（电力系统及其自动化专业论文）基于cim模型企业电网分析平台数据库及数据接口研究.pdf

s u b j e c t ：t h er e s e a r c ho fd a t a b a s ea n dd a t ai n t e r f a c ef o rb a s e dc i m a n a l y s i sp l a t f o r mo fe n t e r p r i s ep o w e rn e t w o r k s p e c i a l t y ：p o w e rs y s t e m a u t o m a t i o n n a m e ：y a n gm e n g i n s t r u c t o r ：d o n gz h a n g z h u o a b s t r a c t ( s i g n a t ur e ) ( s i g n a t ur e ) t h er e l i a b i l i t ya n ds e c u r i t yo fp o w e rs u p p l yi nt h el a r g ei n d u s t r ye n t e r p r i s e si s t h e g u a r a n t e ef o rp r o d u c t i o n s t or e s e a r c ha l la n a l y s i sa n ds e r v i c es o f t w a r ef o rl a r g ei n d u s t r y e n t e r p r i s e sp o w e rg r i dw i l lh e l pt h ew o r k e r st oa n a l y s i sa n ds o l v et h ep r o b l e m sw h e nt h e p o w e rs y s t e mh a v et r o u b l e s ，a l s ow i l lh e l pt oa r r a n g et h eo p e r a t i o nm o d ea n de n s u r et h e p o w e rs y s t e m ss e c u r i t y , r e l i a b i l i t ya n de c o n o m yw h i l et h es y s t e m i sr u n n i n gw e l l i th a sv e r y i m p o r t a n tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lv a l u et or e s e a r c ha n dd e v e l o pap l a t f o r mw h i c hh a st h e c h a r a c t e r so fo p e n ，e x t e n s i o n ，a n dm a i n t a i n a b i l i t y t h es y s t e mp o w e rg r i dm o d e li se s t a b l i s h e db a s e do ni e c 6 1 9 7 0 3 0 1 f i r s t l y , t h i sa r t i c l e a n a l y s i s e dt h ec o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e lc i m ，a n ds u m m a r i z e dt h em o d e l i n gm e t h o du s i n g c i ma n dh o wt oe x p a n dc i ma c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o n ，a n dt h e ns u m m e du pt h e b u n d l ei nc i mw h i c hi su s e df o rt h es y s t e m s e c o n d l y , t h i sa r t i c l ea d o p t e dt h ed e f i n i t i o n m e t h o do fp o w e rg r i dt o p o l o g yr e f e r e n c e di nc i m ，a n dc o m p l e t e dt h ep o w e r 酣dt o p o l o g y a n a l y s i sr e s e a r c h t h i sa r t i c l ef i n i s h e dt h ep o w e rg d d ss t a t i ct o p o l o g ya n dd y n a m i ct o p o l o g y a n a l y s i s ，a n db a s e do nt h a t ，p r e s e n t saz e r o s e q u e n c ep o w e rn e t w o r kt o p o l o g ya n a l y s i sa n d t a k et h ee x a m p l et ov e r i f yi t sc o r r e c t n e s s b a s e do nt h eo r i g i n a ld a t am o d e li nc i m ，t h e a r t i c l ef i n i s h e dt h ee s t a b l i s h m e n to fs y s t e ms e r v e rd a t a b a s ea n dc o m p l e t e dt h ed a t ai n t e r f a c e t om e e tt h er e q u i r e m e n to fd a t at r a n s f e r sb e t w e e nr e a l - t i m ed a t aa n dr e l a t i v ed a t ai nt h e s y s t e m f i n a l l y , a f t e rt h er e s e a r c ho fh o wt ou s ec i m r d fs c h e m at od e f i n ex m ld o c u m e n t a n du s ex m ld o c u m e n tp r e s e n tc i mm o d e ld a t a ，t h i sa r t i c l ec o m p l e t e dt h es y s t e mx m l d o c u m e n tp a r s i n gi n t e r f a c eb yu s i n gd o mi n t e r f a c em o d e la n dv e r i f i e di t sc o r r e c t n e s sb y p a r s i n gt h ex m l d o c u m e n ts a m p l e k e y w o r d ：c o m m o n i n f o r m a t i o nm o d e l t o p o l o g ya n a l y s i s d a t a b a s e d a t ai n t e r f a c ex m ld o c u m e n tp a r s i n g t h e s i s ：a p p l i c a t i o na n dr e s e a r c h 要料技大学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：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 其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。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做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：捌日期 汹多恙，哆 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期问 论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。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。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学 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。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课 题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名： 姗撕签牙尊卵日 习年堋日 1 绪论 1 绪论 1 1 开发大型企业电网分析平台的目的及意义 大型企业电网是指耗能较大的企业，从区域性电网购入电能，电能经过二次或三次 变压，变成企业用电设备所能接受的电能，输送至分布在几平方公罩或几十平方公里的 车间、矿井、办公、住宅及其配套产业和公共建筑的电网系统，这类电网一般包括输电 网和配电网及负荷，是具有输电和配电网特征的供电系统。大型企业电网连续、稳定、 安全的运行是企业正常生产的保障，随着企业的发展，对于电力供应的可靠性、安全性 需求不断提高。企业电网正常运行时，合理安排企业电网的运行方式，可以优化企业电 网配置，提高供电安全，减少电能消耗。企业电网运行异常或故障时，需要及时发现问 题，并及时解决问题。但是，企业电网运行维护人员技术力量薄弱，难以作到以上几个 方面。为解决这个问题，研究工作者面向企业研究开发了一些针对企业电网分析的工具， 但是由于系统模型不统一、功能弱、可扩充性差、维护困难等原因，应用效果不尽理想。 因此开发一个通用的开放的适用企业电网分析的软件系统具有重要意义u 圳。 1 1 1 开发通用分析软件的意义 企业电网模型的建立，是设计企业电网仿真软件的主要方面，如何描述电力系统取 决于各个不同的应用。目f j i 的能量管理系统、配电网管理系统等软件系统通常包括多个 不同的模块，各个模块仅仅分析电力系统运行的一个方面，可能需要不同格式的数据输 入。当应用要求发展时，所设计的数据结构可能要做频繁的更改，一些基础的修改可能 会涉及到多个软件的模块。对于大型软件系统这种建模方法会导致灾难性的后果，系统 变得难以管理和维护，必须重新进行系统设计。 各类系统不同的功能，由多个不同类型的计算机系统和应用软件共同协调完成，这 些系统和应用软件的接口和信息交换方式是专有的，信息接口的数据格式和接口方式缺 乏统一的标准，应用软件系统与其它应用软件系统接口连接时，需针对其他软件系统开 发专门的数据接口转换程序，实现信息共享。同时，针对各自系统开发的专有数据库， 也限制了第三方的访问，难以将第三方软件集成进已有的软件系统。 综上所述，开发出统一电网模型基础上的，拥有通用接口的，兼容性强的企业电网 软件平台十分必要，可大大提升软件的利用率，方便各自系统的信息交换与共用。基于 统一标准的设计，加强系统的扩展性，在不对系统进行大的变动前提下以加载应用模块 的方式实现新的功能，同时还能实现与第三方软件的兼容。另外，采用公共信息模型 ( c i m ) 统一的语义标准描述电网，使得跨网络信息传递，数据共享成为可能，可实现电 西安科技大学硕士学位论文 网模型间的互操作及拼接。 1 1 2 开发大型企业电网分析平台的背景 研究开发统一模型的企业电网分析系统的关键点，在于系统是一个开放性的、易维 护、可扩充的系统。企业电网分析平台的开发和应用是一个不断完善的过程，一定程度 上，软件系统的应用过程是系统的扩充过程。软件系统开发遵守统一的模型，易于实现 对软件的扩充、维护、升级和各种系统兼容。国际电工委员会( i n t e r n a t i o n a l e l e c ：t r o - t e c h n i c a lc o m m i s s i o n i e c ) 为e m s 制定应用程序接口i e c 6 1 9 7 0 系列标准的推 出，提供了涉及电力系统模型标准，其中公共信息模型( c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e l ，c i m ) 采用面向对向技术，对客观对象的本质进行抽象描述，为信息交换和访问提供一种公共 的统一的模型【4 巧】。c i m 是整个e m sa p i 框架重要的一部分，是i e c 制定的电力系统自 动化中s c a d e m s d m s p m 等系统的通用数据模型和数据接口。目前，国际上多个厂 家的电力系统自动化系统，例如电能计量系统、调度自动化系统，逐步采用c i m 数据 模型6 1 。 虽然，c i m 模型是针对e m s 制定的标准，但c i m 中描述的对象本质上是抽象的， 使其不单应用于e m s ，还可以应用于需要电力系统模型的各类应用软件系统中。c i m 的使用远远超出了它在e m s 中应用的范围。应当把c i m 模型理解为只要该领域需要公 共电力系统模型，就可以按照标准建立模型。因此，c i m 模型为建立开放性、可扩展、 可维护的企业电网分析软件平台提供了基础。与传统的系统相比，基于新标准的平台系 统的优点可概括为以下几点： ( 1 ) 将不同厂家开发的应用组件集成到一个系统中，将独立开发的应用组件通过标 准的接口集成到同一系统中。 ( 2 ) 系统内部的各种功能之间实现信息共享。 ( 3 ) 在不同系统之间采用统一的数据格式交换数据，例如用可扩展的标记性语言 ( x m l ) 格式文件进行电网模型交换。 ( 4 ) 方便系统中开发扩展新的应用组件，当新应用的接口符合标准的要求时，开发 新的符合标准接口的应用组件，能方便的集成到已有的系统中。 由上可以看出在c i m 数据模型基础上建立电网分析平台，优点是明显的，这就促 使以c i m 数据模型为基础开发电网分析平台成为当前的趋势。 1 2 国内外研究现状 1 2 1c i m 模型的应用现状 国际电工技术委员会( i 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 lc o m m i s s i o n ，i e c ) 第5 7 技术委员 2 1 绪论 会的1 3 工作组推出了电力系统调度自动化系统各应用系统接口的系列标准i e c 6 1 9 7 0 ， 不仅应用于e m s 系统中，而且i e c 6 1 9 7 0 3 0 1 部分公共信息模型应用于电力各类分析软 件中，可以使软件中电力系统模型设计规范，并且具有开放性。随着i e c 6 1 9 7 0 的发布， 各开发厂商对电力系统的认识统一到i e c 6 1 9 7 0 的公用信息模型( c i m ) 标准上。基于统 一建模语言u m l 的c i m 模型，可以为各个应用系统提供标准化的对象模型，使各个应用 系统的信息共享成为可能，并实现应用系统的可维护性和扩展性【7 捌。目前围绕着 i e c 一6 1 9 7 0 的公用信息模型，做了一系列的应用与研究。 公用信息模型c i m 是整个e m s a p i 框架的重要基础。是电力企业应用集成的重要工 具，它规定了e m s a p i 的语义部分。根据交换电网模型的迫切要求，在2 0 0 0 2 0 0 2 年，美国 进行了4 次互操作试验【l o j 。在互操作试验过程中验证了对c i m 标准的理解，以及标准中 存在的问题和改进措施。为了缩小与国外的差距，与国际接轨，我国也进行了相关实验。 文章【1 1 中，详细介绍了基于c i m x m l 电网模型的互操作研究。 随着对公用信息模型c i m 理解的不断深入，对其应用和研究的方面不断细化和实 用化，文章 1 2 、【1 3 中初步提出了如何建立基于c i m 的电网模型，并阐述利用模型进 行拓扑分析的方法。在基于公共信息模型的电网的拆分与合并应用研究上，文章 1 4 中 阐述如何进行电网拆分和合并，并进行了尝试。在这些研究的基础上，一些专家学者开 展了基于c i m 模型对电力企业的信息共享进行了更进一步的研究，比如，基于c i m 的 s c a d a 系统的整合封装；用c i m 和x m l 构造e m s 统一信息交换模型。围绕企业应 用和数据集成，研究如何用c i m 模型创建一个更有力和更灵活的系统构架等【l5 1 。 c i m 是一个能描述电力企业所有主要对象的抽象模型，但它并不能覆盖电力企业的 所有方面象，因此，根据电力企业的各类软件实际应用需要，要对c i m 模型进行扩展。 c i m 模型的扩展包括其在配电网中的扩展，预想故障集、直流输电系统中的通用信息模 型的扩展等方面1 1 6 1 7 j 。 1 2 2 电力系统分析软件的研究现状 目前国际上对电力系统的分析软件主要有： ( 1 ) s i m p o w ( s i m u l a t i o no f p o w e rs y s t e m ) 是a b b 公司开发的机电暂态仿真程序，包 括潮流、稳定和短路电流计算，还可以进行小干扰和谐波分析。s i m p o w 的优势是 h v d c 、f a c t s 模型详细，具有自定义建模功能，求解的网络规模大，计算控制和程序 调试方便。 ( 2 ) 美国o p e r a t i o nt e c h n o l o g y , i n c ( o t i 集团公司) 开发的e t a pp o w e r s t a t i o n ，包 括潮流计算、短路计算、继电保护配合、电机起动、谐波分析、地下电缆系统、接地 网设计、低压配电系统、直流系统分析、暂态稳定、用户自定义动态模型、发电机起动、 可靠性分析、最优潮流、补偿电容器最佳位置、不平衡潮流计算、传输线的弧垂、张力 3 西安科技大学硕士学位论丈 分析、控制系统仿真等分析计算功能。 ( 3 ) 由加拿大r t d s 公司研制的r t d s ( r e a lt i m ed i g i t a ls i m u l a t o r ) ，实时数字仿真系 统，主要功能是实时仿真电力系统，重点解决对控制保护装置的测试问题。r t d s 可实 时仿真大型交直流混合电力系统，还可与实际h v d c 控制保护系统相连，组成实时闭 环测试系统 这些电力系统分析软件功能强大，在电力领域已有广泛的应用。但是这些电力分析 软件应用的对象是电力系统和电力生产企业，针对大型工矿企业电网专门开发的分析软 件系统还是空白，虽然当前工矿企业已经实现了电力调度自动化，但是对企业电网的分 析还比较滞后，所以有必要研究一套专门针对企业电网的分析系统。 1 3 企业电网分析平台基本架构 1 3 1 企业电网分析平台设计原则 企业电网分析平台随着系统的应用，是一个不断完善的过程，所以首要考虑的就是 它的可维护性、扩展性和开放性【l 引。可维护性是指对构成系统的各个组件的功能可以进 行修改，原组件可以被新组件替换。可扩展性是可以根据实际的需要，继续为系统原有 组件添加新的功能，添加所需的新的组件。开放性是系统提供统一的标准的接口，可以 在系统中方便的插入第三方基于统一标准开发的组件。 企业电网分析平台是辅助企业电网管理人员对企业电网进行各项电力分析的工具 软件，对企业供电网的各种运行情况进行模拟操作。因此该平台能对企业供电网进行描 述，包括设备的描述，对供电网运行状念进行描述，还包括对企业供电网分析的各种计 算方法，例如，静态拓扑分析，动态拓扑分析，潮流计算等。 系统的应用对象为企业供电网的管理人员，这些人员一般对计算机不熟，采用交互 方式的好处就是给用户提供了一个方便、易用的界面。交互式的人机界面，使得企业供 电网分析平台的各类操作均在交互式的人机界面上完成，可以让这些管理人员更加方便 的管理企业电网。管理人员在图形式的界面中输入设备参数，调用服务器端的各项供电 网分析计算功能，将得到的分析结果以图表、曲线图、棒图、饼图等直观的形式显示给 管理人员。 系统的安全性是系统能正常发挥作用的前提，系统要建立企业供电网模型和基础数 据，收集和整理分析模型参数，维护工作量很大。为了发挥系统的效益，建立的系统可 以支持多个工作人员同时使用，选择不同的仿真方案，并且，信息存贮采用集中管理方 式，供电网管理人员操作时，根据其权限可以进行不同操作，供电网管理人员可建立自 己独立的仿真空间，仿真空间的基础数据来自于系统的公共模型参数。 系统所服务的对象不应局限于某一具体的应用分析，要为其它应用软件提供统一的 4 1 绪论 数据接口，要充分考虑到其它应用软件的共同需要。系统中能对电网进行分析建模，涉 及到大量的各类实测数据，能和其它实时监测系统接口，能方便的得到这些数据。 1 3 2 系统的模式 系统采用分布式客户服务器( c s ) 模式。传统电网计算分析平台，采用格式数据文 件和计算模型程序的方式，建立的企业电网的分析计算平台，如为分布式的结构，客户 端通过专门的通信程序访问服务器的数据，程序结构十分复杂【1 9 也o 】。 而基于c i m 模型丌发的分布式的企业电网分析平台，采用客户服务器模式，其中 为了方便信息的管理，客户端采用瘦客户方式，即客户端预先不存贮电网分析的各种数 据。所用的数据保存在服务器中，客户端只需通过通讯接口向服务器发送请求，从服务 器获取相关的电网数据。在客户端启动服务器的各类分析计算模块，服务器计算完成后， 将计算结果发送到客户端并显示给用户，计算结果可以就地存储。服务器数据格式采用 c i m 定义的数据模型，这就保证了系统的开放型、通用性和兼容性。 1 3 3 系统的总体架构设计 系统分为服务器和客户端，一台服务器可以对多个客户端提供服务，服务器和客户 端之间的通信通道为搭载t c p i p 规约的通道，对通道的物理介质和通道的路由没有要 求。服务器端主要由数据库、运算模块、电网分析模块和各通信接口组成，下图为本系 统服务企端的总体架构。 图1 1 系统部署图 5 西安科技大学硕士学位论文 1 3 4 系统中数据库、模块及接口的作用 在上节给出的系统总体构架，其中个部分的具体功能及作用如下： ( 1 ) 客户端由图形编辑组件、图形显示组件、图形数据关联组件、参数设置组件和 r e m o t i n g 组件构成。参数设置组件实现图形数据关联组件中的数据的设置，图形编辑 组件和图形显示组件从图形数据关联组件获得图形数据，完成供电网图形的绘制和供电 网分析功能的调用。r e m o t i n g 组件实现客户端和服务器之间的通信。客户端的组件图 如图1 2 所示。 图1 2 客尸端组件图 ( 2 ) 服务器关系数据库，数据库采用成熟的商用数据库。数据库中存储了电网信息、 设备信息、分析结果和用户信息等系统中的数据，该数据库是整个系统的数据源。 ( 3 ) 实时数据库，系统中的实时数据库基于f a s t d b 开发的内存数据库。在内存中 存储电网模型和一些必要的设备信息可以使系统方便快捷的调用实现分析计算，同时可 以实时更新数据满足系统数据实时性的要求。 ( 4 ) 接口设置，系统中包含关系数据库和实时数据库接口、通用算法接口、专用算 法接口和x m l 文档接口。关系数据库和实时数据库接口是设计来实现关系数据库和系 统中实时数据库之间的数据交互，保证了两种数据库间的数据传输，包括关系数据库对 实时库的数据下装，关系数据库对实时数据库中数据的采样、存储、更新和添加数据的 操作；不同的分析计算需要不同的计算数据格式，所针对各个算法要丌发各自的专用计 算接口，再通过通用算法接口与实时数据库实现数据传递。x m l 文件接口完成了系统 独外部数据的交互，由于要与不同的系统之间进行数据交互，x m l 文档是最好的媒介， 本接口应用d o m 技术规范，实现了x m l 文档数据向实时数据库的数据解析。 ( 5 ) 电网拓扑组件，电网拓扑分析组件利用电网的原始连接信息，通过拓扑分析， 形成电网的整体的拓扑结构信息，为系统提供电网拓扑数据信息 ( 6 ) 分析算法组件，组件中封装了系统中支持的基本分析算法。系统的核心功能是 6 1 绪论 对企业供电网进行仿真，仿真分析的重点是当系统中的用电设备即负荷发生改变时，根 据企业供电网的管理要求，系统能进行各类稳态计算，例如，系统的潮流分布计算、优 化潮流计算、短路电流计算、系统无功优化计算、保护定值计算等等。 1 4 本论文研究重点 本论文的主要侧重点为企业电网分析平台服务器研究，主要完成了以下几部分的研 究工作。 ( 1 ) 在研究了i e c - - 6 1 9 7 0 标准和c i m 公共信息模型的基础上，深入研究基于c i m 的拓扑分析方法，并针对出现三相负荷不平衡时电网的特点，提出和实现了零序网络拓 扑分析的方法。 ( 2 ) 综合c i m 的优势和企业电网的特点，建立了基于c i m 的输配网一体化的企业 电网数据库对象模型，根据关系数据库的特点，研究了关系对象模型相互映射的方法， 以具体实例的形式实现了模型的转化。并应用e r w i n 设计了总数据库的逻辑模型，应 用e r w i n 生成数据库脚本，在s q l s e r v e r 中建立数据库。 ( 3 ) 设计并实现了系统关系数据库和实时数据库数据接口。 ( 4 ) 在研究了如何使用c i mr d fs c h e m a 定义x m l 文件表达c i m 模型的基础上， 设计了实时数据库数据和x m l 文件交互的接口。实现了基于d o m 技术的x m l 文件 解析接口，完成x m l 文件数据向系统实时数据库的数据解析。 7 西安科技大学硕士学位论文 2 公共信息模型构成及扩展应用 建立基于c i m 模型的企业电网分析平台，其电网模型建立是关键，建立的系统要保 证其开放、可扩展和可维护，所以应当采用统一的模型。目前，公共信息模型是由 i e c ( i n t e m a t i o n a le l e c t r o t e c h n i c a lc o m m i s s i o n ) 建立的电力系统能量管理系统e m s 公共模 型和通用接口标准，本章对i e c 6 1 9 7 0 系列标准内容进行总结分析，对其应用于企业电 网分析平台涉及的方法、内容进行讨论。 2 1i e c 6 1 9 7 0 系列标准 i e c 6 1 9 7 0 标准，是由国际电工委员会i e c 负责制定电力系统控制及其通信相关的 标准的第5 7 技术委员会下属的第1 3 工作组制定的，为电力系统能量管理系统e m s 服 务的，数据库公共模型和通用接口标准，定义了电力系统能量管理系统e m s 的应用程 序接口( a p i ) ，即e m s a p i 。其理想目标是实现“即插即用”，减少系统更新功能的费用 和时间，保护现有应用的有效运行。当前，该标准正向非e m s 领域扩充发展，应用的 领域不断扩宽。 i e c 6 1 9 7 0 系列标准采用公共信息模型c i m 描述电力系统的信息，并以组件接口规 范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 ) 访问c i m 。c i m 规定了c i s 的语义，i e c 6 1 9 7 0 其他标准规定了c i s 的语法。 当前发布的6 1 9 7 0 标准及草案包括【2 1 。2 7 】： i e c 6 1 9 7 0 3 x x 系列标准，用抽象的模型描述了电力企业所有主要对象，特别是那 些与电力运行相关的对象，通过提供一种使用对象、类、属性及它们之间的关系来表示 电力系统资源的标准方法，实现系统的集成。3 0 1 部分描述了面向e m s 部分的公共信 息模型，3 0 2 部分主要针对电力市场部分，3 0 3 是对s c a d a 包的描述。 i e c 6 1 9 7 0 4 x x 和i e c 6 1 9 7 0 5 x x 系列标准共同构成了组件接口规范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 ) ，定义了交换数据的途径、交换的内容，以及用来在组 件间交换数据的接口的标准方式。4 ( 系列定义了c i s 规范的语法，不涉及底层的技 术，是c i s 的第一层。5 x x 系列定义了4 x x 系列如何具体实现映射的底层技术，是c i s 的第二层。 2 2 公共信息模型c i m c i m 提供了一个电力系统逻辑视图，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 之间的关系。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 8 2 公共信息模型构成及扩展应用 类、属性及其关系的标准，使得不同厂商独立开发的应用程序的集成变得容易【2 8 】。 c i m 中的对象是一个抽象模型，被广泛的使用于不同的应用程序中。己经远远超 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。对于 电力系统领域而言，通用信息模型( c i m ) 就是电力系统元数据的模式，可以用来描绘具 体的电力系统数据模型。 2 2 1c i m 模型规范 c i m 使用面向对象的建模技术定义。具体的说，c i m 规范的使用同一建模语一言( u m l ) 方法，将c i m 定义成很多包，每一个包中包含一个或多个类图，用图形方式展示该包 中的所有类及它们之间的关系。然后根据类的属性及与其它类的关系，用文字形式定义 各个类。 2 2 2c i m 模型包 c i m 根据需要将模型划分为一组包，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，模型元件对象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。 图2 1c i m 包图 整个e m s 应用中的c i m 分为下面几个包： 9 i l j参、。罱l 西安科技大学硕士学位论丈 ( 1 ) i e c 6 1 9 7 0 第3 0 1 部分包括：核心包( c o r e ) 、域包( d o m a i n ) 、发电包( g e n e r a t i o n ) 、 发电动态包( g e n e r a t i o nd y n a m i c s ) 、负荷包( l o a dm 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 ) 。 ( 2 ) i e c 6 1 9 7 0 第3 0 2 部分包括：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 n c i a l ) 、 预订包( r e s e r v a t i o n ) 。 ( 3 ) i e c 6 1 9 7 0 第3 0 3 部分包括：s c a d a 包。 图2 1 为i e c 6 1 9 7 0 3 0 1 部分中定义的c i m 基本包及它们间的依赖关系，箭头从依 赖性包指向它所依赖的包。 2 3 企业电网分析平台中应用到的c i m 包 上节图2 1 给出了c i m 所包含的包，c i m 模型是对能量管理系统全面的整体的 信息描述，而企业电网建模时，并不是对c i m 模型的完全不变的套用，而是根据自身 应用的特点结合自身需求，对c i m 模型有选择的应用和扩展。下面对在企业电网建模 时应用到的包进行总结概述。 ( 1 ) 核心包是企业电网建模所需应用的基础包，包中包含所有应用共享的核心命名 类( n a m i n g ) 、电力系统资源( p o w e rs y s t e mr e s o u r c e ) 、设备容器( e q u i p m e n tc o n t a i n e r ) 、 导电设备( c o n d u c t i n ge q u i p m e n t ) 等实体，以及这些实体的常见的组合。核心包被所有应 用系统共享，它不依赖于其它任何包，但是绝大多数其它包都有依赖于核心包的关联关 系( a s s o c i a t i o n ) 和继承关系( g e n e r a l i z a t i o n ) 。 c i m 的基类是电力系统资源( p o w e rs y s t e mr 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单独的元件开关，也可以是包含 许多独立元件的设备容器( 例如变电所) 。在类的设计上，就是这些设备和包含设备的设 备容器从电力系统资源类继承。另外，在这个包里，端点类( t e r m i n a l ) 是一个非常重要 的类。每个导电设备包括若干个端点，这些端点表示了这些导电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，建立了导电设备的连接关系，从而形成了拓扑。 ( 2 ) 拓扑包是核心包的扩展，在企业电网建模中作用为定义模型的电气连接和拓扑 关系。拓扑包( t o p o l o g y ) 包含了三个类，分别是连接节点( c o n n e c t i v i t y n o d e ) 、拓扑节点 ( t o p o l o g i c a l n o d e ) 和拓扑岛( t o p o l o g i c a t l s l a n d ) ，这三个类与核心包中的端点类( t e r m i n a l ) 一起描述了设备之间如何实现物理连接，建立了连接模型。同时，还描述了电网的拓扑 模型，即设备通过闭合开关刀闸连接在一起的等电位点之间的连接关系，是与其他电 气特性无关的逻辑连接关系。 ( 3 ) 企业电网模型中包含的电气设备信息由电线包( w i r e s ) 定义，电线包是核心包和 1 0 2 公共信息模型构成及扩展应用 拓扑包的扩展，它建立了电网中具有电气特性的对象的信息模型。这些信息将被用于状 态估计、潮流计算、安全分析、最优潮流等应用。 ( 4 ) 域包( d o m a i n ) ，域包是数量和单位的数据字典，用于定义对象属性的数据类型。 域包包含了元数据类型的定义，包括测量单位和允许的取值。每一个数据类型包含一个 数值属性和一个可选的测量单位。允许的取值以枚举来表示，通过u m l 的约束语法在 文档中定义。字符串长度也在文档中表明，被指定为长度属性。 2 4 类和类之间的关系 c i m 模型中的类是对现实世界中一种对象的抽象描述。例如在电力系统模型中的 变压器、发电机或负荷等类型的对象都需要一种通用的表示，所以对在电力系统中具有 相同属性的对象抽象为一个具体的类，每一个具体对象为这个类的一个实例。 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。每一个属性都具有一个类型，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 其它类型也被定义为c i m 规范的一部分。例如，补偿器( c o m p e n s a t o r ) 有一个类型为 v o l t a g e 的m a x i m u m k v 属性。数据类型的定义包含在d o m a i n 包中。 类与类之间通过各种关系建立联系，c i m 模型中主要包含三种关系：继承 ( g e n e r a l i z a t i o n ) 、关联( a s s o c i a t i o n ) 和聚集( a g g r e g a i t o n ) 。 2 4 1 继承关系 继承关系是一个较普遍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 含附加的信息。例如，一台电力变压器( p o w e rt r a n s f o r m e r ) 是电力系统资源( p o w e r s y s t e mr e s o u r c e ) 的一种具体类型。继承使具体的类可以从它上层的所有更普遍的类继 承属性和关系。 图2 2 继承关系实例 西安科技大学硕士学位论文 图2 2 是继承关系实现的一个例子。此例取自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，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，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。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。 2 4 2 关联关系 关联关系是c i m 模型中最基本的关系，关联定义了类与类之间的一种概念上的联 系。每一种关联关系都有两个作用，每一个作用表示了关联中的一种方向，表示了目标 类和源类的关系。关联关系还包含重数和基数的概念，用来表示有多少对象参与到给定 关系中。如图2 3 所示，o n 个t a p c h a n g e r 和0 1 个r e g u l a t i o n s h e d u l e 的关联关系。 t a p c h a n g e r sr e g u l a t i o n s c h e d u l e 图2 3 关联关系图 2 4 3 聚集关系 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部分的关 系，这里，整体类由部分类“构成”或“包含”部分类，而部分类是整体类的“一部分”。部 分类不像继承关系那样从整体类继承属性及方法。 图2 4 描述了t o p o l o g i c a l l s l a n d 类与t o p o l o g i c a l n o d e 类之间的聚集关系，这两个 类在t o p o l o g y 包中定义。如图所示，一个t o p o l o g i c a l n o d e 只能是一个t o p o l o g i c a l l s l a n d 的一个成员，但是一个t o p o l o g i c a l l s l a n d 却能包括任意数目个( 至少有一个) t o p o l o g i c a l n o d e 。 t o p o l o g i c a l l s l a n dt o p o l o g i c a l n o d e s 图2 4 聚合关系图 2 5c i m 模型的实例和相应的扩展 2 5 1c i m 模型的实例 下面以变压器为例详细阐述，如何运用c i m 建立模型 1 2 2 公共信息模型构成及扩展应用 图2 5 变压器模型 变压器模型 如图2 5 所示，变压器类( p o w e rt r a n s f o r m e r ) 是设备类( e q u i p m 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 rs y s t e mr 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 rt r a n s f o r m e r ) 继承设备类( e q u i p m e n t ) 币l 电力系统资源类( p o w e rs y s t e mr e s o u r c e ) 的属性。变压器( p o w e rt r a n s f o r m e r ) 拥有绕组( t r a n s f o r m e rw 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，菱形指向的一端为整体类，另一端指向局部类。从图中我 们可以看出，变压器( p o w e rt r a n s f o r m e r ) n - i 以有一个或多个绕组( t r a n s f o r m e rw i n d i n g ) ， 但是一个绕组( t r a n s f o r m e rw i n d i n g ) 只能属于仅有的一个变压器( p o w e rt r a n s f o r m e r ) 而 不能脱离变压器单独存在。 绕组( t r a n s f o r m e rw i n d i n g ) 拥有的其它关系如下：绕组( t r a n s f o r m e rw i n d i n g ) 泛化自 导电设备( c o n d u c t i n ge q u i p m e n t ) ，令与绕组测试类( w i n d i n gt e s t ) 有关联关系，与分接头 ( t a p c h a n g e r ) 有聚合关系。 类图简明的表示了变压器模型包含的类和类问的关系，但对于从实体抽象而来的类 要想准确地描述客观的实体对象不可避免的要包含必要的属性。c i m 中根据各类的特 性、用途等方面为各个类添加了属性。变压器类和变压器绕组类的属性定义如下表2 1 和表2 2 所示，其