（系统分析与集成专业论文）cimxml在dts一体化中的应用研究.pdf

i 摘 要摘 要 目前，我国电力信息化建设发展迅速，各种电力自动化技术应用已十分广泛， 但也存在着各种问题和不足。为减少新的应用系统的开发成本和时间，保护现有正 常运行系统的投资，提供各自动化系统之间的数据通信，遵循国际电工组织提出的 iec61970 标准，对实现“即插即用”功能十分重要。 iec61970 标准吸收了软件行业流行的最新技术，它是电力自动化系统的一项重 要标准，有着广泛的应用前景。积极跟进 iec61970 标准开发进程，理解并吸收最 新成果，对转化到实际应用非常重要。公共信息模型基于一种面向对象的抽象模型， 统一了电力信息模型的描述，也使实现上述目标成为可能。 本文首先重点阐述了公共信息模型部分，对其进行理解分析，并生成实例，接 着介绍了 xml 语言在电力系统数据交换当中的应用，以及 xml 技术在 cim 当中 的应用。同时，探讨了 cim 的载体 rdf 语言，以及 cim 与 rdf schema 之间的映 射方法，详细分析了 cim xml 文档的生成技术，并结合实例实现了整个流程。在 此基础上，结合项目实际，提出了一种 cim xml 的转化方法，实现了文本文件到 cim xml 文件间的生成转化，并设计了一个基于 cim xml 的一体化系统，结合 xml 文档与数据库之间的映射技术，实现了基于 cim xml 的电力系统模型文件与 数据库的导入导出。对导入过程进行潮流计算验证，结果误差控制在要求的范围内， 满足系统需求。 最后，提出了设计当中的不足之处以及下一步的改进工作，同时对 iec61970 标准在电力系统中的应用进行展望。 关键字关键字: 公共信息模型, 可扩展标记语言, 资源描述框架, 能量管理系统 ii abstract with the new development of power system, power automation technology become more popular, but it also has some problems. to reduce the cost of new system, protect the investment, supply the data communication between the power system, and apply the interoperability, iec puts forward iec61970 specification series. based on the new software technology, the iec61970 is very important for the power system and has a large prospect. to apply the iec61970 in the power system, studying of the new result is very important. the cim is an abstract model that represents all the major objects in an electric utility enterprise. this paper focuses on the common information model, analyses the structure of the cim and makes a example. then, it introduces the application of cim in the power system data exchange, discusses the resource description framework（rdf）,and the mapping methods between the cim and rdf, creates a text of cimxml. as a part of the project, this paper presents a new method of the exchange of cimxml, developes a cimxml based software platform, and apply the inputoutput of the cimxml in the oracle database. the feasibility and validity of the scheme are validated. finally, this paper discusses the insufficient of the platform and summarizes all these works. illustrating the detailed steps implement the cim exchange. key words: common information model; extensible markup language; resource description framework; energy management system 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在_年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名：指导教师签名： 日期： 年 月 日日期： 年 月 日 1 1 绪论绪论 电力工业是国民经济建设的基础，更是典型的传统工业，也是一个技术密集型、 资金密集型行业。作为事关国民经济发展和人民生活大局的电力行业，其重要性不 言而喻，随着国家的发展和人民生活水平的不断提高，电力行业也必须不断利用最 先进的科学技术理念武装自己。电力信息化建设日益得到人们的重视，电力自动化 技术也已普遍应用到各大中型电网，各种高级应用软件也不断出现，电力信息一体 化的任务也越来越艰巨。 1.1 问题的提出及研究背景问题的提出及研究背景 我国电力行业计算机自动化技术应用和信息化建设起步于 20 世纪 60 年代初 期。经过 40 年的发展，特别是近 20 年的开发和建设，信息技术在电力生产、建设、 经营、管理、科研、设计等领域得到了广泛应用。电网调度自动化、厂站自动控制 和电力 gis（地理信息系统） 、办公自动化、财务管理、电力市场等各类应用系统纷 纷建立起来。国家电力信息网络自 1998 年建成并投入使用以来，电力信息网在覆 盖面和网络安全技术应用方面又有较大地提高。目前电力信息化已经成为电力行业 生产、管理以及行业发展不可缺少的重要组成部分。电力信息化的发展历程正是信 息化带动电力工业发展的印证，它提升了电力行业的产业水平，而电力工业现代化 又不断促进信息化向更高的水平迈进。实践证明，信息化发展战略是电力企业创新 发展的必由之路。 电网调度系统自动化是电力行业信息化技术应用的重点，历来受到极大地重 视。经过几十年的努力，我国电力调度自动化水平总体应用已接近国际先进水平。 调度日志管理系统、电量远传及调度运行技术支持系统、调度员培训仿真系统、操 作票管理系统等已得到广泛应用和推广，特别是国内开发的 scada（监控与数据 采集系统）和 ems（能量管理系统）应用水平普遍提高，近几年对 20 世纪 90 年代 初建设的 scada 系统设备进行了更新，提高了系统设备的安全性，确保电网安全 2 运行。电网调度自动化系统的通道数量和质量、厂站信息质量和设备运行的可靠性 均有大幅度提高。 目前在电力系统，重视网络和硬件投资，轻视信息资源开发和建设的现象仍然 严重，各应用系统间的信息资源衔接较差。电力信息化深层次发展的主要障碍并不 是资金和技术，而是电力信息资源开发不足，没有一套完整的电力信息资源发展规 划和开发计划。信息资源开发建设远远滞后于信息化建设的整体发展水平。 另一方面，信息资源不能共享，与企业生产经营和发展有关的信息资源开发严 重不足。在强调信息安全和保密的前提下，一些关系企业发展的数据和信息，只掌 握在少数部门的管理者和业务人员手中，没有把它建设成为企业发展的资源库和知 识库。现代企业的信息资源是企业发展的基础和财富，保护好企业这一重要的信息 财富，利用企业信息资源是现代企业发展的重要措施。 由于电力系统数据维护的工作量巨大，对于 ems/dts 系统的开发而言，用户 提出的首要要求便是数据一体化。在这个前提下，dts 系统只能利用 ems 提供的 数据信息，但不同的 ems 系统在设计上各不相同，如果需要开发新的应用，就不 得不依赖于原有的 ems 系统。dts 系统作为第三方来讲很难提供能够方便地集成 到用户原先安装的系统中的新产品。每当需要开发新的应用软件时，问题就突出地 表现在由于这种不灵活性而造成的重复开发，以及浪费巨大的人力物力。 随着计算机和网络技术的迅速发展，开放式能量管理系统（ems）逐步发展。 目前的开放式 ems 只是平台的开放，还没有达到应用程序级的开放，面临着异种 系统集成和二次开发的困难，无法实现大规模互联电力系统中各控制中心 ems 之 间的数据交换和信息共享，迫切需要应用程序接口方面有良好的国际标准可循。随 着我国电力企业信息化的完善，目前也逐步建设了大批综合性的、分布式应用的系 统。这些系统的投入使用极大的提高了电力企业运行效率，但随着运用的深入，一 些问题也逐步的暴露。 （1）当用户对老的系统更新换代时，由于运行平台不兼容， 用户原来一些运行稳定可靠的软件不能再正常运行，用户长期积累的数据资料和二 次开发的工作不能再保留。 （2）当用户对系统中某一部分的功能进行扩展时，如果 用第三方软件，由于接口专用，要重复建设一些软件，浪费了用户的资金和时间。 3 （3）当用户进行后期功能招标时，由于第三方软件的接口问题，往往使用户选择 原来系统的厂家，不能选择最好的应用软件。这些问题的出现都是因为在系统开发 当中没有一个统一的标准造成的。因此国际电工技术委员会 iec 推出的系列标准 iec61970，使得 ems 的应用软件组件化和开放化，能即插即用和互联互通。从长 远来看，以后不同的电力系统软件都将符合 cim 这一标准，如何在保护原有开发 的基础上，使 dts 系统符合这一标准要求，最终实现和不同系统的信息互用具有 及其重要的意义1。 河南省南阳地区电网结线复杂、运行方式多样，要想在尽可能短的时间内培训 出合格的调度员，以适应电网的迅速发展，必须提供一种能够模拟电网中可能发生 的任何故障，并且与 scada/ems 环境相一致的培训场景。南阳地调调度员和变电 值班培训模拟系统（简称南阳 dts）是在 sd6000 提供的数据基础上开发的调度 和变电值班培训模拟系统（dts） ， 南阳 dts 作为能量管理系统 ems 的一部分， 不可能脱离 scada/ems 而独立存在，因此其 dts 除了具有一般地调 dts 所具有 的基本功能外，还必须针对南阳电网的特点和 scada/ems 环境，开发出适合系统 要求和发展需要的新功能，因此如何建设一个功能完善、实用性强、易于维护的培 训仿真系统，是南阳 dts 的目标。 1.2 国内外发展现状国内外发展现状 1.2.1 电网调度自动化与调度员培训仿真系统 电网调度自动化系统又称作能量管理系统（emsenergy management system） ，是以计算机技术为基础的现代电力综合自动化系统，主要用于大区级电 网和省、 市级电网调度中心， 主要为电网调度管理人员提供电网各种实时的信息 （包 括频率、发电机功率、线路功率、母线电压等） ，并对电网进行调度决策管理和控 制，保证电网安全运行，提高电网质量和改善电网运行的经济性。一般 ems 系统 由硬件平台（hp alphaserver 服务器） 、操作系统与数据库系统平台（tru64 unix、 4 oracle/sybase） 、 ems/dms 支撑平台、 电力系统基本应用和电力高级应用软件 （pas） 等组成。scada 是 ems 的基础模块，主要完成数据的收集、处理解释、存储和 显示，并把这些实时信息传递给其它应用模块。主要功能：信息处理控制、报警与 处理、事件顺序记录、事故追忆反演。 电网调度自动化系统发展迄今已经历三代：20 世纪 70 年代基于专用计算机和 专用操作系统的 scada 系统可以称为第一代, 80 年代基于小型机的 ems 系统称为 第二代, 90 年代基于 risc/unix 的开放式分布式 ems/dms 系统称为第三代, 第三 代系统已发展了近 10 年。随着计算机和网络技术的飞速发展, 第四代自动化系统 的基础条件如 internet 技术、面向对象技术、数据库技术、java 技术、中间件 技术、多代理技术、厂站自动化技术、安全防护技术、电力市场运营技术等已经具 备, 预计新一代自动化系统将于 21 世纪初期诞生2。随着电力系统的结构日趋扩大 和复杂，为保证电力系统运行的安全性和经济性，要求调度运行人员能够迅速、准 确、全面地掌握电力系统的实际运行状态，预测和分析电力系统的运行趋势，对电 力系统运行中发生的各种问题做出正确的处理。ems 高级应用软件（paspower advance software）正是辅助调度员完成上述任务的有力工具，也是 ems 系统的重 要组成部分。该应用软件包括实时网络建模和网络拓扑、负荷预测、自动发电控制 和发电计划、实时经济调度、状态估计、调度员潮流、安全分析、电压无功优化、 短路电流计算、安全约束调度、最优潮流、调度员培训仿真系统等。 电网调度员培训仿真系统（dispatcher training simulator，简称 dts）是一套运 用先进计算机技术模拟电网运行的数字仿真系统。它按被仿真的实际电力系统的数 学模型，模拟各种调度操作和故障后的系统工况，并将这些信息送到电力系统控制 中心的模型内，为调度员提供一个逼真的环境，以便培训在系统正常、故障和恢复 情况下的操作，达到既不影响实际电力系统的运行，而又使调度员得到身临其境的 实况演练的目的。随着我国各级电网调度运行部门调度自动化系统水平的不断提 高，dts 在我国电网各级调度自动化部门已受到人们的高度重视。 1.2.2 互操作实验 5 近年来，研究和应用 iec61970 系列标准一直是国内外调度自动化技术的热点 和潮流，但其结构庞大，内容繁杂，涉及到许多新技术，尽快对这些标准进行跟踪 研究和消化，特别是进行互操作实验，对不断提高我国电网调度自动水平意义重大。 互操作实验的内容一般包括以下几个方面34：（1）实现模型文件的导入导出， 即能够将模型从私有数据库导出转化为 cimxml 格式，同时能够将 cimxml 文 件导入私有数据库。（2）每个参与者必须对标准的 cimxml 文件正确的导入导 出，同时验证导入导出过程的正确性。不同参与者之间能够实现 cimxml 文件的 互导，导出结果应与标准模型一致。（3）通过潮流计算验证电力模型数据的完整 性。一般是由 a 导入标准的电力系统模型文件，进行潮流计算，并导出 cimxml 文件 a1，b 将 a1 导入，验证后进行潮流计算，并导出 cimxml 文件 b1，a 再 导入 b1，验证后进行潮流计算，最后将计算结果同原始模型的潮流计算结果进行 比较，若误差很小则说明实验成功。 国外的互操作实验总共进行了 6 次， 前 4 次是针对 cim 部分的， 通过 cimxml 文件的导入导出进行模型交换， 后面是基于 cis 部分的， 通过基于通用中间件的 cis 接口方法调用，进行数据交换。对于 cim 部分来说，前三次实验已经验证了不同 厂家基于 cim 产品的互操作性， iec61970 标准的正确性和完整性， 基于 cim 的 xml 描述文件可以交换电力模型数据。 我国国家调度中心也在积极组织类似试验，推动基于国际标准的系统和设备的 开发，缩小与国外的差距，某些方面已经达到了国际先进水平，这对我国电力行业 与国际接轨意义。对于 cim 部分我国进行了前 3 次互操作实验，刚刚进行的第四 次实验是针对 cis 部分进行的。 99 年开始， 国内成立 emsapi 工作组对 iec61970 标准进行翻译，为后续工作做好理论准备。 02 年在国电调度中心进行了第一次互操作实验，实验采用国外的实验模型，通 过 cimxml 进行不同互操作成员之间的模型导入导出和潮流计算。实际上是一个 自测试的过程，并没有在各厂家的产品之间真正的传送数据模型进行互操作。这次 试验的基本内容是:（1）采用基于 cim09a 的两个厂站的数据模型、esca60 模型 以及基于 cim09b 的 esca60 和 abb40 模型，作为导入/导出试验的数据模型。各 6 厂家进行导入试验， 转化成自己产品的私有数据格式， 然后再导出， 转化成 cim/xml 文件格式。（2）导入基于 cim09b 的 abb40 模型后，进行潮流计算,检查潮流计算 所需参数是否正确和完整。 第二次互操作试验以 cim/xml 为载体实现了电力系统数据和信息的交换，在 各个单位的不同硬件和软件系统平台上分别进行了 xml 文件的导入、电力系统潮 流计算、xml 文件的导出等操作试验，在交换的基础上实现不同厂家的各应用之 间的互操作。试验分两个阶段：第一阶段的测试根据符合 cim10 标准的 siemens100 母线模型，esca60 母线模型和 ieee14 节点模型，进行导入，潮流计算和导出测 试。每个参与者都对以上模型进行了导入，转化成自己产品的私有数据描述格式， 进行潮流计算后，再将数据模型导出，转化成 cim/xml 文件格式。然后，各厂家 又都分别对其他厂家的导出文件，进行了导入试验和潮流计算。第二阶段的测试立 足于利用不同厂家多次导入/导出的模型进行潮流计算。 第三次互操作试验各参与厂家都准备了基于实际系统的 cim/xml 文件，在此 基础上进行导入/导出操作和潮流计算，并进行了模型的拆分和合并试验。这次试验 包括两方面的内容。第一，实际系统模型的导入/导出和应用软件计算。首先，对基 于 cim/xml 的 ieee14 节点模型进行导入，计算潮流（或状态估计），比较计算 结果。然后每个厂家均对其他厂家提供的实际系统 cim/xml 文件进行导入，并计 算潮流（或状态估计）。第二，模型的拆分/合并/导入试验。首先，各厂家都对 siemens100 的部分模型进合并/导入试验，先导入不包含 port 厂站的文件，再导 入只包含 port 厂站的文件，然后进行潮流计算，并和完整的模型计算结果进行比 较。其次，各厂家两两一组，进行实际系统的拆分/合并试验。即将一个实际系统的 xml 文件拆分成两个文件，一般是一个大文件和一个只包含一个厂站信息的小文 件。传递给另一个厂家来进行合并/导入，并进行潮流计算。最后，对纵向的分离模 型进行导入、合并和潮流计算。 1.3 本文的研究内容本文的研究内容 7 本文的主要工作分为两大部分，第一部分主要是对 iec61970 的 cim 部分进行 研究并理解消化，通过对资源框架描述语言和可扩展标识语言的学习，掌握生成 cimxml 文档的一般方法。第二部分主要是在第一部分的基础上设计了一个基于 cimxml 的导入导出软件平台。第一章介绍了课题来源，电网调度自动化与调度 员培训仿真系统的发展概况，以及国内外基于 iec61970 标准进行的互操作实验。 第二章介绍了 iec61970 标准与电力信息一体化之间的关系，标准的出现以及其体 系结构，重点阐述了公共信息模型部分，并进行实例分析。第三章介绍了 xml 语 言及其在电力系统当中的应用，接着阐述了资源框架描述语言技术，以及结合 cim 标准，生成 cim xml 文档的关键技术，最后提出了一种对 xml 文件的解析方法。 第四章结合一个具体的实例实现了基于 cim 的系统间的导入导出，并通过潮流计 算进行了验证。 8 2 iec61970 标准概述标准概述 标准化是电力系统自动化水平的重要标志，它伴随着整个电力行业的发展。随 着国内电力自动化水平不断提高，在支撑平台和应用软件层面，不兼容现象日益突 出，在某种程度上正严重制约着行业的不断发展。为实现不同系统之间的信息一体 化，促进电力行业的不断发展，国际电工委员会制定了 iec61970 标准，它包括 cim （公共信息模型）和 cis（组件接口规范）两个部分。本章首先阐述了电力系统信 息一体化的主要问题及解决途径，接着介绍了 iec61970 标准的体系结构，最后着 重阐述了 cim 部分，对其进行理解消化。 2.1 iec61970 与电力信息一体化与电力信息一体化 2.1.1 电力信息一体化的问题及解决方法 最近几年电力系统的信息化建设取得了长足的进步，但是存在的问题也相当突 出，一般包括以下几个方面： （1）现有的各种应用系统功能有限，大都是不同厂商独立开发，造成各系统 孤立运行，系统间数据和信息的共享困难；同时，各厂商技术水平参差不齐，对于 不同时期的开发，系统软硬件环境差异较大，给系统的升级换代和集成带来重重困 难。 （2）信息化应用水平不高，一些系统的高级应用等子系统集成度低、互操作 性差、信息管理分散，数据的完整性、准确性、及时性等方面存在较大差距。有些 企业己经建立了企业内部网和互联网站，但多年来分散开发或引进的信息系统，形 成了许多信息孤岛，缺乏共享的、网络化的信息资源，在实际应用中发挥的作用并 没有预期的理想5。 （3）现有网络和信息资源的利用不充分，信息和数据的共享度达不到企业对 9 信息资源的整体开发利用的要求，简单的应用多，能支持管理和决策的应用少，能 利用网络开展经营活动的应用更少，系统之间的交互不足67。电力生产中蕴藏着巨 大的信息资源，尚没有充分挖掘出来加以利用，信息资源的增值作用还没有在生产 经营过程中充分发挥出来。 电力系统信息一体化的要求是实现信息的开放、共享和集成，而电力系统现在 已经有很多独立分工不同的信息处理系统，如监视控制与数据采集系统（scada） 、 能量管理系统（ems） 、电能量计量系统（tmr） 、电力市场技术支持系统（pmos） 、 信息管理系统（mis）等。这些系统可能由不同厂家提供，其应用程序常常运行于 不同的平台，相应的数据格式也是私有的非标准格式。因此，不同系统之间的数据 交互相当困难。在传统的电力系统中，各种自动化系统的信息通常都是相对封闭的， 异构系统之间的信息共享非常有限，而且难于实现。随着自动化程度的不断提高和 市场化的要求，信息资源逐渐成为系统发展的关键。各个独立系统也开始要重新衡 量它们所需要的信息，改造自身的结构以实现系统内部和与其他系统之间的信息交 互及整合，并对其他系统开放访问8。 目前已经有很多 it 和 internet 的技术被引入到电力系统中以实现信息的开放和 共享，但是数据多样化和缺乏元数据标准化等问题使得数据的交互仍然很复杂。当 前，电力系统的信息管理中已经存在了很多的标准，但是这些标准之间却有重叠甚 至是互相矛盾的地方。系统之间相互孤立、缺乏统一的标准导致了信息资源的巨大 浪费，同时也阻碍了电力系统信息一体化结构的发展。 鉴于这种现状，必须实现数据模型和通信协议的标准化也就是说，需要一个开 放式的标准来简化电力系统数据的交互，使不同类型的系统用同一种标准做接口来 实现数据交互910。 2.1.2 iec61970 的出现 随着计算机技术的进步和电力系统数字化基础设施的逐步完善，电力系统的各 种应用系统己经逐步走向成熟，并且日益庞大和复杂，随之而来也开始暴露出各种 各样的缺点和不足，同时新应用与老系统的集成以及各种独立的应用系统之间相互 10 融合和集成的需求随着电力市场的发展而越来越迫切。与此同时，电力市场的发展 使得电力系统不再是一个封闭运营的工业系统，而是需要扩展到商业运营，各种各 样的电力市场参与者（包括电力生产者、输电公司、配电公司、电能交易公司以及 电力用户等）需要分享电力系统运行的相关信息，这就要求将 scada 系统采集到 的电力系统实时运行状态信息、在线安全分析得到的安全状况及安全裕度信息、电 能报价和电量交易情况、以及电力系统的日常运行管理情况等各个方面的数据和信 息集成到一个统一的平台提供给电力市场的所有参与者。这就需要电力系统中现有 的各应用系统的开放、共享和集成实现电力系统信息一体化这一目标。 20 世纪 90 年代以来，系统信息的开放和一体化问题己经引起电力部门的重视， 各种相关组织和研究人员都开始致力于这方面的研究，由于 ems 是电力系统信息 交换的核心部分，因此目前的研究大都围绕 ems 开展。90 年代初，ieee 成立了专 门的电力系统控制中心工作组（ieee power control center world group） ，从开放型 ems 系统的评估、硬件设计、结构设计、安全性、工程管理、数据库、scada,通 信系统和人机界面等各方面进行了探讨，提出了一系列的指导性原则，指出接口的 标准化和公开是走向开放的基础，但是并没有发布任何具体的标准。 几乎与此同时，美国电力研究院 epri（ electric power research institute）也启 动了控制中心应用程序接口 ccapi（control center application program interface） 工程，致力于为 ems 和其它电力系统控制系统建立一个开放的、即插即用的应用 环境，以减少对已有 ems 扩展新应用所需的时间和费用，并保护己有的投资。 国际电工委员会（iec）第 57 分会（电力系统控制与相关通信）第 13 工作组 制定了 iec61970 系列标准，这是一套能量管理系统应用程序接口（ems api）的 国际标准，该标准的定义使电力系统各种应用以及 ems 能够不依赖信息的内部表 示存取公共数据和交换信息。技术上实现的办法就是为现有的应用或系统提供一个 集成构架，这一构架基于通用的结构和信息模型及接口，与底层的技术无关。 iec61970 系列标准的工作就是形成一套导则和标准用以集成在控制中心环境中不同 开发商的应用，与控制中心外的系统交换数据。因此标准的范围也涉及其它电力传 输系统、配电系统以及在控制中心以外需要实时交换数据的发电系统。iec 61970 11 还要实现对遗留的系统和新开发的系统依据标准进行集成。 为了实现集成，软件组件和系统需要一个 cim 来提供公用一致的模型作为数 据交换的基本模型。有这样的信息模型后，某一特定的变压器和它相应的阻抗可以 被识别。软件组件的集成，也就是将独立开发的各个软件集成到系统中，为保证这 类集成，组件接口用到的属性、方法、事件需要标准化。其集成的重点是支持松散 的耦合和异步的“文件”交换。文件可以是大型复杂的数据结构，譬如 xml 文件。 文件交换就是说数据的交换是合成的、结构化的、自描述的。同时，ems-api 标准 的一个目的就是鼓励独立开发的软件组件可以重用，使控制中心的集成更为便利， 为此定义了通用组件接口11。这些基于组件的途径使软件和系统的集成方便。对于 这种任意软件组件之间的集成，xml web services 提供了另一种基于 internet 的集 成模式。xml web services 允许文件交换的方式来通过 internet 交换数据，而不需 考虑运行环境和编程语言。 综上所述，电力系统各种信息系统的开放、共享与集成的一体化建设目前正处 于一个蓬勃发展的时期，其近期的主要目标就是在现有的信息系统基础上，通过利 用先进的 it 技术，将一个企业不同时期、不同厂商建设的独立应用系统有机地联 系起来，实现信息的高度共享，彻底解决“信息孤岛”的问题。 2.1.3 iec61970 的结构体系 iec61970 标准系列12分导则，术语，cim 和两种级别的 cis 共 5 个部分，其 最初的草案是接受了美国电科院控制中心 api（简称 epriccapi）项目的研究成果， 导则中的参考模型来源于美国 epriccapi 的白皮书，cim 定义了覆盖各个应用的 面向对象的电力系统模型，是 iec61970 标准的灵魂。导则部分主要提出了一个用 来描绘控制中心 ems api 问题的参考模型，其中应用的组件化有两种方法，一是彻 底用组件构造，二是对原来的应用加封套。术语部分列出了标准中用到的术语和定 义。cim 分为 3 个部分，301 是 cim 的基本部分，302 是 cim 用于能量计划，检 修和财务的部分，303 是 cim 用于 scada 的部分。cis 分两个级别：级别 1 仅对 接口做一般性描述，不涉及具体的计算机技术，401 是 cis 的总体框架说明，402 12 之后与原来的计划的目录变化较大，其余的内容包括非实时的数据访问，实时数据 的访问以及历史数据的访问技术和接口。其他的 cis 还包括互操作实验的成果即模 型交换 （模型的合并， 更新等） ， 以及针对各个应用的cis； 级别2将cis映射到corba 和 xml 等具体的计算机技术，501 部分是 cim 模型从 uml 转换成 xml rdf 格 式， 用于模型的语法校验， 502是cda映射到corba， 503是互操作实验的cim xml 数据交换格式。由于 cis 部分并不十分成熟，并结合现实需求本文将把主要精力放 在 cim 上面。 到目前为止，国外已有多家公司进行了基于这一标准的互操作实验，已有部分 产品实现了 cim 部分的应用。随着我国加入 wto，我国电力行业面临与国际接轨 的问题，因此，国家电力调度通信中心积极采纳了该国际标准。目前，国调中心也 在积极组织类似试验，推动基于国际标准的系统和设备的开发，缩小与国外的差距， 这对我国电力行业与国际接轨意义重大。 2.2 cim 概述概述 cim 提供了一个可理解的电力系统逻辑视图，包括 ems 所需要的信息。cim 是一个抽象的模型，它代表了电力企业中所有的主要对象，包括了这些对象的公共 类、属性及其它们之间的关系。 cim 是整个 emsapi 框架的一部分。通过提供一个表示电力系统资源的类、属 性及其关系的标准， cim 使得不同厂商独立开发的 ems 应用程序的集成、 整个 ems 内部的集成和 ems 与其它相关电力系统运行软件（例如:发电或配网管理系统）间 的集成变得容易。这个目标的实现要通过定义一种基于 cim 的通用语言来使得这 些运用程序或系统能够获取公共数据和独立的交换信息。 cim 中代表的对象是一个抽象的模型，可以被广泛的使用于不同的应用程序 中。己经远远超出了在 ems 中的运用。这个标准可以被看作一个系统集成的工具， 可以运用于任何涉及到电力系统模型的系统集成中去，以此来促进运用程序间的互 操作性和兼容性131415。 2.2.1 cim 规范综述 13 cim 由一组包组成。一个包一般意义上是指将相关模型元件分组的方法。没有 具体的语义意义。包的选择是为了使模型更易于设计、理解和查看。公共信息模型 是由一整套包所组成的。实体可以具有跨包的关联。每一应用可以使用几个包所表 示的信息。cim 中的每一个包中包含一个或多个类图，用图形表示该包中的所有类 和它们之间的关系。然后根据类的属性和与其它类的关系，用文字形式定义各类。 为方便起见，整个 cim 分为下面几个包，同时包再分成组，以此作为一个单独的 标准文件。 iec61970 第 301 部分包括以下几个包： 核心包（core） ，域包（domain） ，发电包（generation） ，发电动态包（generation dynamic） ，负荷包（loadmodel） ，测量包（meas） ，停运包（outage） ，生产包 （production） ，保护包（protection） ，拓扑包（topology） ，电线包（wires） 。 第 302 部分包括能量计划包（energy scheduling） ，财务包（financial） ，储备包 （reservation） 。第 303 部分包括能量管理包（scada） 。 需要注意的是，包的界限并不意味着使用的界限。一个应用可以使用几个包的 cim 实体。 图 2-1 表示在 cim iec61970-301 部分中定义的各包及它们间的依赖关系。虚 线表示依赖关系，箭头从依赖性包指向它所依赖的包。 loadmodelloadmodeloutageoutageprotectionprotectiongenerationgeneration wireswiresmeasmeas topologytopology corecoredomaindomain 14 图 2-1 cim 包结构框图 下面是对 301 部分各包的简要介绍： （1）core（核心包） 这个包包含所有应用共享的核心的 powersystemresource（电力系统资源）和 conductingequipment（导电设备）实体，以及这些实体的常见的组合。并不是所有 的应用都需要所有的 core 实体。这个包不依赖于任何其他的包，而其他包中的大 部分都具有依赖于本包的关联和普遍化。 （2）topology（拓扑包） 这个包是 core 包的扩展，它与 terminal 类一起建立连接性（connectivity）的 模型，而连接性是设备怎样连接在一起的物理定义。另外，它还建立了拓朴 （topology）的模型，拓扑是设备怎样通过闭合开关连接在一起的逻辑定义。拓扑 的定义与其它的电气特性无关。 （3）wires（电线包） wires 包是 core 和 topology 包的扩展，它建立了输电（transmission）和配电 （distribution）网络的电气特性的信息模型。这个包用于网络应用，例如状态估计 （stateestimation） 、潮流（loadflow）及最优潮流（optimalpowerflow） 。 （4）outage（停运包） 这个包是 core 和 wires 包的扩展，它建立了当前及计划网络结构的信息模型。 （5）protection（保护包） 这个包是 core 和 wires 包的扩展， 它建立了保护设备， 例如继电器的信息模型。 这些实体用于培训模拟和配电网故障定位应用。 （6）meas（量测包） meas 包包含描述各应用之间交换的动态测量数据的实体。 （7）loadmodel（负荷模型包） 这个包以曲线及相关的曲线数据的形式为能量用户及系统负荷提供模型。这里 还包括影响负荷的特殊情况，例如季节与日类型。这一信息由负荷预测 （loadforecasting）和负荷管理（load management）使用。 15 （8）generation（发电包） generation 包分成两个子包：production 包和 generationdynamics 包。 （9）production（生产包） 这个包提供了各种类型发电机的模型。它还建立了生产成本信息模型，用于发 电 机 间 进 行 经 济 需 求 分 配 及 计 算 备 用 量 大 小 。 这 一 信 息 用 于 机 组 组 合 （unitcommitment） 、水力和火力发电机组的经济调度（economicdispatch） 、负荷 预测及自动发电控制（automatic generation control）等应用。 （10）generationdynamics（发电动态包） 这个包提供原动机，例如汽轮机和锅炉的模型，这些模型在模拟和培训应用中 需要用到。这一信息用于动态培训模拟（dynamic training simulator）应用的机组 建模。 （11）domain（域包） domain 包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 属性的数据类型。此包包含原始数据类型的定义，包括量测的单位和允许的值。每 一种数据类型包含一个值（value）属性和一个可选的量测单位（unit） ，这个单位指 定为一个被初始化为该量测单位文字描述的静态变量。枚举类允许值用 uml 限定 语法列在属性文档中的大括弧内。字符串长度也列在文档中并规定了长度特征。 （12）财务包（financial） 财务包与结算和会计有关。这些类表达了参与正式和非正式协议的法律实体。 （13）能量计划包（energy scheduling） 能量计划包提供了对公司之间的电力交易进行计划和考核的能力。它包括电力 产生消费损失、输送、出售和采购的交易。这些类应用在电能的考核结算、发电容 量、电能传输、辅助服务中。 （14）备用包（reservation） 备用包包含了用于电能交易计划、发电容量、电能传输、辅助服务中的信息。 （15） scada 包（scada） scada 包描述了用于数据采集（scada）和控制应用的模型信息，涉及到量 16 测、pt、 ct、 rtu、扫描装置、通讯电路等设备。控制应用支持对设备的控制 操作，例如断开/合上断路器；数据采集应用从多个来源采集遥测数据，遥测实体的 子类型有意遵照 iec 61850 标准的定义。scada 包也支持报警的表达，但是不希 望被其他应用使用。 2.2.2 cim 类和关系 每一个 cim 包中的类图表示了该包中所有的类和它们之间的关系。在与其他 包中的类存在关系时，这些类被标以符号以区别于拥有这些类的包。 对 ems 应用而言，就是类与对象以通用的方式对电力系统中需要表示的模型 进行建模。类是对现实世界对象的描述，例如变压器、发电机和负荷等，它们都是 ems 中整个电力系统模型的一部分。还应该注意到 ，定义 cim 是为了方便数据交 换。 cim 实体除了缺省地生成、 删除、 更新和读出外， 没有其它行为。 为了使 cim 尽 可能地通用，非常希望对于特定的应用，cim 应易于配置。一般来说，改变属性的 值或域比改变类定义更为容易。这些原则暗示 cim 应当避免定义太多的具体子类 型的类。相反，cim 定义通用类，由属性给定类型名。然后应用可以根据需要，用 本信息去实例化具体的对象类型。应用可能需要其他信息去定义有效类型与关系的 集合。 类具有描述对象特性的属性。cim 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 cim 规范的一部分。例如，电容器具有电压（voltage）类 型的 maximumkv 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 cim 类之间的各种关系。 （1）普遍化 泛化是更通用的类与更具体的类之间的一种关系。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一种具体类型。泛化为具体的类提供了从它上 17 层的所有更通用的类继承属性与关系的方法。图 2.5 是泛化的一个例子。此例取自 电线包，断路器（breaker）是开关（switch）的更具体类型，开关又是导电设备 （conductingequpment）的更具体类型，而导电设备本身又是电力系统资源 （powersystemresource）的更具体类型。变压器（powertransformer）是电力系统 资源的另一个更具体类型。 （2）简单关联 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。 （3）聚合 聚合是关联的一种特殊情况。聚合表明类和类之间的关系是一种整体和局部的 关系，这里整体类由局部类构成或包含局部类，局部类是整体类的一部分，局部类 不像普遍化那样从整体类继承而来。 （4）合成聚合 合成聚合用于建立合成的次数为“1”的整体，即一个局部属于且仅属于一个 整体，合成聚合拥有它的多个局部。 （5）共享聚合 共享聚合用于建立合成的次数大于“1”的整体，即一个局部属于多个整体， 一个共享聚合是一个局部可以被几个聚合所共享。 2.2.3 cim 的具体实例分析 前面介绍过 cim 的包对整个电力系统的对象进行了描述，在电力系统应用软 件的实现过程中，为实现相互间的“互插互用” ，我们需要对 cim 的描述方式进行 理解消化，并以 cim 标准对系统进行构造，下面将介绍主要用到的核心包和电线 包，分析其包含的类，属性，以及之间的关系。 核心包包含所有的应用共享的核心电力系统资源类和导电设备类的实体，加上 实体之间公共的集合。电力系统资源（powersystemresource）类和公司 18 （company）类之间是一种多对多关联的关系，次控制区（subcontrolarea） 类，变电站（substation）类，间隔（bay）类，导电设备（conductingequipment） 类，馈线（feeder）类，控制室设备（controlhouseequipment）类，终端（terminal） 类都由电力系统资源类继承，其中次控制区类，变电站类和间隔类是聚合的关系， 导电设备类和终端类是关联关系，例如一个变电站唯一对应一个次控制区域，而一 个次控制区域对应多个变电站。曲线计划 （curveschedule）类和曲线计划数据 （curvescheddata）类、曲线计划公式（curveschedformula）类是聚合的关系， 实质是整体与部分的关联。 最后它包括基础电压 （basevoltage） 类和标么值 （perunit） 类，定义了标么计算中的基准功率和基准电压。如图 2-2 所示： companycompany powersystemr esource powersystemr esourc