（系统工程专业论文）基于CIMCIS电力调度实时信息集成系统及应用的设计与开发.pdf

浙江工业大学硕士学位论文 基于c i m c i s 电力调度实时信息集成 系统及应用的设计与开发 摘要 电力调度中心应用系统是一个高度分布和异构的环境，信息孤岛 林立。电力企业的信息化过程保存了海量的电力系统运行数据，当前 电力企业解除管制的商业环境以及更加多变的电力市场使得信息和知 识成为电力企业最有价值的资源。电力企业的信息化的上述特征使得 电力调度中心迫切需要一种能够有效地、快速地、充分地处理海量数 据的一体化信息集成系统，以及建立在此基础之上的有效的决策支持 系统。 针对上述需求，在研究国内外电力企业信息集成现状的基础上， 结合上海电力公司和福州电力局的实际情况，本文致力于两个方面的 工作并在上述两家电力公司成功实施，其一是设计并实现一个应用于 电力调度中心的实时信息集成平台，其二是基于该平台开发城市电网 安全预警及辅助决策支持系统。论文的主要内容和成果有： l 、在分析当前电力企业信息集成中的几种常用的关键技术的基础 上，对企业集成策略和集成运行机制做了进一步探讨，同时针对这些 技术提出了相应的实现方法； ， 2 、基于u m l 的建模机制研究了电力调度实时信息模型，详细讨 论了基于c i m 模型构建标准数据库的方法，给出了屯网模型数据库的 实现： 浙江工业大学硕士学位论文 3 、在研究c i m c i s 的信息整合技术的基础上，设计了了一个基 于c i m c i s 的电力企业实时信息平台结构，讨论了实时信息系统之间 的接口适配方式，并用统一建模语言详细设计了其信息交换接口； 4 、基于实时集成平台进行城市电网安全预警研究，从分析城市电 网实时信息数据流入手，对实时信息的接入接口进行了设计，研究了 城市电网实时信息重建问题，并在此基础上给出了整个系统的功能设 计和软件体系结构设计。 最后在总结本文工作的基础上，提出了系统尚存的不足和下一步 研究的方向。 。 关键词：电力企业，公共信息模型( c i m ) ，组件接口规范( c i s ) ， 信息集成，电网安全预警 浙江工业大学硕士学位论文 d e s i g na n dd e v e l o p m e n t o fac i m c i s b a s e di n t e g r a t e d e l e c t r i c a lu t i l i t yr e a l t i m ei n f o r m a t i o ns y s t e mf o r d i s p a t c h i n gc e n t e r a b s t r a c t p o w e rd i s p a t c h i n gc e n t e r sa p p l i c a t i o ns y s t e m sc o m et of o r ma h i g h l yd i s t r i b u t e da n dh e t e r o g e n e o u si n f o r m a t i o ne n v i r o n m e n t am a s so f o p e r a t i o nd a t aa r es t o r e di nt h ei n f o r m a t i o ns y s t e m i nt h ed e r e g u l a t e d p o w e rm a r k e te n v i r o n m e n t ，t h ei n f o r m a t i o na n dh o w l e d g eo fp o w e r e n t e r p r i s e sg r a d u a l l yb e c o m et h em o s tv a l u a b l er e s o u r c e s ，t h e s ef a c t o r s b r i n gf o r t ha nu r g e n tn e e df o rt h ei n f o r m a t i o ni n t e g r a t e ds y s t e m , w h i c h c a nd e a lw i 廿1 廿1 eg r e a tq u a n t i t yo fd a t ar a p i d l ya n de f f e c t i v e l y b a s e do n t h e i n t e g r a t e ds y s t e m , e f f i c i e n t d e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m s c a nb e e s t a b l i s h e d 。 a s u r v e yi sp r e s e n t e dt oc a r e f u l l ya n a l y z et h ee x i s t i n gr e s u l t so i lt h e e l e c t r i c a lu t i l i t yi n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o n f o rt h ec u r r e n ts i t u a t i o n so ft h e i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o ni nt h es h a n g h a ie l e c t r i cp o w e rc o m p a n ya n dt h e f u z h o ue l e c t r i cp o w e rc o m p a n y , an e wd e s i g nm e t h o df o rt h ei n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o ni sp r o p o s e dt om e e tt h ei l e wr e q u i r e m e n t sm e n t i o n e da b o v e a r e a l t i m ei n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o np l a t f o r m a p p l i e di n t h ed i s p a t c h i n g i i i 浙江工业大学硕士学位论文 c e n t e ri sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e d ，a n da s e c u r i t ye a r l yw a r n i n ga n d d e c i s i o n - m a k i n gs u p p o r ts y s t e mo fu r b a np o w e rg r i d si sd e v e l o p e db a s e d o nt h ep l a t f o r m t h em a i nw o r ka n dc o n t r i b u t i o n so ft h i st h e s i sa l ea s f o l l o w s ： 1 s e v e r a lk e yt e c h n i q u e si nt h ee l e c t r i c a l u t i l i t y i n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o na r ef i r s ti n t r o d u c e d t h ei n t e g r a t i o ns t r a t e g i e sa n dt h em e t h o d s t oi m p l e m e n tt h ei n t e g r a t i o na l ef u r t h e rd i s c u s s e d 2 t h en e c e s s i t yo fr e a l - t i m ei n f o r m a t i o nm o d e l i n ga n dd a t a b a s e d e s i g nb a s e do l lu n i f i e dm o d e li ss t a t e d t h em o d e l i n gm e c h a n i s mo f u m la n dt h ec i m - b a s e dm o d e l i n gm e c h a n i s mo ft h er e a l - t i m ep o w e r d i s p a t c hi n f o r m a t i o na r cf u l - t h e ri n t r o d u c e d t h et e c h n i q u e st od e s i g na s t a n d a r d d a t a b a s eb a s e do nc i ma n dt h ei m p l e m e n t a t i o no fn e t w o r k m o d e ld a t a b a s ea r ea l s od i s c u s s e d 3 ac i m c i s - b a s e dp l a t f o r ms t r u c t u r eo fe l e c t r i c a lu t i l i t yr e a l - t i m e i n f o r m a t i o ni s p r o p o s e d t h ei n t e r f a c ea d a p t e r sa m o n gr e a l t i m e i n f o r m a t i o n s y s t e m s a r e d i s c u s s e d ，a n dt h ei n f o r m a t i o n e x c h a n g e i n t e r f a c e sa r cd e s i g n e dw i t hu m l ， 4 t h eu r b a np o w e r 鲥ds e c u r i t y w a r n i n gi ss t u d i e db a s e do n r e a l t i m ei n t e g r a t i o np l a t f o r m t h er e a l - t i m ei n f o r m a t i o ni n t e r f a c ei s d i s c u s s e dt h r o u g ht h ea n a l y s i so fu r b a np o w e rg r i dr e a l t i m ed a t af l o w t h er e a l - t i m e f o r e c a s ts t a t eo fu r b a np o w e r 鲥ds e c u r i t yw a r n i n ga n d a u x i l i a r y d e c i s i o n m a k i n gs u b s y s t e ma r ed e s i g n e db a s e do nt h e r e c o n s t r u c t i o ni n f o r m a t i o n i v 浙江工业大学硕士学位论文 f i n a l l y , o nt h eb a s i so fs u m m i n gu pt h ew o r ki nt h i st h e s i s ，s o m e i m p r o v e m e n t sf o rt h ef u r t h e rr e s e a r c h0 1 1t h es y s t e ma r ep r e s e n t e d k e yw o r d s ：p o w e re n t e r p r i s e ，c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d u l e ( c i m ) ， 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 ( c i s ) , i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n ，s e c u r i t y e a r l yw a r n i n g 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江 工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的 法律责任。 作者签名：二孑衫移舔 j 1 日期：靠f 月；。日 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，同意 学校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。本人授权浙江工业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。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名 导师签名 日期：廨f 月；t 日日期：庐j 年月。日 日期：硼年厂月弓日 浙江工业大学硕士学位论文 第一章绪论 过去的半个多世纪，信息技术正以几何级数的速度发展，引发了深刻的变革， 知识化、信息化浪潮深刻地影响了人类社会和经济的发展，使人类迈入一个崭新 的信息时代。企业信息化是信息化的重要组成部分，所谓企业信息化，就是“将 信息网络技术应用到企业管理、企业业务处理、企业信息发布等各个方面”。电力 企业信息化自八十年代初微机在我国的推广应用就开始了，历经从单机管理到网 络建设，从个别部门应用到全企业的信息系统集成等阶段，二十年来取得了长足 的发展。 电力系统是由电能的生产、输送、分配和消费等环节组成的一个整体。电力 工业是资金和技术密集型行业。近年来，电力企业在信息化建设方面已经颇具规 模，大力发展了与发、输、变、配等环节相关的生产调度、电力营销和客户服务、 经营管理以及其它业务管理密切相关的信息传输交换网络和各种应用系统，包括 数据采集与监视控制系统( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n , 简称 s c a d a ) 、能量管理系统( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m , 简称e m s ) 、电能量计量系 统( t e l e m e t e rr e a d i n gs y s t e m ，简称1 1 v t r ) 、电力市场交易管理系统( t r a d i n g m a n a g e m e n ts y s t e m ，简称t m s ) 、调度管理信息系统( d i s p a t c h i n gm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称d m i s ) 、故障信息采集、电力交易、负荷控制、气象、 雷电监测、营销管理等；完成了从岗位操作型应用到企业级操作型应用的普及。 电力企业信息化工作的开展，为发、输，变，配电网的经济，安全、稳定运行和 企业的经营管理提供了先进、快捷、灵活、可靠的指挥、管理和控制手段，促进 了电力企业的生产调度自动化和经营管理现代化。 1 1电力企业信息化面临的问题一信息孤岛分析 1 1 1信息孤岛的形成 信息孤岛是指在社会信息化过程中，由于信息系统、软件系统、数据库之间 关联性差，难于互联、互通和互操作，造成数据共享性差。信息难以融合贯通。 无法实现业务协作，系统效率低而无法真正实现信息化。广义上的信息孤岛存在 浙江工业大学硕士学位论文 于不同领域、不同行业。 电力企业在不同的发展时期，根据各业务部门的特定需要，分别安装和开发 了实现不同功能的应用系统。由于这些应用系统开发的时期不同，功能不同，应 用提供商不同，同时应用系统关心电力对象的不同方面、对电力对象有自己专门 的建模方法，使得各个应用系统在信息上成为相对孤立的“自动化岛”，不能与其 他应用系统交换数据或在企业范围内实现信息共享和集成。 1 1 2信息孤岛的危害 a ) 重复建设，资源浪费 目前，电力企业中各业务部门为满足特定的需要，已安装和开发了不同的应 用系统，如实现电网实时监控和运行调度自动化的s c a d a e m s 系统、配网管理 系统( d i s t r i b u t i o n m a n a g e m e n ts y s t e m ，简称d m s ) ，实现自动绘图存储电力系统结 构进行电力设备管理的 m ，i 强i g i s 系统，实现电能自动计量计费系统，辅助资 源管理和经营管理决策的企业资源计划系统( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g , 简称 e r p ) 等等。然而，这些应用系统关心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可能有大型 主机、工作站、p c 机，而且可能采用不同的操作系统和通讯协议，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。这些系统之间互不相通，给电力 企业综合分析、决策支持带来很大困难，更不要说与上、下游信息系统连在一起 协同工作。因此造成了资源的极大浪费。 ”信息缺乏规划，存在多信息源和信息缺失 现有的应用系统即使在传统的信息管理系统( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m , 简称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系统平台、应用系 统平台、开发工具、数据结构，存在着事实上的大大小小多个“信息孤岛”，因而 存在同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 2 浙江工业大学硕士学位论文 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。 数据质量差。在电力系统中，采集到的数据中包括着诸如噪声、数据缺失等 不确定因素。当前正值e m s 在国内大力推广应用和电力工业市场化改造之际， 电力市场的开放使电力系统面临更大的安全性威胁，并对作为其核心技术支持的 e i m s 的依赖性更强，要求更高。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阀题，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e m s 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e m s 应用所面临的迫切需要解决的阀题，支持我国开放的电力市场，具有着 重要的现实意义。 c ) 信息提取率低下，知识获取不足 对于电力系统这样一个典型大系统，随着各类计算机监控设备、地理信息系 统和管理信息系统的日益发展，电力系统数据库中的数据呈爆炸性增长。总的来 说，存在数据多信息少的特征。数据是我们每时每刻感觉到的大量的没有经过解 释的信号，而信息是具有意义的数据。电力系统对数据的要求高。当系统处于紧 急状态，甚至瓦解状态时，必须制定实时在线快速决策，使系统重新回到正常状 态。电力系统是一个标准的混杂系统，其上层( 调度中心) 给出的调度决羡主要 是逻辑性的操作指令，而下层控制( 如发电机的励磁与调速控制) 主要是连续性 的，数据种类混杂，为了达到电力系统的多目标优化控制的目的，应将不同性质 的上层和下层控制有机的接合起来。另外，整个电力系统是用大规模的非线性微 分方程组和非线性代数方程组来描述的。二者联合就组成了大规模奇异非线性动 态大系统。在对其进行特征描述时往往涉及到上千个状态变量。在电力企业中， 数据主要分为日常管理收集的数据、各种装置实时采集的现场数据、由调度中心 系统收集的数据以及管理信息系统( m i s ) 、地理信息系统( g i s ) 等在使用过程 中产生的大量数据，数据的来源多。 知识是数据和信息集合的载体，人们为了完成任务和创造新的信息要在实践 中运用知识由于没有统一的信息平台，电力企业的信息不能方便共享，管理系 统不能或不便于跨应用系统的生产业务流程管理，不能构造有效的知识管理系统， 3 浙江工业大学硕士学位论文 不能或不便于管理层和决策层的综合分析和辅助决策支持。 1 2电力企业信息集成的意义 电力企业信息化的上述特征使得它迫切需要一种能够有效地，快速地、充分 地处理海量数据的一体化信息平台、有效的信息融合技术以及建立在此基础之上 的有效的知识管理。对于现有的电力企业信息系统进行深入的研究，找出现有电 力企业系统信息化中已存在的问题和需要进一步解决的问题，充分利用最新的计 算机软硬件技术、国际信息集成标准的最新技术，建立电力企业信息集成系统， 将会对电力企业的安全性、经济性、稳定性提高产生出相当大的推动力。具体表 现在： 1 ) 进一步提高电力系统的安全、优质和经济运行水平 电力企业应用系统是一个高度分布和异构的环境，目前的状况是信息孤岛林 立，在这个异构的环境下实现各个分布式应用的互联和互操作，为电力系统信息 论提供充分的信息，重点研究信息论在电力系统分析决策中的应用原理和方法， 提高电力信息的可靠性和电力系统分析决策的智能性，可进一步提高电力系统的 安全、优质和经济运行水平。 2 ) 挖掘出大量的非常有价值的隐含的潜在信息 近些年来，电力企业的信息化有了长足的发展，保存了海量的电力系统的运 行数据。电力企业解除管制的商业环境以及更加多变的电力市场使得信息和知识 成为电力公司最有价值的资源。在充满竞争的市场中，实时能量信息能帮助公司 最大程度发挥系统运行潜力、提高人员生产力、降低损耗、为系统可能的变化保 持必要的灵活性，因此电力工业的解除管制将使信息量和交换数据大大增加。这 些数据是我们电力系统的宝贵财富，其中不但有我们常用的信息，更隐含了大量 的非常有价值的潜在信息。 3 ) 提高智能系统的决策、策划、反应的快速性和正确性，降低决策风险 在当前的知识经济时代，知识正成为生产力要素中最活跃最重要的部分，知 识的创新和应用使企业在竞争中不断发展，并创造巨大财富。解决信息孤岛问题， 能把各个孤立的信息资源整合在一起，进而形成统一的知识，连同知识员工积累 的实践经验和创新思想进行有效的挖掘、共享和利用，使企业了解自己的知识资 源，并利用这些知识达到发展的目的，这对于保持企业的竞争优势是至关重要的。 4 浙江工业大学硕士学位论文 通过这些知识资源，可以使电力系统运行人员更便捷地获得电力系统真实的运动 状态和本质性的规律，使商业部分与电力系统控制功能有效结合起来以获得信息 的高度共享和实时获取，以此作为电力企业计划、生产、规划等的决策依据。 信息融合能够把局部环境下的不完整信息加以综合，消除可能存在的冗余和 矛盾信息，加以互补，降低其不确定性，以形成对系统环境的相对完整一致的感 知描述，消除信息源不唯一性，从而提高智能系统的决策、策划、反应的快速性 和正确性，降低决策风险。 1 3国内外研究状况 信息集成的实质和核心在于企业的集成优化，在于使企业内人、技术和经营 管理等各种组成要素集成为可优化的整体，从而有力地支持产品开发的全生命周 期，大大增强企业的竞争能力【“。信息集成是实现企业和领域集成的关键技术， 它需要解决企业经营活动所覆盖区域内的复杂的、分布的、异构的信息资源的交 换、转换、集成与共享。 基于多数据库集成系统的信息集成框架是信息集成的有效手段之一。国外从 8 0 年代后期开始了这方面的研究和开发。如毋m 公司的信息集成使能器c d f 系 统、d e c 公司的f b e 框架。我国8 6 3 c i m s 主题专家组也于1 9 9 5 年制定出了 8 6 3 c i m s 集成框架体系结构和目标。同时，信息集成平台所依赖的多数据库集成 技术也取得了一定的进展。如美国p u r d u e 大学研制的i n t e r b a s e l 2 1 、l i p 公司开发 的p e g a s u s 3 1 以及我国东北大学开发的p o l y b a s e 4 并l ls u p e r b a s e 。但基于多数据库集 成系统的信息集成平台也存在一些明显缺陷： 1 ) 数据集成的实现是面向系统的而不是面向用户的； 2 ) 集成模型和语言缺乏统一的标准； 3 ) 对面向对象的特征支持不够； 一 4 ) 缺乏集成“遗产”信息资源的有效手段。 世界各国企业信息化建设几乎都经历了由各应用系统的迅速扩展到整合集成 再到一体化这个过程( 除非新建或现有应用很少的企业) 。为了最大程度地保护现 有的应用系统资源，不少著名的软件开发厂商和国际信息标准化组织都在致力于 有关企业应用集成( e a i ) 、信息共享，综合分析和流程管理技术的研究以及标准 的制定，如公共信息模型( c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d u l e ，简称c i m ) 、组件接口 s 浙江工业大学硕士学位论文 规范( 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 ，简称c i s ) 、企业综合集成总线( u t i l i t y i n t e g r a t i o nb u s ，简称u i b ) 、通用对象请求代理结构( c o m m o no b j e c tr e q u e s t b r o k e ra r c h i t e c t u r e , 简称c o r b a ) 、分布式公共目标模型( d i s t r i b u t e dc o m m o n o b j e c tm o d e l ，简称d c o m ) 以及可扩展标记语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ， 简称x m l ) 、资源描述框架( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ，简称r d f ) 、互联网 i n t e m e t i n t r a n e t 等等、为企业现有应用系统的整合集成、信息共享提供了技术支 撑；而数据仓库技术( d a t aw a r e h o u s i n g ，简称d w ) 、在线分析技术( o n l i n ea n a l y t i c a l p r o c e s s i n g ，简称o l a p ) 、数据库挖掘技术( d a t am i n i n g ，简称d m ) 又给企业高层 管理的综合分析和辅助决策提供了支持；基于c o r b a 技术的工作流平台则可实 现跨业务应用、跨软件系统、跨操作平台的全过程的流程管理与监控，且可灵活 地扩展以适应企业管理流程的变化、应用软件的升级、硬件设备多样性的需要等。 这都为我们实施信息一体化创造了技术条件。 为了建立一个能够进行开放的数据交换的e m s 环境，第一步的工作就是参 加信息交换的各个部分必须对共同的电力系统实体和他们之间的关系有一个多方 约定的定义，这样各个部分才能进行有意义的信息交换。c c a p i ( c o n t r o lc e n t e r a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) 是美国的电力研究学院e p r j ( e l e t r i ep o w e r r e s e a r c hi n s t i t u t e ) 的一个工程，旨在提供一种把各个独立厂商开发的应用程序组 件合成到e m s 中的方便性，而通用信息模型c 讧正是e p r ic c p a i 的一个奠基 石。c i m 定义了一种表达电力系统资源以及它们的属性和关系的统一语法和语 义。 互操作实验推动和促进了c m 【标准的发展和应用。截止2 0 0 3 年底，国外针 对e m s a p i 做过五次互操作实验。其中前四次实验都是基于静态的可扩展标志语 言x m l 文档的。第五次互操作实验于2 0 0 3 年1 1 月1 8 2 0 日在美国俄亥俄州进 行，参加的组织包括a l s t o m 、s h a wp t i 、s i s c o ，s n cl a v a l i n 。这是第一次基于 通用接口定义( g e n e r i ci n t e r f a c ed e f i n i t i o n ，简称g i d ) 的互操作实验圈。 为了跟上国际对c i m 的研究步伐，国内也召开了多次e m s - a p i 扩大会议。 对统一对c i m 的理解进行了一些有效的工作。同时，于2 0 0 2 年1 月2 3 日2 4 日 在北京进行互操作试验，完成潮流计算，并对c i m 模型提出修改意见，提交到美 国i e c 第5 7 分会的1 3 工作组( 负责c i m 模型的制定和修改的工作组) 。2 0 0 2 年 8 月2 日，在北京进行互操作试验，进行拆分合并实验，完成潮流计算，状态估 6 浙江工业大学硕士学位论文 计计算，并提出修改意见，逐步完成国内对c i m 认识的统一。实验目的是：验证 导入导出的正确性，逐步形成国内统一的标准。这项工作由国家电力调度通信中 心组织，国内多家研究单位将基于c i m 实现各家产品之间的互操作。 随着世界各地电力专家的多年努力，c i m 现在已经比较成熟，在e m s 领域 内获得了广泛的认可并且向d m s 发展。基于c i m 实现各家产品之间的互操作实 验验证了c i m c i s 在电力信息集成上应用是可行性的，但是当前电力企业信息集 成还存在着以下一些问题，使得当前国内还缺乏一个优秀的电力企业调度信息集 成平台。 1 ) 对统一信息建模和c i m 扩展研究不足，很多的c i m 扩展只是简单的属性 扩充。 2 ) 很多厂家开发的集成产品只是对自家产品的c i m 封装，对其它产品遗留 封装能力不足，缺乏一个通用的集成封装手段。 基于信息集成平台，进行城市电网安全预警研究也是一件非常有意义的工作。 最近莫斯科电网以及2 0 0 3 年美国东北部和加拿大联合电网、英国、瑞典电网等发 生由电网局部故障扩大造成电网瓦解，引起大面积停电的严重恶性事故。美国电 力系统在美加8 1 4 大停电事故后，已经开始研究针对美国电网的安全预警系统的 建设，计划分三个阶段分别投资6 0 0 万美元进行安全预警系统关键技术可行性方 案研究，6 0 0 0 万美元进行安全预警系统示范系统的建设，6 亿美元进行安全预警 系统全面推广应用建设。 一我国也曾经出现大面积的城市电网停电的案例，如：1 9 9 6 北京大面积停电、 1 9 8 5 大连大面积停电、1 9 8 0 湖北黄石大面积停电、1 9 7 3 福建、常州、新安江发 生大面积停电等事故。但国内针对城市电网的安全预警和预案处理研究还处于初 步探索阶段。 1 4 本文所做的工作 本文所做的工作是对当前电力企业信息集成工作的延伸，对基于信息集成平 台的城市电网安全预警系统做出初探。针对c i m 扩展研究不足，本文对c i m 的 扩展进行了深入的探讨，建立了电力企业实时信息模型，在福州电力局得到成功 的应用。在建模工作的基础上进行延伸研究，作为主要设计人员，设计了电力企 业实时信息集成平台，重点实现了其通用接口适配器，并在上海电力公司和福州 7 浙江工业大学硕士学位论文 电力局成功实现。基于该平台设计的城市电网安全预警系统也在福州电力局实施， 作者本人主要对该预警系统进行了软件体系和硬件体系的设计。具体内容包括以 下几个方面： 1 4 1 基于c i m 的电力企业调度实时信息建模及数据库研究 建立具有标准意义并可扩展的数据模型是建立电力调度实时信息集成系统应 用的关键。i e c 组织制订的c i m 标准是我们重要的参考，但是由于在我国电力企 业自身上的特点，c i m 标准在我国电力企业应用中存在着很多问题，怎样理解 c i m 、扩展c i m 是当前迫切的研究课题。 数据库是数据的载体，目前的各种大型商用数据库都是关系型数据库，而 c i m 模型是一个面向对象的模型，如何把面向对象的模型所描述的信息存储到关 系数据库中，使得客户可以快速方便的按照c i m 模型访问数据，这需要对基于 c i m 的数据库构建进行研究。 本文针对福州电力局的s c a d a e m s 、设备状态评估以及d t s 系统，应用扩 展c i m 标准，利用集成平台映射工具，获取这些系统私有模型数据。i e c 制定了 国际电力c i m 和组件接口规范c i s ，这些国际标准的制定有利于电力企业信息之 间的交互和共享。由于国际电力c i m 还在不断地充实和完善，而且每个电力企业 都会有特定应用需求，而这些需求不一定能够完全在国际标准c i m 中反应，因此， 深入研究i e c 6 1 9 7 0 和i e c 6 1 9 6 8 ，利用统一建模语言( u n i t e dm o d e l i n gl a n g u a g e , u m l ) 和r o s e 工具，为电力企业研究设计基于c i m 的电力调度实时信息模型。在 设计过程中，对c i m 里未能提供而电力企业内有实际需求的模型，在标准c i m 的基础上进行了扩展，以满足企业的需求。 在模型扩展完成以后，研究c i m 数据库构建的方法论，并将基于此扩展模型 完成数据库构建。本人对此工作进行了完整的研究，并将此成果成功应用到上海 电力公司和福州电力局的信息集成系统中。 1 4 2电力企业实时信息集成平台研究 信息集成平台是电力企业信息化发展中重要的一步。通过信息集成平台，信 息化建设进入一个新时期，并且为开发电力高级应用系统奠定基础。信息集成平 台是一个基于应用构件技术的，在不同的应用系统之间实现信息共享与交换的技 s 浙江工业大学硕士学位论文 术，它提供了分布式计算环境下的多层客户服务器模型跨平台、跨网络的透明通 信框架的特点，实现了企业应用系统以软构件的形式插入软总线实现集成运行机 制。 信息集成平台目标能够实现企业级数据语义的统一管理，能够促进决策支持 系统的形成。要实现数据语义的统一管理必须采用公用的数据模型。要实现信息 集成平台元数据的管理必须建立元数据库，元数据作为管理数据语义的中心，提 供企业信息资源的详细记录，包括描述数据的具体位置、数据的创建者和管理者、 数据的应用范围、数据之间的关联以及各种数据模型与c i m 之间的映射转换规则 等。元数据的有效管理使得我们能采用电力企业c i m 实现不同应用系统之间的 集成而再也不需要繁琐混乱的点对点集成方案。 信息集成平台需要研究平台框架体系，在总体架构下进一步细分为多个功能 模块，各个模块之间相互配合完成平台功能。 该平台分别在上海电力局和福州电力局成功实施，我主要研究了平台的总体 层次架构，并且开发了平台的元数据服务、平台基础构件，以及平台通用接口适 配器等功能模块。 1 4 3基于实时信息集成平台的电网安全预警应用研究 在信息集成平台研究的基础上，如何利用这个平台为电力企业应用服务是一 个很重要的问题。针对目前城市电网结构仍较薄弱，地区电网的联系还不够紧密， 互供能力不足；电网抵御故障能力、供电可靠性有待提高，发生大面积停电事故 的可能性还是存在的现状，本文基于实时信息集成平台进行了电网安全预警的研 究工作，包括预警系统与集成平台的数据流分析，正常状态下静态安全分析、预 警和预测状态下安全预警及辅助决策研究。 该系统在福州电力局得到实施，本人主要完成了该系统软件和硬件体系架构 的设计，具体实现了信息重建版本管理和系统通用适配器以及g d a 服务模块 1 5 本文组织结构 本论文汇集了本人在研究生期间实际工作中的学习成果和工作成果。 第一章阐述了本论文的背景及选题目标； 9 浙江工业大学硕士学位论文 第二章论述了研究电力生产信息集成平台需要那些关键技术，主要包括 c i m c i s 、c o r b a 、u i b 、x m l 、u m l 建模等，这些技术是本文进行以下研究 的基础； 第三章从企业信息资源规划的角度，论述了如何基于c i m 进行电力企业实时 信息建模以及c i m 扩展，并进一步给出了基于c i m 模型的数据库构建方法，并 且给出了一个完整的数据库实现实例。 第四章设计一种基于u i b 集成策略的信息集成平台框架，并且设计了实时信 息集成平台结构，重点讨论了完成异构模型间进行信息交换的接口适配器的实现， 以达到对新系统和老系统“即插即用”式的交互接入： 第五章介绍了基于集成平台的城市电网安全预警及保障决策的应用实现，给 出了完整的软件体系和硬件体系设计。 第六章为结论和展望。 1 0 浙江工业大学硕士学位论文 第二章调度实时信息集成平台的关键技术研究 2 1c l m ，c i s 技术 为了能使应用系统之间的交互正确无误，各个应用系统需要对所交换的信息 有一致的理解，同时为了防止阶段性的集成工程变成范围稍大一些的“自动化孤 岛”，电力企业范围内的信息语义应采用统一的数据模型。为此，从二十世纪9 0 年代初开始，美国e p r i 启动了几个数据通讯与集成的工程，其中c c a p i ( 控制 中心应用程序接口) 工作小组研究并开发了控制中心应用中数据表示的公共信息 模型c i m 、控制中心a p i 以及应用之间的信息传递，以建立一个使电力企业运行 环境中的应用可“即插即用”的框架。c c a p i 的目标是通过使用规范化的接口来 开发开放的、可互操作的e m s 应用，而c i m 作为c c a p i 的核心定义了电力系 统模型的基本结构，为应用间共享的信息提供一个公共的语言，极大地减少了应 用之间所需的数据格式转换器的数目，而且开发数据结构与c i m 一致的新应用也 无需将来进行格式转换。 c i m 这一研究成果的应用，将带来更加进步的e m s ，使得e m s 的用户不再 需要为数据的无法沟通而头疼，用户可以不再考虑e m s 新应用的世袭制，不再 受制于原来的开发商。c i m 加快了一体化的进程，完成了e m s 的真正意义上的 开放。不需要依赖最初的开发商，达到信息共享，解决信息孤岛的问题。这些可 通过定义标准的程序( 或组件) 接口实现的，这些接口使得应用程序或系统能够 访问公用数据和交换信息，而与信息在内部如何表示无关。c i m 规定这一接口的 语义，组件接口规范( c i s ) 则规定这一接口的语法。 2 1 1公共信息模型( c i m ) c i m 是一个抽象模型，描绘了典型情况下e m s 信息模型中所包含的电力企 业中所有的主要对象，这是许多应用程序都需要的。这一模型包含这些对象的公 共类和属性，以及它们之间关系。c i m 中描绘的对象本质上是抽象的，因此可以 用在广泛种类的应用程序。整个c i m 使用一种可视化的面向对象的建模语言，即 u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，统一建模语言) u m l 是对象设计语言，是 浙江工业大学硕士学位论文 国际软件标准。c n v i 被定义成一组包，每一个包包含一个或多个类图，用图形方 式表示该包中的所有类及它们的关系，然后根据类的属性及与其它类的关系，用 文字形式定义各类。一个包是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。c i m 分为1 5 个 包，几乎包括了电力系统中所有的现实世界对象( 例如变压器、量测，等等) 。包 的界限并不意味着应用界限。个应用可能使用几个包的c i m 实体。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。c i m 的使用远 远超出了它在e m s 中的应用。应该把这一标准理解为是在任何一个领域使集成 成为可能的工具，只要那里需要一个公用电力系统模型来促进各种应用程序和系 统之间的互操作性和插入兼容性，而且这是和任何一种特定的实现无关的睁引。 图2 - 1 展示了i e c6 1 9 7 0 - 3 0 1 中定义的c 讧包及它们之间的依赖关系。线条 表示依赖关系，箭头从依赖性包指向它所依赖的包。 体。 田2 - 1c | m 中间的包夏其依赖关系 注意包的边界并不意味着应用的边界。一个应用可能使用几个包的c 讧实 2 1 。2组件接口规范( c i s ) 组件接口规范c i s 是在c m 基础上定义的，规定组件( 或应用程序) 为了能够 浙江工业大学硕士学位论文 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 c 6 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，包括主要的能量管理 系统( e m s ) 厂商和e m s 应用程序供应者，都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进化。由公用对