（电力系统及其自动化专业论文）面向对象的发电厂资源信息模型的研究.pdf

山峦太堂亟堂僮诠窒 后可在更广的领域内使用。本文最后对该模型在发电企业应用系统的集成上进行 了展望。 关键词：发电厂；c i m ；面向对象；u m l ；i e c 6 1 9 7 0 1 1 a b s t r a c t a sr e f o r mo fe l e c t r i cp o w e rs y s t e ma d v a n c i n gd a yb yd a y , af a i ra n do r d e r e d c o m p e t i n ge n v i r o n m e n ti np o w e rm a r k e ti sn e e d e d p o w e re n t e r p r i s ei sf a c i n ga l l u n p r e c e d e n t e dc o m p e t i n gs i t u a t i o n t h eb u i l d i n go fe n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n i z a t i o ni s a l s oc o n c e r n e d i m p o r t a n t h o w e v e r , t h ei n f o r m a t i o n i z a t i o na p p l i c a t i o ns y s t e m s p r e s e n t l yu s e db ym a n yp o w e rp l a n t sw e r eb u i l ti nd i f f e r e n tp e r i o da c c o r d i n gt o d i f f e r e n tr e q u i r e m e n t s t h e r e sn ou n i f o r mp o w e rp l a n n i n go rm o d e l i n gs t a n d a r d i n f o r m a t i o nm o d e l sw a sb u i l ti n d e p e n d e n t l y , w h i c hl e a d st ot h ee x i s t e n c eo fag r e a t m a n y “s i n g l ei s l a n da u t o m a t i o ns y s t e m ”，c a u s i n g al o to fp r o b l e m ss u c ha s i n f o r m a t i o nc a n n o tb es h a r e db e t w e e ns y s t e m s ，a p p l i c a t i o n s y s t e m s c a n n o tb e u p g r a d e d ，c o n f o r m i t yb e t w e e ns y s t e m sc a n n o tb em a d e ，e t c t h a th a sg r e a t l y o b s t r u c t e dt h ep r o g r e s so fi n f o r m a t i o n i z a t i o ni nt h ep o w e r e n t e r p r i s e s t h e r e f o r e ，t om a k ep r o g r e s so fi n f o r m a t i o n i z a t i o ni nt h ep o w e re n t e r p r i s e sa n d r e a l i z et h es h a r eo fi n f o r m a t i o na n df u n c t i o n sb e t w e e ns y s t e m so f p o w e rp l a n t s ，t h e c o n f o r m i t yo fa p p l i c a t i o ns y s t e m sd e v e l o p e di n d e p e n d e n t l y , a n dt h ec o m m u n i c a t i o n b e t w e e ns y s t e m sw i t h i na n dw i t h o u tt h ep l a n t s ，t h ef o l l o w i n gs t e p sh a st ob et a k e n ： f i r s t l y , t h e r es h o u l db ea nu n i f o r md e s c r i p t i o ns t a n d a r do fp o w e rp l a n t sr e s o u r c e s i n f o r m a t i o n ，t h a ti st or e a l i z ed a t ai n t e g r a t i o n ；t h e nt h ei n t e g r a t i o no fa p p l i c a t i o n s h o u l db ea c h i e v e d ；a tl a s t ，au n i f o r mi n f o r m a t i o np l a t f o r mi sm a d et ot h o r o u g h l y s o l v et h ep r o b l e mo fs i n g l ei s l a n da u t o m a t i o ns y s t e m c o n c e r n i n gt h ep r o b l e m si nt h eu n i f o r md e s c r i p t i o no fi n f o r m a t i o n ，t h i sp a p e r a n a l y z e dt h ec i mo np o w e rg r i di n f o r m a t i o nm o d e ls t a n d a r do fi e c 6 19 7 0a n d i e c 61 9 6 8 ag e n e r a lp o w e r p l a n tr e s o u r c ei n f o r m a t i o nm o d e li sb u i l ta c c o r d i n gt ot h e p l a n t so w nc h a r a c t e r i s t i c s t h i sm o d e lc l a s s i f i e sa n da b s t r a c t st h er e s o u r c e si np o w e r p l a n t su s i n go b je c t o r i e n t e dm e t h o d ，w i t hu m la n dr a t i o n a lr o s em o d e l i n gt 0 0 1 p o w e r p l a n ti sat y p i c a la s s e t i n t e n s i v ee n t e r p r i s e al o to fa s s e t sa r ee q u i p m e n t s t h ek e yt or e s o u r c em o d e l i n gi s e q u i p m e n tm o d e l i n g t h e r ea r em a n yk i n d so f e q u i p m e n t s ，a n dt h e r e sn ou n i f o r ms t a n d a r do fc l a s s i f i c a t i o n t h e r e f o r e ，t h i sp a p e r i i i m a k ec l a s s i f i c a t i o np r i n c i p l e sa c c o r d i n gt oe q u i p m e n tc l a s s i f i c a t i o nc o d ek k s ，w h i c h p r e v a i l sd o m e s t i c a l l y e q u i p m e n tc l a s s i f i c a t i o nm o d e li sb u i l tb yt h ep r i n c i p l e sa n d t h ew h o l es y s t e mi sd i v i d e dt os e v e r a lp a r t s ，w h o s eo w nc l a s sp r o g r a m sa r eb e e n d r a w n b e s i d e ，o t h e rr e s o u r c e ss u c ha sp l a n tb u i l d i n g sa r ea l s om o d e l e d t h i sp a p e ro r i e n t st h e r m a lp o w e rp l a n t ，b u tt h eo b j e c t sd e s c r i b e di nt h em o d e l s a r ea b s t r a c t s ot h e yc a nb ea p p l i e dn o to n l yt ot h et h e r m a lp o w e rp l a n t ，b u ta l s ot oa n e x p a n d e da r e a t h el a s to ft h ep a p e rm a k e sap r o s p e c to fa p p l yt h em o d e lt ot h e i n t e g r a t i o no fp o w e re n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ns y s t e m s k e yw o r d s ：p o w e rp l a n t ；c i m ；o b je c t o r i e n t e d ；u m l ；i e c 619 7 0 i v 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表过的科研成果。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。本声明的法律 责任由本人承担。 论文作者签名：堡之塞丝 日期：塑窒! s 叁 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或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；本人授权山东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、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：缚导师签名：立啦日 期：逮业岔 1 1 课题的背景和意义 第一章引言 2 l 世纪计算机和网络技术的飞速发展，推动了社会各个行业的自动化进程。 电力工业作为国民经济的支柱产业，伴随着我国电力体制改革的深化，电力行业 市场经济的逐步形成，电力系统也必将加速进入数字化信息化时代n 1 。 中国电力系统的信息化是从2 0 世纪6 0 年代开始起步的，那是主要集中在发电 厂和变电站自动监测监制方面。2 0 世纪8 0 - 9 0 年代开始进入电力系统专项业务 的应用，涉及电网调度自动化、电力负荷控制、计算机辅助设计、计算机仿真等 系统的应用瞳一1 。2 0 世纪9 0 年代后，信息技术得到了进一步的综合应用，以图形 为界面、网络和数据库为支撑的管理信息系统逐步在电力企业中推广，计算机控 制技术也在发电厂控制系统中得到了广泛的应用，电力行业信息化实现了跨跃式 发展，信息技术的应用达到了前所未有的高度和深度h 1 。 随着我国电力体制改革进一步深化，电力企业集团的成立，厂网分开、竞价 上网机制的到位，电力市场的有序竞争将更加激烈。目前我国发电企业已形成了 五大发电公司，电厂、电力集团成为一个独立的企业参与市场竞争。作为一个发 电企业，在安全性、可靠性约束条件下，追求利益最大化成了企业发展的内在动 力，要想在激烈的市场竞争中占有一席之地，就必须提高核心竞争力，要求进一 步从生产过程自动化和管理现代化中获取投资效益，基建投资少，生产运行效率 高，故障损失少，运行、检修等管理费用低，上网电量尽可能多，上网电价尽可 能高等，信息化就成了最好的选择啼3 。 目前，我国发电厂数字化信息化进程也正随着电力体制改革的深化，以前所 未有的速度向前发展。火电厂分布式控制系统监视信息系统( d c s s i s ) 、水电 厂监控系统、资产管理系统、检修管理系统、管理信息系统、企业资源规划系统 等各类自动化系统不断涌现，得到了广泛的应用1 。然而，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已经逐步走 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。 这些应用系统开发时间不同，采用的硬件、软件可能来自不同的厂商，由于这些 一 出盔盔堂亟堂僮迨窒一一 不同的厂商之间没有一套统一的信息模型标准，使得这些应用系统之间不能很好 的共享数据。实际上形成了“孤岛自动化系统”，这些“孤岛系统”的存在，使 得各系统之间不能进行数据共享，新应用与老系统的难以集成以及各种独立的应 用系统之间不能相互融合和相互集成，造成了数据重置，资源浪费，以及系统的 重复开发等口1 。 为了实现电力系统中的信息和功能共享，实现对不同卖方独立开发的能量管 理系统( e m s ) 应用的集成、对独立开发的整个e m s 的集成以及对e m s 和其他系统 的集成，国际电工委员会第5 7 技术委员会( 电力系统控制及其通信委员会) 制定 了e m s 应用程序接v i ( e m s a p di e c6 1 9 7 0 系列标准，从而促进了各应用系统之 间接口的标准化工作。但是，该标准主要是针对电网方面的，而对于发电厂资源 的信息模型至今还没有一个统一的标准曲1 。 鉴于此，本文根据我国发电厂的特点以及发电厂各应用系统的需求，采用面 向对象技术，参照i e c 6 1 9 7 0 和i e c 6 1 9 6 8 等相关国际标准和德国发电厂分类编码 k k s ，尝试建立一套火力发电厂资源信息模型。以期解决发电厂应用系统之间的 “信息孤岛”现象，实现各应用系统之间的信息共享和集成，使各系统之间能互 联、互通、互操作，促进我国发电厂的数字化信息化发展进程。 1 2 国内外研究现状 目前电力行业关于c i m 模型的标准有i e c 6 1 9 7 0 和i e c 6 1 9 6 8 两个标准。c i m 起初是作为e p r i 的“控制中心、应用接口 ( c o n t r o lc e n t e ra p p l i c a t i o n p r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ，即c c a p i ) 研究项目的一部分来开发的，后来被i e ct c 5 7 w g l 3 定义为i e c 6 1 9 7 0 系列标准中的模型标准阳3 。至今，i e c 6 1 9 7 0 c i m 模型已 涵盖了下列控制中心应用系统的信息。 能量管理系统( e m s ) 拓扑分析 状态估计 潮流计算 安全分析 监测控制和数据访问系统( s c a d a ) 2 一一出盔盔堂亟一堂焦诠窒一 网络规划 i e c 6 1 9 6 8 标准是i e ct cw g l 4 工作组为配电管理系统( d m s ) 的相关功能 对i e c 6 1 9 7 0 标准中的c i m 进行了扩展，i e c 6 1 9 6 8 中增加了以下几个应用系统 所用的信息模型： 资产管理系统( a m s ) 工作管理系统( w m s ) 建筑物管理 配电网络管理 地理信息系统( g i s ) 事故管理 目前，国内主要把c i m 作为e m s s c a d a 集成环境中的对电网的统一描述 语言n 钆1 1 1 ，国内外进行的几次互操作试验也都集中在电网信息模型的交换上n 2 1 3 1 。 i e c 6 1 9 7 0 c i m 在国内得到了广泛的关注和应用，i e c 6 1 9 6 8 c i m 在国内的运用还 刚处在起步阶段n 劓。 尽管i e c 标准的c i m 模型是对整个电力系统进行建模的，但他们主要的都 是针对电网进行模型描述的，而未对发电厂内部资源进行统一建模，因此，目前 国内外还未形成一套统一的电厂资源信息模型标准。 1 3 本文研究的主要内容 本文就目前电力信息化发展的现状和发展进程中出现的问题着手，依据电厂 特点及其信息化过程中出现的“孤岛自动化 系统，充分研究国际电工委员会制 定的i e c 6 1 9 7 0 ，i e c 6 1 9 6 8 等相关标准，并参照该标准，采用面向对象方法建立 发电厂资源信息模型。 本文研究的主要内容包括以下几点： ( 1 ) 对i e c 6 1 9 7 0 和i e c 6 1 9 6 8 标准的c i m 进行研究，详细分析了电力系统通 用信息模型的概念、定义、内容和相互关系以及模型的应用情况。 ( 2 ) 研究目前发电企业信息化过程中存在的信息共享和应用集成情况，分 析了信息共享和应用集成对通用信息模型的要求。 ( 3 ) 以燃煤火力发电厂为研究对象，根据发电厂自身的特点和i e c 中c i m 的 山盔盍堂亟堂焦途窒 一 建模方法，确定发电厂资源信息模型的资源分类原则和系统划分方法。 ( 4 ) 采用面向对象方法，使用u m l 建模语言和r a t i o n a lr o s e 建模工具， 最终建立电厂的资源信息模型。 ( 5 ) 通过对设备分类模型、励磁系统模型和资源容器模型等具体模型的分 析，说明了发电厂资源信息模型的建模过程。 ( 6 ) 最后对全文进行总结，并且展望了发电厂资源信息模型的广阔应用前 景，特别是在企业信息化过程中数据和应用系统整合上的应用。 4 第二章发电厂资源信息建模的主要技术简介 2 1 面向对象技术概述 2 1 1 面向对象思想 2 0 世纪8 0 年代末以来，随着面向对象技术成为研究的热点出现了几十种支 持软件开发的面向对象方法。其中，b o o c h ，c o a d v o u r d o n ，o m t , 和j a c o b s o n 的 方法在面向对象软件开发界得到了广泛的认可。特别值得一提的是统一的建模语 言u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) ，该方法结合了b o o c h ，o m t 和j a c o b s o n 方法的优点，统一了符号体系，并从其它的方法和工程实践中吸收了许多经过实 际检验的概念和技术。u m l 方法自提出后到现在已发展到2 o 版，并已提交给 对象管理集团o m g ，申请成为面向对象方法的标准n 郇。 面向对象的基本思想是从现实世界中客观存在的事务( 即对象) 出发来构造 软件系统，并在系统构造中尽可能地运用人类的自然思维方式。开发一个软件是 为了解决某些问题，这些问题所涉及的业务范围称作该软件的问题域。面向对象 方法强调直接以问题域( 客观世界) 中的事物为中心来思考问题、认识问题，并 根据这些事物的本质特征，把它们抽象地表示为系统中的对象，作为系统的基本 构成单位。这可以使系统直接地映射问题域，保持问题域中的事务及其相互关系 的本来面貌。另外，软件开发方法不应该是超脱人类日常的思维方式，并与人类 在长期进化过程中形成的各种行之有效的思想方法迥然不同的思想理论体系。面 向对象方法则强调了运用人类在日常逻辑思维中经常采用的思想方法与原则，例 如抽象、分类、继承、聚合、封装等等。这使得软件开发者能更有效地思考问题， 并以其他人也能明白的方式把自己的观点表达出来。 2 1 2 面向对象方法的要点和主要特点 概括地说，面向对象方法具有以下四个要点n 6 1 ： ( 1 ) 认为现实世界是由各种对象组成，任何事务都是对象，而复杂的对象 可以有比较简单的对象以某种方式组合而成。按此种观点，可以认为整个世界就 山盔太堂亟堂焦迨窒一 是一个复杂的对象。面向对象的软件系统是由对象组成，软件中的任何元素都是 对象，复杂的软件对象由比较简单的对象组合而成。 ( 2 ) 把所有对象都划分成各种对象类( 简称为类) ，每个对象类都定义了 一组数据和一组方法。数据用于表示对象的静态属性，是对象的状态信息。每当 建立这个对象类的一个新实例时，就按照类中对数据的定义，为这个新对象生成 一组专用的数据，以便描述该对象独特的属性值。类中定义的方法，是允许施加 于该类对象上的操作，为该类所有对象共享，并不需要为每个对象都复制操作的 代码。 ( 3 ) 按照子类( 也称导出类) 与父类的关系，把若干个对象类组成一个层 次结构的系统。在这个层次结构中，通常下层的导出类具有和上层的父类相同的 特性( 包括数据结构和方法) ，这种现象称为继承。但是如果在子类中对某些特 性又做了重新描述，则在子类中的这些特性将以新描述为准( 重写) ，即底层的 特性将屏蔽高层的同名特性。 ( 4 ) 对象之间仅能通过传递消息相联系。对象与传统的数据有本质的区别， 它不是被动地等待外界对它施加操作，相反，它是进行处理的主体，必须发消息 请求执行它的某个操作，处理它的私有数据，而不能从外界直接对它的私有数据 进行操作。即，一切局限于该对象的私有消息，都被封装在该对象类的定义中， 外界看不见，更不能直接使用，这就是“封装性”。 综上所述，面向对象方法学可以用下列方程来表达： 0 0 = 0 b j e c t s + c l a s s e s + i n h e r i t a n c e + c o m m u n i c a t i o nw i t hm e s s a g e s 也就是说，面向对象就是既使用对象又使用类和继承机制，而且对象之间仅 能通过传递消息实现彼此通信。如果仅使用对象和消息，则这种方法可以成为基 于对象的( o b j e c t b a s e d ) 方法，而不能称为面向对象方法；如果进一步要求把 所有对象都划分为类，则这种方法可称为基于类的( c l a s s b a s e d ) 方法，但仍然 不是面向对象方法。只有同时使用对象、类、继承和消息的方法，才是真正的面 向对象方法。 面向对象方法具有以下一些主要特点： ( 1 ) 从问题域中客观存在的事物出发来构造系统的软件开发方法，用对象 作为这些事物的抽象表示，并以此作为系统的基本构成单位。 6 一山盔太堂亟堂僮迨窒一一 ( 2 ) 事物的静态特性用对象的属性来表示，事物的动态特性用对象的服务 来表示。 ( 3 ) 对象的属性与服务结为一体，作为一个独立的实体。对外屏蔽其内部 细节( 称为封装) 。 ( 4 ) 对事物进行分类，把具有相同属性和服务的对象归为一类，类是这些 对象的抽象描述，每一个对象是它的类的一个实例。 ( 5 ) 通过在不同程度上运用抽象的原则，可以得到较一般类和特殊类，特 殊类继承一般类的属性与服务，面向对象方法支持这种继承关系的描述与实现， 从而简化系统的构造过程及其文档。 ( 6 ) 复杂的对象可以用简单的对象作为其构成部分( 称作聚合) 。 ( 7 ) 对象之间通过消息进行通信，以实现对象之间的动态联系。 ( 8 ) 对象关联表达对象之间的静态关系。 2 1 3 面向对象领域中的基本概念 本节对使用u m l 建立c i m 模型中常用到的面向对象方法中的几个概念和 术语做简单的描述【1 7 1 。 ( 1 ) 对象和实例 对象( o b j e c t ) 是系统中用来描述客观事物的一个实体，它是构成系统的一个 基本单位。一个对象由一组属性和对这组属性进行操作的一组方法组成。从更抽 象的角度来观察，对象是问题域或实现域中某些事物的一个抽象，它反映事物在 系统中需要保存的信息和具有的功能，是一组属性和有权对这些属性进行操作的 一组方法的封装体。客观世界就是由对象和对象之间的关系组成的。 一个对象是类的一个实例( i n s t a n c e ) 。实例这个概念不仅仅是针对类而言， u m l 建模元素也有实例。例如，在u m l 中，关联的实例就是链接。 ( 2 ) 类 类( c l a s s ) 是具有相同属性和方法的一组对象的集合，它为属于该类的所 有对象提供了统一的抽象描述。类是一个独立的程序单位，它有一个类名并包括 属性说明和方法说明。同类对象具有相同的属性和方法，是指它们的定义形式相 同，而不是说每个对象的属性值都相同。 7 一一一山峦盍堂亟堂焦诠窒 一 类是静态的，类的语义和类之间的关系在程序执行之前就已经定义好了，而 对象是动态的，对象是在程序执行时被创建和删除的。 ( 3 ) 封装 封装是面向对象方法的一个重要原则。它有两个涵义：第一个涵义是把对象 的全部属性和全部服务结合在一起，形成一个不可分割的独立单位( 即对象) ； 第二个涵义也称作“信息隐蔽 ，即尽可能隐蔽对象的内部细节，对外形成一个 边界( 或者说形成一道屏障) ，只保留有限的对外接口使之与外部发生联系。这 主要是指对象的外部不能直接地存取对象的属性，只能通过几个允许外部使用的 服务与对象发生联系。用比较简练的语言给出封装的定义即：封装就是把对象的 属性服务结合成为一个独立的系统单位，并尽可能隐蔽对象的内部细节。 ( 4 ) 继承 引入类的继承( i n h e r i t a n c e ) 机制是为了利用现有的类来定义新的类。这样 在o o p 时，就不必每次都是从头开始定义一个新的类，而是将这个新的类作为 一个或若干个现有类的扩充或特殊化。特殊类的对象拥有其一般类的全部属性与 方法，称作特殊类对一般类的继承。通常称一般类为父类( s u p e r c l a s s ) ，特殊类 为子类( s u b c l a s s ) 。如果一个子类可以从多于一个的父类继承，称为多继承。如 果不使用继承，每个类都必须显示地定义它所有的属性和方法。使用继承后，定 义一个新的类时只需定义那些与其他类不同的属性和方法，那些与其他类相同的 通用属性和方法则可以从其他类继承下来，而不必逐一显示地定义这些通用属性 和方法。 ( 5 )多态 对象的多态性( p o l y m o r p h i s m ) 是指在一般类中定义的属性或方法被特殊类 继承之后，可以具有不同的数据类型或表现出不同的行为。这使得同一个属性或 方法在一般类及其各个特殊类中具有不同的语义。 ( 6 ) 属性 属性( a t t r i b u t e ) 是一个类中对象所具有的数据值，属性反映了对象的信息特征， 如特点、值、状态等等操作和方法。对每个对象实例来说，每个属性都是一个值， 不同的对象实例可以有相同的或不同的属性。每个属性名在一个表中是惟一的， 而在两个不同的类中可以有相同的属性名。 一一山盔盍堂亟堂焦迨窒 ( 7 ) 操作和方法 操作是一种功能或一种转换，它应用于类中的对象或被类中对象使用。打开、 关闭、隐藏和重新显示是在窗口类上的操作。在一个类中，所有对象共享相同的 操作。 相同的操作可用于许多不同的类中，这样的操作是多态的。也就是说，同样 的操作在不同的类中可选用不同的格式。方法仅依赖于类上的目标对象，方法是 一个类的操作的实现 2 2 统一建模语言u m l 2 2 1u m l 定义 面向对象的分析与设计( o o a & d ) 方法的发展在2 0 世纪8 0 年代末至9 0 年代出现了一个高潮，u m l 是这个高潮的产物。它不仅统一了b o o c h 、r u m b a u g h 和j a c o b s o n 的表示方法，而且对其做了进一步的发展，并最终统一为大众所接 受的标准建模语言n 引。 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) ，是一种面向对象的建模 语言。它的主要作用是帮助用户对软件系统进行面向对象的描述和建模( 建模是 通过将用户的业务需求映射为代码，保证代码满足这些需求，并能方便地回溯需 求的过程) ，它可以描述这个软件开发过程从需求分析直到实现和测试的全过程。 u m l 通过建立各种类、类之间的关联、类对象怎样相互配合实现系统的动态行 为等成分( 这些都称为模型元素) 来组建整个模型。u m l 提供了各种图形，比 如用例图、类图、时序图、协作图和状态图等，来把这些模型元素及其关系可视 化，让人们可以清楚容易地理解模型。可以从多个视角来考察模型，从而更加全 面地了解模型，这样同一个模型元素可能会出现在多个图中，对应多个图形元素。 作为一种建模语言，u m l 的定义包括u m l 语义和u m l 表示法两个部分。 ( 1 )u m l 语义 描述基于u m l 的精确元模型定义。元模型为u m l 的所有元素在语法和语 义上提供了简单、一致和通用的定义性说明，使开发者能在语义上取得一致，消 除了因人而异的表达方法所造成的影响。此外u m l 还支持对元模型的扩展定义。 9 一出苤盔堂亟堂僮诠窒 一! ( 2 )u m l 表示法 定义u m l 符号的表示法，为开发者或开发工具使用这些图形符号和文本语 法为系统建模提供了标准。这些图形符号和文字所表达的是应用级的模型，在语 义上它是u m l 元模型的实例。 2 2 2u m l 建模要素 u m l 作为一种对软件系统的建模语言，提供了描述事物实体、性质、结构、 功能、行为、状态和关系的建模元素，并通过一组图描述由建模元素所构成的多 种模型。u m l 建模要素包括基本建模元素、关系元素和图三大类n 引，如图所示。 图2 1 ：u m l 建模要素 ( 1 )基本建模元素( 也即事物) 基本建模元素可以分为结构、行为、组织和注释四类。 结构建模元素反映事物和描述性实体，包括用例、类、接口、构件、 协作和节点等元素。 行为建模元素反映事物之间的交互过程和状态变化，这类建模元素 有交互图和状态图。 1 0 组织建模元素描述通过一组模型元素所反映的模型、子系统、框架 等的组织、主要有包元素。 注释建模元素用来在建模过程中对模型进行注释和描述性说明。 ( 2 ) 关系元素 关系元素反映了模型元素之间的关系，包括关联、泛化、依赖和实现关系。 关联( a s s o c i a t i o n ) 表示两个类之间存在的某种语义上的联系。 泛化( g e n e r a l i z a t i o n ) 表示类之间的一般和特殊的关系。 依赖( d e p e n d e n c y ) 表示类之间的使用关系。 实现( r e a l i z a t i o n ) 表示规格说明和其实现之间的关系。 ( 3 )图 通过基本建模元素构成的图用来表示软件模型。u m l 中的图包括以下9 种图： 用例图( u s ec a s ed i a g r a m ) 描述系统功能； 类图( c l a s sd i a g r a m ) 描述系统的静态结构； 对象图( o b j e c td i a g r a m ) 描述系统在某个时刻的静态结构； 时序图( s e q u e n c ed i a g r a m ) 按时间顺序描述系统元素间的交互； 协作图( c o l l a b o r a t i o nd i a g r a m ) 按照时间和空间顺序描述系统元素 间的交互和他们之间的关系； 状态图( s t a t u sd i a g r a m ) 描述了系统元素的状态条件和响应； 活动图( a c t i v a t i n gd i a g r a m ) 描述了系统元素的活动； 组件图( c o m p o n e n td i a g r a m ) 描述了实现系统的元素的组织； 部署图( d e p l o y m e n td i a g r a m ) 描述了环境元素的配置，并把实现 系统的元素映射到配置上。 2 2 3u m l 的主要特点 统一建模语言( u m l ) 的主要特点可以归纳为3 点： ( 1 ) 以使用实例为引导，以主结构为核心。 ( 2 ) u m l 还吸取了面向对象技术领域中其他流派的长处，其中也包括非 0 0 方法的影响u m l 符号表示的各种方法的图形表示，删掉了大量易引起混乱 的、多余的和极少使用的符号，也添加了一些新的符号。因此，在u m l 中汇入 一 山峦太堂亟堂焦迨窒 一 了面向对象领域中很多人的思想。这些思想并不是u m l 的开发者们发明的，而 是开发者们依据最优秀的0 0 方法和丰富的计算机科学实践经验综合提炼而成 的。 ( 3 ) u m l 在演变过程中还提出了一些新的概念。在u m l 标准中新加了模 板、职责、扩展机制、进程、线程、分布式、并发、模式、合作、活动图等新概 念，并清晰地区分类型、类和实例、细化、接口和组件等概念。 因此可以认为，u m l 是一种先进实用的标准建模语言，但其中某些概念尚 待实践来验证，u m l 必然存在一个进化过程。 2 2 4u m l 的应用领域 u m l 的目标是以面向对象图的方式来描述任何类型的系统。其中最常用的 是建立软件系统的模型，但它同样可以用于描述非软件领域的系统，如机械系统、 企业机构或业务过程，以及处理复杂的数据的信息系统、具有实时要求的工业系 统或工业过程等。 总之，u m l 是一个通用的标准建模语言，可以对任何具有静态结构和动态 行为的系统进行建模。此外，u m l 适用于系统开发过程中从需求分析到系统实 现的各个阶段： 需求分析写出系统需求规格说明书，用用例图对系统的需求建 模。 系统分析根据系统需求规格说明书分析系统中的主要类，画出 系统的类图。同时，用状态图和顺序图等动态模型描述系统的动态行为。 系统设计设计系统的结构并加以细化，确定系统中的包和类，画出 更为详细的类图。将分析中的动态模型进一步细化，确切地描述系统的 行为，设计系统的用户界面。 系统实现画出系统的组件图、部署图，最后由模型生成程序源代码， 并对程序源代码进行完善。 1 2 3 1 概述 第三章公用信息模型的研究 公共信息模型c i m ，是一个与具体实现无关的、用于描述管理信息的概念 性模型。c i m 分为两部分：c i m 规范( c i ms p e c i f i c a t i o n ) 和c i m 模式( c i m s c h e m a ) 。c i m 规范提供了模型的正式定义，它描述了语言、命名、元模式和到 其它管理模型( 如s n m pm i b ) 的映射技术；c i m 模式则给出了实际模型的描 述。c i m 模型由核心模型、公共模型和扩展模型三层构成。核心模型是一系列 类、连接和属性的集合，该对象组提供了所有管理域通用的基本信息模型；公共 模型提供特定管理域的通用信息模型，这些特定的管理域，如系统、应用程序、 网络和设备等；扩展模型代表通用模型的特定技术扩展心。 通过c i m 建模，能够得到管理域中实体的抽象和表示，包括它们的属性、 操作和关系。这样的模型独立于任何具体的数据库、应用、协议以及平台。因此， c i m 模型要求不同开发商所提供的基于不同平台的应用都采用一种标准的格式 来描述管理数据，以使数据能够在多种应用间共享。c i m 采用面向对象的方式 构建了一种新的适用于管理系统、网络的结构和概念模型。c i m 建模是一种通 用方法。特定管理域的c i m 建模是在核心模型和公共模型的基础上进行扩展堙副。 目前，针对应用系统之间的集成、数据共享、异构环境下软件产品的即插即 用和系统之间的互联、互通、互操作等问题，国际电工技术委员会( i e c ) 负责 电力系统控制及其通信的相关标准的第5 7 技术委员会( i e ct c5 7 ) 已制定了一 系列标准，其中涉及到公用信息模型c i m 的标准主要有i e c 6 1 9 7 0 和i e c 6 1 9 6 8 。 i e c 6 1 9 7 0 标准由负责制定与e m s 专业相关的c i m 和c i s 标准的第1 3 工作组 ( w g l 3 ) 制定，其标准系列为i e c 6 1 9 7 0 系列，目的是使e m s 的应用软件组件 化和开放化，能即插即用和互联互通，降低了系统集成成本和保护用户资源；而 第1 4 工作组( w g l 4 ) 则定义了i e c 6 1 9 6 8 系列标准，该标准的目的是定义大部 分d m s 功能构成之间的接口，以使运行在企业中的分布式系统的应用软件之间 能实现互操作砼期。 i e c 6 1 9 6 8 标准是在i e c 6 1 9 7 0 的基础上对c i m 的定义域进行了相应的扩展 一一出苤盔堂亟堂僮诠窒 使之适应于更多的电网信息系统。相对于i e c 6 1 9 7 0 主要针对能量管理系统等的 标准化，i e c 6 1 9 6 8 主要针对配电管理系统的应用，但是就其公共模型部分的定 义绝大多数内容基本上还是相同的，因此，国内外对电力企业c i m 模型的讨论往 往将两者在一起引用。目前i e c 6 1 9 6 8 还不成熟不完善，在国内外还较少使用， 而i e c 6 1 9 7 0 相对比较成熟，国内和国外对其分别进行了5 次互操作实验。本文 下节对i e c 6 1 9 7 0 c i m 部分进行了介绍。 3 2i e c 6 1 9 7 0 标准简介 1 9 9 3 年，美国电力科学研究院( e p r i ) 启动了“控制中心应用接口”( c o n t r o l c e n t e ra p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e ，c c a p i ) 研究项目，其主要目标是： 1 ) 减少向e m s 中增加新应用所需要的费用和时间； 2 ) 保护对e m s 中正在有效工作的现有应用的投资； 3 ) 促进不同系统控制中心内部以及控制中心与外部系统之间信息交换的能 力。 随着研究的逐步深入，在电力工业市场化改革的背景下，对网络安全计算的 需求、对s c a d a e m s 与d m s 集成的需求，使c c a p i 项目的用户需求和实施 范围逐渐超出控制中心内部，扩展到发电、输电、配电等领域。 同时，软件技术的发展进步使传统的自顶向下的软件工程设计方法向面向对 象的方法变化，组件技术或分布对象技术是其中一个很重要的发展方向。 c c a p i 项目的重点从为应用系统集成框架服务制定标准逐步转移到为访问、 共享公共信息的组件软件接口制定标准上来，从1 9 9 9 年开始确立了基于组件软 件的相对稳定的c c a p i 解决方案。 1 9 9 6 年国际电工委员会第5 7 技术委员会第1 3 工作组( e m s 。a p i 工作组， i e ct c 5 7w g l 3 ) 开始与e p r i 紧密合作，在c c a p i 项目基础上启动i e ce m s a p i 项目，使c c a p i 项目的研究成果符合国际标准的规范，与其他国际标准化 组织相互协调，并推动标准的广泛实施。 i e c 6 1 9 7 0 标准起源于e r p i 的c c a p i 项目，其主要目标是为e m s 系统中不 同厂商的应用功能之间，或不同的e m s 系统之间，或e m s 系统与电力行业其 他应用系统之间的数据交换和应用集成提供便利，允许多个厂家的应用能够在 1 4 一一一出盔盔堂亟堂僮途窒一一 个e m s 环境中运行，支持大范围的电力系统应用，允许长期的扩展和更新。 i e c 6 1 9 7 0 系列标准包含了导则、术语、c i m 和两种级别的c i s 共5 个部分， 导则部分主要提出了用来描绘控制中心e m s a p i 问题的参考模型；术语部分列 出了标准中用到的术语和定义；而最主要的是公共信息模型( c i m ) 和组件接口 规范( c i s ) 两方面内容，其中c i m 信息模型定义了信息交换内容的语义，组件 接口规范( c i s ) 规定了信息交换的语法。c i m 则是整个i e c 6 1 9 7 0 标准框架的 核心，它定义了电力对象模型及其关系，给出了电力对象的确切定义和域描述 2 4 , 2 5 , 2 6 1 。 3 2 1c i m 包 c i m 划分为一组包。包是一种将相关模型元件分组的通用的方法，没有特殊 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。公共信息模型由 完整的一组包组成。实体可以具有越过许多包边界的关联。每一个应用将使用多 个包中所表示的信息。 注意包的边界并不意味着应用系统的边界，现实世界实体间的关联可以跨越 多个包的边界，应用系统可以使用来自多个包的信息。 为了方便，整个c i m 划分为下面几个包，其中各包在单独的标准文档中分组 处理。 i e c 6 19 7 0 一3 0 l ： 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 nd y n a m i c s ) 负荷模型包( l o a d m o d e l ) 量测包( m e