（电路与系统专业论文）基于IEC+61970标准的电力系统高速数据访问服务（HSDA）研究及实现[电路与系统专业优秀论文].pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 新一代能量管理系统( e m s ) 的一个重要特点就是采用i e c6 1 9 7 0 等国 际标准。通过定义一个应用集成架构参考模型、一个公共的信息模型c i m 以 及一组用于数据交换的标准化组件接口规范c i s ，i e c6 1 9 7 0 标准为能量管理 系统内外的集成提供了完美的解决方案。其中，用于大批量实时数据交换的 组件接口规范h s d a 是i e c6 1 9 7 0c i s 的重要组成部分。本论文研究h s d a 规范及其应用，重点在于h s d a 服务层，即h s d a 服务器的研究及实现。 h s d a 服务器是一个遵循i e c6 1 9 7 0h s d a 规范的服务器，在e m s 等系 统中，它主要扮演着实时数据发布者的角色，对外提供高速数据访问服务。 本文以h s d a 服务器开发为主线，从h s d a 视图、信息模型、h s d a 接口、 h s d a 视图配置及更新、组件化、并发控制、稳定性与健壮性、性能测试等 方面展开对h s d a 服务器的研究。 通过对i e c 6 1 9 7 0c i m 、i e c t c 5 7 视图、o m gd a i sd a 信息模型的学习 和深入研究，完成了h s d a 服务器信息模型设计，并提出了h s d a 视图的概 念，对c i m 对象在h s d a 服务器内的组织形式进行了严格定义。同时对o m g d a i sd aa p i 进行研究，采用c + + 和c o r b a 技术实现了其中的浏览接口和 数据访问接口。并且通过了全面的功能性测试，为参加国内第六次互操作实 验做好了充分的准备。更重要的是，经过对h s d a 服务器和g d a 服务器的 性能测测试及比较，证明了h s d a 服务在高速数据访问方面的优势，通过 h s d a 接口访问数据达到了实时性的要求。 如何配置服务器是标准之外的范畴。配置的主要工作是加载h s d a 视图， h s d a 服务器根据h s d a 视图模式信息加载视图。视图模式信息采用x m l 描述，经过x m l 文档解析获得。视图展示的所有c i m 对象及其性质值( 不 包括实时数据) ，通过g d a 接口从g d a 服务器获取，并根据视图模式组织 所获取的c i m 对象及其性质值，完成h s d a 视图的配置。本文提供了一种加 载算法，能够较快地完成视图加载。视图所展示的电力系统实时数据源自传 统s c a d a 服务器，通过h s d a 数掘访问接口写入。客户端在使用h s d a 浏 览接口配置视图模式和视图后，便可以通过h s d a 数据访问接口快速访问 c i m 对象性质值数据。另外，本文对h s d a 视图的更新策略进行了讨论，为 电网模型改变时h s d a 视图的自动更新提供了解决方案。 h s d a 服务器的开发基于a c e t a o c o r b a 平台，由此实现h s d a 服务 器在异构系统中“即插即用”。为保证服务器的性能，论文还对h s d a 服务 器的并发控制处理、稳定性、健壮性等问题进行了重点讨论。 对h s d a 的研究，除实现h s d a 服务器外，还需要有相应的客户端实现。 c i m 浏览器( c i mbr o w s e r ) 即是一个可视化的客户端，可以通过c i mb r o w s e r 查看数据、写入数据，从而可以直观、方便地验证h s d a 服务实现的正确性。 关键字i e c6 1 9 7 0 ；c i m ；c i s ；h s d a ；o m gd a i sd a t aa c c e s s ；i e c t 5 7 物理视图：h s d a 视图：订单 f ，；， 山东大学硕士学位论文 ar e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no ni e c 6 19 7 0 - b a s e dh i g hs p e e dd a t aa c c e s ss e r v i c e a b s t r a c t f o l l o w i n gs t a n d a r di e c6 19 7 0i st h em a i nt a r g e tf o rt h en e x tg e n e r a t i o ne m s s y s t e m t ot h ep r o b l e mo fi n t e g r a t i n gd i s p a r a t es y s t e m sb o t hw i t h i na n d e x t e r n a l t ot h ec o n t r o lc e n t e re n v i r o n m e n t ，s t a n d a r di e c619 7 0p r o v i d e sap e r f e c t s o l u t i o nt h r o u g hd e f i n i n ga ne m s a p ir e f e r e n c em o d e l ，ac o m m o ni n f o r m a t i o n m o d e l ( c i m ) ，a n das e to fc o m p o n e n ti n t e r f a c e ( c i s ) h s d a ，o n eo ft h em o s t i m p o r t a n tp a r t so fi e c6 19 7 0c i s ，i si n t e n d e df o re f f i c i e n tr e a l t i m et r a n s f e ro f l a r g ea m o u n t so fd a t af r o mae m s t oaw i d er a n g eo fc l i e n t si n s i d eo ro u t s i d eo f t h ee m s t h i sp a p e rm a k e sad e e pr e s e a r c ho nh s d aa n di t si m p l e m e n t a t i o n ， m a i n l yf o c u s e do nt h es e r v i c el a y e r ，i e h s d as e r v e r h s d as e r v e ri sak i n do fe m ss e r v e r i tc o n f o r m st oi e c6 1 9 7 0h s d a s t a n d a r d ，p r o v i d e sh i g hs p e e dd a t aa c c e s ss e r v i c e ，a n dp l a y sam a j o rr o l e o f p u b l i s h i n g r e a l - t i m ed a t ai ne m ss y s t e m t h ec o n t e n t so fh s d as e r v e r ， i n c l u d i n gv i e w ，i n f o r m a t i o nm o d e l ，a p i ，v i e wc o n f i g u r a t i o n a n du p d a t e ， c o n c u r r e n c yc o n t r o l ，s t a b i l i t y ，c r e d i b i l i t y a n d p e r f o r m a n c e t e s t ，w i l lb e d i s c u s s e di nt h ep a p e ra c c o r d i n gt ot h ed e v e l o p m e n to ft h es e r v e r i nt h ep a p e r ，t h ec o n c e p to fh s d av i e w ，w h i c hs t r i c t l yd e f i n e st h e o r g a n i z a t i o nc i mo b je c t si n s i d et h eh s d as e r v e r ，w a sp r e s e n t e da f t e rad e e p r e s e a r c ho fi e c6l9 7 0c i m i e c t c 5 7v i e wa n do m gd a i sd ai n f o r m a t i o n m o d e l h s d aa p i s ，i n c l u d i n gb r o w s ea n dd a t aa c c e s so n e s ，w e r ei m p l e m e n t e d i nh s d as e r v e ru s i n gc + + a n dc o r b a ，p a s s e df u n c t i o n a lt e s t ，a n da r er e a d y f o rt h es i x t hn a t i o n a li n t e r o p e r a t et e s t f u r t h e r m o r e ，t h ea d v a n t a g eo fh s d a s e r v i c ei nh i g hs p e e dd a t aa c c e s si sp r o v e db yc o m p a r i n gt h ep e r f o r m a n c et e s t r e s u l t so fh s d as e r v e ra n dg d as e r v e r t h ep r o b l e mo fc o n f i g u r i n gh s d as e r v e ri so u t s i d et h es c o p eo fh s d a s t a n d a r d t h em a i nw o r ko fc o n f i g u r a t i o ni st ob u i l dh s d av i e w s t h e r ea r et w o s t e p sf o rb u i l d i n gav i e w ：a tf i r s t ，g e ts c h e m ai n f o r m a t i o no fv i e w ，w h i c hi s d e s c r i b e di nx m l ；t h e n ，o b t a i nc i mo b j e c t sa n dt h e i r p r o p e r t y v a l u e s ， 1 1 1 -，ittt， e x c l u d i n gr e a l t i m ed a t a ，f r o mg d as e r v e r ，a n dm a k et h e mo r g a n i z e di nt h e w a yt h ev i e ws c h e m ad e s c r i b e d a na l g o r i t h m ，u s e dt o b u i l dv i e wq u i c k l y ，i s i n t r o d u c e di nt h ep a p e r a f t e rc o n f i g u r a t i o n ，r e a l - t i m ed a t a ，w h i c hi sf r o m t r a d i t i o n a ls c a d as e r v e ra n dw r i t t e ni n t oh s d as e r v e r c a nb ea c c e s s e db y c l i e n tt h r o u g hd a t aa c c e s sa p io fh s d as e r v e r a d d i t i o n a l l y ，h s d av i e w s h o u l du p d a t ea u t o m a t i c a l l yw h e nt h ep o w e rs y s t e mm o d e lc h a n g e s t h i sp a p e r g i v e sas o l u t i o nt ot h i sp r o b l e m h s d as e r v e ri sd e v e l o p e do nt h ep l a t f o r mo fa c e t a oc o r b a ；t h u s i tc a l lp l u ga n dp l a y ( p n p ) i nh e t e r o g e n e o u ss y s t e m w h a t sm o r e ，t h ep a p e r e m p h a s i z e st h es o l u t i o no fp r o b l e m ，i n c l u d i n gc o n c u r r e n c yc o n t r o l ，s t a b i l i t ya n d c r e d i b i l i t y ，i no r d e rt oe n s u r eg o o dp e r f o r m a n c eo fh s d a s e r v e r b e s i d e st h er e s e a r c h o fh s d as e r v e r ，t h ei m p l e m e n t a t i o no fh s d a c l i e n ti sa l s on e e d e d c i mb r o w s e ri sav i s i b l ec l i e n ta c t u a l l y ，f r o mw h i c hu s e r s c a nr e a da n dw r i t ed a t av i af f i e n d l yu i ，i ta l s om a k e si te a s ya n de x p l i c i tt os e e w h e t h e rh s d as e r v e rp r o v i d e st h er i g h ts e r v i c e k e y w o r di e c6 1 9 7 0 ，c i m ，c i s ，h s d a ，o m gd a i sd a t aa c c e s s ，i e c t c 5 7 p h y s i c a lv i e w ，h s d av i e w ，g r o u p f ! ，lt 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或撰写过的科研成果。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：么：塑丝日期： ，卯一暇础 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：蝉导师签名：三墼日 期：7 , e - o j - 2 山东大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 背景 。 电力行业在国民经济中的重要性和基础性备受社会各界的关注，发电、 输电、配电、用电同时完成的自然特性，使得对电力系统的安全、稳定运行 有着非常苛刻要求，能量管理系统( e m s ：e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ) 就 是为保证电力系统安全、稳定、经济运行提供数锟采集、监视、控制和优化 的计算机软硬件系统，它主要针对发电和输电系统。新一代能量管理系统的 一个重要特点就是采用国际标准i e c6 1 9 7 0 。 i e c6 1 9 7 0 是国际电工委员会( i e c ) 负责电力系统管理及其信息交换的 相关标准的第5 7 技术委员会( t c 5 7 ) 第1 3 工作组( w g l 3 ) 专门针对新一 代e m s 及电力控制中心内外各种应用系统制定的一套标准。一个e m s 系统 内部集成了各种应用，如数据采集与监控系统( s c a d a ：s u p e r v i s o r y c o n t r o l a n dd a t aa c q u i s i t i o n ) 、自动发电控制系统( a g c ：a u t o m a t i cg e n e r a t i o n c o n t r 0 1 ) 和状态估计( s e ) 、潮流计算( p f ) 等各种电网分析应用，同时 e m s 系统还与配电管理系统( d m s ：d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) 、发电 效率管理系统( g e m ：g e n e r a t i o ne f f i c i e n c ym a n a g e m e n t ) 等外部系统之间进行 交互。这些e m s 内部以及外部应用系统往往是不同厂家，不同时期的产品， 它们之间需要通过无缝集成才能实现信息交换。传统的做法是，这些产品采 用各厂家事先约定好的私有的信息模型，并通过点对点的私有接口进行通信， 如图1 1 所示，n 种产品需要定义n 个不同的信息模型，实现点对点交换需 要有n + ( n 1 ) 种专有的应用程序接口，可见，这种方法成本高，而且实现 和维护困难。所以，迫切需要一种公开的方法来解决e m s 的以上问题。i e c 6 1 9 7 0 标准通过定义一个基于组件的应用集成架构参考模型、一个公共信息 模型( c i m ：c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e l ) 以及一组用于数据交换的标准化的 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 ) ，为能量管理系统 内外的集成提供了完美的解决方案，图1 2 展示了使用c i m c i s 平台之后各 应用之间的交互，只需要一组公共的接口就可以解决问题。 图卜1 点对点的模型交换“” 图卜2 使用公共信息模型“” i e c6 1 9 7 0 的最初草案是基于美国e p r ic c a p i 项目的成果。e p r i c c a p i 是美囡电力研究院的一个研究项目，它的基本目的是：( 1 ) 减少在e m s 中增加新的应用所需要的费用与时间；( 2 ) 保护在有效地工作的现有应用上 的投资；( 3 ) 改进在完全不同的系统之间交换信息的能力( 这些系统可以在 电力控制中心内，也可以在其外部) 。i e c6 1 9 7 0 主要包括三大部分：应用集 成架构参考模型、公共信息模型3 i c i m 和组件接口规范c i s 。c i m 是一个 抽象模型，描绘典型情况下公用电力4 , 1 k 电网运行管理所涉及的所有的主要 对象，这些对象是e m s 和电力控制中心许多应用都需要的。c i s 规定了一些 应用程序接口，应用组件可以用这些接口来促进与其它独立y t = 3 t 的应用组 件的集成，实现第三方软件的“即插即用”。针对不同类型的数据交换，c i s 提供了不同的解决方案：非实时数据交换采用通用数据访问接e 1 1 ( g d a g e n e r i cd a t aa c c e s s ) ，实时数据交换采用高速数据访问接口。4 1 ( h s d a ：h i g h s p e e dd a t aa c c e s s ) ，而对于历史数据的访问则建议使用时间序列数据访问 接口( t s d a ：t i m es e r i e sd a t aa c c e s s ) 。本文将主要研究实时数据访问接 口规范及其应用。 i e c6 1 9 7 0 系列标准正处于不断完善和发展中，但是基本内容已经稳定。 在国外，c i m 已被a b b ，a l s t o m ，s i e m e n s ，s i s c o 和i c l 等2 0 多个开发 商用于s c a d a e m s 等3 0 多种应用，n e r c ( 北美电力可靠性委员会) 、w s c c ( 美国西部系统协调委员会) 、i s o ( 国际标准化组织) 和香港中华电力等 3 0 多个电力组织企业已经接受了c i m 作为电力系统信息模型的标准在国 内，目前e m s 系统的厂商也投入很大的力量来开发能够支持c i m c i s 的新 一代调度自动化系统的平台以及相关应用。国际上已经进行了6 次基于 c i m c i s 的互操作实验；国内也已经成功举办了5 次互操作实验，正在筹备 中的第6 次互操作实验将主要集中于高速数据访问( c i s h s d a ) 接i ：i 测试 2 山东大学硕士学位论文 1 2h s d a h s d a 主要应用于需要实时数据访问的电力监控领域，如图1 3 所示。 电力系统监控分监视与控制两部分：一方面，电力系统过程仪器产生的实时 数据( 如开关开合状态量，设备运行的有功功率、无功功率、电压和频率等) ， 通过过程通信设备传给远程的s c a d a 服务器，s c a d a 服务器将收集到的实时 数据进行必要的分析处理、存储、并通过人机界面展示给操作员，从而实现 对电力系统的实时监视。另一方面，操作员通过人机界面输入命令或者更新 数据，实现对电力系统的控制，此时命令或更新数据沿着与过程数据相反方 向传递，最终到达过程仪器。对于电力控制系统而言，速度是至关重要的， 能否有效实时地传输大批量的过程数据以及控制命令关系到整个电力系统运 行的安全性。h s d a 的目的就是支持从一个e m s 到e m s 内外广泛类型客户 的大批量数据的有效实时传输。图1 3 中，s c a d a 服务器作为h s d a 服务 端，对外提供h s d a 服务，支持数据的有效实时传输。h s d a 客户端，通常 带有人机界面，通过h s d a 接口从s c a d a 服务器获取实时数据。过程通信 设备与s c a d a 之间也可以通过h s d a 接口进行通信。 图l 一3h s d a 的应用范围 由于历史的原因，不同的工业过程的s c a d a 系统已经沿着不同的路线 发展起来了。电力系统的s c a d a 是在u n i x 平台上发展起来的，而大部分 其它工业过程的s c a d a 是在w i n d o w s 平台上发展起来的。对于基于w i n d o w s 的系统，过程控制o l e ( o p c ：o l ef o rp r o c e s sc o n t r 0 1 ) 已经成为占支配地 位的标准。对于基于u n i x 的系统，对象管理组织( o m g ：0 b j e c tm a n a g e m e n t g r o u p ) 开发了从工业系统访问数据的应用程序接1 2 1 规范 6 1 ( d a i s ：d a t a a c q u i s i t i o nf r o mi n d u s t r i a ls y s t e m ) 。d a i s 以o p c 为基础，得益于o p c 的 成功。h s d a 引用o m g d a i s ，主要是其中的数据访问( d a t a a c c e s s ) 部分。 o m gd a i sd a t aa c c e s s ( 下文简称为d a i sd a ) 主要有两类接口：浏览 接口和数据访问接口。其中，浏览接口用于挖掘d a i s 服务器所支持的工业 过程对象及其性质，这些对象及其性质以层次结构进行组织和命名。数据访 问接口用于访问工业过程对象性质的值( 通常是实时数据) 。o m gd a i s 之 所以支持高速数据访问，在于其数据访问接口采用了订单机制，可以快速地f 在服务器和客户端内存空间中定位数掘变量。除了一般的请求应答数据交换i 模式的a p i ，订单还支持订阅，客户可以向服务器订阅自己关心的数据，只 有当数据可得或者更新的时候，服务器才会将相关的数据传给客户，即达到 了实时访问的效果，又可以避免传输不必要的数据。 1 3 主要研究内容 本论文研究h s d a 规范及其应用，重点在于h s d a 服务层，即h s d a 服 务器的研究及实现。一般而言，h s d a 服务器是一个提供h s d a 服务的 s c a d a 服务器。传统的s c a d a 服务器并不支持h s d a 服务，但是经过多年 的考验与测试，它已经非常成熟，遵循e p r i “保护在有效地工作的现有应用 上的投资”的原则，对于传统的s c a d a 服务器，可以采用加装封套的方式 ( 如图1 4 所示) 以支持h s d a 服务。而基于c i m 模型的s c a d a 服务器， h s d a 服务可作为其标准组成部分( 如图l 一3 所示) 。图1 - 4 中，转换器将 传统s c a d a 的a p i 转换成h s d a ，并且作为h s d a 客户端与h s d a 服务器 进行实时数据交换。此时，h s d a 服务器只是一个提供h s d a 服务的e m s 服务器，不具备s c a d a 功能，在电力控制系统中它主要扮演着实时数据发 布者的角色。从某种意义上说，该h s d a 服务器是一个狭义的概念，而图1 4 虚框范围所示的是一个广义的h s d a 服务器，等效于图1 3 中基于c i m 的 s c a d a 服务器。如果没有特别说明，下文所指就是狭义的h s d a 服务器。 4 侍 克s c a d a 转扫 器 h s d a 访1 司层 h s d a 服务层 i - - i s i d ah 匪务器 ih s d a 服务层 图卜4 传统s c a d a 服务器的h s d a 服务封套 山东大学硕七学位论文 图1 5 展示了h s d a 服务器系统结构示意。在内部，h s d a 服务器遵循 i e c6 1 9 7 0c i m ，服务器内所有c i m 对象及其性质( 包括属性和关联) 通过 一个或多个包容性层次结构一一h s d a 视图，来组织和命名。对外，h s d a 服务器提供h s d a 服务，即d a i sd a 服务，其中的浏览服务用于展示h s d a 视图，而数掘交换服务则用于在h s d a 服务器与客户之间交换h s d a 视图所 展示的c i m 对象性质值。另外，h s d a 服务器通过g d a 接口与g d a 服务器 ( 提供g d a 服务的e m s 服务器) 交互，从中获取当前的电网模型，并且根 据由“h s d a 视图模式x m l 文件”导入的视图模式，对电网模型中的c i m 对象及其性质进行组织命名，从而完成h s d a 视图配置。h s d a 视图是h s d a 服务器的关键，本文第二章将重点对它进行研究，第三章将介绍h s d a 服务 器信息模型的设计，第四章研究h s d a 服务器的d a i s 接口及其实现；第五 章就h s d a 服务器的视图配置以及更新问题展开讨论。 h s d a 服务器 c o r b a组件执行系统 弋夕弋夕 匿h s 谲弱萱i sd a r1f 言d x 一? 客户端g d a 服务器 图卜5h s d a 服务器系统结构示意图 论文第六章将重点讨论h s d a 服务器实现“即插即用”的组件化问题， 以及作为服务器必须考虑的并发处理问题，稳定性和健壮性问题。 论文第七章将简单介绍h s d a 客户端一一c i m 浏览器。 作为e m s 的高速数据访问接口，h s d a 的数据交换性能备受关注，论文 第八章给出了h s d a 服务器的h s d a 服务性能测试结果。 第2 章h s d a 视图研究 h s d a 视图是h s d a 服务比较关键的部分。h s d a 服务器内的电力系统 资源以h s d a 视图的形式组织，高速数据访问也是直接面向h s d a 视图，访 闯视图所展示的资源。h s d a 视图基于o m gd a i sd a 层次结构，同时，由 于它展示的是电力系统的特定业务数据，与c i m 和i e c t c 5 7 视图存在着密 切的关联。在明确定义h s d a 视图之前，本章先对d a i sd a 层次结构、c i m 和i e c t c 5 7 物理视图展开研究。 2 1d a i sd a 层次结构( d a i s 视图) 在o m gd a i sd a 中，现实世界的对象被表示成“节点( n o d e ) ”，对 象性质表示成“项( i t e m ) ”，对象的元数据( 包括对象属于哪种类型、有 哪些属性和关联等信息) 在d a i s 中统一用“类型( t y p e ) ”和属于类型的 “性质( p r o p e r t y ) ”来描述。图2 1 展示了o m gd a i sd a 信息模型。 图2 - 1d a i sd a t aa c c e s s 服务器信息模型”1 节点类( n o d e ) 、项类( i t e m ) 和节点项组合类( n o d e i t e m c o m p o n e n t ) 的设计采用c o m p o s i t e 模式i ls l ，如图2 1 的上半部分所示，由此很方便地将 节点对象( 下文中简称为节点) 、项对象( 下文中简称为项) 组合成树形( 层 次) 结构，我们也称之为d a i s 视图。在这棵树中，节点可以包含子节点或 和项，项相当于树叶不能再延伸。节点、项之间并不是任意组合，它们的模 式用由类型( t y p e ) 对象和性质( p r o p e r t y ) 对象组成的另一层次结构描绘， 6 山东大学硕十学位论文 7ypei：a：；兰，。，。|n。6ea：1：兰，。，l；tiy；pie量a)，。， ： i n 。d 日c 1 ct p y r o p p e e c ) 。 ii i t e m 0 2 ( n y o ) c 第一层) ( 第：层) ( 第三层) ( 第二层) 圈2 - 3d a i s 视图模式类型自包含 + 所有类型、性质、节点、项在d a i s 视图中都是唯一的，它们的标识方 式如表2 1 所示。要求在d a i s 视图中，这些标识符都能唯一地确定一个资 源。 表2 1 视图资源的标识方式 资源标识方式 模式类型 t y p c l d 模式性质 p r o p e r t y l d 节点 r e s o u r e e i d 、p a t h h a m e 项i t e m i d ( 所属节点对象的r e s o u r c e l d 和所对应的模式性质对 象的p r o p e r t y l d 的组合) 、p a t h n a m e 字，它包含了两个l o n gl o n g 类型的成员c o n t a i n e r 和f r a g m e n t ，对任何一个给定 的资源，仅有一个相关的资源i d 。t y g e t d 和p r o p e r t y l d 是d a i s 中定义的 r e s o u r c e l d 的别名。 ae p y t b c e - e p l p y y t t a l l 卜 e py t 在d a i s 服务器中，表示同一工业过程对象的节点具有相同的资源i d ， 而节点的资源i d 在d a i s 视图范围内又是唯一的，因此，一个工业过程对象， 在d a i s 视图范围内，只能通过一个节点来展示，它的位置是唯一确定的， 向上最多只能与一个其它工业过程对象关联。换句话说，d a i s 视图是一种 包容性层次结构，要求上下层对象的类型之间满足图2 - 4 所示的关系。 上层炎 下层类 、 亡二= = 0 10 一n 卜二j 圈2 4 d a i s 视图上、下层类的关联 节点和项的路径名( p a t h n a m e ) 分别标识节点和项在层次结构中的位置， 它们可以在d a i s 服务器范围内，唯一确定节点或项。所谓路径名就是从一 个节点或项一直到层次结构的根，该路径中所有节点和项的标签的串接( 串 接方式可以随意) ，类似于文件的路径名。节点和项标签的命名遵循o p c 和 i e c6 1 3 4 6 1 ：同一节点下的所有子节点不允许有相同标签；项采用与它相关 的模式性质的标签，由于同一节点的项与不同的模式性质相关，而不同的模 式性质不会重名，由此保证同一节点所有项命名的唯一性。图2 - 5 给出了一 个很好的例子来说明标签和路径名。 8 圈2 - 5 一个标签、路径名的例子【6 山东大学硕士学位论文 注；图中，从根节点到量澳9 类型的节点对象p 下的项对象u n j t ( 即j a b e i = u n i t ) ， 先后路经节点对象c o b d e n ( 即l a b e l = c o b d e n ) 、g 1 ( 即l a b e l = g 1 ) ，p ( 即i a b e i = p ) ，如果用“”作为路径名中各标签的日j 隔符，项对象u n i t 的 路径名可以写成：r o o t c o b d e n g 1 p u n i t 。 工业过程的数据是不断变化的，一个视图项( 即c i m 对象的性质，包括 属性和关联) 在不同时刻可以有不同取值( i t e mv a l u e s ) ，在d a i s 服务器上 只保留项的最新取值c a c h e v a l u e ，并打上时问戳表示取值的时间。质量码用 于标识当前项取值的可靠性，因为在分布式控制系统中，远程设备通信失败 等原因有可能使得项取值获取失败，这种情况下获取的数据是不可靠的。取 值( v a l u e ) 、时标( t i m e s t a m p ) 和质量码( q u a l i t y ) 是项的三个重要属性。 2 2c i m c i m 是一个抽象模型，它描绘了典型情况下公用电力企业中电网运行管 理所涉及的所有主要对象( 如厂站、变压器、发电机等) 。这一模型包含对 象的类和属性，以及类之间的关系1 3 】。 电力系统完整的c i m 的规模较大，涉及输电、配电的各个方面，其中与 h s d a 相关的主要有：命名类、电力系统资源类、电力系统设备模型、量测 模型等。模型是抽象的东西，为了便于理解，附录a 中对电网进行了简单介 绍以供参考。 命名类n a m i n g 为c i m 中所有需要命名属性的类提供公共的命名属性， 包括：名字( n a m e ) 、路径名( p a t h n a m e ) 、别名( a l i a s n a m e ) 、描述( d e s c r i p t i o n ) 和主资源标识m r i d 。 电力系统资源包括电力系统中的设备( 如发电机) ，设备容器( 如变电 所) ，以及组织性的实体( 如公司) 。电力系统资源类( p o w s e r s y s t e m r e s o u r c e ) 是所有电力系统资源的基类，它是i e c6 1 9 7 0c i m 的核心类，所有描述具体 电力系统资源对象的类都直接或间接地继承自该类。电力系统资源类继承自 命名类，因此所有的电力系统资源都可以被命名。 电力系统设备模型描述了电力系统中的各种设备、设备容器及它们之间 的关系。电力系统设备在c i m 中被建模成不同的设备类。如图2 - 6 所示，最 一般化的设备类e q u i p m e n t 继承自电力系统资源类，同时它又被五个更具体 的设备类继承，它们分别是导电设备类( c o n d u c t i n g e q u i p m e n t ) 、保护设备 类( p r o t e c t i o ne q u i p m e n t ) 、发电机类( g e n e r a t i n g u n i t ) 、热交换机类 ( h e a t e x c h a n g e r ) 和变压器类( p o w s e r t r a n s f o r m e r ) 。其中导电设备类又可 9 以进一步具体化为更加具体的设备类，如：接地隔离开关类( g r o u n d d i s c o n n e c t o r ) 、隔离开关类( d i s c o n n e c t o r ) 、交流线段类( a c l i n e s e g m e n t ) 、 母线段类( b u s b a r s e c t i o n ) 、同步机类( s y n c h r o n o u s m a c h i n e ) 、断路器类 ( b r e a k e r ) 等。 图2 - 6c i m 中电力系统设备模型的u m l 视图【3 j c i m 中还使用了“设备容器”的概念。设备容器表示了组织和命名通常 、 在变电所内或变电所之间存在的设备的方法( 变电所之间的设备，如连接两 个电压等级的交流线段) ，如图2 7 所示。 1 0 + c o m p o o l t e s w t c h + 8 w t c r _ 图2 - 7c i m 中设备容器模型的u m l 视图【3 】 。 c i m 中有四类设备容器：变电所类( s u b s t a t i o n ) ，电压等级类 山东大学硕十学位论文 ( v o l t a g e l e v e l ) 、间隔类( b a y ) 和组合开关类( c o m p o s i t e s w i t e h ) 。逡些 设备容器对象通过聚集关系1 3 可以包容若干电力系统设备对象，不仅如此， 设备容器对象也可能包容其它设备容器对象，比如，变电所类对象可以包容 若干个电压等级类对象和或若干间隔类对象；电压等级类对象可以包容若干 间隔类对象。这种包容层次，即设备层次，从物理的角度将设备对象组织起 来，对象在层次中的位置可用于命名对象的n a m i n g p a t h n a m e 属性。c i m 所 定义的设备、设备容器之间的包容结构非常灵活，比如：现实世界中开关间 隔内的断路器，在建模时，该断路器对象既可以属于开关间隔对象，也可以 属于开关| 日j 隔对象所属的电压等级对象，甚至还可以直接属于变电所对象。 电力系统资源，包括设备、设备容器、公司等，通常都有描述其状态的 过程变量，在c i m 中用“量测( m e a s u r e m e n t ) ”描绘，例如：变电所的温 度，变压器的油温以及燃油箱的压力，开关间隔的有功功率、电流、电压， 断路器的开合位置等。量测的值用m e a s u r e m e n t v a l u e 描绘。这些量测值是动 ， 态变化的，也就是h s d a 所关心的实时数据，c i m 的量测模型描述了应用问 交换的动态量测数据的各种实体。图2 8 展示了c i m 量测模型的u m l 视图。 一个电力系统资源可以有0 个到多个与之关联的量测对象。电力系统资源可 以直接与量测相关，或通过它( 仅指导电设备) 的端点( t e r m i n a l ) 与量测 相关。前者所指的量测一般与电网连接无关，如温度、重量、大小。后者与 电网的连接有关，如有功功率潮流、电压、电流等。 图2 - 8c i m 量测模型的u m l 视图1 3 1 每个量测可以有一个或多个量测值( l e a s u r e m e n t v a l u e ) ，一个量测的 各量测值可以源于不同的量测值源( m e a s u r e m e n t v a l u e s o u r c e ) ，如从当地 s c a d a 系统接收的遥测值、运行人员输入的值等。量测都有所属的量测类型 ( m e a s u r em e n t t y p e ) ，表示该量测是频率、温度、或功率等。有关量测模 型的其它信息不再介绍。 2 3i e c t c 5 7 视图 i e c6 1 9 7 0 的c i s 部分定义了e m s 各个应用可以使用的一些通用的a p i 。 标准的组件执行系统，如微软的组件对象模型( c o m ) 、o m g 的公共对象 请求代理体系结构( c o r b a ) 、或者w e b 服务等都提供了一些机制供组件 用来宣布有关它们所提供和消费的公用性质和方法的类型信息。使用这些技 术，组件可以发布自己接口的元数据。如果组件希望与系统自由地连接，那 么它们可以挖掘系统组件接口的元数据以确定如何与系统组件交互。这一层 次的接口声明和发现提供了构造“即插即用”基础结构的一个关键部分。 但是，以上技术不能支持更紧密地实现“即插即用”所需的个元素： 业务对象元数据。知道组件接口类型信息是有用的，知道组件支持什么特殊 的业务对象也是有用的。宣布和发现独立的业务对象元数据结合公共信息模 型