（电路与系统专业论文）模式驱动方法构建电力应用软件的体系框架设计[电路与系统专业优秀论文].pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 在传统的能量管理系统( e n e r g y m a n a g e m e n ts y s t e m ，简称e m s ) 设计中， 各种电力应用软件与s c a d a 系统捆绑在一起，高度耦合，随着电力市场的发 展和应用需求的增加使得应用系统的开放性越来越迫切。如何借助标准化技 术，将电力应用软件从s c a d a 系统中拆分出来，是目前国内外e m s 研究的 热点。 新一代e m s 的一个重要特点就是采用i e c6 1 9 7 0 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。 基于i e c6 1 9 7 0 标准研究电力应用软件框架是电力系统应用软件开发中的 一个崭新的课题。个健壮的电力应用软件体系框架隐藏了电力系统中不同厂 家、不同用途软件之间信息模型、网络连接方面的差异，设计人员不用重新创 建和管理一堆标准的应用程序代码，而是站在“巨人的肩膀上”，从一个比较 高的起点编程。 依据i e c6 1 9 7 0c i m c i s 模式标准，借助面向对象技术和经典的设计模式， 利用c o r b a 、a c e 等软件开发工具包，效仿v c + + 6 0 中的a p p w i z a r d 程序代 码生成器，本文为电力应用软件开发人员设计一套产生可复用软件框架体系的 方法。开发人员依据具体的功能需求，通过s c h e m a e d i t o r 模式编辑器扩展和补 充c i m 模式，再通过框架生成器产生可移植的应用程序代码，之后将符合标 准的应用功能软件包添加到框架当中，补充相应的消息处理函数，即可完成特 定功能的电力应用软件的开发。 模式驱动方法构建电力应用软件框架体系这种信息模型标准化、应用功能 解耦的开放式电力系统应用软件开发平台将为电力系统信息化的发展带来深 远的影响。 关键词：能量管理系统( e m s ) ；c i m ；c i s ；模式；框架； 山东人学硕十学位论文 s c h e m ad r l v em e t h o db u i l dp o w e rs y s t e m a p p l i c a t i o ns o f t w a r ef r a m e w o r k a b s t r a c t i nt r a d i t i o n a le n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ( e m s ) d e s i g n a t i o n ，t h ea d v a n c e a p p l i c a t i o ns o f t w a r ea l w a y sh i g h l yc o m p e dw i t hs u p e r v i s i o nc o n t r o la n dd a t a a c q u i s i t i o n ( s c a d a ) w i t ht h ed e v e l o p m e n to fp o w e rm a r k e ta n dt h ei n c r e a s e d r e q u i r e m e n t f o ra d v a n c e da p p l i c a t i o n ，am o r e o p e n a r c h i t e c t u r e s y s t e m i s d e m a n d e d t h e r e f o r e ，d e c o u p l i n gt h ea p p l i c a t i o ns o f t w a r ef r o ms c a d af o l l o w i n g t h es t a n d a r dt e c h n o l o g yi sat r e n do fe m sr e s e a r c hw o r l dw i d e l y f o l l o w i n gs t a n d a r di e c6 1 9 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 de 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 c6 1 9 7 0p r o v i d e sap e r f e c ts o l u t i o n t 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 nm 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 ) i t san e w n e s si s s u eo ft h er e s e a r c hi np o w e rs y s t e ma p p l i c a t i o ns o f t w a r e s f r a m e w o r kb a s eo nt h es t a n d a t di e c6 1 9 7 0 ar o b u s tf r a m e w o r kc a nb eh i d et h e d i f f e r e n c ei ni n f o r m a t i o nm o d e lo rn e tc o n n e c t i v i t yb e t w e e nd i f f e r e n ts o f t w a r e ， t h ed e v e l o p e rd o n tn e e dt oc a r el o t so fs t a n d a r dc o d e sa n ds t a n do ng a i n ts h o u l d e r t op r o g r a m m e a c c o d i n gt os t a n d a r di e c6 1 9 7 0 ，f o l l o w i n gb yo b j e c to r i e n t e dt e c h n o l o g y a n dd e s i g np a r t t e n ，u s i n gc o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ( c o r b a ) a n da d a p t i v ec o m m u n i c a t i o ne n v i r o n m e n t ( a c e ) s o f t w a r ep a c k a g e ，l i k et h e a p p w i z a r di nv c + + 6 0 ，t h i st h e s i sp r o v i d ear e u s a b l es o f r w a r ef r a m e w o r kt ot h e d e v e l o p e r b ye d i t o re x p a n dc i ms c h e m a ，g e n e r a t es t a n d a r dc o d e sf r o m f r a m e w o r kg e n e r a t o r ，a p p e n dm e s s a g ef u n c t i o na n da p p l i c i a t i o ns o f t w a r ep a c k a g e ， t h ea p p l i c i a t i o ns o f t w a r ew i l lb ef i n i s h e d f r a m e w o r k d e s i g nb y s c h e m ai n p o w e rs y s t e ma p p l i c i a t i o n s o f t w a r e d e v e l o p m e n tm a k e t h ei n f o r m a t i o nm o d e ls t a n d a r d i z a t i o na n d a p p l i c i t a t i o n f u n c t i o nd e c o u p l i n g ，w h i c hw i l ll e a dm o r ei n f l u e n c ei np o w e rs y s t e mi n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y 。sd e v e l o p m e n t k e y w o r d s ：e m s ：i e c6 1 9 7 0 ；c i m ；c i s ；s c h e m a ：f r a m e w o r k ： 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：量起 日期：至盈，1 9 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：墓盔垂导师签名：主墨髫日期：垣丑上。口 山东大学硕士学位论文 第l 章绪论 1 1 研究背景 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 非常苛刻的要求。能量管理系统就是为保证电力系统安全、稳定、经济运行而 提供数据采集、监视、控制和优化的计算机软硬件系统。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，它主要包括三大部分：应 用集成架构参考模型、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 ，简称c i m ) 和组件借口规范( 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 ) 。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 la 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软件，随 着计算机技术和现代通信技术的飞速发展，这些电力自动化应用软件系统正在 掀起网络化、组件化的浪潮。电力系统公共信息模型为电力应用软件的开发提 供了一个信息模型的基准，组件接口规范为利用公共信息模型定义的模式进行 相互之间的数据通信提供了可用的方式。 面向对象、设计模式是重要的软件复用技术，将这些技术应用于电力应用 软件开发中，不但带来了代码复用，更重要的是带来了高层次的设计复用，从 根本上解决电力软件重复理解重复设计的问题，大大提高了软件质量。 1 2 电力应用软件的开发现状 随着电力工业的发展，新的应用功能不断涌现，一些新的功能模块如动态 稳定分析( d s a ) 、电压稳定分析( v s a ) 、传输能力估计( t r a c e ) 等需要集成到现 有的e m s 系统中。大多数电力公司面临升级新系统的问题时，都努力使老系 统集成入新系统中，而且新系统应具有足够的开放性和可扩展性以方便在未来 灵活集成入新应用模块。无论是建设开放的、可扩展的e m s 集成框架还是“插 件式”的e m s 应用模块，电力应用软件的开发都将面临如下问题： 山东大学硕士学位论文 数据模型无法共享。在以前的应用系统开发设计中，电力对象在应用中 建模，如何描述电力系统取决于将要开发的特殊应用。当要求发展时，所设计 的数据结构可能要做频繁的更改，而一些基础的修改可能会扩散到所有的开发 模块，导致了系统扩展性较差。对于大型软件系统，这种建模方法往往会导致 灾难性的后果，系统变得难以管理和维护，甚至必须重新设计。 数据访问不一致。e m s 集成框架是一集成的l t 系统，包含有数据库、 数据显示、系统管理以及开发模块等，由于以前各个应用系统采用独立的设计 模式，不同的供应商有自己一套专门的数据模型，平台是专用的，极大地限制 了应用系统的更新和扩展。 1 3 模式驱动的涵义 i e c 第5 7 技术委员会( i e ct c 5 7 ) 第1 3 工作组( w g l 3 ) 负责制定与e m s 专业相关的公共信息模型c i m 和组件接口规范c i s 标准【1 】- 【3 】，其标准系列 为i e c6 1 9 7 0 系列，其目的是使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，降低系统集成成本和保护用户资源。 在c i m 和c i s 基础上开发一个电力应用软件的基本内容包括： ( 1 )确定应用软件的模式，定义需要使用的c 1 m 类、属性和关联； ( 2 )根据已定义的模式，获取对象数据； ( 3 )针对对象数据进行分析处理，获取分析结果； ( 4 ) 将结果通过标准接口发布。 上述过程中除( 3 ) 之外，每个应用几乎都相同，这使得构建一个处理框架成 为可能。可以依据应用软件模式的定义，用代码生成的方式将( 1 ) 、( 2 ) 、( 4 ) 涉 及的代码根据模式生成出来。而针对( 3 ) 部分的处理，可以在生成类的时候预留 处理挂钩( h o o k ) ，从而使得基于模式驱动方法构建电力应用软件成为一个体 系框架，再在框架中增加工厂式创建对象的接口，最终使应用软件开发者只需 要将特定的挂钩函数实现，再完成分析功能就获得一个完整的基于c i m 和c i s 的应用软件。 1 4 本文所作的工作 2 0 0 4 年以来，广东电网公司与山东大学威海分校电子系统实验所签署合 作协议一一公共信息模型( c i m ) 研究。山东大学威海分校电子系统实验 所基于国际标准，开发了包括捆绑g d a 服务在内的c 1 m s e r v e r 服务器，独立 2 山东大学硕士学位论文 的h s d a 服务器，e f c c i m 模型公共库，模式编辑器等一系列相关产品，并 在此基础上先后完成了国家第五次、第六次互操作测试。这为本文的研究提供 了重要的条件。 本文就是在上述成果的基础上，探讨电力应用软件的体系框架，设计并实 现一种利用模式驱动方式来生成电力应用软件框架的方法，并在此基础上完成 电力行业p a s 软件中的网络拓扑分析、潮流分析功能。 本文包括如下的几个部分；首先介绍了i e c6 1 9 7 0 国际标准，包括公共信 息模型和组件接口规范；之后重点探讨电力应用软件体系框架以及如何应用模 式驱动的方式生成软件框架，其中元模式扩展和模式扩展是论文的精髓；在论 文的第四章、第五章以拓扑分析和潮流计算为实例，探讨模式驱动方式构建电 力应用软件的实用性；最后通过对西门子1 0 0 母线模型和i e e e1 4 节点模型的 实测分析来验证所开发网络拓扑功能和潮流分析功能的正确性。 3 山东人学硕十学位论文 第2 章i e c6 1 9 7 0 标准 i e c6 1 9 7 0 标准的核心内容由公共信息模型c 1 m 和组件接口规范c i s 组 成。其中，公共信息模型是一个抽象模型，它表示包含在企业运行中的电力企 业的所有主要对象，通过提供一种用对象、类和属性及它们之间的关系来表示 电力系统资源的标准方法，c i m 方便的实现不同生产厂商独立开发能量管理系 统应用的集成，多个独立开发的完整e m s 系统之间的集成，以及e m s 系统和 其它涉及电力系统运行的不同方面的系统，例如发电或配电管理系统之间的集 成。组件接口规范规定组件( 或应用程序) 为了能够以一种标准方式与其它的组 件( 或应用程序) 交换信息和访问公开数据而应该实现的各种接口。 2 1c i m c i m 是整个e m s a p i 框架的重要基础，规定了e m s a p i 的语义部分。c i m 是一个抽象模型，采用可视化的面向对象的建模语言u m l ( u n i f i e dm o d e l i n g l a n g u a g e ) 来设计，c i m 对主要的电网设备和相关对象进行了建模，包含这些 对象的公共类和属性，以及它们之问的关系。i e c t c 5 7 的第1 4 工作组( w g l 4 ) 在系列标准i e c6 1 9 6 8 中扩展了c i m ，面向配网应用增加了一些信息模型，主 要包括：资产管理、工作管理、建设管理、配网管理、地理信息系统、停运管 理等，从而使c i m 模型进一步的完善，几乎涵盖了电力企业中的所有对象。 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的介绍。 2 1 1c i m 包 c i m 划分成一组包，包是对相关模型元素进行分组的通用方式。综合的 c i m 划分为不同的包，各包在分组处理为单独的标准文档。i e c6 1 9 7 0 包含的 包如下： 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 n d v 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 a s 。 4 山东大学硕十学位论文 停运包o u t a g e 。 电力生成包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 。 i e c6 1 9 6 8 含有的包如下： 资产包a s s e t 。 用户包c o n s u m e r 。 核心2 包c o r e 2 配电包d i s t i r b u t i o n 文件包d o c u m e n t a t i o n 。 一个应用可以使用来自几个包的c i m 实体，下面简要介绍与本文相关的 i e c6 1 9 7 0 。3 0 1 1 l 所涉及的c 1 m 模式包。 2 1 1 1 核心包c o r e 核心包c o r e 包括所有应用共享的、核心的命名类n a m i n g ，电力系统资源 类p o w e r s y s t e m r e s o u r c e 、设备容器类e q u i p m e n t c 彻t a i n e r 和导电设备类 c o n d u c “n g e q u i p m e n t 诸实体，以及那些实体的常用集合。并不是所有的应用 都需要所有的核心实体。这个包不依赖于任何其它的包，而大多数其它的包 都依赖于本包的关联和一般化。 2 1 1 2 拓扑包t o p o l o g y 拓扑包t o p o l o g y 是核心包的扩展，以与端点类t e r m i n a l 的关联为连接关 系建立模型，而连接关系是设备连接在一起的物理定义。此外，它还为拓扑关 系建立模型，拓扑关系是设备通过闭合的开关连接在一起的逻辑定义。拓扑关 系的确定与其它电子特性无关。 2 1 1 3 电线包w i r e s 电线包w i r e s 是核心包c o r e 和拓扑包t o p o l o g y 的扩展，它建立了输电网 和配电网电气特性的信息模型。该包用于网络的应用软件，例如状态估计、潮 流及最优潮流。 2 1 1 4 停运包o u t a g e 5 山东大学硕士学位论文 这个包是核心包c o r e 和电线包w i r e s 的扩展，它建立了当前网络接线及 计划网络接线的信息模型。这些实体在典型网络应用中是可选的。 2 1 1 5 保护包p r o t e c t i o n 这个包是核心包c o r e 和电线包w i r e s 的扩展，它建立了保护设备，例如 继电器的信息模型。这些实体用于各培训仿真程序和配电网故障定位应用。 2 1 1 6 量测包m e a s 量测包m e a s 包含描述应用间交换的动态量测数据的各种实体。 2 1 1 7 负荷模型包l o a d m o d e l 负荷模型包负责用曲线及相关的曲线数据来建立电力用户模型及系统负 荷模型。这里还包括影响负荷的特殊情况，如季节与日类型。这些信息由负荷 预测和负荷管理应用程序使用。 2 1 1 8 发电包g e n e r a t i o n 发电包g e n e r a t i o n 分成两个子包：电力生产包p r o d u c t i o n 和发电动态包 g e n e r a t i o n d y n a m i c s 电力生产包提供了各种类型发电机的模型。它还建立了电力生产成本计算 信息的模型，用于在提交机组间按经济分配需量和用于计算备用量。这一信息 用于水电和火电机组的机组组合和水电和火电机组的经济调度、负荷预测以及 自动发电控制应用。 发电动态包提供原动机，例如涡轮机和锅炉的模型，这些模型处于仿真和 教学目的需要。 2 1 1 9 域包d o m a i n 域包d o m a i n 是定义属性的数据类型，这些数据类型可以由其它任何包中 的任何类使用。 此包包含基本数据类型的定义，包括计算单位和允许值。每一种数据类型 包含一个量测属性和一个可选的计量单位，该计量单位被规定为一个静态变 量，并以其文字描述进行初始化。 2 1 2c i m 类 电力系统完整的c i m 规模较大，涉及输电、配电的各个方面，其中与论 6 山东大学硕士学位论文 文密切相关的主要有：命名类、电力系统资源类、电力系统设备模型、量测模 型、拓扑模型等。 2 1 2 1 命名类n a m i n g 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服务。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 。 2 1 2 2 电力系统资源 电力系统资源( p o w s e r s y s t e m r e s o u r c e ) 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。 2 1 2 3 电力系统设备 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 - 1 所示： 图2 1c i m 中电力系统设备模型的u m l 视图 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 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 “n e s e g m e n t ) 、 7 山东大学硕士学位论文 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。 2 1 2 4 设备容器 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 一个变电所内存在的设备的方法，c i m 中设备容器的u m l 视图如图2 2 所示。 + g o m p o s i t e s w l t c h + s w i t c h e s 图2 2c i m 中设备容器模型的u m l 视图 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 ( 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 c h ) 。这些 设备容器对象通过聚集关系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：现实世界中开关问隔内的断路器， 8 山东大学硕士学位论文 在建模时，该断路器对象既可以属于开关间隔对象，也可以属于开关间隔对象 所属的电压等级对象，甚至还可以直接属于变电所对象。 2 1 2 5 量测 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，c i m 的量测模型描述了应用间交换的动态量测数据的各种实体。图2 3 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 3c i m 量测模型的u m l 视图 每个量测可以有一个或多个量测值( m 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 f e m e n t t y p e ) ，表示该量测是频率、温度、或功率等。 2 1 2 6 拓扑模型 拓扑模型主要包括端点类( t e r m i n a l ) 、连接节点类( c o n n e c t i v i t y n o d e ) 、 曹 山东大学硕十学位论文 拓扑节点类( t o p o l o g i c a l n o d e ) 、拓扑岛类( t o p o l o g i c a l i s l a n d ) 。网络的拓 扑分析就是根据开关、刀闸的状态将所有端点( t e r m i f i a l ) 指向的连接节点 ( c o n n e c t i v i t y n o d e ) 合并成一个逻辑节点( t o p o l o g i c a l n o d e ) ，然后再通过 线路、变压器的端点把它们对应的连接节点的逻辑节点并入一个拓扑岛 ( t o p o l o g i c a l i s l a n d ) 。图2 4 是拓扑模型的u m l 视图。 2 2c i s 图2 - 4c i m 拓扑模型的u m l 视图 c i s 规定组件( 或应用程序) 为了能够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。当前c i s 标 准规定了d a f ( 数据访问设旌) 、g d a ( 通用数据访问接口) 、h s d a ( 高速 数据访问接口) 、t s d a ( 时序数据访问接口) 中的所有接口服务，包括近1 0 0 个方法。其中，d a f 定义了数据读取访问的简单接口，g d a 扩展了写接口和 1 0 山东大学硕士学位论文 条件查询，h s d a 支持从e m s 到e m s 或e m s 之外的客户端实时、高效地传 递大量数据，t s d a 支持对于时间序列数据的处理：这些c i s 服务与c i m 数据 库结合，构成了不同组件间相互通讯、协调与控制的软总线。 2 2 1d a f 数据访问设施( d a t a a c c e s sf a c i l i t y ，简称d a f ) 是o m g 发布的国际标准。 它构成了i e c6 1 9 7 0 第4 0 2 部分的主要内容【3 1 。其目标是提高e m s 应用与其它 系统、应用的协同工作能力。该规范为不同的供应商提供了一种使用公共应用 程序接口( a p i ) 和公共服务的机制。d a f 的设计理念在于为现在或者将来的应 用提供一个简单易用的a p i 。 2 2 1 1d a f i d e n t i f i e r s ：r e s o u r c e l d s e r v i c e 接口 该接口主要提供资源标识( r e s o u r c e l d ) 和统一资源标识( u n i f o r mr e s o u r c e i d e n t i f i e r ，简称u r i ) 相互转化的服务。定义的方法如下： g e t r e s o u r c e i d s 这一操作接受一个u r i 引用序列并返回对应的资源标识符序列。 g e t u r i s 这一操作接受一个资源标识符序列并返回对应的u r i 引用序列。 2 2 1 2d a f q u e r y ：r e s o u r c e q u e r y s e r v i c e 接口 该接口是d a f 的核心部分，主要提供基本的资源查询服务。提供方法如 下： g e t _ v a l u e 这一查询请求由资源标识符给定的单个资源的一个资源描述。 g e t e x t e n t v a l u e s 这一查询请求一个给定类的每一个资源的描述，即该类范围及每一个成员 的描述。 g e t c h i l d v a l u e s ( ) 这一查询请求与给定父资源关联的每一个资源的一个描述。父资源用一个 r e s o u r c e l d 指定，而关联由一个a s s o c i a t i o n 结构指定。 g e t d e s c e n d e n t v a l u e s 设计这个复杂的查询是为了支持一种常见的使用情况，并允许数据提供者 山东大学硕十学位论文 优化它。它等价与重复应用g e t c h i l d v a l u e s ( ) 查询。这个查询请求与一个给定 父资源关联( 通过2 个关联链给出) 的每一个资源的描述。父资源用一个 r e s o u r c e l d 指定，而关联链由一个a s s o c i a t i o n 结构指定。 2 2 1 3d a f e v e n t s ：r e s o u r c e e v e n t s o u r c e 接口 服务端在数据变化后，利用c o r b a 提供的事件服务，向连入事件通道的 所有客户发出数据己更新的事件通知。该接口主要供用户连入c o r b a 提供的 事件通道。提供如下方法： o b t a i n p u s h s u p p l i e r 此操作被客户用来在资源变化的事件将被发布时，连接一个p u s h c o n s n m e r 到一个数据提供者。该方法用于将用户连入事件通道，以接受服务器的更新事 件通知。 c u r r e n t v e r s i o n 这一操作通过资源查询服务返回一个随着每个可见数据的变化而变化的 整数。客户使用此操作检测数据的并发冲突。客户可以在一系列查询的开始和 结束时查询当前的数据版本。如果版本相同则查询结果是自协调的 ( s e l f c o n s i s t e n t ) 。 2 2 2g d a d a f 只定义了数据读取访问的简单接口，不能完全满足即插即用的应用软 件的需要。i e c6 1 9 7 0 第4 0 3 部分【4 l ：通用数据访问( g e n e r i cd a t aa c c e s s ，简 称g d a ) ，对标准的第4 0 2 部分进行了一定的扩展。加入了写接口和条件查询， 进一步满足了实际应用的需求。 2 2 ，2 1g d a f i l t e r e d q u e r y ：f i l t e r e d r e s o u r c e q u e r y s e r v i c e 接口 该接口中的每个方法相对于d a f q u e r y ：r e s o u r c e q u e r y s e r v i c e 接口的方法 都增加了一个过滤器参数，用来对查询结果进行过滤。提供如下方法： g e t f i l t e r e d e x t e n t v a l u e s 这个查询为一个给定类的每个资源请求一个描述，也就是说，为这个类的 外延集合中的每个成员请求一个描述。这个类通过它的c i a s s l d 给出，这是一 个资源标识符。返回的资源描述被p r o p e r t y f i l t e r s 过滤。 g e tf i l t e r e dr e l a t e dv a l u e s 1 2 山东大学硕士学位论文 这个查询为与一个给定父资源有关联的每一个资源请求一个描述。这个父 资源用一个r e s o u r c e l d 来指定，而关联用一个a s s o c i a t i o n 结构来指定。实际 上，数据提供者计算父资源的关联性质的值，得到零个或多个子资源。对于每 一个子资源，数据提供者计算指定的各个性质，产生一个资源描述，然后通过 迭代器返回。返回的资源描述被p r o p e r t y f i l t e r s 过滤。 g e t f i l t e r e d d e s c e n d e n t v a l u e s 这个相对复杂的查询被设计来支持一个公共的用例，并且允许数据提供者 优化它。它等同于g e t f i l t e r e d r e l a t e d _ v a l u e s 0 查询的重复应用。在每一步后， 将被应用于下一步的资源描述被p r o p e r t y f i l t e r s 过滤。通过一个关联链，这个 查询请求与给定父资源相关联的每一个资源的描述。这个父类用一个 r e s o u r c e l d 来指定，这个关联链用一个a s s o c i a t i o n s e q u e n c e 来指定。 2 2 2 2 d a f u p d a t e ：r e s o u r c e u p d a t e s e r v i c e 接口 该接口用于实现数据的写操作，包括记录的插入、更新和删除。提供如下 方法： a p p l y u p d a t e s 该方法通过向服务端提交d i f e r e n c e m o d e l 结构，进行模型的增删或修改。 与前述的c r e a t e r e s o u r c e i d s 方法配合，即可完成记录的插入。 c r e a t e r e s o u r c e i d s 该方法用于向服务端申请新的资源标识，以用于新增加的记录。 2 2 3h s d a 和t s d a 高速数据访问接口( h i g hs p e e d d a t a a c c e s s ，简称h s d a ) 是为了支持从 e m s 到e m s 或e m s 以外的客户端高效、实时地传递大量数据。h s d a 主要引 用国际对象管理组织( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ，简称o m g ) 的工业系统数 据访问规范( d a t aa 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 ss p e c i f i c a t i o n ，简称 d a i s ) 中的数据访问( 即d a t a a c c e s s ) 部分作为自己的标准。 时间序列数据访问( t i m es e r i e sd a t aa c c e s s ，简称t s d a ) 是为了向客户 端应用程序提供了历史数据访问服务。这里的历史数据，是指时问序列数据， 也就是在某一时间段内测量或计算得到的能量管理系统某一状态变量的时间 序列值。 本论文的大部分工作都是基于d a f 、g d a 进行的，因此对h s d a 、t s d a 1 3 山东人学硕十学位论文 服务访问接口不做详细的描述。 2 3 小结 本章介绍了i e c6 1 9 7 0 国际标准，详细探讨了c i m 公共信息模型、c i s 组 建接口规范中的d a f 和g d a 部分。简单的说，c i m 描述了不同应用之间需要 交换的信息的语义，解决了“数据是什么”的问题；而c i s 定义了一系列接口 机制的语法，使得不同应用可以互相连接，交换信息，解决了“数据如何获取” 的问题。 1 4 山东大学硕十学位论文 第3 章模式驱动方法构建电力应用软件 3 1 概述 基于c i m c i s 的组件化和开放化的e m s 系统的设计示意图如图3 - 1 所示， 其中核心的部分就是基于c i m c i s 标准的平台，e m s 系统中包含了大量相对 独立的功能模块，如调度员潮流、状态估计、最优潮流、静态安全分析等高级 应用功能模块，这些功能模块通过标准的c i m c i s 接口同服务器进行交互，包 括建模时要按照c i m 标准组织存储核心数据，利用c i m x m l 方式和c i s g d a 方式提供电力系统模型，利用c i s h s d a 和c i s t s d a 方式提供s c a d a 的实 时数据，利用s v g 提供矢量图形文件等。 图形文件 图3 - 1 e m s 系统设计示惹图 e m s 各个功能模块开发的难度是很大的，往往各个生产厂家的优势只集 中在某个特定的功能模块上。不管功能模块是由哪个厂家开发的，从软件开发 的过程来看，基于c i m c i s 平台开发电力应用软件一定包括如下的几个方面： 要设计一整套符合c i m 标准的模式类代码。每一个功能模块可能需要 c i m 模式中上百个类，每个类不但含有众多的属性，还存在同其它类之间的关 联关系。以c + + 平台为例，这将是一个庞大的c + + 类层次结构。 1 5 山东大学硕士学位论文 功能模块同服务器以及各个功能模块之间相互交户要通过c i s 平台， 因此，各个功能模块之间必然封装了c i s 服务。 按照面向对象软件开发的要求，各个厂家都会将各个功能模块设计成独 立的软件包，各个功能模块必然含有独立的模块代码。以拓扑分析为例，拓扑 分析一定会设计一套独立拓扑分析模型，在应用程序加载时把原始模型转化为 拓扑分析模型，以支持一些特定功能。可见，这些功能模块中的信息模型不但 需要派生自原始的c i m 类模型，还需对原始模型中的属性和方法进行扩展。 基于以上电力应用软件开发的特点，可以依据i e c6 1 9 7 0 标准，采用模式 驱动的方法，通过代码生成将电力应用软件公共的部分生成出来，同时预留挂 钩函数用以连接特定的功能软件包。 模式驱