電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心多維模型共享的研究與實踐

趙小凡 梁雪青 杜舒明 李情

摘 要 本文以電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心為切入點，在簡要說明多維模型特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合企業(yè)需求對模型建立要點進(jìn)行了研究，內(nèi)容涉及建立工具、功能點定義、基本技術(shù)類型以及本地擴充等方面，希望能夠使數(shù)據(jù)得到實時共享，為企業(yè)正常運行及電網(wǎng)功能的實現(xiàn)提供支持。作為組成電網(wǎng)智能系統(tǒng)不可缺少的一部分，電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心與監(jiān)管系統(tǒng)的運行效果密切相關(guān)。以建立多維模型為前提，對現(xiàn)有系統(tǒng)所囊括的運維數(shù)據(jù)、電網(wǎng)模型和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)接口得到實時共享，可賦予數(shù)據(jù)中心更為理想的操作性，對數(shù)據(jù)開發(fā)及應(yīng)用具有重大意義。

關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)共享 多維模型 電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）01-0016-03

1 項目研究背景

在電網(wǎng)互聯(lián)程度不斷加深的背景下，各區(qū)域電網(wǎng)間的聯(lián)系變得越發(fā)緊密，控制大電網(wǎng)的方式已由早期的獨立調(diào)度轉(zhuǎn)變成了更符合實際需求的協(xié)調(diào)調(diào)度，要想使各地區(qū)電網(wǎng)得到協(xié)調(diào)統(tǒng)一，關(guān)鍵是要以相關(guān)模型為依托，對電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實時共享。通過研究可知，智能電網(wǎng)的特點主要是更新?lián)Q代的速度極快，電網(wǎng)模型自然會隨之發(fā)生改變，要想使所建立的模型發(fā)揮出應(yīng)有的作用，關(guān)鍵是要通過數(shù)據(jù)共享的方式，對電網(wǎng)企業(yè)的需求進(jìn)行全面掌握。

2 模型特點概括

作為抽象模型，多維模型所描述對象以元數(shù)據(jù)為主。電網(wǎng)數(shù)據(jù)共享及交換過程中，通常只要保證不同業(yè)務(wù)應(yīng)用描述內(nèi)容和模型對應(yīng)，便可使模型功能得到發(fā)揮，上文所提到描述內(nèi)容，通常是指對象關(guān)系、對象命名及數(shù)據(jù)涵義[1]。由此可見，基于電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心所建立的多維模型，其特點通?？杀粴w納如下。

2.1 層次化

各類均可繼承其父類所具有的公共屬性，各公共類屬性的繼承對象均不唯一。

2.2 靜態(tài)性

多維模型的定位是電網(wǎng)業(yè)務(wù)全局模型，通常不存在針對特定系統(tǒng)的情況，自然也不存在對特定業(yè)務(wù)及其對象加以描述的情況，系統(tǒng)對象可經(jīng)由多維模型得到準(zhǔn)確描述。由此可見，多維模型并沒有對各類所適用操作及方法進(jìn)行定義，有關(guān)人員可結(jié)合系統(tǒng)需求及業(yè)務(wù)開展場景，完成相應(yīng)的定義工作。

2.3 可擴展性

抽象性是多維模型的固有屬性，這也決定了其具備跨廠商及跨平臺的功能，可使不同系統(tǒng)所提出的集成需求得到應(yīng)有的滿足，確保電網(wǎng)數(shù)據(jù)能夠在各系統(tǒng)間得到實時共享與交換。對模型進(jìn)行建立時，研究人員應(yīng)以電網(wǎng)企業(yè)所提出的需求為依據(jù)，對模型所涉及的關(guān)系及屬性進(jìn)行增加，以此來保證數(shù)據(jù)共享流程符合標(biāo)準(zhǔn)且有實際意義。

2.4 規(guī)格化

多維模型各類的屬性固定，雖然各類均可經(jīng)由聚合、繼承或關(guān)聯(lián)的方式對其他類屬性加以表示，受規(guī)格化原則影響，屬性往往具有唯一性，這樣設(shè)計的目的主要是確保模型可長期處于穩(wěn)定運行狀態(tài)。在某些情況下，為使全新需求得到滿足，有關(guān)人員需要以規(guī)格化為基礎(chǔ)，對模型做非規(guī)格化擴展處理，簡單來說，就是以各個場景所展現(xiàn)出的特點為依據(jù)，通過新增屬性、創(chuàng)建類別等方式，使模型得到系統(tǒng)優(yōu)化[2]。

3 數(shù)據(jù)中心建設(shè)目標(biāo)

數(shù)據(jù)中心的建立，其效用在于作為一個平臺為企業(yè)提供生產(chǎn)、經(jīng)營、綜合管理和分析、營銷等公共信息服務(wù)。

3.1 構(gòu)建統(tǒng)一的公共數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)中心和一體化企業(yè)級信息集成平臺建成之后，能夠提供一個統(tǒng)一化的架構(gòu)，繼而將目前或者后續(xù)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)行有效整合或集成，給企業(yè)提供統(tǒng)一的戰(zhàn)略性服務(wù)（而并非停留于部門級），為逐個管理層面供給集成化的應(yīng)用。

3.2 制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

在數(shù)據(jù)中心建設(shè)過程中，較之標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范體系建設(shè)屬于一項重要工作內(nèi)容，且此標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范體系具體包含了管理標(biāo)準(zhǔn)、工作標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，另外還有其它各方面的規(guī)范和法規(guī)內(nèi)容等，原本此規(guī)范制定的過程就屬于是一個持續(xù)性改進(jìn)的過程，在持續(xù)性修訂和完善的過程中，最終形成以數(shù)據(jù)中心為指導(dǎo)的綱領(lǐng)性規(guī)范體系。所以，項目欲建設(shè)成功，必須要以標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范體系為基本保障條件。

3.3 實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集中存儲管理

綜合時下已經(jīng)存在的各種類型的應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并對與之相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫予以轉(zhuǎn)移，另外把當(dāng)前處于分散管理狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫遷移至集中化企業(yè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)平臺上去，組建成數(shù)據(jù)中心“公共數(shù)據(jù)庫”，以最終做到數(shù)據(jù)庫存儲管理工作的集中優(yōu)化與整合，在數(shù)據(jù)中心建設(shè)過程中，此環(huán)節(jié)當(dāng)屬關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.4 建立數(shù)據(jù)倉庫

整合目前所有的業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫，并且借助數(shù)據(jù)交換和ETL等技術(shù)方法組成主題數(shù)據(jù)庫，最后一步再建立起數(shù)據(jù)倉庫，使其為管理決策層提供科學(xué)有效的數(shù)據(jù)信息[3]。

4 模型建立要點說明

4.1 模型建立流程

以研究現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型及相關(guān)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合電力企業(yè)在數(shù)據(jù)共享方面的需求，在對主題域類別和數(shù)量加以確定的前提下，綜合考慮擴展屬性、擴展實體等因素，完成模型建立工作。在模型投入使用后，不斷搜集電力企業(yè)相關(guān)需求，使模型得到補充與完善。

4.2 模型建立工具

本次研究所依托的工具為Power Designer，該工具的特點是能夠?qū)嶓w關(guān)系圖進(jìn)行高效映射，使其成為面向?qū)ο蟮囊环N全新表達(dá)方式，在日常工作中，有關(guān)人員可借助該工具完成維護(hù)、升級模型的工作。

該工具對模型文件進(jìn)行存儲的格式為.oom，具備經(jīng)由可視圖形對模型加以展現(xiàn)的功能，描述對象主要涉及類型、關(guān)系及屬性等方面。該模型所包括的文件包數(shù)量較多，有關(guān)人員可利用多維模型包對全新模型進(jìn)行建立，模型所依托載體為XML，基于現(xiàn)有規(guī)范對XML文件、CIM文件進(jìn)行編寫，將相關(guān)文件作為系統(tǒng)接口，確保電網(wǎng)數(shù)據(jù)及信息得到實時共享[4]。

4.3 對功能點進(jìn)行定義

以多維模型標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，借助現(xiàn)有工具對信息功能點進(jìn)行提取，基于各功能點對主題域模型進(jìn)行建立。例如，研究人員可選擇以設(shè)備主題域為依托，對設(shè)備、電網(wǎng)資源進(jìn)行引用;以人員主題域為依托，對組織進(jìn)行引用;以資產(chǎn)主題域為依托，對資產(chǎn)進(jìn)行引用。

4.4 引用國際模型

以需求文檔為依據(jù)，利用多維模型確定能夠被用來對需求數(shù)據(jù)進(jìn)行表示的類，在將類引入對應(yīng)模型的基礎(chǔ)上，分別描述采集方式、數(shù)據(jù)源以及交換頻率。對多維模型已存在類進(jìn)行直接應(yīng)用，各類屬性和關(guān)系如圖1所示。

4.5 進(jìn)行本地擴充

對國家電網(wǎng)、各網(wǎng)省公司在數(shù)據(jù)共享方面所提出的需求進(jìn)行調(diào)研，各公司的需求主要涉及業(yè)務(wù)主線數(shù)據(jù)、共享交換數(shù)據(jù)和共享交換需求等方面。

關(guān)于多維模型未包含我國電網(wǎng)特有類別，研究人員應(yīng)對其做以下處理：第一步，以多維模型為載體，對其基類進(jìn)行確定;第二步，結(jié)合電網(wǎng)情況選擇擴展實例或擴充屬性。在開展相關(guān)工作時，研究人員應(yīng)做到以國際標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對類所具有的關(guān)聯(lián)屬性、固有屬性加以區(qū)分。其中，關(guān)聯(lián)屬性是指類之間經(jīng)由聚合、繼承或關(guān)聯(lián)關(guān)系所形成的屬性，固有屬性為類自帶屬性。

4.5.1 基于多維模型對新類進(jìn)行繼承并派生的方法

以模型的類為載體，利用現(xiàn)有繼承方法達(dá)到派生新類的目的。新類可保留繼承類既有關(guān)系及屬性，通過對全新特性進(jìn)行定義的方式，使分類描述更加細(xì)致且全面。由電路所派生輸電線路，通?？杀Ａ舫橄缶€路相關(guān)特征。新定義線路與抽象線路的區(qū)別，主要是前者新增了線路全長、色別標(biāo)志等屬性[5]。

4.5.2 有效擴充屬性的方法

以多維模型類名稱、各類關(guān)系不發(fā)生改變?yōu)榍疤幔袁F(xiàn)有定義為基礎(chǔ)，結(jié)合實際需求對屬性進(jìn)行新增。變電站新增屬性有站址、布置方式和占地面積等。間隔既要維持原有屬性，還要對屬性進(jìn)行新增，原有屬性主要是指母線配置、量測標(biāo)志等，新增屬性以間隔類型和間隔編號為主。

4.5.3 擴展弱相關(guān)性的方法

現(xiàn)有多維模型并不能夠完全滿足電網(wǎng)所提出的業(yè)務(wù)需求，要求研究人員以現(xiàn)行規(guī)范為依據(jù)，將本地化擴展作為切入點，對模型進(jìn)行相應(yīng)處理，擴展方向以基本電價、目錄電價為主。

4.6 模型建立成果

研究人員所建立模型，初步計劃涵蓋12個一級主題域和60個二級主題域。通過對主題域?qū)嶓w做抽象處理的方式，得到實體數(shù)量1000個、屬性值10600個。

4.7 驗證并完善模型

要想使模型發(fā)揮出應(yīng)有作用，關(guān)鍵是要對其正確性進(jìn)行系統(tǒng)檢驗。在該模型正式投入使用前，研究人員以專家、電力企業(yè)所提出的意見為依據(jù)，對其進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，通過對需求搜集所涵蓋范圍進(jìn)行擴大的方式，保證模型正確且完整。另外，研究人員還對模型功能進(jìn)行了測試，具體方法如下：將模型向公用文件進(jìn)行轉(zhuǎn)化，在對標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行開發(fā)的基礎(chǔ)上，完成有效文件的驗證工作，確保電網(wǎng)數(shù)據(jù)能夠在各業(yè)務(wù)系統(tǒng)間得到實時共享與高效傳輸，使即插即用的設(shè)想成為現(xiàn)實。

4.8 物理存儲分析

該模型所采用物理存儲方式與存儲關(guān)系數(shù)據(jù)所使用的方式相同，基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫對模型進(jìn)行映射時，要以類結(jié)構(gòu)為主要依據(jù)。簡單來說，就是確保各類均有數(shù)據(jù)庫表格對應(yīng)，各類屬性均有表格字段對應(yīng)，各類實例均有表格記錄對應(yīng)。

4.8.1 聚合關(guān)系

作為關(guān)聯(lián)的一種，聚合所描述內(nèi)容可以簡單地理解為“各類間的關(guān)系與整體和部分間的關(guān)系相似”。實現(xiàn)該關(guān)系的過程和繼承類似，對關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行研究可知，對聚合關(guān)系進(jìn)行映射的方式，通常是以整體類為基礎(chǔ)，在對應(yīng)表格內(nèi)新增部分類，使數(shù)據(jù)庫表類別得到增加。

4.8.2 關(guān)聯(lián)關(guān)系

關(guān)聯(lián)所描述對象為類的概念。本文所討論的模型將關(guān)聯(lián)形式劃分如下：一是零、一對一，其特點是以對應(yīng)表格為載體，對外鍵進(jìn)行隱藏。二是一對多，其隱藏方法與上述形式相同，在此期間表格發(fā)揮著重要作用。三是多對多，該形式需要對角色表加以應(yīng)用，具體來說，就是利用角色表使多對多關(guān)聯(lián)的設(shè)想成為現(xiàn)實，對各類主鍵做合并處理所得主鍵，即為關(guān)聯(lián)主鍵。

4.8.3 繼承關(guān)系

通過映射的方式，將具體子類轉(zhuǎn)化成單一數(shù)據(jù)庫表，但要注意一點，被繼承基類往往不具備參與映射的條件。在映射期間，由子類所繼承基類屬性均以子類屬性的“身份”被歸入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫表，這樣設(shè)計的目的，主要是確保各子類映射表均滿足既包括自身屬性、又包括繼承屬性的要求。

5 結(jié)論

研究人員以現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對多維共享模型進(jìn)行研究，根據(jù)電網(wǎng)企業(yè)現(xiàn)有業(yè)務(wù)，通過分類總結(jié)的方式確定標(biāo)準(zhǔn)模型。隨后，搜集并整理了電網(wǎng)企業(yè)在數(shù)據(jù)共享方面所提出的需求，在對建模范圍加以確定的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確識別實體對象和相關(guān)屬性，將面向?qū)ο笞鳛橹笇?dǎo)原則，利用現(xiàn)有工具完成建模及可視化描述工作，使數(shù)據(jù)共享效果達(dá)到預(yù)期。

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