（信号与信息处理专业论文）基于CIM的变电设备状态XML信息标准研究.pdf

华北电力人学硕士学位论文摘要 摘要 变电设备的维护正由预防性维护向状态维修过渡。为实现状态维修，需要积累 大量的变电设备状态数据并建立智能诊断系统以提供有价值的信息。另外，需集成 数据源以便随意地灵活地访问变电设备状态数据。国际电工技术委员会制定的 i e c 6 1 9 6 8 和i e c 6 1 9 7 0 标准为电力系统的设备对象建立了基本模型，本文针对变电 设备维修、信息管理和状态评估的实际需求，遵循标准的公共信息模型( c i m ) ，利 用r a t i o n a l 公司的r o s e 建模工具，建立了变电设备状态信息统一模型，并将变电 设备状态信息用x m l 文档表示，为变电设备的状态评估架构了一种集成信息的平台， 为设备维护人员及相关单位提供详尽的设备状态信息。 关键词：变电设备，状态信息，c i m ，建模，x m l a b s t r a c t t h em a i n t e n a n c eo f s u b s t a t i o ne q u i p m e n tc a r r i e do u tt h et r a n s i t i o nt o s t a t e m a i n t e n a n c ef r o mp r e v e n t a t i v em a i n t e n a n c e t oa c h i e v es t a t em a i n t e n a n c e ，i tn e e dt o a c c u m u l a t eal a r g en u m b e ro fs t a t ed a t ao fs u b s t a t i o n e q u i p m e n ta n dt o b u i l da n i n t e l l i g e n td i a g n o s i ss y s t e mi no r d e rt op r o v i d ev a l u a b l ei n f o r m a t i o n i na d d i t i o n ，i tn e e d t oi n t e g r a t ed a t as o u r c e si no r d e rt of r e e l ya n dn e a t l ya c c e s ss t a t ed a t ao fs u b s t a t i o n e q u i p m e n t s t a n d a r di e c 6 19 6 8a n di e c 619 7 0e n a c t e db yi n t e r n a t i o n a le l e c t r o t e c h n i c a l c o m m i s s i o n ( i e c ) b u i l tab a s i cm o d e lf o rt h ee q u i p m e n to b j e c t si n e l e c t r i cp o w e r s y s t e m a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ln e e d si nm a i n t e n a n c e ，i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ta n d s t a t ee v a l u a t i o n o fs u b s t a t i o n e q u i p m e n t ，u n i f i e dm o d e lo f s t a t ei n f o r m a t i o no f s u b s t a t i o ne q u i p m e n tw a se s t a b l i s h e d t h em o d e lf o l l o w ss t a n d a r dc o m m o ni n f o r m a t i o n m o d e l ( c i m ) a n db u i l d e db yr o s em o d e l i n gt o o lo fr a t i o n a l s t a t ei n f o r m a t i o no f s u b s t a t i o ne q u i p m e n ti sr e p r e s e n t e db yx m ld o c u m e n t s t h em o d e lb u i l t sa ni n t e g r a t e d i n f o r m a t i o np l a t f o r mf o rt h es t a t ee v a l u a t eo fs u b s t a t i o ne q u i p m e n ta n do f f e r se x h a u s t i v e s t a t ei n f o r m a t i o no fs u b s t a t i o ne q u i p m e n tf o ra p p a r a t u sa t t e n d a n ta n dr e l e v a n tu n i t s x uz h a o h u i ( s i g n a la n di n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ) d i r e c t e db yp r o f y u a nj i n s h a k e yw o r d s ：s u b s t a t i o ne q u i p m e n t ，s t a t ei n f o r m a t i o n ，c i m ，m o d e l i n g ，x m l 华北电力人学硕士学位论文摘要 摘要 变电设备的维护正由预防性维护向状态维修过渡。为实现状态维修，需要积累 大量的变电设备状态数据并建立智能诊断系统以提供有价值的信息。另外，需集成 数据源以便随意地灵活地访问变电设备状态数据。国际电工技术委员会制定的 i e c 6 1 9 6 8 和i e c 6 1 9 7 0 标准为电力系统的设备对象建立了基本模型，本文针对变电 设备维修、信息管理和状态评估的实际需求，遵循标准的公共信息模型( c i m ) ，利 用r a t i o n a l 公司的r o s e 建模工具，建立了变电设备状态信息统一模型，并将变电 设备状态信息用x m l 文档表示，为变电设备的状态评估架构了一种集成信息的平台， 为设备维护人员及相关单位提供详尽的设备状态信息。 关键词：变电设备，状态信息，c i m ，建模，x m l a b s t r a c t t h em a i n t e n a n c eo f s u b s t a t i o ne q u i p m e n tc a r r i e do u tt h et r a n s i t i o nt o s t a t e m a i n t e n a n c ef r o mp r e v e n t a t i v em a i n t e n a n c e t oa c h i e v es t a t em a i n t e n a n c e ，i tn e e dt o a c c u m u l a t eal a r g en u m b e ro fs t a t ed a t ao fs u b s t a t i o ne q u i p m e n ta n dt ob u i l da n i n t e l l i g e n td i a g n o s i ss y s t e mi no r d e rt op r o v i d ev a l u a b l ei n f o r m a t i o n i na d d i t i o n ，i tn e e d t oi n t e g r a t ed a t as o u r c e si no r d e rt of r e e l ya n dn e a t l ya c c e s ss t a t ed a t ao fs u b s t a t i o n e q u i p m e n t s t a n d a r di e c 6 19 6 8a n di e c 619 7 0e n a c t e db yi n t e r n a t i o n a le l e c t r o t e c h n i c a l c o m m i s s i o n ( i e c ) b u i l tab a s i cm o d e lf o rt h ee q u i p m e n to b j e c t si n e l e c t r i cp o w e r s y s t e m a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ln e e d si nm a i n t e n a n c e ，i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ta n d s t a t ee v a l u a t i o n o fs u b s t a t i o ne q u i p m e n t ，u n i f i e dm o d e lo fs t a t ei n f o r m a t i o no f s u b s t a t i o ne q u i p m e n tw a se s t a b l i s h e d t h em o d e lf o l l o w ss t a n d a r dc o m m o ni n f o r m a t i o n m o d e l ( c i m ) a n db u i l d e db yr o s em o d e l i n gt o o lo fr a t i o n a l s t a t ei n f o r m a t i o no f s u b s t a t i o ne q u i p m e n ti sr e p r e s e n t e db yx m ld o c u m e n t s t h em o d e lb u i l t sa ni n t e g r a t e d i n f o r m a t i o np l a t f o r mf o rt h es t a t ee v a l u a t eo fs u b s t a t i o ne q u i p m e n ta n do f f e r se x h a u s t i v e s t a t ei n f o r m a t i o no fs u b s t a t i o ne q u i p m e n tf o ra p p a r a t u sa t t e n d a n ta n dr e l e v a n tu n i t s x uz h a o h u i ( s i g n a la n di n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ) d i r e c t e db yp r o f y u a nj i n s h a k e yw o r d s ：s u b s t a t i o ne q u i p m e n t ，s t a t ei n f o r m a t i o n ，c i m ，m o d e l i n g ，x m l 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于c i m 的变电设备状态x m l 信 息标准研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研 究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：生塑塑圣 导师签名： 日期：妒7 ；ir日期：g b * 7 弓1 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题的背景及意义 第一章引言 电网运行需要大量设备，电网的安全与稳定基于电力设备的正常运行。2 0 世纪 5 0 年代以来，我国电力设备的检修制度基本以计划检修( s m ，s c h e d u l em a i n t e n a n c e ) 为主。由于计划检修具有盲目性、强制性的特点，并且有可能造成新的设备事故隐 患，因此己经不能适应我国电网安全可靠运行的要求。目前，以设备实际健康状态 为依据，具有极强针对性和时效性的状态维修( c b m ，c o n d i t i o nb a s e d m a i n t e n a n c e ) ，已引起国内外电力工作者的普遍关注和重视。 设备的维护正由预防性维护向状态维修过渡。设备健康状态的评估是实现状态 维修的前提条件。为实现状态维修，一方面需要积累大量的设备状态数据并建立智 能诊断系统以提供有价值的信息，另一方面，需集成数据源以提供方便地灵活地访 问功能。目前，地市级供电企业主要变电设备如2 2 0 k v 变电站主变设备的状态数据 及评估结果等需要报省公司备案；对于5 0 0 k v 主变则还需要省公司确定评估意见和 检修策略。因此基于i n t e r n e t 集成下级企业的变电设备数据，可以实现对变电设 备状态数据随时随地方便地检索，并可以依据大量变电设备信息对主要设备进行智 能故障诊断，以利于全省变电设备的维护，保障电网的安全运行。 由于不同供电企业设备的状态信息往往在数据结构、所采用的数据库方面是异 构的，如何对这种异构信息进行有效集成，是该领域的一个研究热点。目前对设备 智能故障诊断研究的较多，但功能单一，仅提供了对设备的故障诊断功能，或是通 过建立数据仓库，实现对设备某些统计特征的分析及查询，而不能实现对设备状态 信息的随意查询。 国际电工技术委员会( i e c ， i n t e r n a t i o n a le l e c t r ot e c h n i c a lc o m m i s s i o n ) 第5 7 技术委员会( t c 5 7 ) 提出的电力系统公共信息模型( c i m ，c o m m o ni n f o r m a t i o n m o d e l ) 推动了电力应用系统的标准化建设，使得电力应用信息的共享有了公共参考 的模型。c i m 是一个抽象模型，它表示了电力企业运行的各个方面所需要的模型 中典型包含的所有主要对象。模型包含这些对象的公共类和属性，以及它们之间的 关系，c i m 中描述的对象本质上是抽象的。c i m 最初的制定是为了应用于能量管理系 统( e m s ，e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ) ，使e m s 的应用软件组件化和开放化，近年逐 渐用于各种应用，如发电和配电管理系统。由于定义了种基于c i m 的公共语言( 语 义和语法) ，使得各种应用程序和系统之间的数据交互和信息传递有了统一标准， 而不必去管应用程序和系统的内部实现。 华北电力大学硕七学位论文 可扩展标记语言( x m l ，e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 是一种可用于 i n t e r n e t i n t r a n e t 上的简单、灵活的可扩展标记语言。x m l 的最大优点在于它的 数据存储格式不受显示格式的制约。x m l 的优越性表现在以下几个方面：异构系统 问的信息交换；自定义性和可扩展性；数据内容与显示处理的结合。x m l 作为新一 代网络语言，它定义了利用简单、易懂的标签对数据进行标记所采用的一般语法， 提供了计算机文档的一种标准格式1 。 1 2 国内外研究现状及发展动态 国际电工技术委员会负责电力系统控制及其通信的相关标准的第5 7 技术委员 会( i e c - t c 5 7 ) 制定了一系列标准，其中i e c 6 1 9 6 8 标准和i e c 6 1 9 7 0 标准分别描述了 配电管理系统和能量管理系统的应用程序接口，两个系列标准共同定义了一种电力 系统通用信息模型c i m ，其中第1 3 工作组( w g l 3 ) 负责制定了与e m s 专业相关的c i m 和c i s ( c o m p o n e n ti n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n ，组件接口规范) 标准，其标准系列为 i e c 6 1 9 7 0 系列，使e m s 的应用软件组件化和开放化，能即插即用和互联互通，降低 了系统集成成本和保护用户资源。第1 4 工作组( w g l 4 ) 负责制定的i e c 6 1 9 6 8 系列标 准中对电力系统的设备对象建立了物理逻辑的基本模型，基本上概括了对设备、设 备的量测、设备的维护和管理过程的描述h 1 。 在c i m 标准草案出台后的几年里，各国电力工作者都对此作了大量深入的研究， 成果包括： ( 1 ) 美国分别于2 0 0 0 年1 2 月、2 0 0 1 年5 月和2 0 0 1 年9 月进行了三次互操作实 验( 参加的单位有a b b 、s i e m e n s 、e s c a 、g e 、h a r r i s ) ，验证了c i m 模型的正确性和 可用性。美国三次互操作实验可参考文献 5 卜一 8 】 美国3 次互操作的结果表明，c i m 总体是可行的，但也有一些需要进一步规范 的内容，减少二义性。根据2 0 0 2 年2 月2 6 日和3 月5 日电话会议的议题，美国互 操作下一步的目标是：交换部分电网模型；模型更新；交换实时数据断面；交换模 型中设备的i d ，用于模型合并 ( 2 ) 为了与国际电力行业接轨，我国成立了对应i e c t c 5 7 第1 3 工作组的 e m s - a p i 工作组。2 0 0 0 年9 月2 0 0 2 年1 月我国的e m s - a p i 工作组共召开了5 次扩 大会议。从2 0 0 2 年1 月开始，北京国调中心进行了四次互操作实验( 参加单位有电 科院、南自院、东方电子、清华大学、山东大学) ，实验的成功再次证明了c i m 的 i f 确性，以及国内对c i m 理解的正确性从文献 1 4 所做的工作可以看出，国 内电力工作者提出了基于i e c 6 1 9 7 0 的新一代调度自动化系统的框架构想，并开始 积极的投入实践。 2 华北电力犬学硕士学位论文 ( 3 ) c i m 已被a b b ，a 1 s t o m ，s i e m e n s ，s i s c o 和i c l 等2 0 多个开发商用于s c a d a ， n a 和o t s 等3 0 多种应用：n e r c ，w s c c ，加利福尼亚i s o 等3 0 多个电力企业接受 c i m 。在国内，几乎所有的省调和大型地调的招标文件中都有遵循i e c 6 1 9 7 0 标准系 列的要求，华东电力设计院等单位正在按i e c 6 1 9 7 0 修改调度自动化设计规程，n a r i ， e p r i ，清华大学和鲁能积成电子公司等主要e m s 开发单位正在抓紧研制基于c i m 的新一代调度自动化系统】。 e m s a p i 是对e m s 接口的规范，c l m 本质上是外模型，目前应用c i m 的e m s 集 成有下列几种做法： 把c i m 作为系统内部和外部的模型，e m s 平台用c o r b a 等组件容器作为系统 集成框架，e m s 应用完全按组件模型设计，这种做法没有吸收原来的成果，工程浩 繁，周期太长； 对原来的系统进行整体封装，把整个系统作为一个大的组件，可以基于c i m 导入导出，这是最松散的外挂式，虽然可以部分解决系统间互操作问题，但不能 解决e m s 应用的即插即用，可作为初期的c i m 产品，目前国内外的互操作实验基本 上是该模式； e m s 平台完全基于c i m ，数据库管理用面向对象模型，数据库定义用c i m 模型， 用c o r b a 等中间件作为系统集成框架，e m s 应用中原来的应用通过封装接入，并逐 渐改造，新的应用按面向对象的组件自然接入，这种模式既兼顾老系统，又完全按 e m s a p i 设计。国内外e m s 开发商正按照上述3 种方法整合各自的系统。 ( 4 ) 国电信息技术有限公司，2 0 0 2 年7 月3 日在杭州与浙江省电力调度通信中 心正式签订浙江省继电保护故障信息处理系统开发与建设合作协议。整个系统 将内嵌i e c 一6 1 8 5 0 ，i e c 一6 1 9 7 0 ，采用最新国际规约、实现信息无缝交互等众多技术。 c i m 不仅仅运用于e m s ，而且还应用在其他好多方面。 c i m 标准的应用可以连接多个应用系统，也可以将应用软件的数据表示标准化。 正是由于有众多的优点使其在很多方面都得到了应用，如：配电管理系统( o m s ) ： 电网故障信息主站系统与外部系统在数据共享和互操作功能方面的问题；电力设备 的资产、量测、文档等维护的相关方面。 配电是电力企业的一个非常重要的环节，配电管理系统在电力企业的整个应用 系统中起着承上启下的关键作用。开发遵循i e c 6 1 9 6 8 标准的，具有统一配电网模 型描述的，并能够涵盖配电网生产管理全部业务流程的配电管理系统，是配电管理 系统发展的必然趋势。而这个真正意义上的配电管理系统，将为加快提高配电网调 度管理的水平提供强有力的技术保证。 基于c i m 的电网故障信息主站系统的研究主要研究了电网故障信息主站系统与 3 华北电力人学硕士学位论文 外部系统在数据共享和互操作功能方面的问题。通过它可以快速、准确的对电网进 行分析决策，并将决策方案提供给调度员，这样可以大幅度提高调度员对电网运行 调整控制的速度以及调度的科学性，从而提高电网的运行水平0 3 。 但是，目前尚未有将c i m 应用于变电设备状态信息的研究成果。变电设备状态 评估在信息集成化方面的发展仍处于起步阶段，研究和确定变电设备状态信息及其 组成，确保评估过程快速、便捷提取大量变电设备信息，是进行变电设备状态评估 所迫切需要解决的课题。本文研究针对变电设备状态评估的c i m 的具体应用。 1 3 本文所作的工作 本文主要完成了以下工作： ( 1 ) 研究c i m 模型，把握c i m 的建模理念； ( 2 ) 研究供电企业所拥有的变电设备以及变电设备所具有的状态数据，通过查 询资料或者咨询专家，确定变电设备状态数据的组成： ( 3 ) 利用r a t i o n a l 公司的r o s e 这一强大的u m l 建模工具，基于c i m 标准建立 完善的供电企业变电设备状态信息的表示模型； ( 4 ) 用煳l 文档表示变电设备状态信息。x m l 文档中的元素、标签及属性的定义 需要由变电设备状态信息统一模型中的类名、属性名等映射得到。本文研究变电设 备状态信息统一模型中的类、属性、关系等映射到x m l 文档的映射规则。 本文通过基于c i m 的变电设备状态x m l 信息标准的研究有效地集成不同供电企 业变电设备状态信息，为电力系统变电设备状态评估信息集成平台的架构，为设备 维护人员及相关单位变电设备状态评估，提供了详尽的变电设备状态信息结构，数 据具备完整性，准确性。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章c im x m l 技术介绍 本文在建立基于c i m 的变电设备状态信息模型的过程中，主要用到了公共信息 模型( c i m ) 、可扩展标记语言( x m l ) 和统一建模语言( u m l ) 等相关技术。 2 1cim ( c o m m o nin f o r m a tio nm o d ei ，公共信息模型) c i m 是i e c 6 1 9 6 8 和i e c 6 1 9 7 0 系列标准定义的重要部分。它是一个抽象模型， 通过提供一种用对象类和属性及他们之间的关系来表示电力系统对象的标准方法， 基本上包含了所有与电力生产相关的类模型。 c l m 提供了e m s 信息的一个综合逻辑视图；定义了电力工业主要对象的公共类、 属性及对象间的关系，用于电力工程、规划、管理、运行和财务等应用的开发和集 成。各个e m s 应用内部可以有各自的信息描述，但只要在应用程序( 或构件) 接口语 义级上基于c i m ，不同厂商开发的应用程序或不同系统的应用就可以以同样的方式 访问公共数据，实现应用间的相互操作，提高应用程序之间的兼容性及系统的开放 性。通过这种方法，c i m 促进了e m s 的不同开发商开发的应用程序的数据交互，促 进了e m s 之间的数据交互，促进了e m s 和其他相关但不同方面的电力系统运行系统 之间的数据交互，比如发电和配电管理系统。由于定义了一种基于c i m 的公共语言 ( 语义和语法) ，使得各种应用程序和系统之间的数据交互和信息传递简单而易行， 而不必去管应用程序和系统的内部实现。 2 1 1c im 类之间的关系 c i m 用面向对象的建模技术定义。c i m 规范使用统一建模语言u m l 表达方法， 将c i m 定义成一组包每一个包包含一至多个类图，用图形方式表示该包中的类及 它们的关系，根据类的属性及与其它类的关系，用文字形式定义各类。类具有描述 对象特性的属性。c i m 中的每一个类包含描述和识别该类的具体实例的属性。每一 属性均具有一个类型，它识别该属性是哪一种类型的属性典型的属性类型有整型、 浮点型、布尔型、字符串型及枚举型，它们被称为原始类型。然而，许多其他类型 也被定义为c i m 规范书的一部分。例如，电容器具有电压( v o l t a g e ) 类型的m a x i m u m k v 属性。数据类型的定义包含在域包中类之间的关系揭示了它们相互之间是怎样构 造的。下面将展示c i m 类之问的各种关系c i m 模型中的关系包含三种： ( 1 ) 泛化( g e n e r a l i z a t i o n ) 泛化是更通用的类与更具体的类之i b j 的一种关系。也称为“父类子类关系”。 更具体的类只能包含附加信息。例如，变压器是电力系统资源的种具体类型。泛 5 华北电力人学硕十学位论文 化为具体的类提供了从它上层的所有更通用的类继承属性与关系的方法。 p o w e r s y s t e m t e s o u r c e 【丘o _ c o r 0 l c o n d u c ti n g e q u i p m e z r t p o w e r t r a n u f o r m e r lf 矗_ c o r e ) b r e a k e rl i 图2 - i 普遍化的例子 图2 - 1 是泛化的一个例子，此例取自i e c 6 1 9 7 0 标准中的w i r e s 包，b r e a k e r 是 s w i t c h 的更为具体的类型，s w i t c h 又是c o n d u c t i n g e q u i p m e n t 的更为具体的类型， 而c o n d u c t i n g e q u i p m e n t 本身又是p o w e r s y s t e m r e s o u r c e 的更为具体的类型。 p o w e r t r a n s f o r m e r 是p o w e r s y s t e m r e s o u r c e 的另一个具体类型。 ( 2 ) 聚合( a g g r e g a ti o n ) 聚合是关联的一种特殊情况。聚合表明类之间的关系是一种整体与局部的关 系，这里，整体类由部分类构成或者包含局部类，局部类是整体类的一部分，局部 类不像泛化那样从整体类继承而来。 + t o p ol o g i c a l is l a n d + t o p o l o g i c a l n o d e s 图2 - 2 聚合的例子 图2 2 说明了拓扑岛类( t o p o l o g i c a l i s l a n d ) 与拓扑节点类( t o p o l o g i c a l n o d e ) 之间的聚合关系，它取自拓扑包。如图2 - 3 所示，一个拓扑节点只能是一个确定的 拓扑岛的一个成员，但是一个拓扑岛却能包括任意数目( 至少有一个) 的拓扑节点。 6 华北电力人学硕七学位论文 ( 3 ) 简单关联( a s s o e i a t i o n ) 关联是一种结构化的关系，指一种对象和另一种对象有联系。给定有关联的两 个类，可以从一个类的对象得到另一个类的对象。关联有两元关系和多元关系。两 元关系是指一种一对一的关系，多元关系是一对多或多对一的关系。关联两端的类 以某种角色参与关联。每个关联有两个角色。每个角色具有重数，重数表明了参与 这个关联的对象的多少。同时，关联可以被命名。但是，在c i m 中，没有命名关联。 图2 - 3 简单关联的例子 如图2 - 3 所示，在c i m 中，分接头( t a p c h a n g e r ) 和调节计划 ( r e g u l a t i o n s e h e d u l e ) 存在着一个关联。重数显示在关联的两端。在这个例子中， 一个分接头对象可以有o 或1 个调节计划，而一个调节计划可以属于o 、l 或者多 个分接头对象。 2 1 2cim 建模的思想和方法 c i m 技术建立在计算机行业的成熟发展基础上，c i m 吸取了计算机行业的发展 成果，采用计算机行业先进的建模工具，完成了对电力系统的现实世界的建模。具 体表现在以下三个方面： ( 1 ) 采用面向对象技术将电力系统现实世界的对象用类和包及其关系来组织。 电力系统对象用类来描述； 对象之间的关系有三种； 专门的域包将所有的数据类型封装成类； 设计虚类，方便接口和实现的有效分离 ( 2 ) 采用u m l 语言描述模型u m l 语言作为o m g 规定的国际标准化的建模语言， 现在已经被软件工业界普遍采用，并发挥了巨大的作用。 ( 3 ) 采用r a t i o n a l r o s e 作为建模工具阳1 。 2 1 3clm 模型 2 1 3 1clm 包体系 c i m 由包组成，包是将相关模型元件人为分组的方法。c i m 被划分为1 3 个类包， 7 华北电力人学硕士学位论文 2 9 0 多个类。包括：域包、核心包、电线包、停运包、测量包、拓扑包、负荷包、 储运损耗包、保护包、发电包、财政包、预测包和能量安排包、s c a d a 包等。核心 包( c o r e ) 定义了厂站类( s u b s t a t i o n ) 、电压等级类( v o l t a g e l e v e l ) 等许多应用公用 的模型；拓扑包( t o p o l o g y ) 定义连接节点( c o n n e c t i v i t y n o d e ) 和拓扑岛 ( t o p o i o g i c a l i s l a n d ) 等拓扑关系模型；电线包( w i r e s ) 定义断路器( b r e a k e r ) 、隔 离刀闸( d 主s c o n n e c t o r ) 等网络分析应用需要的模型；停运包( o u t a g e ) 建立了当前及 自自自目白 息_ 避? 舀 图2 - 4c i m 包结构框图 计划网络结构的信息模型；保护包( p r o t e c t i o n ) 建立了用于培训仿真的保护设备的 模型，保护应用需要的模型；量测包( m e a s ) 定义了各应用之间交换变化测量数据如 测点m e a s u r e m e n t ) 和限值( l i m i t s e t ) 等描述；负荷模型包( l o a d m o d e l ) 定义了负荷 预测用的负荷模型；发电包( g e n e r a t i o n ) 分成生产包( p r o d u c t i o n ) 和发电动态特性 包( g e n e r a t i o n d y n a m i c s ) 两个子包，前者定义了用于a g c 等应用的发电机模型，后 者定义了用于d t s 的原动机和锅炉等模型；域包( d o m a in ) 是量与单位的数据字典， 定义了可能被其他任何包中任何类使用的属性( 特性) 的数据类型。图2 - 4 表示在 i e c 6 1 9 7 0 - 3 0 1 部分中定义的各包及它们i 日j 的依赖关系虚线表示依赖关系，箭头从 依赖性包指向它所依赖的包。 8 华北电力大学硕十学位论文 2 1 3 20im 中的变电设备类 c i m 远远不是一个普遍适用的详细模型，为了对变电设备状态信息进行集成， 还需要建立一个更加详尽的变电设备状态信息模型，需要对c i m 进行扩展和完善。 本文建立的变电设备状态信息模型中定义的变电设备的相关类是针对变电设 备检修、信息管理和状态评估方面的需要建立的。在c i m 模型中已有部分变电设备 类的定义，但是c i m 中的类的定义是为了具有抽象性，类中定义的属性无法满足具 体应用的需求。下面以变压器为例介绍c i m 模型中变电设备部分相关类的定义形式。 c i m 中的变压器模型如图2 - 5 。 图2 - 5c l l l 中的变压器模型 模型中定义了电力变压器类( p o w e r t r a n s f o r m e r ) ，其定义形式如下： 电力变压器类( p o w e r t r a n s f o r m e r ) 由两个或多个耦合绕组组成的的一种电气设备，可以有一个铁心或者无铁心， 用来在电路之间形成相互耦合变压器可用来控制电压和移项( 有功潮流) 。 p o w e r t r a n sf o r m e r 的属性 固有属性 b m a g s a t( p e r c e n t )在饱和区域，铁心的并联励磁电纳，用百 分数来表示 9 华北电力大学硕士学位论文 m a g b a s e k v m a g s a t f l u x p h a s e 进行饱和磁化测量的参考电压 铁心磁化饱和曲线拐点的磁通量 描述电力变压器的相位，可能值为( a b c n ， a b c ，c a n ，b c n ，a b ，a c ，b c ，a n ，b n ， c n ， a ，b ，c ， n ) t r a n s f o r m e r t y p e( t r a n s f o r m e r t y p e ) 继承的属性 i d e n t i f i e d o b j e c t m r i d( s t r i n g ) 设备拥有的唯一的i d i d e n t i f i e d o b j e c t n a m e( s t r i n g )属于相同父对象的所有对象的唯一名称 i d e n t i f i e d o b j e c t 1 0 c a l n a m e ( s t r i n g )人工可读名称 i d e n t if i e d o b j e c t p a t h n a m e ( s t r i n g ) 所属每个容器的所有名称的串接 i d e n t i f i e d o b j e c t a l i a s n a m e ( s t r i n g )对象或实例的任意文本名 i d e n t i f i e d o b j e c t d e s c r i p t i o n ( s t r i n g ) 对象或实例的描述信息 p o w e r t r a nsf o r m e r 的属性 固有作用 ( 1 ) h e a t e x c h a n g e( 0 1 ) h e a t e x c h a n g e 一台变压器可能有一个 散热器 ( 1 )c o n t a i n s t r a n s f o r m e r w i n d i n g s ( 1 n )t r a n s f o r m e r w in d in g s 一台变压器有几个绕组口又上_ b 酋订同l jl ：艽绁 此外p o w e r t r a n s f o r m e r还继承了p o w e r s y s t e m r e s o u r c e的关系 p o w e r t r a n s f o r m e r 的属性并非变电设备状态信息，由此可见c i m 模型中定义的变电 设备的相关类无法满足变电设备管理的需要，因此本文基于c i m 建立了变电设备状 态信息模型，变电设备状态信息模型将在第四章详细描述。 2 2 可扩展标记语言x m l x m l 由万维网联盟( w 3 c ) 设计，是通用标记语言s g m l ( s t a n d a r dg e n e r a lm a r k u p l a n g u a g e ) 的一个子集概括地说，x m l 是一种元数据标记语言( m e t a m a r k u p l a n g u a g e ) ，可提供描述结构化资料的格式，详细来说，x m l 是一种类似于超文本标 记语言h t m l ( h y p e rt e x tm a r k u pl a n g u a g e ) ，被设计用来描述数据的语言。x m l 提 供了一种独立于运行程序的方法来共享数据，它是用来自动描述信息的一种新的标 准语言，它通过计算机通信把i n t e r n e t 的功能由信息传递扩大到人类其他多种多 样的活动中去。其最大优点在于它的数据存储格式不受显示格式的制约。x m l 把文 1 0 、，、， 哐 d d 砒 g n 疋 a e e 姆 一 赋 h 旧 0 e m v p pm 华北电力人学硕+ 学位论文 档的3 要素独立开来，分别处理。首先，把显示格式从数据内容中独立出来，保存 在样式单文件( s t y l es h e e t ) 中，这样如果需要改变文档的显示方式，只要修改样 式单文件就行了。x m l 的自我描述性质能够很好地表现许多复杂的数据关系，使得 基于x m l 的应用程序可以在x m l 文件中准确高效地搜索相关的数据内容，忽略其他 不相关部分。本文采用的x m l 部分知识参考文献 2 2 2 7 。 本文采用x m l 来表示变电设备状态信息模型有以下几点原因： ( 1 ) 这种格式是机器和人都可读的。虽然它首先是机器可读的，可以方便地通 过编程获取信息，但x m l 文件都是文本文件，在任何系统上都可以方便地读取，有 一定的可读性。 ( 2 ) 有大量的现成的工具和程序库可以利用，能够被任何一个支持文档对象模 型d o m ( d o c u m e n to b j e c tm o d e l ) a p i 的工具所访问。 ( 3 ) 这种格式是自描述的，通过查看r d fs c h e m a 文件即可了解系统定义，增加 了可读性。 ( 4 ) 利用了现有的w e b 标准，降低了开发费用。 2 3u m l 建模语言 u m l 是一种绘制软件蓝图的标准语言可以用u m l 对软件密集型系统的制品进行 可视化构造和文档化。从企业信息系统到基于w e b 的分布式应用，甚至严格的实时 嵌入式系统都适合于用u m l 来建模。它是一种富有表达力的语言，可以描述开发所 需要的各种视图，然后以此为基础装配系统m 1 。 本文采用u m l 建模语言建立变电设备状态信息模型主要基于下述原因：u m l 易 于表达、可视能力强、进行可视化建模；与具体的实现无关，可应用于任何语言平 台和工具平台；与具体的过程无关，可应用于任何软件开发过程；简单并且可扩展， 具有扩展和专有化机制，便于扩展，无需修改核心概念；为面向对象的设计与开发 涌现出的各种高级概念( 如协作、框架、模式、组件) 支持，强调对协作、框架、模 式、组件的重用，与最好的软件工程实践经验集成，可升级，具有广阔的适用性和 可用性，有利于面向对象工具的市场成长 u m l 最重要的三个要素是：u m l 的基本构造块，支配这些构造块如何放置在一 起的规则和运用于整个语言的一些公共机制；u m l 的词汇表包含3 种构造块：事物、 关系和图。 事物包括结构事物、行为事物、分组事物和注释事物。结构事物是u m l 模型中 的名词。它们通常是模型的静态部分，描述概念或物理概念共有7 种结构事物： 类、接口、协作、用例、主动类、构件、节点：行为事物是u m l 模型的动态部分。 1l 华北电力大学硕十学位论文 它们是模型中的动词，描述了跨越时问和空间的行为，u m l 共有两种行为事物：交 互和状态机；分组事物是u m l 模型的组织部分；注释事物是u m l 模型的解释部分。 u m l 中有四种关系：依赖、关联、泛化和实现这些关系是u m l 的基本关系构 造块，用它们可以写出结构良好的模型。 u m l 中的图是一组元素的图形表示，大多数情况下把图画成顶点( 代表事物) 和 弧( 代表关系) 的连通图。u m l 包括9 种这样的图分别为：类图、对象图、用例图、 顺序图、协作图、状态图、活动图、构件图、实施图油1 。 2 4 小结 本章详