（电力系统及其自动化专业论文）面向对象的电力调度自动化通信系统研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t s t a n d a r d i z a t i o ni st h et r e n do fe l e c t r i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，e s p e c i a l l y f o re n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ( e m s ) a n ds u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ( s a s ) i nr e c e n ty e a r s , t h es u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e ma n de m ss y s t e mc a n n o tk e e p pw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e ra n dc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , s ot h ei e ct c 5 7g r o u ph a dm a d et h ei e c 6 1 8 5 0s t a n d a r df o rs a s s y s t e ma n dt h ei e c - 6 1 9 7 0s t a n d a r df o re m ss y s t e m i e c 6 1 8 5 0 6 1 9 7 0h a d d e f i n e dt h e i ro w nd a t am o d e la n dt h ec o f f e s p o n d e n c ei n t e r f a c es t a n d a r d r e s p e c t i v e l y t h ei e c 6 1 8 5 0 6 1 9 7 0s t a n d a r d sh a v eb e e nf i r s t l yi n t r o d u c e di nt h ea r t i c l e ， t h e nt h er e s e a r c h e da n dd e s i g n e da b o u tt h es y s t e md a t am o d e la n dt h e c o f f e s p o n d e n c ei n t e r f a c es t a n d a r d sb a s e do nt h et w os t a n d a r d s i nt h er e s e a r c h p r o c e s s ，t w ok i n d so fp o s s i b l ec o m m u n i c a t i o n ss y s t e mr e a l i z a t i o np l a nh a d b e e nd i s c u s s e di nt h ea r t i c l e o n eo ft h ep l a n si sd i r e c t l yb a s e do nt h ei e c 6 1 8 5 0 s t a n d a r da n dt h eo t h e rp l a ni sb a s e do nt h et h i r dp a r tt r a n s f o r m i n gm o d u l ei n t h ee m ss y s t e m t h e n ，t h er e l a t e dd a t at r a n s f o r m a t i o nm o d e lh a sb e e n d i s c u s s e da n dr e a l i z e dd e t a i l e d l y ；i n c l u d i n gt h ec o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e s y s t e ms e r v i c eb a s e do nt h ec o r b a m i d d l e w a r ep l a t f o r ma n dt h ed a t am o d e l b a s e do nt h er e a lt i m ed a t a b a s es y s t e m f a s t d b f i n a l l y , t h ed a t am o d e lc o n f o r m e dt ot h ei e c 6 1 8 5 0 6 1 9 7 0s t a n d a r dh a s b e e ns e tu pi nt h ea r t i c l e ，i n c l u d i n gt h es c a d a s y s t e mi ne m sa n dt h e l o g i c a l n o d ed a t am o d e li nt h ei e db a s e do n ，t h e c + + p r o g r a m m i n g l a n g u a g e 、t h eo p e n s o u r c es o f l w a r e - - f a s t d br e a l - t i m ed a t a b a s es y s t e m 、t h e c o r b am i d d l e w a r ep l a t f o r m ，a sw e l la st h ec o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c es y s t e m b a s e0 nt h e s er e s e a r c h e s ，as i m p l ee x p e r i m e n t a ls y s t e mh a sb e e ne s t a b l i s h e d t h r o u g ht h ei n t e r o p e r a b i l i t ye x p e r i m e n t ，t h eo b j e c t o r i e n t e dc o m m u n i c a t i o n s y s t e mp l a nh a sb e e np r o v e df e a s i b i l i t y k e y w o r d s ：x m l ；c i m ；i e c 6 1 8 5 0 ；i e c 6 1 9 7 0 ；p o w e rs y s t e mm o d e l ；c i s ； a c s i ；c o r b a 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 概述 第1 章绪论 随着现代电网结构日趋复杂，电网容量不断扩大，实时信息传送量成倍增 多，对变电站自动化系统及能量管理系统的数据通信提出了更高的要求。目前 在这两个电力自动化系统中的几乎每个产品供应商都具有一套自己的通信标 准，这样整个电网里运行的规约就可能达到数十种。针对这种情况i e c t c 5 7 小组先后制定了针对变电站自动化系统的i e c 6 1 8 5 0 标准和针对e m s 系统的 i e c 6 1 9 7 0 标准，统一了各系统的通信数据模型和接口模型。这两种标准的共 同特点是都采用面向对象方法统一建模，数据对象是自我描述的、使用通用 配置工具对数据对象在信息源处定义、都使用软总线标准、r r 系统之间和软 件应用之问的数据交换接口标准化等，从而使整个通信系统成为一个开放式 的通信体系。 i e c 6 1 8 5 0 标准的2 0 0 3 版已经制定完毕，国际上各大公司已做过数次基 于此标准的系统互操作试验。并且西门子第一百个i e c 6 1 8 5 0 变电站项目于 2 0 0 5 年在上海投入运行。相对来说i e c 6 1 9 7 0 标准虽未形成产品，但经过数 年的制定修改，整体框架也已经基本确定，相关的通信数据模型的定义和通 信接口标准规范都已基本成型。 本文研究的内容正是基于这两种最新通信标准的系统之间的通信问题， 解决e m s 中的s c a d a 系统和变电站自动化系统s a s 之问建立新的面向对 象的通信相关问题。i e c 6 1 9 7 0 标准规定了e m s 系统的数据建模标准( c i m ) 、 组件接口标准( c i s ) ，推荐使用c o r b a 中间件系统来映射实现c i s 定义的 接口服务功能。i e c 6 1 8 5 0 标准将变电站系统明确地划分为变电站层、问隔层 和过程层3 层，规定了变电站系统的数据模型。该标准使用基于x m l 语言 的s c l 文件进行描述，规定了虚拟通信服务接口( a c s i ) 及相应的特殊通 信服务映射( s c s m ) 。相对于变电站自动化系统来说，e m s 系统的功能模块 较多，如：s c a d a 、d t s 、自动发电控制a g c ( a u t o m a t i o ng e n e r a t i o nc o n t r 0 1 ) 、 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 经济调度e d ( e c o n o m i cd i s p a t c h ) 、网络拓扑n t ( n e t w o r kt o p o l o g y ) 、状态估 计s e ( s t a t ee s t i m a t i o n ) ，调度员潮流d l f ( d i s p a t c h e rl o a df l o w ) 等多个系统。 在目前的电力自动化系统中，e m s 系统和变电站系统通信的模块主要是 s c a d a 功能模块，主要是实现传统的四遥通信服务功能。本文研究的内容 为基于i e c 6 1 9 7 0 标准的e m s s c a d a 和变电站自动化系统之间数据通信体 系的实现，完成该面向对象调度系统的通信服务功能。 1 2 问题的提出 在e m s 中，s c a d a ( 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 ) 系统调 度端负责和变电站自动化系统进行数据通信。对电力调度自动化系统，数据 通信是一个重要环节，主要体现在两个方面：一方面是完成变电站自动化系 统内部各子系统或各种功能模块间的信息交换。另一方面是完成变电站s a s 与e m s 控制中心的通信任务。由于变电站s a s 内部各智能设备的生产厂商 和生产时间各不相同，同时变电站s a s 内部和e m s 控制中心的通信模型的 不一致，必然导致变电站自动化系统s a s 内部之间及其和e m s 调度中心通 信存在多种不同的通信标准及接口。 早期s c a d a 系统应用规约主要有c d t ( 循环式远动规约) ，m o d b u s 及各厂商自己制定的规约，这些规约受规约桢结构及通讯方式信道结构的影 响，效率较低。国际电工委员会于1 9 9 5 开始制定了6 0 8 7 0 系列规约( 问答式 规约 ，适用于星型、环形、总线型等网络信道结构，由主站询问从站，再 由从站回答主站。其中i e c6 0 8 7 0 5 - 1 0 1 是常规远动的通信规约，用于 s c a d a 系统中主站和子站( 远动终端) 之间以问答方式进行数据传输的帧 格式、链路层的传输规则、服务原语、应用数据结构、应用数据编码、应用 功能和报文格式。i e c6 0 8 7 0 5 1 0 3 用作继电保护设备信息接口，适用于具有 编码的位串行数据传输的继电保护设备( 或间隔单元) 和控制系统交换信息。 随着互联网技术的高速发展，相应又制定出i e c6 0 8 7 0 - 5 1 0 4 规约，此规约是 用标准传送文件集的i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 网络访问。它将i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 的应用 层与t c p i p 提供的传输功能相组合，满足了电力系统通过基于i p 协议的以太 网传输控制信息的要求 、 电力系统s c a d a 中存在着的多种通信规约，直接导致两个问题，1 ：各 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 个厂商的s a s 的l e d 设备采用的协议规格和接口不一致，即使在一个变电站系 统内部采用同一种规约进行通信，也面临不同接口和总线规约转换的问题。 2 ：由于变电站内部通信规约和远动规约的不一致，而且由于s a s 会涉及到多 个厂家，不可避免在实际的变电站自动化系统中存在多规约共存的情况，即 使是都使用i e c 标准规约也存在自定义部分不致的情况，这样在多种不同 的系统中就必须进行相应的规约转换工作，以满足系统内部或不同系统间相 互通信的要求。随着网络技术的发展，为了提高通信效率，为了满足各厂商 设备的互操作性甚至互换性的要求，国际电工委员会专门制定了用于变电站 内部s a s 的i e c 6 1 8 5 0 通信模型，采用面向对象的统一建模方式实现，网络的 应用层协议和网络传输层协议相互独立。相对i e c 6 1 8 7 0 - 5 系列标准来说有如 下特点：实现设备的互操作性、建立系统的自由结构、保持系统的长期稳定 性。 相应的，为了满足各e m s 系统的信息共享与应用集成的要求，国际电工 委员会还制定了用于控制中心的基于i e c 6 1 9 7 0 标准的系统模型和通信方式， 包括公共信息模型( 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。为实现电力系统综 合调度自动化奠定了基础。、 为了进一步提高系统的互操作性及开放性，i e c 6 1 8 5 0 6 1 9 7 0 规约也必将 成为未来的规约标准，由于i e c 6 1 9 7 0 主要应用于e m s 系统中，为各级调度 中心内部系统模型和应用规约，而i e c 6 1 8 5 0 主要面向变电站内部数据模型 及通信标准，因此建模方式和通信方法有所侧重和不同，它们两者之间的通 信连接仍需要进行数据模型的映射及通信接口相互转换。虽说它们现在未完 全投入商业使用，但随着网络技术，计算机技术，及通讯技术的发展，在不 久以后也必将成为变电站综合自动化系统内部及控制中心的主要应用标准。 因此研究它们之间的相互转换问题具有较大的实际意义。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 3 电力调度自动化系统通信体系国内外研究现状及发展 变电站s a s 系统内部由于长时间没有制定统一的国际标准通信协议，国 内外厂商都有自己的通信协议，并且具有多种不同的网络物理结构。因此需 要进行系统内部的规约和接口间的转换，文献【4 0 】介绍了一种嵌入式的规约 转换控制器，在系统采用工业用现场总线进行通信的方式下，实现多种接口 方式的设备间的互联，为变电站内部( 间隔层) 设备的通信管理平台。另一 方面由于变电站内部通信协议与远方调度中心采用的通信协议不同，这样也 不可避免也要进行两种协议问的相互转换。针对这种情况，在国内外，许多 大学的实验室、研究所以及某些公司的研究机构在研究系统规约间相互转换 方面投入了大量的时间、精力和物力，研究了许多用于通信规约转换的软硬 件平台和装置，用来实现不同系统间的通信数据连接【4 2 1 1 4 3 1 【删【4 5 1 【4 6 1 。 i e c 6 1 8 5 0 标准是基于通信网络平台变电站自动化系统唯一的国际标准， 它强调系统的开发性和站内各l e d 设备的互操作性。分信息模型和通信模型 两部分，信息模型采用统一的数据建模方式( c d c ) ，使得各厂家设备的数 据系统标准化，采用严格的树型数据结构，关系层次分明。而通信模型采用 跨平台的a c s i 接口，应用特殊的映射方式对网络的应用层实现映射，可用 不同类型的网络体系实现通信，标准推荐网络应用层采用m m s 方法编码。 i e c6 1 9 7 0 标准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，采用公共数据模型( c l m ) 建模，上层通信协议采用公共接口标 准( c i s ) 的软总线标准，下层可用跨平台的中间件实现。 相对i e c 6 1 8 5 0 标准来说，i e c 6 1 9 7 0 标准虽未形成产品，但通信数据模 型和通信接口标准都已基本成型，整体框架得以确定。对于t c 5 7 小组制定 的这两种新的通信标准体系，各大厂商和科研院校都已经分别做过了细致深 入的研烈1 3 】【1 4 】【1 5 l 【1 6 1 【1 7 】【2 9 l 【3 2 1 ，但对于符合这两种标准的系统之间的通信连接 问题，国内外都研究成果甚少。由于以上两种标准所服务的系统不同，因此 当两个系统相互访问时的数据兼容问题变得尤为突出，而根据t c 5 7 的战略 咨询小组( s p a g ) 的要求，现在技术水平的通信体系总体也应该是可以相互连 接的。文献 3 1 矛g i 文献【3 3 】都讲述了两个标准整合的基本转换方法、应用前景 等，但只是简要地在高层应用上进行总结概括，没有给出具体详尽的转换方 式。文献【3 4 】讨论了基于i e c 6 1 8 5 0 的变电站自动化系统和基于i e c 6 1 9 7 0 标 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 准的控制中心进行通信连接的可能性和必要性，但未给出具体的实现方案和 数据模型的映射方法。文献【1 3 】【1 4 】【1 6 】虽研究了一种可行的方法对两种标准 。进行转换，并讨论了它们数据模型映射方式和所用的语言工具，但并未在文 献中给出具体的实施过程和论证方式。本课题主要研究两个未来标准间通信 兼容问题，设计一种基于这两种标准的通信系统，实现两种系统间不同数据 模型的转换方式，建立稳定的数据映射模型，转换其通信接口标准，讨论并 通过试验验证了该面向对象调度自动化通信体系实现方案的可行性。 1 4 本文所做主要工作及内容安排 论文深入研究了t c 5 7 小组制定i e c 6 1 8 5 0 6 1 9 7 0 标准的内容，包括数据 模型标准和通信接口标准。在此基础上，结合相关的计算机技术，本文深入 讨论了两种标准间面向对象的通信转换问题，从数据模型和接口标准两个方 面来整合这两种通信标准，设计了基于这两种标准的通信体系。在讨论了多 种提出了两种连接可能的方案后，本文选定了并通过分析选顶一种可行性方 案来实该设计了互联通信系统。在通信数据转换方面，系统以实时数据库系 统为基础设计建立了两种标准对应的对象数据模型，作为通信系统的数据平 台。在通信接口的转换方面，该本系统分别使用a c s i c i s 通信接口标准和 相关系统进行通信。最后，本文建立了一个试验系统来验证该面向对象通信 体系的可行性，基于第三方开源实时数据库软件f a s l r i ) b 建立了系统的 实时数据平台，同时使用c + + 语言和c o r b a 中间件完成了部分基于 a c s i c i s 接口标准的通信服务模块。 全文的主要章节安排如下： 第1 章分析了变电站自动化系统以及e m s 系统得发展历史、现状和发 展趋势，对电力应用集成的基本状况及其相关标准的研究进展与应用情况进 行了简要概述，简略介绍了i e c 6 1 8 5 0 6 1 9 7 0 标准的内容，制定背景和应用情 况，同时提出了基于这两种标准的通信体系的实现问题。 第2 章详细阐述了i e c 6 1 8 5 0 6 1 9 7 0 标准的主要内容、框架结构、技术 特点和相关的计算机通信技术。 第3 章阐述了实现该电力调度自动化通信系统的几项关键技术，包括 统一建模语言、可扩展标记语言x m l 、数据库技术、c o r b a 中间件等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第4 章研究比较了该面向对象通信体系的两种可能的方案，并对其中 一种方案的总体设计框架和思想进行了详细的说明设计。随后本文讨论了基 于i e c 6 1 8 5 0 6 1 9 7 0 标准的建模方法及特点，并在此基础上建立了该面向对 象调度自动化通信系统的数据平台。 第5 章在建立了通信系统的数据平台后，根据i e c 6 1 8 5 0 6 1 9 7 0 系列标 准的定义，为系统的中间层转换模块建立了符合a c s i s c s m 的软总线接口 标准，并统一了其中间间平台( c o r b a ) 。本文最后根据i e c 6 1 8 5 0 6 1 9 7 0 协议规范，基于a c e t a o 软总线平台完成了该面向对象通信系统的测试试 验。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章i e c 6 1 8 5 0 6 1 9 7 0 系列标准概述 2 1l e c 6 1 8 5 0 标准概述 m c 6 1 8 5 0 标准是国际电工委员会第5 7 技术委员会第1 0 、1 1 、1 2 工 作组( m ct c 5 7w g l 0 、w g i i 、w g l 2 ) 南0 定的关于变电站自动化系统通信 网络和系统的标准。制定m c6 1 8 5 0 的目的是想实现不同厂商产品之间的互 操作性。为此，该协议采用自项向下的方式对变电站自动化系统进行系统分 层、功能定义和对象建模，并对一致性检测作了详细的定义。i e c6 1 8 5 0 包括 面向对象的标准、通信网络性能要求、接口和映射、系统和项目管理、一致 性测试等多方面详细内容，其主要特点是：面向设备、面向对象建模，面向 应用开放的完善的自我描述；定义了抽象通信服务接口( a c s 0 ，网络的应用 层协议和网络传输层协议独立；具有符合电力系统特点的通信服务，信息对 象在信息源处惟一定义，数据对象统一建模；采用x m l 的配置技术等。 m c 6 1 8 5 0 标准系列由1 0 个部分构成，除了第1 0 部分还未成为国际标准 外，其它部分都已作为国际标准对外颁布【1 叫，各部分的内容及其颁布情况见 表2 1 。 表2 11 e c 6 1 8 5 0 系列标准的颁布情况 结构内容颁布情况 p m l介绍与概貌国际标准i s p m 2术语集技术报告t r p m 3总体要求国际标准i s p a n 4系统与项目管理国际标准i s p a n 5功能的通信要求与设备模型国际标准i s p a n 6变电站自动化系统中i e d 的通信配置描述语言s c l国际标准i s p m 7 1变电站与馈线设备的基本通信结构原理与模型 国际标准i s 变化站与馈线设备的基本通信结构抽象通信服 p a n 7 2国际标准i s 务接口a c s i 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 p a r t 7 3变电站与馈线设备的基本通信结构公共数据类国际标准i s 变电站与馈线设备的基本通信结构可兼容逻辑 p a n 7 4国际标准i s 节点类与数据类 特殊通信服务映射s c s m 到m m s ( i s o i e c9 5 0 6 p a r t 8 1国际标准i s p a r t la n dp a n 2 ) 及i s o i e c8 8 0 2 3 的映射 特殊通信服务映射s c s m 通过单向多路点对点串行 p a n 9 1国际标准i s 通信连接的采样值 特殊通信服务映射s c s m 通过i s o i e c 8 8 0 2 3 的采 p a r t 9 2国际标准i s 样值 p a r t l 0一致性测试委员会草案 第一部分：基本原理，主要介绍了i e c 6 1 8 5 0 产生的必要性，以及标准 各部分主要内容的简介。 第二部分：术语，这部分内容为该标准中变电站自动化系统专门术语词 汇表。 第三部分：总体要求，介绍了变电站自动化系统内通信系统的质量要求， 包括可靠性、可用性、可维护性和安全性等等。 第四部分：系统和工程管理，包括变电站内必备硬件配置的定义、功能 和信号质量的适应性以及所有具体定义的文档。 第五部分：功能和设备模型的通信要求，内容包括变电站功能和接口的 逻辑分配、互操作方法、逻辑节点的概念、p i c o mfp i e c eo fi n f o r m a t i o nf o r c o m m u n i c a t i o n 通信信息片) 的概念、功能定义的规则、功能分类、逻辑节点 列表、逻辑节点和相关的p i c o m ，逻辑节点分配和交互原理、使用逻辑节点 附加原理、p i c o m 表结果，报文类型以及动态性能要求。 第六部分：变电站智能电子装置语言，主要介绍变电站配置语言s c l 的 对象模型和语言内容。 第七部分：基本通信结构，该部分是整个标准的核心内容，分为四个部 分：7 1 原理和模型；7 2 抽象通信服务接口a c s i ( a b s t r a c tc o m m u n i c a t i o n s e r v i c ei n t e r f a c e ) ；7 3 公共数据模型；7 - 4 兼容逻辑节点和数据类。 第八部分：变电站层与间隔层具体通信服务映射，将变电站层的服务映 射到具体通信服务，如映射成m m s 、c o r b a 等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 第九部分：间隔层与过程层具体通信服务映射，这一部分说明了间隔层 和过程层之间通信的具体通信服务映射。 第十部分：一致性测试，对系统的一致性进行测试。 从上述内容来看，第七部分基本通信结构的原理和模型是标准的核 心部分，特别是是7 - 1 部分的对象数据模型的总体概括及7 2 部分定义的抽 象通信服务接口，是变电站自动化系统上层应用和下层实现的重中之重。 2 2i e c 6 1 8 5 0 标准的结构及主要技术特点 i e c 6 1 8 5 0 系列标准将变电站系统明确地划分为变电站层、间隔层和过程 层3 层，并对不同层间定义了清晰的接口。在变电站层，与远动控制中心通 信有接口，与间隔层通信有接口；间隔层内部有数据交换接口，间隔区之间 有数据交换接口；过程层与间隔层之间有交换采样数据和控制数据的接口。 这种分层通过抽象通信服务接口( a c s d 建立一个应用层上的抽象模型，描述 了各接口间的数据交换，给出了各种对象的统一逻辑模型。间隔层装有智能 电子装置( i e d ) ，l e d 作为变电站中的重要设备，集数据采集、测量、保护 和控制等功能于一体，为变电站的高效运营与管理提供了有效的手段。 i e c 6 1 8 5 0 标准区分以往的变电站自动化系统的通信标准最主要的不同之处 在于两个方面：对象统一数据模型和抽象通信服务接口标准( a c s i ) 2 1 】。 2 2 1 对象统一数据模型 i e c 6 1 8 5 0 标准采用面向对象的建模技术，定义了基于客户服务器结构 的数据模型。每个m d 包含一个或多个服务器( s e r v e r ) ，每个服务器又包 含一个或多个逻辑设备。逻辑设备包含逻辑节点，逻辑节点包含数据对象。 数据对象则是由数据属性构成的公用数据类的命名实例。从通信角度看，i e d 同时也扮演客户( c l i e n t ) 的角色，任何一个客户都可通过抽象通信服务接口 a c s i 与服务器通信来访问数据对象。c6 1 8 5 0 标准采用面向对象的技术建 立了层次型结构的数据模型。i e c6 1 8 5 0 将设备按照功能抽象为一个个逻辑 节点( 功酉c a ln o d e ) ，逻辑节点为基本数据模型，逻辑节点包含一定的数据( 对 象) ，数据( 对象) 又由相应的属性构成，实际的一个物理设备( i e d ，p h y s i c a l d e v i c e ，s e r v e r ) i e d 作为完整的功能主体，提供对外的服务。物理设备由逻辑 西南交通大学硕士研究生学位论文第1o 页 设备( l o g i c a ld e v i c e ) 组成，而逻辑设备由抽象的逻辑节点构成，逻辑节点作 为最小的数据通信单位，其定义是唯一的，这一特点是实现互操作及自我描 述的基础。设备在建立模型时必须遵照标准的定义，但其逻辑节点、公共数 据类是可以扩充的，此外，通过引入命名空间实现了重定义。i e c6 1 8 5 0 对 象模型的层次结构如图2 1 所示，层次间上层对象与下层对象是一对多的关 系，即一个物理设备可由多个逻辑设备构成，一个逻辑设备同样可由多个逻 辑节点构成，可以依次类推。 图2 1i e c 6 1 8 5 0 对象模型的层次关系示意图 2 2 2 抽象通信服务接口a c s i i e c 6 1 8 5 0 标准总结了电力生产过程的特点和要求，归纳出电力系统所 必需的信息传输的网络服务，设计出抽象通信服务接口a c s i ，它独立于具 体的网络应用层协议( 例如目前采用的m m s ) ，与采用的网络无关。考虑到 t c p i p 、o s i 、现场总线等各种各样的通信系统已经建立起来，i e c 6 1 8 5 0 标 准引入了特殊通信服务映射s c s m 。s c s m 将抽象通信服务接口定义的服 务、对象和参数映射到m m s 、f m s 、d n p 或i e c 6 0 8 7 0 5 等应用层。采用 该映射模型，可以使数据对象和a c s i 服务有很大的灵活性，它的改变不受 底下七层协议栈的影响。由于电力系统生产的复杂性，对信息传输的响应时 间也有不同的要求，在变电站的过程内可以采用不同类型的网络，i e c 6 1 8 5 0 采用抽象通信服务接口就很容易适应这种变化，只要改变相应的特定通信服 务映射s c s m 。如图2 2 所示，不同的网络应用层协议和通信栈与不同的 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 s c s m l s c s m m 相对应。 应用层 中问协议堆栈 t c pu d p o s i i i p 物理层厂、豕i 蕃磊 图2 2 a c s i 接口标准对应的各种s c s m 服务 2 3i e c 6 1 9 7 0 标准概述 。 i e c 6 1 9 7 0 系列标准由国际电工协会i e c 第5 7 技术委员会第1 3 工作组 ( t c 5 7 ) 提出，它是为能量管理系统e m s 的应用程序定义接1 2 1 。此标准的提出 是基于美国e p r i 的控制中心应用接口c c a p i 研究项目的大量工作一美国 e p r i c c a p i 项目的主要目的就是：减少向现有的e m s 或其它系统增加新应 用所需要的时间以及费用同时保护对现有正在有效工作的应用的投资。 i e c6 1 9 7 0 系列标准i 撕j 包括公共信息模型( 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。这组系列标准由以下部分组成：【2 】【3 】【4 】【5 1 【6 j 能量管理系统应用程序接口( e m s a p i ) 第1 部分：导则和基本要求( i e c 6 1 9 7 0 1 ) ： 能量管理系统应用程序接口( e m s a p i ) 第2 部分：术语( i e c6 1 9 7 0 2 ) ： 能量管理系统应用程序接口( e m s a p i ) 第3 0 1 部分：公共信息模型 ( c i m ) 基础( i e c6 1 9 7 0 3 0 1 ) ； 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 能量管理系统应用程序接口( e m s a p i ) 第3 0 2 部分：公共信息模型 ( c i m ) 财务、能量计划和预定( i e c6 1 9 7 0 3 0 2 ) ； 能量管理系统应用程序接口( e m s a p i ) 第3 0 3 部分：公共信息模型 ( c i m ) s c a d a ( i e c 6 1 9 7 0 3 0 3 ) ： 能量管理系统应用程序接口( e m s a p i ) 第4 0 1 部分：组件接口规范 ( c i s ) 框架( i e c6 1 9 7 0 4 0 1 ) ； 能量关系系统应用程序接口( e m s a p i ) 第4 0 2 部分：公共服务( i e c 6 1 9 7 0 4 0 2 ) ： 能量管理系统应用程序接口( e m s - a p i ) 第4 0 3 部分：通用数据访问 ( g d a ) ( m c 6 1 9 7 0 4 0 3 ) ： 能量管理系统应用程序接口( e m s a p i ) 第4 0 4 部分：高速数据访问 ( h s d a ( i e c 6 1 9 7 0 4 0 4 ) ： 能量管理系统应用程序接口r e m s a v 0 第4 0 5 部分：通用事件和订阅 ( g e s ) ( m c6 1 9 7 0 4 0 5 ) ： 能量管理系统应用程序接口( e m s - a p i ) 第4 5 0 部分：信息交换模型( i e c 6 1 9 7 0 4 5 0 ) ： 能量管理系统应用程序接口( e m s - a p i ) 第4 5 1 部分：s c a d a c i s ( m c 6 1 9 7 0 4 5 1 ) ： 能量管理系统应用程序接口( e m s a p i ) 第4 5 2 部分：c i m 模型交换服 务( i e c6 1 9 7 0 4 5 2 ) ； 能量管理系统应用程序接口( e m s a p i ) 第5 0 1 部分：c 1 m 资源描述 框架( r d f ) 模式( i e c6 1 9 7 0 5 0 1 ) ； 能量管理系统应用程序接口( e m s a p i ) 第5 0 2 部分：c d a c o r b a 映 射( i e c6 1 9 7 0 5 0 2 ) ； 能量管理系统应用程序接口( e m s a p i ) 第5 0 3 部分：c l m x m l 模型 交换格式( i e c6 1 9 7 0 5 0 3 ) ； ， i e c6 1 9 7 0 第3 x x 部分负责规定这一标准a p i 的语义，而标准的第 4 x x 和5 x x 部分规定a p i 的语法。c l m 所建模的是实体对象( e n t i t y o b j e c t s ) ，属于现实世界问题域的对象。包括了电力变压器( p o w e r t r a n s f o r m e r ) ，发电设备( g e n e r a t i n g u n i t ) 和负荷( l o a d ) 等表示电力系统物理部 件的类；也包括公司( c o m p a n y ) 、业务单位( b u s i n e s su n i t ) 、控制区域操作 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 员( c o n t r o la r e ao p e r a t o r ) 等电力系统组织管理部分的类；以及计划表 ( s c h e d u l e s ) 和测量( m e a s u r e m e n t s ) 等表示电力系统运行事项的类。从c 1 m 所 包含的类可知其目标问题域的范围。实际上c i m 的提出和应用超出了e m s ， 覆盖了整个控制中心的应用。 2 4i e c 6 1 9 7 0 标准的结构及主要技术特点 2 4 1 公共信息模型( c i m ) c i m 是一个抽象模型，表示e m s 等电力控制中心计算机应用系统信息 模型中包含的所有主要的实体对象( 电力系统资源) 。c i m 使用标准的u m l 把这些电力系统实体对象表示为类和属性，并以类之间的关联表示这些实体 对象的职责和协作关系。同时c i m 是i e c 6 i 9 7 0 的一个主要组成部分，为电 力系统提供了一个标准化的定义。遵循这个标准，各种应用程序，包括控制 中心内部的和分布在不同地点的应用程序，都可以共享电力系统的数据，实 现应用程序的集成。c i m 由一组包组成，图2 3 表示i e c6 1 9 7 0 中定义的c i m 的各包及它们之间的依赖关系。图中实线表示依赖关系，箭头从依赖性包指 向它所依赖的包，以及他们之间的关系，这种依赖关系不是必须的，应该根 据不同应用联系各个包。包是一般意义上将相关模型组件分组的方法，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，实体可以越过许多包边界实现关联。每一应 用将使用一个或多个包所表示的信息p ”。 二 1 l 【一 图2 3i e c6 1 9 7 0 中定义的c i m 的各包及它们之间的依赖关系 ! i舀到量三j 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 为方便起见，将整个c i m 具体划分为以下1 5 个类包1 5 】： 1c o r e 核心 2 t o p o l o g 多拓扑 3w i r e s 连线 4 o u t a g e 停电 5p r o t e c t i o n 保护 6m e a s 测量 7l o a d m o d e l 负荷模型 8g e n e r a t i o n 发电 9p r o d u c t i o n 生产 1 0 g e n e r a t i o n d y n a m i c s 发电动力模型 1 1d o m a i n 定义域 1 2 e n e r g ys c h e d u l i n g 能量计划 1 3r e s e r v a t i o n 备用 1 4f i n a n c i a l 财务 1 5a s s e t 财产 下面简单介绍一下各个包的含义。 1 c o r e ( 核心包) 这个包包含核心p o w e r s y s t e m r e s o u r c e 和c o n d u e t i n g e q u i p m e n t 实体，这 些实体被所有的应用程序及这些实体的公共集合所共享。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它的包，但是其它包中的 大部分具有依赖于本包的关联和普遍关系。 2 t o p o l o g y ( 拓扑包1 这个包是c o r e 包的扩展，它与t e r m i n a l 类一起来建立连接模型，而连 接模型是描述设备如何连接在一起的物理定义。另外，它还建立了拓扑模型， 这是描述设备连接的逻辑定义。t o p o l o g y 的定义与其它电气特征无关。 3 w i r e s ( 电线包) w i r e s 包是c o r e 和t 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 特征的信息模型。这个包用于网络应用，例如状态估计、潮流、最优潮流等 各种应用。 4 o u t a g e ( 停运包1 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 这个包是c o r e 和w i r e s 包的扩展，它建立了当前以及计划网络结构的信 息模型。这些实体在典型的网络应用中是可选的。 5 p r o t e c t i o n ( 保护包1 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。这些实体用于培训模拟和配电网故障定位应用。 6 m e a s ( 量测包1 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。 7 l o a d m o d e l ( 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。这些信息由负 荷预测和负荷管理使用。 8 g e n e r a t i o n ( 发电包) g e n e r 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 t i o n d y n a r n i c s 包。 9 p r o d u c t i o n ( 生产包1 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。这些信息用于机组组合、 水火发电机组的经济调度、负荷预测及自动发电控制应用。 1 0 g e r a t i o n d y n a m i c s ( 发电动态包1 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。这些信息用于动态培训模拟应用的机组建模。 1 1 d o m a i n ( 域包1 d o m a i n 包是量与单位的数据字典，定义了可能被其它任何包中任何类使 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。 1 2 f i n a n c i a l ( 财务包1 此包用于结算和报价。包中的这些类代表参与正式或非正式协议的合法 电力企业 1 3 e n e r g ys c h e d u l e ( 能量计划包) 此包的功能是计划、计算不同电力公司之间的电能交换。它包括发出功 率、消耗功率、损耗功率、通过功率、卖出功率、买入功率等。这些类用来 西南