（电力系统及其自动化专业论文）基于cim广域测量系统信息模型研究及应用.pdf

a b s 锨嵋t a b s tr a c t t h ec u r r e mp o w e re n t e r p r i s e sa p p l i c a t i o n sc o m et of o r i nah i 9 1 1 1 yd i 妊b u t e da n d i s o m e r o u si n f o m a t i o ne n v i m 啪e n t t h e 劬d 锄e n t a lp r o b l e m so fp o w e rs y s t e m i n f o m l a t i o ni i 】t e 掣a t i o nh a v eb e e n 咖d i e d t h ei m p l e m e n 诅t i o nm e t h o do fm e i r l e c h a | l i s mt os h a r ea 王1 di t e r o p e r a t ei n f b n n a d o ne 圩e c t i v e l yw i md i 腩r e n t 印p l i c a t i o n s y s t e m sw a sp r e s e i n e dt l e l a tf i r s t ，t 1 1 em a i l li n f b n n a t i o nt e c h n o l o g i e sf o ri i l f b m l a t i o ne x c h a n g e ，s u c ha s i e c6 1 9 7 0 ，c o r b aa n dd a t aw 缸e h o u s e ，w e r ei n t m d u c e db r i e ny t h e i l ，t h ed a t a s t r e 锄c h a r a c t e r i s t i c si np o w e rs y s t e mb e t w e e nw i d ea r e am e a s u r e m e n ts y s t e m ( w a m s ) a 1 1 di t si n t e r r e l a t e da p p l i c a t i o ns y s t e m sw e r ea n a l y z e d a c c o r d i n gt ot h e s p e c i f i c a t i o no ft h es e c u r i t yp r o t e c t i o no ft h es e c o n d a r ys y s t 锄i np o w e r 鲥d ，t 1 1 e 咖t e g yf o rt h ee l e c 砸cp o w e rr c a l - t i m ei n f o m a t i o ne x c h a n 窘ep l 州b h nw a ss t u d i e d ar e a l 一t i m ei 耐b n l l a t i o ne x c h 锄g ep l a t f o r mw a sp u tf o 九v a r dh e r e ，b a s e do nt h e e n t e i p r i s ea p p l i c a t i o ni m e 姆吼t i o n ( e a i ) 锄du pt od a t et h ei n f o m 蛆t i o ns t a n d a r d t t l i sa r c h i t c mc a nm a k et l 】e 抽把g r a t i o no ft h ei s o l a t e d a p p l i c a t i o ns y s t c m ，a 1 1 d s h a r i n gi m r n l a t i o no fa l ls y s t e m n l ei m p o 舳x p o ns e r v i c em o d u l e sb a s e do n 1 e c o m m o ni n f o 衄a t i o nm o d e l ( c i m ) w e r ed e v e l o p e d f i a l l y ，a i m i n ga tm e1 a c ko f a 删f o 珊i 墒r i n a t i o nm o d e lf o r 也em l m s ，讯t i l t h er e s e 鼬ho nt h ec h a r a 删s t i c so fw a m s 趾d “sa p p l i c a 廿o nb a c k g r o l l i l di np o 、v e r s y s t e m s ，ag e n e r a li 血咖a t i o n 啪d df o rw 州sb 船e do n 血ec i mi sp u tf o n a r d h e r e m l dt l l ec l a s s e sa 1 1 dt l 圮a t 倒b u t e sf o rt h ew a m sw e r ed e f i n e di nd e t a j l f u m l e 皿0 r e ，t h em f o 皿a d o ni n t e g r a d o n 诵t l ls c a d aa i l d ，a m sw a sd i s c u s s e dt o d e m o n s 嘲ei t s 印p l i c a t i o np m s p e c t s k e yw o r d s ：u t i l 畸i n t e 鲫掘o nb u s ，c o m m o ni n f o n a t i o nm o d e l ，c o r b a ，w i d e e am e 船u r e m e n ts y s t e m ，s u p e r v i s o r yc o n t r o l 缸d 【) a t aa c q u i s m o n ， s e c i l r i t yp a n i t i o n i n g ，h l 鼬m a t i o ni n t e 孕a t i o n 第一章绪论 第一章绪论 1 。1电力企业信息化发展现状及存在的问题 1 1 1 信息技术的发展现状 当今世界，信息技术目新月异，在经济社会各领域的应用不断深化，曰益深 刻地影响着人类社会发展。现在大家都可以深切地感受到，信息技术已经广泛地 应用到社会生活各个角落，我们的日常工作和生活已经离不开计算机、互联网、 移动电话等这些信息工具，各行各业越来越需要信息技术的支持。信息产业已经 发展成为当前世界上最大的产业。可以说，在当代高新技术群中，信息技术的发 展速度最快，应用最为广泛，对经济社会发展的贡献最为显著。 信息技术是应用信息科学( 如信息论、控制论等) ，主要包括信息的识别、 提取、检测、分类编码、交换或传输、控制及使用等技术。现代社会，又往往用 电子计算机对信息( 包括数据) 进行解释或处理，从而使信息技术标准化领域十 分，。阔，成为2 1 世纪标准化的一个主要领域。 现代信息技术的发展缩小了世界的距离，缩短了时空差，使我们的地球变成 了“地球村”，它彻底改变了我们的工作方式和生活方式。如今，信息技术的发 展方兴未艾，信息技术的应用越来越广泛。随着信息技术的不断完善，人们必将 更加方便、快捷地获取信息、处理信息、存储信息、传输信息。 计算机与网络是信息技术的核心，人们利用计算机可以高效地处理和加工信 息，利用计算机网络可以广泛地获取信息、交流信息。计算机不但能够处理数值 信息，而且还能够处理各种文字、图形、图像、动画、声音等非数值信息。计算 机网络技术不断成熟，人们利用计算机网络可以广泛、快捷地传递信息，实现信 息资源的共享。 1 1 2 信息技术的标准化 为适应我国信息技术和信息产业迅猛发展的需要，我国投入了较大的人力和 财力积极开拓信息技术领域的标准化工作。对应i s o t c 9 7 、i s o 厂r c 7 4 和 第一章绪论 i e c ，r c 8 3 ，我国成立了全国计算机与信息处理标准化技术委员会( 归口原电子部 标准化研究所) 。 至1 9 9 7 年，我国己制定信息技术类国家标准4 0 0 余项，采用国际标准的比 例达8 0 以上，这些标准的制定与实施为我国信息产业的发展起着重要的推动 作用。例如，g b 2 3 2 1 8 9 信息交换用汉字编码字符集( 基本集) 等4 4 项字符 集与编码标准的制定，为汉字处理和汉字通信系统之间的信息交换奠定了基础； f o r t r a n 、c 、c o b o l 等2 3 项程序设计语言标准在软件标准化领域中占有重 要地位，并在实践中得到广泛应用；2 0 项软件工程标准的制定，为软件开发工 程化提供了有效的开发工具和环境，以及先进的开发方法和科学管理措施，对提 高我国软件生产率和软件质量起到至关重要的作用；数据通信和开放系统互连标 准的制定作为国家重点科技攻关项目，目前已制定了1 0 3 项，为我国的数据通信 与计算机网络技术的发展提供了有力的支持。 1 。1 3我国电网信息化现状 电力信息化主要分为两部分，一是电力生产过程自动化，二是企业管理信息 化，其共同特点是都使用了大量的计算机设备、网络设备和通信设备，基础设施 相似，但应用功能不同。电力体制改革后，电力生产过程并未发生变化，还是发 电、输电、配电、供电和用电同时完成，调度中心、发电厂、变电站等与生产直 接相关的部分并未发生本质变化。但在企业管理方面，原来是国家电力公司一家 企业，如今分为两大电网公司和五大发电集团公司，组织机构和资产关系发生了 变化，管理关系也变了，自然为之服务的信息系统也发生了变化。各家公司都建 立了各自的管理信息系统，因为人事、财务等系统是不能互连互通的，各家都建 立了物理上独立的信息系统，包括底层的网络系统和上层的应用系统。 近年来，我国电网调度系统在信息化方面已做了很多工作，主要表现在以下 几个方面 1 1 ： 在网络方面，建成了国家电力调度数据网络，自数据网络投入运行以来，显 著提高了调度系统实时数据传输的运行指标。 在应用方面，启动了跨区电网动态监控系统研究和建设项目，将逐步把调度 自动化系统的稳态数据、同步相量测量系统( w a m s ) 的动态数据、继电保护及安 2 第一章绪论 自装置的暂态数据、运行方式计算和d t s 的离线数据等有机地整合起来，逐步实 现在线稳定分析、实时稳定分析、动态稳定控制，从而提高电网的安全稳定水平 和输送能力，适应电力市场的要求。 经过了几十年的努力，信息技术已经融合到电力生产的各个环节，在电力生 产和管理方面已经发挥了不可或缺的作用，提高了效率，保证了电网的安全、稳 定、优质、经济运行，保证了对全社会可靠供电，这是电力行业的技术进步，也 是全社会的技术进步。但电力生产控制系统的设备本身从设计上就要考虑使用领 域的关键业务需求，内部的结构和核心程序等都要考虑这一要求。电力企业信息 化要实现的目标是使i t 技术真正融入企业的整个生产流程中去，让规划、设计、 投资、检修等形成良性循环。 1 1 4 电力企业信息化存在的问题 目前，电力企业中各业务部门为满足其自身特定需要，已开发和安装了多个 应用系统，如实现电网动态安全监测的广域测量系统删s ( w i d e 觚a m e a s u r e m e n ts y s b e m ) 、实现电网实时监控和运行调度自动化的s c a d a 甩m s 系 统、d m s 系统，实现自动绘图存储电力系统结构进行电力设备管理的a m ( a u t o m a t i cm a p p i n g ) f m ( f a c i l i t i e sm a i l a g e m e n t ) g i s ( g e o g r a p h i ci n f o 姗a t i o n s y s t e m ) ，实现电能自动计量计费系统a 1 r ( a u t o n l a t i c m e t e r r - e a d i n g ) ，辅助资 源管理和经营管理决策的e r p 系统等等。然而，这些应用系统针对的是电力对 象的不同方面、对电力对象有自己专门的建模方法，相互之间很少设计成能够进 行自由的数据交换，使得各个应用系统在信息上成为相对孤立的“自动化孤岛”， 不易与其他功能区域交换数据或在企业范围内实现集成；此外，电力应用系统深 受计算机工业发展状况的影响，由于各应用系统开发时间不同、建设模式也不同， 使得目前电力企业网中各硬件平台、操作系统、通讯协议等都各不相同，因此电 力企业中的应用系统具有显著的分布性和异构性特点。 现有的应用系统即使在传统的管理信息系统( m a i l a g e m e ti n f o r m a t i o n s y 咖m ，m i s ) 下已经进行了数据简单汇总，由于开发厂商和开发时间的不同， 又多是在没有整体规划下分系统各自开发建设，使用了不同的软硬件平台、应用 系统平台、开发工具、数据结构，形成了大大小小多个“信息孤岛”，因而存在同 第一章绪论 一信息或数据对象来自不同的应用系统：另外为了满足电力系统对自动化和保护 设备的高可靠性要求，电力系统中很多地方的自动化和保护设备，以及数据测控 设备都采用了冗余配置，因而存在多传感器、多数据源和多信息源的问题。信息 不唯一，给电力系统的监控、电力企业的管理和决策造成许多不必要的混乱和麻 烦。 从以上介绍可以看出，当前电力企业的信息系统是一个高度分布和异构的环 境，信息孤岛林立，为了能够实现各个分布式应用的互联和互操作，建立一个公 共的信息模型尤为重要。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 c6 1 9 6 8 ，分别描述了能量管理系统( e n e 玛ym a i l a g e m e n ts y s t e m ，e m s ) 和配电管理系统( d i s t m u t i o nm a l l a g e m e ms y s t c m ，d m s ) 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 o m m o ni n f o n a t i o nm o d e l ， c i m ) 。虽然c i m 经过较长时间的酝酿和发展，已经涵盖了e m s 中几乎所有的 电力系统典型模型，但就现在已公布的c i m 版本还不能够完整表示各个研究领 域的应用，需要进行应用性扩展，在长期实践中得到验证并不断发展。 随着信息技术在电力系统的广泛应用，电力市场的开放使电力系统面临更大 的安全性威胁，对电网的安全性防护和信息安全提出更高要求。但国内基础自动 化条件不好，存在着例如，遥信信息不完整和错误率较高等实际问题，使得e m s 的可靠性和实际应用效果较差。我国开放的电力市场迫切需要提高电力调度自动 化系统的可靠性、智能水平和实用性，e m s 中传统的理论和方法面临巨大挑战， 需要进一步地给予改造。系统地研究和解决当前电力调度自动化系统所面临的需 要迫切解决的问题，支持我国开放的电力市场，具有着重要的现实意义。 1 2信息交换关键技术的介绍 1 2 1 c i i | i c l s 技术 i e c6 1 9 7 0 系列标准【1 8 】包括c 订和组件接口规范( c o m p o n e mi n t e 渤c e s p e c i f i c a t i o n ，c i s ) 两方面内容。其目的和意义在于：( 1 ) 便于来自不同厂家的 e m s 系统内部各应用的集成；( 2 ) 便于e m s 系统与调度中心内部其它系统的互 联；( 3 ) 便于不同调度中心e m s 系统之间的模型交换。因此，尽快将这些国际 4 第一章绪论 标准转化为我国标准并贯彻执行，实现异构环境下软件产品的即插即用，使e m s 系统与其它系统能互联互通互操作，对提高我国电网调度自动化水平意义重大。 i e c 6 1 9 7 0 系列标准包括下列部分： 第1 部分：导则和一般要求 第2 部分：术语表 第3 x x 部分：c i m 第4 x x 部分：c i s ，级别1 第5 x x 部分：c i s ，级别2 1 2 1 1 公共信息模型 c i m 由一组包组成。一个包是一般意义上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、理解与查看。公共信息 模型是由一整套包所组成的。实体可以具有越过许多包边界的关联。每一应用将 使用几个包所表示的信息。 每个c i m 包含十几个类包，每个类包中包含若干个类，类与类之间主要有 以下几种关系： 泛化( g e n e r a l i z a f i o n ) 。泛化是一个较通用的类与一个较具体的类之间的一 种关系。较具体的类只能包含附加信息。例如，一个电力变压器是电力系统资源 的一种具体类型。普遍化为具体的类提供了从它上层的所有更通用的类的属性与 关系。 简单关联( s i r 印1 ea s s o c i a t i o n ) 。关联是类与类之间的一种联系，它可以被 赋予一种作用。例如，在p o 袱：r t b n s f 0 衄e r 与t r a l l s f o m e r w i n d i n g 之间具有h a s a 关联( 例如，p o w e r t r a n s f o 衄e r h a s a t 黜f o m e r w i n d i i l g ) 。 聚集( a g g r e g a t i o n ) 。聚集是关联的一种特殊情况。聚集表明类与类之间的 关系是一种整体与局部的关系，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。在c i m 中使 用两种类型的聚集：合成聚集和共享聚集【1 】。 为方便起见，整个c i m 分为三个部分，3 0 l 是c 订的基本部分，3 0 2 是c i m 用于能量计划、检修和财务的部分，3 0 3 是c i m 用于s c a d a 的部分。其中3 0 1 第一章绪论 包括c o r e ，t o p o l o g y ，w i r e s ，0 u 协g e ，p r o t e c t i o n ，m e a s ，l o a d m o d e l ，g e n e r a t i o n 和d o m a j n 。3 0 2 包括e n e r 盯s c h e d m i n g ，r e s e r v 撕o n ，f i n a n c i a l 等。 能量计划、预订及财务包在文献 5 】中叙述。s c a d a 包在文献 6 】中叙述。 图1 1 表示在c i mi e c6 1 9 7 0 3 0 l 篇中定义的各包及它们之间的依赖关系。 虚线表示依赖关系，箭头从依赖性包指向它所依赖的包。 图1 1c i m3 0 l 包中部分包框图 下面段落总结了每一c i m 包的内容。在文献 4 ，5 】中包含了每一c i m 包的 规范。 c o r e p a c k a g e 核心包 这个包包含p o w e r s y s t e i n i b s o u r c e 和c o n d u c 幽g e q u j p m e n i 核心实体，这些 实体被所有的应用程序及这些实体的公共集舍所共享。并不是所有的应用程序需 要所有的c o r e 实体。这个包不依赖于任何其他的包，但是其他包中的大部分具 有依赖于本包的关联和普遍化。 t o p o l o 盯p a c k a g e 拓扑包 这个包是c o r e 包的扩展，它与t e 珊i n a l 类一起来建立连接模型，而连接模 型是设备怎样连接在一起的物理定义。另外，它还建立了拓朴模型，这是设备怎 样通过闭合开关连接在一起的逻辑定义。t 0 p o l o g y 的定义与其它电气特征无关。 w i r e s p a c k a g e 电线包 w i r e s 包是c o r e 和1 o p o l o g y 包的扩展，它建立了输电和配电网络的电气特 6 第一章绪论 征的信息模型。这个包用于网络应用，佣如状态估计、潮流及最优潮流。 o u t a g ep a c k a g e 停运包 这个包是c o r e 和w i r e s 包的扩展，它建立了当前及计划( 规划) 网络结构 的信息模型。这些实体在典型的网络应用中是可选的。 p r o t e c t i o np a c k a g e 保护包 这个包是c o r e 和w i r e s 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l 模拟和配电网故障定位应用。 m e a s p a c k a g e 量测包 m e a s 包包含对各应用之间交换的动态测量数据进行描述的实体。 l o a d m o d e lp a c k a g e 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，例如季节与日期类型。 本信息由负荷预测和负荷管理使用。 g e n e r a t i o np a c k a g e 发电包 g e n e f a t i o n 包分成两个子包：p r o d u c t i o n 包和g e n e r a c i o l l d y r 瑚血c s 包。 a ) p m d u c t i o np a c k a g e 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。本信息用于机组组合、水火发电 机组的经济调度、负荷预测及自动发电控制应用。 b ) g e n 啪t i o n d y l l 锄i c sp a c k a g e 发电动态包 这个包提供原动机的模型，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。此信息用于动态培训模拟应用的机组建模。 d o n l a i np a c k a g e 域包 d o m a i n 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，包括测量单位和允许值。每一种数据类型包 含值属性及可选的测量单位，它被规定为一个静态变量，并作为测量单位的文字 描述初始化。允许的枚举值在属性文档中用大括号内的i 玎m 。约束句法列出。字 符串长度在文档中列出，并也被指定了长度属性。 7 第一章绪论 1 2 1 2 组件接口规范 c i s 是在c i m 基础上定义的，规定组件( 或应用程序) 为了能够以一种标准方 式和其它的组件( 或应用程序) 交换信息和或访问公开数据而应该实现的各种接 口。这些组件接口描述可以被应用程序用于这一目的的特定的事件、方法和属性。 i e c6 1 9 7 0 标准的目的是通过开发组件接口标准来鼓励独立开发可重用的软 件组件并促进它们在构造电力信息系统的集成。软件行业，包括主要的e m s 厂 商和e m s 应用程序供应者，都已经历了从基于顶到底模块软件设计的软件工程 概念到面向对象方法再到使用基于组件的体系结构的最新的改进这样的进化。由 公用对象请求代理体系结构( c o r r l i n o n0 b j e c tr e q u e s tb r o k e ra 如h i t e c t u r e ，简称 c 0 i m a ) 、企业j a v a 组件( e n t e l p r i s ej a v a b e a n s ，简称e j b ) 和分布式组件对象模 型p i s 砸b u t e dc o m p 伽e n to b j e c tm o d e l ，简称d c 0 m ) 所倡导的组件模型是这一 趋势的最好的例证。 c i s 的意图是规定一些接口，应用程序或系统要用这些接口来促进和其它独 立开发的应用程序或系统的集成。虽然为了帮助定义必须转换的信息类型，把一 些典型的应用程序和组件看成是i e c6 1 9 7 0 标准的一部分，但是，其意图并不是 要定义组件本身。组件厂商应该能够自由地把组件接口的不同汇集包装到各个组 件包里而不会违背i e c6 1 9 7 0 标准。 通用数据存取工具( c o m m o n d a _ t a a c c e s sf a c i l i 够，简称c d a f ) 是一项国际标 准，该标准为i e c6 1 9 7 0 定义了一个c i s ，用于电力系统的应用程序( 或组件) 对 那些基于i e c6 1 9 7 0 c 订的公共数据进行存取。 c i s 标准文档分两个级别：级别1 仅对接口做一般性描述，不涉及具体的计 算机技术，4 0 1 是c i s 的总体框架说明，4 0 2 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c d a 用0 m g 的d a f 和c c a p i 的g i d c d a ， 实时数据的访问用0 p c 的o p c d a 快速数据访问，历史数据用0 p c 的o p c h a d 访问历史数据，其他的c i s 还包括互操作实验的成果即模型交换( 合并、更新等) ， 以及针对各个应用的c i s ；级别2 将c i s 映射到c 0 r b a 和证l 等具体的计算 机技术，5 0 1 是c “模型从u m l 转换成1 j ) f 格式，用于模型的语法校验， 5 0 2 是c d a 映射到c o r b a ，5 0 3 是互操作实验的c n 4 ) ( 缸数据交换格式。 8 第一章绪论 1 2 2c 0 r 队技术 当前关于分布式组件技术主要有对象管理组( o b j e c tm a i l a g eg r o u p ，o m g ) 的c o r b a 、s u n 公司的e j b 和m i c m s o f i 的c o m + 等。其中，c o r b a 技术具有 语言无关和平台开放的优点，而且其功能完整性、发展成熟性也是最好的。同时 三种技术的核心思想都有一定的共通之处，彼此具有相当的兼容性。本文采用 c o r b a 作为实现电力调度数据平台的的基础软件设施。 1 2 2 1c o r 卧简介 c o r b a 是一种开放的分布式对象计算结构，是异构计算环境互操作的标准。 通过c o r b a ，应用程序之间能相互通讯，而不管它们的位置、编程语言及操作 系统和硬件平台。 c o r b a 从最初提出开始已经经历了多次更新，目前应用最为广泛的是 c o 砌3 a 2 _ 3 版本。它通过i n t e 曲c ed e f i 由t i o nl a n g u a g e ( i d l ) 和a p i ，使得客户端 服务器对象通过0 r b ( o b j c c tr e q u e s tb r o k e r ) 相互通信。c o r b a 实现了许多 通常的网络通信任务，如对象登记、对象定位、对象激活、错误处理等。 c o r b a 作为工业标准定义了分布式计算所需的高层次功能，其目标是构造 一个真正开放的基础构架，实现在各种应用之间进行透明地通信，雨无需了解系 统软硬件服务对象的位置、状态和方式。c o r b a 规范定义了i d l 语言及映射、 单个0 r b 体系结构、o r b 互操作机制和c o m c o r b a 互操作。 1 2 。2 2 基于c 0 r 队的集成应用 c o a 解决了平台的异构性问题，为解决数据库系统异构性提供了基础结 构，为设计和实现分布式多数据源集成系统提供了非常好的方法和中间件功能， 并且大大减轻了开发工作量，使系统具有良好的开放性、可扩展性和可伸缩性， 有助于集成结构化的数据库系统 9 】。对象请求代理( o i 出) ，作为c o r b a 的核 心，实现了对象间透明发出请求和接受响应得基本机制。o r b 提供了一些重要 特征，如分布性、互操作性和技术集成，也提供了面向对象的好处，如抽象和封 装。另一方面，数据库提供了数据持久性和数据完整性、事务、并发数据访问。 9 第一章绪论 c o r b a 被设计用来使客户机能向对象发送请求并可接受回应。类似地，许 多数据库提供了a p i ，使数据库客户机能向数据库服务器发出查询请求。数据库 服务器将执行请求，并送回某种响应。从集成的观点来看，有两种明显的可能性： 或者数据库本身通过使用c o r b a 接口输出服务，提供和c o i m a 的紧密集成： 或者集成发生在应用层次，由于缺乏可用的商业集成产品迫使我们在应用层进行 集成，这种应用层集成自然导致了三层结构的系统。三层结构的基本元素是客户 机、应用程序服务器和数据库服务器。客户机通过应用程序服务器输出的i d l 接口来访问应用程序服务器。应用程序服务器扮演了双重角色，一方面是c 0 r b a 服务器，另一方面作为数据库客户机访问数据库服务器以获得持久状态信息。 1 2 3 数据仓库技术 数据仓库d w ( d a t a 撇h o u s e ) 概念始于上个世纪8 0 年代中期，数据仓库概 念创始人w h h l i n o n 在b u i l d i n gt l l ed a t aw 打e h o u s e 一书中对数据仓库这样定 义：数据仓库是面向主题的、集成的、非易失的( 稳定性) 、随时间不断变化( 不 同时间) 的数据集合，用以支持管理人员的决策制定。数据仓库中的数据面向主 题，与传统数据库面向应用相对应。主题是一个在较高层次上将数据归类的标准， 每一个主题对应一个宏观的分析领域。数据仓库的集成特性是指在数据进入数据 仓库之前，必须经过数据加工和集成，这是建立数据仓库的关键步骤，首先要统 一原始数据中的矛盾之处，还要将原始数据结构做一个从面向应用到面向主题的 转变。数据仓库的稳定性是指数据仓库反映的是历史数据的内容，而不是日常事 务处理产生的数据，数据经加工和集成进入数据仓库后是极少或根本不修改的。 数据仓库是不同时间的数据集合，它要求数据仓库中的数据保存时限能满足进行 决策分析的需要，而且数据仓库中的数据都要标明该数据的历史时期。 数据仓库并没有严格的数学理论基础，也没有成熟的基本模式，且更偏向于 工程，具有强烈的工程性。因此，在技术上人们习惯于从工作过程等方面来分析， 并按其关键技术部份分为数据的抽取、存储与管理以及数据的表现等三个基本方 面 1 0 】。 m m 、o r a c l e 等厂商都提出了自己的数据仓库结构，但严格说来，任何一个 数据仓库结构都是从一个基本框架发展而来，实现时再根据分析处理的需要具体 1 0 第一章绪论 增加一些部件。以下图1 2 所示即为一个基本的数据仓库框架。 图1 2 数据仓库基本框架结构 为了能够将已有的数据源数据提取出来，并组织成可用于决策分析所需的综 合数据的形式，一个数据仓库的基本体系结构中应有以下几个基本组成部分： 数据源：指为数据仓库提供最底层数据的运作数据库系统及外部数据。 监视器：负责感知数据源发生的变化，并按数据仓库的需求提取数据。 集成器：将从数据库中提取的数据经过转换、计算、综合等操作，集成到数 据仓库中。 数据仓库：存贮已经按企业级视图转换的数据，供分析处理用。根据不同的 分析要求，数据按不同的综合程度存储。数据仓库中还应存储元数据，其中记录 了数据的结构和数据仓库的任何变化，以支持数据仓库的开发和使用。 客户应用：供用户对数据仓库中的数据进行访问查询，并以直观的方式表示 分析结果的工具。 对数据仓库而言，许多人把它当做一个现成的可以直接买来使用的产品；实 际上，数据仓库和数据库不同，它不是现成的软件或硬件产品。数据仓库是一种 解决方案，是对原始的操作数据进行各种处理并转换成有用信息的处理过程，用 户可以通过分析这些信息作出策略性的决策。数据仓库最根本的特点是物理地存 放数据，而且这些数据并不是最新的、专有的，而是来源于其他数据库，它要建 第一章绪论 立在一个较全面和完善的信息应用的基础上，用于支持高层决策分析，而事务处 理数据库在企业的信息环境中承担的是日常操作性的任务。数据仓库是数据库技 术的一种新的应用，到目前为止，数据仓库还是用数据库管理系统来管理其中的 数据。 1 3 本课题主要研究内容 目前，随着信息技术在电力系统中的广泛应用，电力系统自动化水平的不断 提高以及电力行业改革的逐步深化，建立一个基于公共信息模型的信息交换平 台，使电网中各应用系统之间实现信息交换和共享，显得越来越重要。 本课题的主要研究内容是： 从当前电力企业信息化存在的“缺乏有效的整合信息平台，信息集成度差” 问题出发，研究了电力调度实时信息交换平台的安全策略，分析了、聃m s 及其 相关应用系统的之间的数据流特征。 采用最新的企业信息整合集成( e a i ) 、信息共享、综合分析和流程管理技 术以及信息集成标准，如c i m 、c i s 、企业信息集成总线u i b 、c 0 鼬j a 以及x m l ， r d f 、互联网i m e m e 州n t r a n e t 等等，以及数据仓库技术等，研究了基于c i m 的 电力调度实时信息平台框架，设计并实现了基于c i m 的导入导出服务模块。 针对当前w a m s 系统还没有建立统一的信息模型，遵循i e c6 1 9 7 0 规范， 根据c i m 规定的语义和语法，扩展了基于c i m 的w a m s 的信息模型，定义了 w 久m s 的类库，并在此基础之上，研究了基于c i m 的w a m s 信息模型的导入 导出应用，以及s c a d a 系统和删s 的信息集成应用。 第二章电力调度实时信息交换需求分析 第二章电力调度实时信息交换需求分析 2 。1引言 随着计算机和信息技术的发展，信息技术在电力系统生产和管理中的应 用越来越广泛，所起的作用也越来越大，管理网络上传递的信息内容越来越 多，从生产、经营、事务处理、办公到监控视频、电子会议、多媒体应用和 管理等都需要通过网络实现。同时，由于控制系统大量采用计算机及网络技 术，接入控制网络的控制系统也随之增多，于是电力生产应用中的信息安全 与防护就显得十分重要。特别是电力改革后，电力市场的建立，在调度中心、 电厂、用户之间进行的数据交换大量增加，水电厂、变电站大量采用远方控 制，对电力控制系统和数据网络的安全性、可靠性、实时性提出了新的挑战。 国家经贸委 2 0 0 2 第3 0 号令电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安 全防护的规定颁布后，更加明确了应用系统的划分、防护与隔离，从而为 建立安全可靠的信息网络奠定了坚实的基础。 当前调度中心主站端的应用不断增加和扩展，w a m s 、调度自动化系统( 包 括s c a d a e m s 、a g c 、a v c 等) 涉及的相关内容越来越多。与安全稳定控制系统， t m r 、水调自动化系统、电力市场交易管理系统( t m s ) 、继电保护及故障录 波信息管理系统、调度生产管理信息系统( d m i s ) 等应用系统之间都存在大 量的共享数据，主要包括电网运行实时数据( 遥测、遥信) 、设备参数、图 形及拓扑数据、电能量数据、电力市场交易数据及发电计划等。同时，各级 调度的调度自动化系统正逐步互联，各系统之间通过网络进行信息共享和交 互。 另外，调度中心的一些二次系统因业务需要，与d m i s 系统甚至m i s 等电力 企业的其它管理信息系统进行信息整合和接口集成。这样具有实时控制功能 的调度自动化系统，在没有进行有效安全防护的情况下与当地的m i s 系统互 连，甚至与因特网直接互连：监控系统和数据网络本身也缺乏必要的安全防 护措施；对系统及设备制造商缺乏有效的安全管理方法；电力二次系统地管 理及运行人员缺乏必要的安全意识等等。这些都带来各种信息安全的隐患。 本章通过介绍w a m s 在电力系统中的应用情况，分析了w a h i s 及相关应用系 1 3 第二章电力调度实时信息交换需求分析 统的数据流，强调了电网调度中心二次系统的安全防护问题。提出了调度实 时信息平台的安全策略。 2 2基于安全分区下的数据流程框架 依据国家经贸委【2 0 0 2 】第3 0 号令电网和电厂计算机监控系统及调度数 据网络安全防护的规定和国家电力监管委员会第5 号令电力二次系统安 全防护规定的要求，电网调度系统安全防护的目标是抵御病毒、黑客等通 过各种形式发起的恶意破坏和攻击，尤其是集团式攻击，重点保护电力实时 闭环监控系统及调度数据网络的安全，防止由此引起电力系统事故，从而保 障电力系统的安全稳定运行，保证国家重要基础设施的安全。 防护的重要措施是强化电力二次系统的边界防护，同时对电力二次系统 内部的安全防护提出要求，新规划和新建的系统应按电力二次系统安全防 护规定的要求建设。调度中心二次系统的安全防护重点是业务系统安全分 区，并在横向采用专用隔离装置，同时根据业务性质采取相应的防护措施和 加强管理。 按照电力二次系统安全防护规定的安全分区原则，调度中心( 省调 及以上) 的所有二次系统应划分为生产控制大区和管理信息大区。生产控制 大区分为控制区( 安全区i ) 和非控制区( 安全区i i ) ；根据调度中心二次系 统的业务安全要求，将管理信息大区分为生产管理区( 安全区i i i ) 和管理信 息区( 安全区) 1 8 】，电力调度二次系统安全防护分区如下图2 1 所示。 安全区i ( 实时控制区) ：包括宴时闭环控制的s c a d 舳m s 系统、d m s 、 ，a m s 和安全自动控制系统，保护设置工作站( 有改定值、远方投退功能) 等。它是电力二次系统中最重要系统，安全等级最高，是安全防护的重点与 核心。 安全区h ( 非控制生产区) ：包括调度员培训系统( d t s ) 、水库调度自动 化系统、电能量计量系统、电力交易系统、继电保护和故障录波信息管理系 统( 没有改定值、远方投退功能) 、考核系统等。 安全区( 生产管理区) ：主要为电力生产所需的信息管理系统，包括电 力监管信息系统、雷电监测系统、气象信息、图像监控以及调度管理信息系 1 4 第二章电力调度实时信息交换需求分析 统( d m i s ) 等。 安全区i v ( 管理信息区) ：包括办公自动化( o a ) 和管理信息系统( m i s ) 、 客户服务等。 图2 1 电力调度二次系统安全防护分区 依照如上电力二次网络安全分区的要求，设计了如下图2 2 所示基于电力 调度平台的安全分区数据共享平台。 图2 2 基于电力调度平台的数据共享方案 2 3 卧m s 及其相关应用系统的数据流分析 对电力系统运行状态进行准确而全面的实时监测是了解和把握电力系统 运行情况的重要手段。以数据采集和监控能量管理系统( s c a d a e m s ) 及相 关应用软件为代表的调度监测系统是建立在稳态潮流水平上的电力系统运行 第二章电力调度实时信息交换需求分析 监测工具，但它不能监测电力系统的动态行为。电力系统动态过程的监测通 常采用故障录波来实现。但这种装置需要记录故障过程中节点电气量的三相 瞬时采样值，因此记录的时间长度受限，而且各个独立的故障录波装置之间 无法进行通信，录波数据之问也难以精确同步，因而使得对于同一故障不同 录波器的数据在事后进行整合分析时就非常困难。一些带有同步时钟的故障 录波器因缺乏全局算法及无法测量异地机组或母线问的相位关系等而受到限 制。 电力系统的动态过程可以通过同步的节点电气量的空间矢量进行观测。 在不考虑零序、负序和谐波分量的影响时，正序基波的空间矢量可被用来监 测电网的动态过程。基于广域测量技术的电网广域动态安全监测系统可在时 空二维坐标下监测电力网全局的机电动态过程。 2 3 1 卧m s 的发展 我国大区电网的互联使网络结构更复杂、分布地域更广、元件更多，动 态行为( 如超低频振荡、振荡传播、暂态电压不稳定等) 也更复杂。对这种 具有动、静态不确定性的非线性超大规模电力系统的分析和安全预警难度很 大。长期沿用的基于局部信息的电力系统控制和保护设计方法以及静态安全 防御系统的构架，也不能满足超大规模电力系统振荡抑制与控制、系统保护 和动态安全防御的要求。 近年来，w 埘s 技术为大电网向着广域实时监测和控制方向的发展提供了 先进和可能的信息技术平台。它是指一种基于同步相量测量及现代通信技术 的，对地域广阔的电网运行状态进行监测和分析的，为电网实时控制和运行 服务的综合应用系统。电力系统中的发电机功角和母线电压相量是系统运行 的主要状态变量，也是判断系统运行是否稳定的依据。电力系统相量测量就 是在高精度的时钟同步下，在电网的各枢纽点测量电压和电流的相量，并传 送到中央站和相应的装置中供实时监测、保护和控制之用。 作为w a m s 组成的基本单元，基于全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n g s y s t e m s ，g p s ) 的同步相量测量单元( p h a s o rm e a s u r e m e n tu n i t ，p m u ) ， 根据实际应用需求，如：稳态分析、动态监视等，进行最优配置。在为w a m s 第二章电力调度实时信息交换需求分析 系统配置p 删时应该对系统中的厂站区别对待，做到重点突出，即只在系统中 某些枢纽厂站装设p m u ，而其他大部分厂站并不装设p m u 1 2 。一般来讲，如 果p m u 配置能满足如下条件，则可认为该配置方法是有效的：能提供系统主 要断面信息( 重点联络线的电压电流值) ；能获得反映系统动态变化情况的 重点线路的状态轨迹；能观测系统骨干网架动态信息。 2 3 2 w a m s 及其相关应用系统的数据流分析 2 3 2 1 卧m s 系统的数据分析 在关键性的发电厂和变电站安装p m u ，完成对母线电压和线路电流的三 相交流采样，采用相量算法 1 3 】计算正、负、零序相量、及