其關(guān)系），統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型各種元素通過MOF/CIM 元模型進(jìn)行完整描述（在內(nèi)存中），在 MOF/CIM 基礎(chǔ)上構(gòu)建了對(duì)象池模型，并以該對(duì)象池為橋梁完成數(shù)據(jù)庫同RDF/XML間同步機(jī)制的建立。在MOF/CIM內(nèi)存庫上即可建立模型管理及應(yīng)用功能，數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和表現(xiàn)層則通過采用模型-視圖-控制器模式完成設(shè)計(jì)[5]。

3.3 模型管理體系

模型管理由元數(shù)據(jù)、邏輯模型及物理模型方面的管理構(gòu)成，由統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的管理，如圖3所示，提供多項(xiàng)功能（包括模型版本管理、導(dǎo)入/導(dǎo)出、比對(duì)、發(fā)布等）：

（1） 模型維護(hù)和建立，系統(tǒng)提供圖形導(dǎo)入及新建模型的相應(yīng)編輯功能。

（2） 全模型版本管理，模型管理以基礎(chǔ)模型為核心，以各種不同的應(yīng)用為依據(jù)管理系統(tǒng)能夠提供不同特點(diǎn)的模型，并根據(jù)模型的變化情況實(shí)現(xiàn)不同模型版本（包括對(duì)應(yīng)的圖形和斷面數(shù)據(jù)）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(yàn)證，模型管理系統(tǒng)以CIM 標(biāo)準(zhǔn)和 RDF 語法為遵循，保證CIM /XML 格式及模型參數(shù)的準(zhǔn)確，使用狀態(tài)估計(jì)、參數(shù)識(shí)別等技術(shù)完成模型驗(yàn)證，以確保全模型的準(zhǔn)確性、完整性。（4） 模型發(fā)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(wù)功能[6]。

4 總結(jié)

通過統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型的構(gòu)建，以實(shí)現(xiàn)描述全景電網(wǎng)視圖的功能是目前電力行業(yè)的研究重點(diǎn)，為滿足生產(chǎn)控制系統(tǒng)同信息管理系統(tǒng)間的通信需求，本文主要對(duì)云南電網(wǎng)統(tǒng)一信息模型共享平臺(tái)進(jìn)行了研究，在對(duì)云南電力企業(yè)信息化建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了基于YNCIM模型的從發(fā)電廠到低壓用戶的統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型，完成了統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型庫的構(gòu)建并建立了模型管理體系，涵蓋了客戶、設(shè)備、拓?fù)?、量測(cè)、地理方面的信息，并對(duì)主網(wǎng)模型、配網(wǎng)模型和客戶模型進(jìn)行了詳細(xì)闡述，使信息集成和數(shù)據(jù)共享過程得以有效實(shí)現(xiàn)，此外還對(duì)基于元對(duì)象機(jī)制技術(shù)的統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型管理系統(tǒng)做了進(jìn)一步介紹，使電網(wǎng)信息模型的數(shù)據(jù)質(zhì)量得以顯著提升，提高了系統(tǒng)間信息集成和數(shù)據(jù)共享的質(zhì)量和效率。

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（收稿日期： 2019.01.09）