（电力系统及其自动化专业论文）cim技术在电网数据流规划中的应用研究.pdf

浙江大学硕：l 学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a st h ed e v e l o p m e mo ft l l eg r i da 1 1 dt h ea p p e a r a n c e so fm a n ys e n i o r 印p l i c a t i o n s y s t e m si nt h ed i s p a t c h i n gc o n t r o lc e n t e r ，t h e 锄o l l l l to f d a t ai sb e c o m i n g1 a r g e r t h a n e v e rb e f o r e a l s o ，t 1 1 ed i r c c t i o no ft h ed a t as t r e 绷i sb e c o m i n gm o r ea l l dm o r e c o m p l i c a t e d a sar e s u l to ft h el a c ko fu n m e dd e 啦na i l ds t a n d a r dp f o c e d u r e ，t h e i r r a t i o n a ld a t as t r e 锄d i r e c t i o na 1 1 d c o m p l e xc o m m u n i c a t i o n a li n t e m c eh a v e 印p e a r e d m o r e o v e r m eo b j e c t i v ef a c tt h a tt 1 1 ed i s c r e t ed a t aa 1 1 dt 1 1 em o d e lp a r 锄e t e r s c a n n o tb es h a r e di n c r e a s e st h cd i 师c u l t yo ft h em a i n t e n a l l c e ，b u ti ta l s op r o m o t e st l l e d e s t r u c t i o no f t l l ed a t ap l a t f o n nf o rd i s p a t c h i n g c o m m o ni n f o 瑚a t i o nm o d e l ，a sas t a n d a r dm o d e lf o ri n f o r l l l a t i o ne x c h a n g ei n p o w e rs y s t e m ，c a l lb eu s e dt oi n t e 擎a t ei n 锄yf i e l d ，a n dt l l r o u 曲m i ss t a i l d a r dm o d e l d a t ae x c h a l l g eb e t 、e e nd i f f 毫r e n ta p p l i c a t i o ns y s t e m sw 订lb ee a s y s o ，au i l i f i e dd a t a s t r e 锄l a y o u tc a nb ed o n et os t r e n g t l l e nt l l ec o l l l l e c t i o no fd i f r e r e n ts y s t e m sw i t l lt 1 1 e h e l po f c i m i nt h i sp 印e r ，p r o p e re x t e n s i o no fr e s o u r c em o d e la 1 1 dt 王1 ea s s e tm o d e lh a sb e e n c o m p l c t e da f t e rm 柚yr e s e a r c ho fi e c 6 1 9 6 8a n di e c 6 1 9 7 0 s o m ei m p o a n t e q u i p m c n tm o d e lh a sb e c ne x t e n d e dt om a l ( et l l em o d e lm o r er e a s o n a b l ea i l dm o r e g e n e r a la 1 1 dt h ea s s e tp r o p e r t yh a sb e e ne x t e n d e dm a i l l l ya c c o r d i n gt ot h ea s s e tm o d e l i ni e c 6 1 9 6 8t om a k es u r em a tt l l em a c l l i n ea c c o u n ta n de x p e 面n e n t a lp r o p e r t yc a nb e s e t u p i nt h i sp a p c r au l l i f i e dd a t a b a s eh a sb e e nb u i l tb ym a p p i n gn l eo b j e c to r i e n t a l m o d e l t or e l a t i v ed a t a b a s em o d e la f l e rt e s t ，i t 印p c a r st i l a tt 1 1 ed a t a b a s ei sf i tf o rt 1 1 e 1 0 c a le n v j m n m e n t k e y w o r d s ： d a t ap l a t f o 玎nf o rd i s p a t c h i n g ；d a 协s 仃e 锄l a y o u t ；c i m ；a s s e t d a t a b a s em 印p i n g ； l l 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 。1目前电力企业内各系统的数据分析及其弊端 随着计算机、通信、网络和数据库技术的发展，电网规模的不断扩大对电力 企业的运行以及调度自动化在深度和广度上都提出了新的要求。以某省电力公司 为例，已建成或在建的各类采集、监视、分析、控制系统以及数据库包括： 能量管理系统( e m s ) 、备用系统、与各地区调度和发电厂进行互联基于 e m s 数据基础的应用软件系统、电量计费系统、电力市场技术支持系统、调 度d t s 系统等： 离线使用的计算分析系统( 包括电力系统综合分析程序p s a s p 、保护定 值计算程序等) ； 在建的稳定分析和控制系统：在线动态安全分析系统、在线的稳定控制 系统和在线的动态安全域等。 包含自动化子系统、综合子系统、通信子系统、运方子系统、财务予系 统、公共子系统、电价子系统、继保子系统等子系统的信息管理系统( m i s ) 。 电力( 勘测) 设计院的资产数据库以及电力试验院的试验结果数据等。 随着各个系统的深入开展和工作要求的不断提高，上述系统存在的一些问题 逐渐暴露出来。主要表现在：一是己建成的调度机构相关系统，多为单独进行建 设，由于缺少总体设计和统一规范，造成系统问数据流向不合理、系统间通信接 口复杂；二是各系统的数据分散、网络模型参数得不到共享，增加了系统参数和 数据维护的难度，制约了调度系统信息应用水平的进一步提高；三是系统和设备 多、硬软件配置水平低，系统资源得不到充分利用，日常维护工作量大，新增应 用和系统扩充、改造比较困难；四是上下调度机构系统之间由于缺少统一的设备、 数据命名和接口标准，难于方便地实现网络模型参数和数据的交换与共享，造成 系统资源的很大浪费。上述问题，已经影响到调度生产管理水平和工作效率的进 一步提高，制约了公司系统信息化建设的进程“”。 这些在线或离线系统分别应用于不同处室甚至不同的直属机构，均需要使用 部分或全部电网实时数据、电网参数数据、网络拓扑数据、发电和负荷数据、机 浙江大学硕上学位论文 第一章绪论 组自动控制系统数据、历史数据以及其他系统分析计算的数据结果。目前这些数 据分布在调度中心以及设计院、试验院等不同部门的不同系统上，并且由不同部 门人员使用维护，例如网络拓扑数据、发电和负荷数据由自动化人员维护；电网 和发电机、负荷等参数数据由运行方式处维护，设计院资产数据以及试验院试验 数据由它们自行维护等等。在这些处室当中，几个系统的数据没有可以共享利用 的平台。浩瀚的数据不但不能实现共享而且在新的应用系统投入时，均需要新增 数据接口和输入电网、机组等原始数据，在电网结构变化时，还需要不断重复的 进行维护更新。这造成了各系统使用、维护数据工作的大量重复劳动，大大增加 了省调技术人员的工作量。还有，增加了数据出错、不统一和由此造成的计算分 析结果不一致等问题，从而影响到系统的安全、稳定运行。再加上由于设计、基 建、试验等部门不能使用相同的数据，导致前期建设与实际电网运行脱节，难免 造成资金浪费和需要重新调整系统运行。最后，上、下级交换的数据也不一致， 由于不能使用已有调度数据资源，显然还造成调度数据资源的巨大浪费。所以， 在这样的情况下，对于分析电力企业应用系统中各数据流的流向情况变得重要， 只有固定数据流，统一数据源，才能够将如此众多的数据整合成能够充分为电力 企业所用的信息。 1 2新一代综合数据平台的建设 基于目前对当前电力企业数据管理现状的分析，有必要在详细分析电力企业 各应用系统的基础上建立统一的电力企业综合数据平台，规范统一的数据模型、 数据源以及数据口径，为下一步电力系统全面实现信息化战略打下坚实的数据基 础。 随着电力二次系统安全解决方案基本框架的成型，安全分区的实施，传统的 点到点的网状的数据交换手段面临着更加错综复杂的环境。由于各系统被分在不 同安全区中，其问部署了防火墙以及隔离装置等安全设备，使得各系统之间无法 通过直接的网络连接进行任意的数据交互，特别是安全一、二区( 可以称为内网) 和安全三、四区( 可以称为外网) 之间的数据交互有由于隔离装置的限制，迫使 应用系统进行相应的改造以适应隔离装置的要求【3 2 】。因此，电力系统中各种网 络隔离措施的出现，也对加快进行综合数据平台的建设提出了新的要求。图1 1 浙江大学硕 。学位论义第一章缔论 给出了安全分区和数据平台示意图。 图1 1安全分区和数据平台示意图 在综合数据平台中需要集成更多的数据源，这些数据源具有如下的特征： 形式上分散。这些应用系统的数据以不同的形式存储。其中，e m s 的实 时数据一般存储在实时数据库中，而其他数据一般存储在商用数据库中，有 的则以文档的形式存放。 空间上分布。各个业务系统分别由不同的科室甚至不同机构管理和维护， 分别在不同的机房，数据库和服务器都不同。 数据异构。各个数据库所采用的服务器一般都不大相同。包括：0 r a c l e ， s q l s e r v e r 等。 网络隔离。为了保证企业的信息安全，各个系统都通过防火墙设备进行 了网络隔离。 软硬件平台异构。各个系统所采用的硬件和操作系统都不大相同。包括： s u i l s o l a d s ，h p 序【p u n i x ，p c 月n n d o w s 等。 因此，在综合数据平台的建设过程中，必须充分考虑其扩展性和可适应性。而在 浙江大学坝l 学位论文第一章绪论 其建设过程中，数据流的规划是重要内容之。如果数据流规划做的好，那么整 个数据平台就会很顺利的实施，反之则可能很难将整个数据平台充分用好。 数据流规划的主要任务就是对企业数据模型进行分析【3 钔。分析企业数据模 型的目的是通过对目标的深入理解，加深对数据模型的深入理解，并不断的修正 和完善企业数据模型，使他与目标充分接近。从而在整个系统开发初期，利用良 好的数据流规划设计出良好的数据库和稳定、可靠的应用程序。 1 3基于c l m 的数据流规划方法 实现电力综合信息平台的关键在于如何构建一个统一的电力企业信息模型， 从而将原本分散在不同应用中的信息按照该模型组织为一个整体。国际电工技术 委员会i e c 定义的两个系列标准i e c 6 1 9 6 8 和i e c 6 1 9 7 0 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 ( c o 姗o ni n f o r 腑t i o nm o d e l ) 。c i m 提供了一个关于电力能量管理系 统信息的全面逻辑视图，是一个代表电力企业所有主要对象的抽象模型，包括了 这些对象的公有类和属性，以及它们之间的关系。有了c i m ，使得我们的数据流 规划有了一个可以借鉴的实际模型，使得我们的数据流规划更规范。设计和实现 电力企业信息模型之所以应当遵循i e c 6 1 9 7 0 6 1 9 6 8 所提出的公共信息模型( c i m ) 标准，原因是多方面的。 首先，c i m 基本涵盖了电力企业中的主要对象( 输电网相关部分在i e c 6 1 9 7 0 中描述，配电网部分和与之相关的管理信息系统部分在i e c 6 1 9 6 8 中描述) ，并 充分考虑了不同对象之间的关系，这是经过多年的研究和讨论最终形成的国际标 准，凝结了前人的经验和智慧。基于c i m 来构建电力企业信息模型，可以充分 利用已有的成果，大大简化设计的工作。综合信息平台的数据获取必然涉及到与 大量现有的应用系统进行数据交换，只有遵循国际标准，才能保证这种数据交换 的可靠性和可扩展性。其次，电力企业未来的很多新应用将基于综合信息平台基 础上进行丌发，未来的应用具有不可预知性，不可能设计专门的接口方案。只有 基于c i m 标准设计统一的电力企业信息模型，利用c i m ，) ( m l 方式提供数据的 发布，利用标准的c i s 服务提供数据的获取接口，才能保证综合信息平台的开放 性，从而防止综合信息平台变成新的信息孤岛。但是，作为国际标准，c i m 本 4 浙江大学硕i + 学位论文第一章绪论 身并不是无所不包的，它描述的是最核心的信息模型，因此具体到某个电力企业 的统一信息模型，不可能完全照搬c l m ，必须要对其进行合理的扩展，在扩展 过程中应当注意以下几点：首先，对于需要扩展的部分，要进行分析和研究，从 较高层次上抽取共性的数据与模型，只有这样，才能保证扩展后模型的广泛适用 性。其次，准确理解现有的公共信息模型，需要分析新应用中哪些部分可以在现 有的c i m 中实现，要充分利用标准中已有的模型，避免不必要的修改。最后， 在扩展模型与现有c i m 结合时，应该充分利用面向对象设计中的继承和组合等 特性，使得现有c i m 中的模型和信息得到最大程度的复用。 1 4本文所作的工作 本文在研究调度各系统数据结构和数据接口的基础上，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 建模工具对i e c 6 1 9 7 0 以及i e c 6 1 9 6 9 中的c i m 模型做了 必要的扩展，从而形成了统一的系统信息模型。在统一模型的基础了，研究了各 系统数据流向，并把面向对象的模型映射成关系数据库中相应的表，从而建立统 一数据库，为下一步综合数据平台的建设打下坚实的基础。 浙江大学碳f 学位论文 第二章c l m 介绍 2 1概述 第二章c i m 介绍 国际电工技术委员会i e c 定义的两个系列标准i e c 6 1 9 7 0 和i e c 6 1 9 6 8 分别描 述了能量管理系统和配电管理系统的应用程序接口。两个系列标准共同定义了一 种电力系统公共信息模型c i m ( c o m m o ni n f o n a t i o nm o d e l ) 。公共信息模型 c i m 是电力企业应用集成的重要工具，它包括公用类、属性、关系等，这些类、 属性、关系等对象是一个抽象的模型，它是逻辑数据结构的灵魂，可定义信息交 换模型。另外，c l m 提供了一个可理解的电力系统逻辑视图，包括e m s 所需要 的信息。当然，可以被广泛的使用于不同的应用程序中，实际应用中已经远远超 出了在e m s 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，以此来促进应用程序间的互操作性和 兼容性。 2 2e m s a p i 参考模型 如图2 1 ，e m s a p i 参考模型是一个抽象的体系结构，它提供了对问题的可视 化描述，对解决方案的描述和讨论，对人们理解采用e m s a p i 标准解决问题的帮 助以及定义了在这过程中采用的术语。 图2 1 所示的参考模型中，阴影部分代表模型中与标准相关的部分，非阴影 部分代表的是可重用应用组件框架系统的核心部分。参考模型的每一部分将在以 下的小节讨论。 参考模型它并不是一个设计结构，也不试图描述软件的分层。它主要的功能 是描述的是e m s a p i 标准所能解决问题空间的那一部分，并且通过对比，指出那 些是e m s a p i 领域之外的。参考模型也试图体现标准不同部分的关系。 2 2 1e m s a p i 参考模型的环境说明 e m s a p i 参考模型的环境可以分为控制中心环境和应用程序环境。控制中心 6 浙江大学硕f j 学位论文第二章c i m 介绍 的环境，是一个通过广域网或者局域网与很多系统相连的环境。一个控制中心可 以包括各种支持实时运行的系统，如：e m s 、d m s 等。它支持多个不同的用户组 和组织功能，包括在值操作人员，监控人员，培训操作人员，计划操作人员，数 据库维护人员和软件开发人员。这个参考模型将被运用在这个控制中心环境中。 应用程序的环境由一组应用程序的集合构成，这个应用集作为一个组织单元 协同工作来实现一些高级对象。 图2 2 绘出了刚s 应用程序环境的例子。 “p p ：怠恐裟害然竺“”c n n s m a a n d d - t 8 a 吣s 0 l h m p p i l 龃n o n 3 ( 知p 仰佃b c o n i e t i o n s v s t e m 三丑e 三丑 c o m p o n e 吡c o i l t a i n e r p i c o m n _ 1 tc o n t 矗l n e r m d l e w a 阿s e i c 临 c o m m u n l c a “o np 啪i 帏 p e n i m 哺s n 9 0 图2 1e m s a p i 参考模型 o m n t n t i x h u 6 0 n 鼬n i 懈； n m n t n t d b 1 t 删h h m p b i 3 t 一k r h 实时电力系统在线控制 运行研究 运行网络应用程序来研究和或分析运行实践( 近期) 扩展计划研究运行网络和或仿真应用程序来评估方案( 长期) 训练 为运行员提供训练环境，要求有仿真和分析运用程序 图2 2 e m s 应用环境的例子 2 2 2组件及其相关概念 个组件是一个可重用的软件模块。它是一个已经封装的应用程序代码，可 浙江人学颂l 学位论文第二章c l m 介绍 以用来与其它的组件和手写代码相整合，以此快速的产生客户应用程序。而可复 用的组件技术是指具有相对独立功能和有复用价值的组件。 组件模型是组件本质特征及组件问关系的抽象描述，它定义了组件的体系结 构，详细说明了它的接口和机制，通过该模型，组件能够与其容器和其它的组件 相互作用。组件模型为刨建和完成组件提供了指导，而这些被创建和完成的组件 能够协同工作来形成一个更大的应用程序。一般地，特定地组件模型只能用于描 述特定类型的组件。 组件是在一个容器中运行，这就是组件容器。组件容器是一种作为组织和包 含组件的手段的专用类。容器为一个或多个组件提供运行环境，同时也为组件提 供管理和控制服务。在实际的系统中，容器为组件的运行提供一个系统进程或线 程。它隔离了组件和运行时平台。当客户端调用服务端的组件时，容器自动的分 配一个进程或线程，并初始化组件。容器代表组件管理着所有的资源，同时也管 理组件之间和组件与外系统之间的交互。组件容器完全是可扩展的。 组件的操作和行为由其模型定义和规定。对于容器的服务和接口怎么被提 供，组件模型为此作了约定。由此产生的结果是，为一种运行系统或环境开发的 组件不能直接与其它的任何一种运行环境相兼容。因此为了取得在多个运行系统 的重用，每个运行系统就增加了一个组件适配器。作为选择，组件接口可以根据 某些中性标准定义，然后为组件适配器就把这个标准接口映射成容器本身提供的 接口。 服务组件运行在由应用程序或组件运行系统提供的环境中。组件运行系统包 含容器层以下的整个参考模型，有组件容器、中间件服务和通讯模型。它也包括 没有显示出来的由普通平台提供的服务，这些有操作系统和永久存储等。 2 2 3e m s a p i 参考模型的实例 图2 3 展示了一个遵循e m s a p i 参考模型的e m s 系统。各个运用组件通过组 件运行系统和组件适配器相互的连结，组件运行系统和组件适配器为组件提供体 系服务，通过这些服务，组件能够找到其它的组件和存贮于不同e m s 环境的公共 数据，并和它们通讯。 浙江大学硕i 学位论文第= 章c j m 介绍 d 图2 3 采用e m sa p i 组件标准接口的e m s 2 3 e m s a p i 标准体系 在图2 1 所示的参考模型中，公共信息模型c i m 和组件接口规范c i s 是模型 中需标准化的主要部分。事实上，它们也就是国际电工委员会( i e c ) 5 7 技术委 员会( t c 5 7 ) 1 3 工作组( w g l 3 ) 制订的l e c6 1 9 7 0 系列标准的主要内容。该标 准体系结构如下： 第l 部分：导则和总需求 第2 部分：术语 第3 x x 部分：公共信息模型( c i m ) 第4 x x 部分：组件接口规范( c i s ) 第5 x x 部分：c i s 技术映射 2 3 1 c i m ( i e c 6 1 9 7 0 第3 x x 部分) c i m 提供了一个可理解的电力系统逻辑视图，包括e m s 所需要的信息。c i m 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、属性及其它们之问的关系【2 j 。 c i m 是整个e m s a p i 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，c i m 使得不同厂商独立开发的e m s 应用程序的集成、整 9 浙江大学坝j 学位论文第二章c i m 介绍 个e m s 内部的集成和e m s 与其它相关电力系统运行软件( 例如：发电或配网 管理系统) 问的集成变得容易。这个目标的实现要通过定义一种基于c i m 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。 c i m 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。这个标准可以被看作一个电力系统集成的工具。电网自动化系统发展迄今已 历经三代，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已 经具备，因此充分研究利用c i m 标准，有非常积极的意义。 2 3 2c i s ( i e c 6 1 9 7 0 第4 x x 部分) c i s 的目的是为独立开发的组件集成指定接口。虽然典型的应用程序和组件 作为e m s a p l 项目的一部分被确定，以此来帮助定义那些需要传输的信息类型， 但是其目的不是试图定义组件本身。组件发行商应能够自由的把具有不同接口的 组件包装成组件包，同时保持包的接口遵循e m s a p i 标准【4 1 。 c i s 指定了组件接口的两个主要部分： ( 一) 能够使组件间相互交换信息，能够使组件通过标准的方法获取公共 数据。组件接口描述了被应用程序使用的特定的事件、方法和属性。 ( 二) 组件之间交互的消息。 第4 部分被组织成以下两个部分： ( 一) 4 0 1 4 4 9 ：这些部分被保壁用作说明组件支持的一般服务。这些规 范采用文本、统一建模语言( u n 洒e dm o d c l i n gl a l l g u a g e u m l ) 、和i d l ( 1 1 1 t e r f a c e d c f i 血t i o nl a n g u a g e ) 描述。这些规范定义了一般的服务，这些服务用作应用程序 之间交换信息和公共数据的获取。 ( 二) 4 5 0 - _ 4 9 9 ：这些部分被保留用作典型运用程序特定信息交换的需求。 这些规范定义了应用程序间标准的信息交换中的信息内容。它们被定义成事件， 但是交换中可以采用不同的方法，例如：作为消息发布、通知请求和采用诅l 文本交换等。如果需要，属性和方法可以被每个接口支持，当然也能够被区分。 支持的文档包括用例图和事件序列框图。 运用这些标准的目的在于使得中间件的选择更加灵活，以此完成信息的交 换，同时确保互操作性。 1 0 浙江大学硕i j 学位论文第二章c i m 介绍 2 3 3 c i s 技术映射( 1 e c 6 1 9 7 0 第5 x x 部分) 由于c i s 基于独立的基础体系的设计，为了实现它，必须把其映射到特定的 技术。为了确保互操作性，每一个接口到每一种技术都必须有标准的映射。例如， 我们选择j a 、，a 来完成这项技术，那么对于发布订阅等在c l s 中的特定服务需 要有一个到j a 、，a 服务的标准映射。 同样，事件的定义也必须映射到特定的语言。例如，一个消息代理被用来发 出x m l 消息，那么c i s 事件必须被映射到x m l 。 以下的映射或规范被期望成为这一系列标准的伴随标准。其中一些是特定的 语言，一些是特定的中间件。 c + + l a n g u a g e c l a n g u a g e c o r b a d c o m j a v a x m i 2 4c i m 规范综述 c i m 用面向对象建模技术定义。应特别指出的是，c i m 规范使用统一建模 语言( u m l ) ，它将c i m 定义成包。 c i m 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。 c i m 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。 为方便起见，整个c i m 分为下面几个包，同时包在分成组，以此作为一个 单独的标准文件。 i e c6 1 9 7 0 第3 0 1 部分 浙江大学硕i j 学位论立 第二章c l m 介绍 核心包( c o r e ) 域包( d o m a i n ) 发电包( g e n e m t i o n ) 发电动态包( g e n e r a t i o nd y n a l l l i c s ) 负荷包( l o a d m o d e l ) 测量包( m e a s ) 停运包( o u t a g e ) 生产包( p r o d u c t i o n ) 保护包( p r o t e c t i o n ) 拓扑包( t o p o l o g y ) 电线包( w i r e s ) j e c6 1 9 7 0 第3 0 2 部分 能量计划包( e n e r g ys c h e d u l i n g ) 财务包( f i n a i l c i a l ) 储备包( r e s e n r a t i o n ) 域( d o m a i n ) 包和核心( c o r e ) 包是c i m 中两个最基本的包。在域包中，定义了 大量的基本数据类型使用于其他的包中。这些类型包括枚举类型、实数类型、整 数类型、字符串类型和其他类型。核心包包含了电力系统中大多数应用都会使用 到的核心对象，几乎其它的每个包都要间接或直接依赖于这个包，比如继承体系 中非常基础的命名类( n a m i n g ) 、电力系统资源类( p o w e r s y s t e m r e s o u r c e ) 、变 电站类( s u b s t a t i o n ) 等等。c i m 的基类是电力系统资源( p o w e r s y s t e m r e s o u r c e ) 类，它表达一个电力系统一般的组件意义。在概念上，一个电力系统资源可以是 一个设备( 例如开关) ，也可以是包含设备的区域( 例如变电所) 。在类的设计上， 就是这些设备和包含设备的区域从电力系统资源类继承。另外，在这个包里，端 点( t e r m i n a l ) 类也是一个非常重要的类。每个传导设备包括若于个端点。这些端 点表示了这些传导设备空间上的连接信息。在整个c i m 中，有两个内容层次：一 个就是以电力系统资源类为中心，关注这些资源的本身的参数( 例如电容的电导 和电纳) 、关联的参数( 例如开关一端的电流) 和所属关系，另一个是以端点类 为中心，建立了传导设备的连接关系，从而形成了拓扑。 2 浙江大学硕 一学位论文第二章c i m 介绍 拓扑( t o p o o g y ) 包包含了三个类，分别是：连接点( c o n n e c t i v i t y n o d e ) 、 拓扑点( t o p 0 1 0 9 i c a l n o d e ) 和拓扑岛( t o p o l o g i c a l i s l a n d ) 。它们是用于形成 网络拓扑模型的类。 线( w i r e ) 包包含了输电网和配电网的电气特性信息。 量测包主要包含电力系统设备的量测量和这些量的值。量测( m e a s u r e m e n t ) 类是量测包中的核心类，表示各种量测量，这种量测量可以是通过测量得到的( 例 如通过采集获取的) ，也可以是通过计算得到的( 例如是通过状态估计得到的) ， 或者其他方法得到的( 例如人工设置) 。电力系统资源类与量测类的关联表示了 该量测量是属于哪个电力系统资源的；端点类与量测类的关联表示了该量的空间 位置。量测值( m e a s u r e m e n t v a l u e ) 类描述一个量测量在各个不同时刻的状态。根 据不同的来源以及不同的时间，一个量测对象可以关联着多个量测值对象。 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c i m 实体。 图2 4 表示在c i m 中i e c6 1 9 7 0 一3 0 1 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。比如测量包( m e a s ) 包依赖于拓扑包( t o p o l o g y ) 。 目目目目 图2 4 c i m 包结构框图 目一蛰步咱 浙江大学醐l 学位论文 第一章c i m 介绍 2 5 c l m 类之间的关系 每一个c i m 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e 雠s 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。类是对现实世界中发现的对象的描述，例如变压器、发电机和负荷 等，它们都是e m s 中整个电力系统模型的一部分。 还应该注意到，定义c i m 是为了方便数据交换。c i m 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c i m 尽可能地通用，非常希望对 于特定的应用，c i m 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c i m 应当避免定义太多的具体子类型的类。相反，c i m 定义通用类，由属性给定类型名。然后应用可以根据需要，用本信息去实例化其 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。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( 、b n a g e ) 类型的m a ) ( i m l l l 】止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。 泛化关系 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( b r e a k e r ) 是开关 ( s w i t c h ) 的更具体类型，开关( s w i t c h ) 又是导电设备( c o n d u c t i n g e q u p m e n t ) 的更具体类型，而导电设备( c o n d u c t i n g e q u p m e n t ) 本身又是设备( e q u i p m e n t ) 的更具体类型，设备又是电力系统资源( p o w e r s y s t e m r e s o u r c e ) 的更具体类型。 变压器( p o w e r t r a n s f o r m e r ) 是设备( e q u i p m e n t ) 的另一个更具体类型。 1 4 浙江大学硕i j 学位论文第二章c l m 介绍 p 茹品爵；i j i 菘；j i ；j _ ：；i 电五系统资源) 一h ! o ! 旦峨 e q u i 如e n t ( 设备) ( f r o - c o r e j c o n d u c “n g e q u i p m e n t ( 传导设备) _ i 延哩盘熊一 鼬i t c l | ( 开关) l 一一j 堑堕型壁照一二j u 一一 p o * e r t r a n s f o r m e r ( 变压器) 一一一一l 堡塑旦! e s ) 一 图2 5 泛化的例子 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。 例如，如图2 6 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 c h e d u j 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( t a p c h a n g e r ) 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。 浙江人学硕j + 学位论文第二章c i m 介绍 + t a p c h a n g e r s t a p c h a n g e r ( 分接头) ( f r ! ! 曼) 一 0 n + r e g u l a t i o n s c h e d u l e r e g u l a t i o n s e h e d u l e “r d mw i r e 柚 一 0 ，l 图2 6 简单关联的例子 聚合 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。 图2 7 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 0 1 0 9 i c a l n o d e ) 之间的聚合关系，它取自拓扑包。如图2 7 所示，一个拓 扑节点( t o p o l o g i c a l n o d e ) 只能是一个确定的拓扑岛( t o p o l o g i c a l i s l a n d ) 的 一个成员，但是一个拓扑岛( t o p 0 1 0 9 i c a l i s l a n d ) 却能包括任意数目( 至少有 一个) 的拓扑节点( t 0 p 0 1 0 9 i c a l n o d e ) 。 + t o p 0 1 0 9 i c a l i s l a n d + t 。p 0 1 0 9 i c 8 j n o d e s 图2 7 聚合的例子 2 6c 猢模型概念和例子 为了帮助对c i m 理解，下面将给出四个例子。第一个例子是电线包类图的 一部分，说明了变压器是怎么建模的。第二个例子说明了c i m 接线的概念怎么 在c i m 中实现建模。第三个例子显示了c i m 中设备的继承体系得建模。第四个 例子阐述了设备容器的重要概念。 变压器模型 图2 8 是电线包的一部分，它展示了变压器模型。 1 6 一一一 攀 醺一一 瞄一j | 浙江大学硕l 学位论文 第二章c i m 介绍 ，jp 口帅r s y s t e m 晶s o u m e ：，i + ( 仃o mc o 他) 、1 ；黑黑： ij 亟田醚衙赫1 丽c i r ， + p o w e n 怕n s 丌t i e r 一1 on 二 、0n + t a p c h a n g e r + t a p c h a n g e 口 + m e m b e r 。l p o w e r n j n s 协r | n e r + h e m e x c h 扑g e r o1 h e m e x c h a n g e r 一 一一一 + c o m 邮j t 矾s b m i n d n g s、 + r e a u l 目i o n s c h e d u l e 1n o1 c o n d u d l n g e q u 。p m e - 一一t 啪s 灯m e i w l n d 呻 r e g u 啪l o n s c h e d u k ( f mc o 怕) 、 + t r a n s 呻e r w i n d l n 口 0n + t 咄曲。唧d w i “d “9 8 、+ f 帕m _ t 啪咖r r l l e 州l n d 岫 图2 8 变压器模型 如图2 8 所示，变压器类( p o w e r t r a n s f o 蛐e r ) 是设备类( e q u i 硼e n t ) 的 泛化，设备类( e q u i p m e n t ) 是电力系统资源类( p o w e r s y s t e m r e s o u r c e ) 的泛化， 其它类的泛化亦可从图中看出。这是用泛化关系表达了类的继承结构，关系箭头 指向父类，这样就允许变压器类( p o w e r t r a n s f o r m e r ) 继承设备类( e q u i p m e n t ) 和电力系统资源类( p o w e r s y s t e m r e s o u r c e ) 的属性。 变压器( p o w e r t r a n s f o 姗e r ) 拥有绕组( t r a n s f o r m e r w i n d i n g ) ，这种关系 采用聚合关系进行建模，关系连线中，菱形指向的一端为局部类，另一端指向整 体类。从图中我们可以看出，变压器( p o w e r t r a n s f o r m e r ) 可以有一个或多个绕 组( t t r a n s f o r m e r w i n d i n g ) ，但是一个绕组( t r a n s f o r m e r w i n d i n g ) 只能属于仅 有的一个变压器( p o w e r t r a n s f o r m e r ) 。 绕组( t r a n s f o r m e r w i n d i n g ) 拥有的其它关系如下： 绕组( t r a i l s f o n e r w m d i n g ) 泛化自导电设备( c o n d u c t i n g e q u i p m e n t ) 。 与绕组测试类( w i n d i n g t e s t ) 有关联关系。 与分接头( 1 a p c h 卸g e r ) 有聚合关系。 导电设备模型 图2 9 显示了拓朴类图，它建立了不同类型的导电设备之间的连接模型。此 咖唧 凿 咖叫 浙江人学硼1 ：学位论文第二章c 1 m 介绍 图中还包括了与测量有关的测量包类图的一部分，它说明测量设备怎样与导电设 备相关联。 l ，。芝裂景，t 。 一一一 一 户丽蠢诂f e m r e s 品鬲f 1 + t o p o | o g k a 忙b n d ，r ： 一一 jt o p o b g c b 晦b n d 图2 9 连结模型 为了建立连接关系模型，定义了终端类( t e r m i n a l ) ，为导电设备提供o ，l 或更多个的外部连接。每一终端连接o 或1 个连接节点( c o n n e c t i v i t y n o d e ) ， 连接节点( c o n n e c t i v i t y n o d e ) 是这样一些点，在这些点处，导电设备的几个终 端通过零阻抗支路连接在一起。一个连接节点( c o n n e c t i v i t y n o d e ) 可能是一个 拓朴