（电力系统及其自动化专业论文）基于iec61970标准的scada系统数据整合研究.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ee l e c t r i c a lp o w e rs y s t e ma n dc o m p u t e r t e c h n o l o g y , t h ee x i s t e dp o w e rs y s t e ma p p l i c a t i o n sn e e du p g r a d i n gb e c a u s eo ft h e l i m i t e df u n c t i o n a l i t y t h e r eh a sb e e nan u m b e ro ft e c h n i c a lp r o b l e m sa sf o l l o w s ：( ! ) m o d e l so fi n f o r m a t i o na r ep r i v a t ea n dn o n - s t a n d a r d ；( g ) d a t ai m t e r f a c e sa r ep r i v a t e a n dp o o rp o r t a b i l i t y ；a g r e e m e n ti s p r i v a t ea n dp o o ri n t e r o p e r a b i l i t y t h e s e p r o b l e m sm a k et or e a l i z ei n f o r m a t i o ns h a r i n g ，h e t e r o g e n e o u ss y s t e m s i n t e g r a t i o n a n ds e c o n d a r yd e v e l o p m e n th a sb e c o m ev e r yd i f f i c u l ti nt h eu p g r a d i n g i no r d e rt os o l v ea b o v e m e n t i o n e dp r o b l e m s ，t h ep a p e ru s et h ee l e c t r i c a lp o w e r s y s t e m sd y n a m i cs i m u l a t i o nl a b ss c a d as y s t e ma sap l a t f o r mf o rr e s e a r c hb a s e d o nt h es t a n d a r di e c 619 7 0 ，c o m p l e t e di nt h ef o l l o w i n ga r e a s ： f i r s t ，f r o mt h ec o n s i d e r a t i o n so fi n c r e a s i n gt h er a t eo fs o f t w a r er e u s e ，t h e p r o t e c t i o no fe x i s t i n gi n v e s t m e n ta n dt h er e a l i z a t i o no ft h i r d p a r t ya c c e s s ，a n d s oo n ， t h es u b j e c to ft h i sd e s i g nh a sp r e s e r v e dt h eo r i g i n a ld a t a b a s ea n de s t a b l i s h e da s t o r a g ea n dm a n a g e m e n to ft h ec i mm o d e l sd a t a b a s ed i r e c t l y b yc o n t r a s t i v e a n a l y s i st h e ns e l e c t e dt h ef a s t d b ，a c e t a o ，q t ，a n do t h e rt o p i c sr e l a t e dc o m p u t e r t e c h n o l o g yp r o d u c to rp l a t f o r m s e c o n d ，b a s e do nt h es t a n d a r dc i mm o d e l ，c o m p l e t e dm a p p i n gt h eb e t w e e n e x i s t i n gs c a d as y s t e mm o d e lw i t ht h ec i mm o d e l a c c o r d i n gt ot h em a p p e d r e l a t i o n s h i pr e a l i z e dt h ed a t a si m p o r ta n de x p o r t l a t e r , c o n s t r u c t e dam o r e r a t i o n a l s t r u c t u r eo ft h ec i md a t a b a s e ，i nc o n j u n c t i o nw i t ht h ec h o s e no fr e a l t i m e o b j e c t o r i e n t e dd a t a b a s ef a s t d b ，a n dd e v e l o p e dt o o l sg e n e r a t e dc i md a t a b a s e a u t o m a t i c a l l y t h i r d ，i n d e p t hs t u d yo ft h es t a n d a r dp a r to ft h ec i sa sw e l la st h ec o m m o n o 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 ec o r b aa n do t h e rt e c h n o l o g y ，d e v e l o p e d 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 s ( c i s ) u n i v e r s a l d a t aa c c e s st o o l sb a s e do n m i d d l e w a r ea c e t a o ，a n dr e a l i z e ds o m eo ft h em a i nf e a t u r e so fc i si n t e r a c t i o n b e t w e e nc l i e n ta n ds e r v e r , c o m p l e t e dt h er e a d i n go fd a t as e r v i c e sa sw e l l i i a b s t r a c t f i n a l l y , u t i l i z e dt h eg r a p h i c a li n t e r f a c e ，d e v e l o p e df o rt h ef a c i l i t a t eo ft e s t ，t o g i v eas e l f - t e s ta n di n t e r o p e r a b i l i t yt e s to ft h ee s t a b l i s h m e mo ft h ec i m d a t a b a s e 、 d a m s i m p o r ta n de x p o r ta n dt h ec o m m o ns e r v i c e sf o rc i s ，t ov e r i f yt h ef e a s i b i l i t yo f t h ew o r ko fm i sa r t i c l e k e yw o r d s ：s c a d a ；i e c 6 19 7 0 ；c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e l ( c i m ) ；c o m p o n e n t i n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n ( c i s ) ；d a t ai n t e g r a t i o n i i i 学位论文独创性卢明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得直昌太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签期：粥年，月，日 权书 本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全 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、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究 所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：嬲导师签名：够哆奄 签字日期：矽田年，明愿日 签字日期：潮年i 月黟日 第1 章引言 1 1 问题的提出 第1 章引言 电力工业是国民经济的重要基础，是国家经济发展战略中的重点和先行产 业。电网是电力系统重要的组成部分，它承担着输送电能、分配电能的作用。 随着社会进步和人民生活水平不断提高，人们对于电能的可靠性、安全性和经 济性提出越来越高的要求【l 】。为了适应这一要求，则需要提高电网调度的自动 化水平，因此提供电网调度、控制和管理功能的调度自动化系统被普遍运用。 随着电力系统的发展，自动化、信息化水平得到不断提升，一些单位和部 门从各自的需求出发，建立了各自不同的信息管理系统，如电力市场和营销系 统、能量管理系统、配电管理系统等。这些系统的建设，大大提高了电力企业 内业务流程的自动化以及企业的运行效率。然而，随着电力改革的深入和竞争 机制的逐步引入，一些不足之处开始显现出来： 1 ) 现有的各种应用系统实现的功能仍然非常有限，并且大都孤立运行，共 享各系统之间的数据和信息很困难；同时，由于各应用系统的开发时间不同， 技术水平参差不齐，软硬件环境各异，具有显著的分布性和异构性特点，系统 升级换代和各应用系统之间的集成实现面临重重困难。 2 ) 信息化应用水平不高，一些业务子系统集成度低、互联性差、信息管理 分散，数据的完整性、准确性、及时性等方面存在较大差距。有些企业已经建 立了企业内部网和互联网站，但多年来分散开发或引进的信息系统，形成了许 多信息孤岛，缺乏共享的、网络化的信息资源。 3 ) 现有网络和信息资源的利用不充分，信息和数据的共享度达不到企业对 信息资源的整体开发利用的要求，简单的应用多，而能支持管理和决策的应用 少，能利用网络开展经营活动的应用更少。因此，信息资源的增值作用还没有 在生产经营过程中充分发挥出来【2 】。 综合近年来计算机技术、网络和通信技术、数据库技术等的发展，i e c 6 1 9 7 0 标准的提出为解决上述问题提供了技术基础。 i e c 6 1 9 7 0 标准，是由国际电工委员会( i n t e r n a t i o n a le l e c t r o t e c h n i c a l 第1 章引言 c o m m i s s i o n ，以下简称i e c ) 负责制定电力系统控制及其通信相关标准的第5 7 技术委员会( i e c t c 5 7 ) 下属的第1 3 工作组( 即w g l 3 ) 制定的、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，定义了电力系 统能量管理系统的应用程序接口( a p i ) ，即e m s a p i ( e n e r g ym a n a g e m e n t s y s t e m a p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e ) 。其理想目标是实现“即插即用”，减少向 e m s 中增加新应用所需要的费用和时间，保护对e m s 中f 在有效工作的现有 应用的投资。便于不同调度中心e m s 系统之间的模型交换【3 刮。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 概述 近年来，研究和应用i e c 6 1 9 7 0 系列标准一直是国内外调度自动化技术的热 点和潮流，该标准通过定义开放的信息模型c i m 和开放的接口规范c i s 来使得 不同厂家、不同应用、不同系统和不同调度中心能互联互通和互操作。i e c 6 1 9 7 0 系列标准结构庞大、内容繁杂，涉及到许多新技术，尽快对这些标准进行跟踪 和消化，特别是进行互操作实验，对不断提升电网调度自动化水平意义重大。 1 2 2 国外研究现状 对于i e c 6 1 9 7 0 标准的研究最早起源于美国，首先是针对e m s 系统。为了 提高e m s 系统的开放性，在1 9 9 0 年，美国电力科学研究院( e p ) 确立了 c c a p i ( 控制中心应用程序接口) 项目，e p r ic c a p i 项目的目标是： 1 ) 主要目标是形成一套导则或规范，以最小代价和无任何代码改动就可以 将一个新应用软件安装在正在运行之中的e m s 系统中，就象在台式机上安装软 件包，或者在计算机中加块内存，实现e m s 应用软件的“即插式”应用。 2 ) 最低目标是探讨一种方法，以减少目前需要在e m s 系统中安装第三方 软件的工作量。 1 9 9 5 年，美国e p r i 的c c a p i 专业组将相关的研究成果提交给国际电工技 术委员会( i e c ) ，i e c 为此成立了第5 7 分会( 电力系统控制与相关通信) 第 1 3 工作组，重点研究i e c 6 1 9 7 0 标准( 即e m s 的a p i 标准) ；1 9 9 7 年，对象管 2 第l 章引言 理组( o m g ) 成立了电力领域专业组；1 9 9 8 年，o m g 采纳d a f ，形成工业系 统的数据存取接口标准；1 9 9 9 年1 2 月，i e c 6 1 9 7 0c i m c i s ( 公共信息模型组 件接口规范) 作为国际标准正式向全世界发布。 到目前，国外的e m s a p i 互操作实验总共进行了六次，其中前四次是针对 c i m 部分的，第五、六次是基于c i s 部分的。具体情况如下：2 0 0 0 年1 2 月1 8 日，第一次e m s a p i 互操作实验在美国o r l a n d o 举行，参加的单位有a b b 、 a l s t o m 、s i e m e n s 和p s y c o r 等7 家，实验的内容是模型的导入导出。2 0 0 1 年4 月2 9 日，第二次互操作实验在l a s v e g a s 进行，参加的单位有a b b 、a l s t o m 、 s i e m e n s 、c i m 1 0 9 i c 和s i s c o 共5 家，与第一次实验相比，实验模型增加了 a b b 的4 0 母线模型、s i e m e n s 的1 0 0 母线模型以及d u k e 电力公司1 7 5 2 厂站的 大模型，实验内容增加了对模型的潮流计算和对c i m 版本升级后的适应能力以 及对模型规模的适应能力。2 0 0 1 年9 月2 6 日，第三次互操作实验在m o n t e r e y 进行。参加的单位有a b b 、a l s t o m 、s i e m e n s 、p s y c o r 和s i s c o 共5 家。实验 的内容与第二次相近，区别在于c i m 从0 9 b 版升到1 0 版，实验模型增加了一 个大模型c a i s o 模型( 2 4 7 3 个厂站) f 1 4 1 。 2 0 0 2 年7 月1 5 日，第四次互操作实验在s a nf r a n c i s c o 进行，实验的主要 内容是基于c i m x m l 的增量模型和部分模型的导入导出和互操作，参加的公 司有a b b 、g e 、l a n g d a l e 和p t i 。2 0 0 3 年1 1 月1 8 日，第五次互操作实验在 c l e v e l a n d 进行。参加的公司有a l s t o m ，p t i ，s i s c o 和s n cl a v a l i n 。这次实验 开始将测试内容扩展到了g i d 标准方面，其中的g d a 和h s d a 标准在这次实 验中进行了测试。一些参加实验的新厂商还完成了上次互操作实验的测试内容。 2 0 0 4 年7 月2 0 日，第六次互操作实验在f o l s o m 进行。参加的公司有a r e v at & d ， e d f ，i n c r e m e n t a ls y s t e m s ，p t i ，s i e m e n s 和s i s c o 。这次实验除了测试前几次 的实验内容外还加入了测试6 1 9 6 8 消息标准的内容。 1 2 3 国内研究现状 为了跟上国际对基于i e c 6 1 9 7 0 的信息集成新技术体系的研究步伐，国内在 国家电力调度中心的组织下，主要参与单位有：清华大学、中国电力科学研究 院、南京电力自动化研究院、东方电子股份有限公司、山东大学等国内最强的 五家e m s 研发单位，召开了多次研讨会，对统一国对i e c 6 1 9 7 0 标准的理解进 3 第1 章引言 行了一些卓有成效的工作。 1 2 3 1 互操作实验 从1 9 9 9 开始，我国开始对i e c 6 1 9 7 0 标准进行跟踪，成立了专门的e m s a p i 工作组，对该标准进行消化和翻译。2 0 0 0 年9 月，e m s a p i 工作组的第一次扩 大会议在南京举行，会议讨论了i e c 6 1 9 7 0 标准的翻译工作，为后续的互操作实 验进行了理论上的准备。2 0 0 1 年1 月，根据e m s a p i 标准的最新情况，e m s a p i 工作组在北京举行了第二次扩大会议，会议在研究了美国2 0 0 0 年1 2 月举行的 首次e m s a p i 互操作实验后，决定我国也进行e m s a p i 互操作实验，会议讨 论了如何采用c o r b a 技术用于互操作实验，尽管在后来进行的首次互操作实 验采用的是x m l 技术，但从长远看，本次会议确定的技术路线是完全正确的， 推动了组件技术在调度自动化系统中的运用【1 4 1 。 2 0 0 1 年7 月，e m s a p i 工作组在南京举行第三次扩大会议，这次会议把焦 点从c o r b a 转向x m l ，用c i m x m l 交换电网模型进行互操作实验，确定了 互操作实验的电网模型、实验步骤和时间表，这次会议是我国e m s a p i 互操作 实验的起步。2 0 0 1 年1 1 月，针对各单位互操作实验准备过程中的问题，在烟 台举行了e m s a p i 工作组第四次扩大会议，确定了我国首次互操作实验的具体 计划。 2 0 0 2 年1 月，我国首次e m s a p i 互操作实验在北京举行，有电科院、电 自院、清华大学、积成电子和东方电子5 家单位，有两个单位各有两个课题组 参加，总共7 个互操作成员。实验的方法是通过c i m x m l 进行不同互操作成 员之间的模型导入导出和潮流计算。实验模型采用国外实验用的s i e m e n s l 0 0 母线、a l s t o me s c a6 0 母线和我国自行准备的i e e e l 4 母线模型。c i m 模型用 的是最新的l o 版。从实验结果看，这次实验总体上非常成功，除了没有用大模 型和我们自己的实际系统模型做实验外，其余基本完成了国外第三次互操作实 验中完成的任务。其后，各互操作成员又在网上通过电子邮件进行了第二次互 操作实验。 2 0 0 2 年8 月，第三次互操作实验在北京举行，有电科院、电自院、清华大 学、积成电子和东方电子5 家单位参加，本次实验的主要任务是在前面两次实 验的基础上采用我国电网的实际电网模型进行实验，基本方法仍然是基于 c i m x m l 文件的模型导入导出，但增加了模型的拆分和合并，并且测试了模 型导入导出的耗费时间。本次实验结果说明各家对基本实验内容都比较成功。 4 第1 章引言 为了推动国内e m s a p i 标准化工作的进一步深入，保持国内e m s 相关产 品在符合国际标准方面的同步性，2 0 0 4 年1 月在国家电力调度通信中心举行了 国内第四次互操作实验。本次互操作实验是基于i e c 6 1 9 7 0c i s 系列标准的首次 实验，国内主要的几家e m s 厂家都参加了实验。 第四次互操作实验的主要内容是测试不同厂家产品之间通过g d a 基本接 口进行互联时的互操作性，采用的标准是i e c 6 1 9 7 0 4 0 2 的4 版( 草案) 和 i e c 6 1 9 7 0 一4 0 3 的3 版( 草案) ，实验模型采用的是修改后的西门子1 0 0 模型， 其模型文件为s i e m e n s l 0 0 i l1 1 0 本次实验是国内首次关于_ p t 0 3r d f i e c 6 1 9 7 0 c i s 部分的互操作实验，主要集中在c i sg d a 接口的基本部分，包括 g e t _ r e s o u r c e i d s 、g e t _ u r i s 、g e t v a l u e s 、g e t _ e x t e n t _ v a l u e s 和g e t _ r e l a t e d _ v a l u e s 组成的5 个基本方法，测试这些基本方法的互操作性。 测试结果表明，积成电子、清华大学、国电南瑞、电科院、南瑞继保和东 方电子都能支持g d a 接口的上述5 个基本的数据查询方法，并通过这些接口 方法进行电网全模型的获取，进行潮流计算，既能作为服务端提供数据，又能 作为客户端获取数据。积成电子、清华大学、国电南瑞、和南瑞继保四个互操 作成员不仅完成了小组内的互操作实验，而且成功进行了小组间的互操作实验。 部分单位虽然在会议期问的集中实验过程中，由于有些接口方法未实现，因此 不能获取全模型和进行潮流计算，仅完成了部分实验内容，但是这些单位在会 后继续完成了剩余的实验内容。 为了进一步提高对e m s a p i 标准的理解和应用能力，2 0 0 4 年9 月在北京 国调中心举行了基于c i sg d a 接口的国内第五次互操作试验。国内有六家e m s 厂家参加了本次互操作试验，此外，浙江大学作为观察员和中立监督员也参加 了本次互操作。 这次互操作实验是在2 0 0 4 年1 月成功举行了国内第四次互操作试验的基础 上，对i e c 6 1 9 7 0c i s 系列标准的第二次互操作试验。主要目的是测试不同厂家 产品之间通过几类g d a 接口进行互联时的互操作性。本次实验所用的全模型 文件与第四次互操作试验相同，增量更新文件采用的是美国第五次互操作采用 的增量更新文件的一部分，包含了插入、删除和修改等所有更新操作，具有一 定的代表性。 1 2 3 2c i m c i s 的应用 目前e m s 系统的厂商基本上投入大部分力量于能够支持c i m c i s 的新一 5 第1 章引言 代调度自动化系统的平台开发。 针对目前潮流计算需要在线动态的外网等值模型，清华大学在我国两次互 操作实验的基础上，提出了进行c i m 的电力网络实例的拆分与合并的基本应用 原则。基于该原则的部分电力网络的不同系统之间的导入导出已经应用于实际 大型省级电力系统，取得了很好的效果。另外，针对当前我国对交直流混合电 力系统潮流计算和运行控制的需要，清华大学对c i m 的高压直流输电系统 ( h v d c ) 模型进行了扩展，使它能更详细地描述h v d c 及其控制。 1 3 本课题的主要研究工作 本课题通过对i e c 6 1 9 7 0 标准的分析，在调度自动化及信息化理论的指导 下，探讨了i e c 6 1 9 7 0 标准的概念和i e c 6 1 9 7 0 标准对电力系统信息化一体化建 设的指导意义，研究了c i m x m l 导入导出的平台和工具，深入地研究了组件 技术，重点研究了异构数据平台中c i s 服务的实现原理与方法，建立一个基于 i e c 6 1 9 7 0 的标准化s c a d a 数据平台，使其达到了数据信息共享，而且没有信 息损害和丢失。在此基础上，以南昌大学电力系统动态模拟实验室的电网仿真 系统作为研究项目的具体实施对象，在该平台上进行潮流和状态估计的计算测 试，并实现各个应用。具体进行的主要工作如下： 1 、对已有s c a d a 系统实现信息共享、异种系统集成和二次开发而可能采 取的几种方案从合理性、可行性等方面进行对比分析，选择更优的一个作为本 课题的设计方案。然后对所选择的方案中需要采用的一些计算机技术进行分析 研究，并选择适合本研究课题要求的技术产品。 2 、在对s c a d a 系统封装前，首先建立s c a d a 数据模型与c i m 模型之 间的映射关系，然后依照映射关系实现将s c a d a 系统中的数据导入导出，从 而使得将其导入c i m 数据库中成为可能。 3 、建立一个存储和管理c i m 模型数据的数据库。按照c i m 定义的标准， 设计数据库的结构，把c i m 的类包映射成数据库结构；实现c i m 数据库与实 时数据库的双向接口，实现c i m 数据库和实时数据库的数据同步和备份。 4 、开发基于x m l 的c i m 导入导出工具：把c i m 数据库的内容生成x m l 文件，把c i m 模型数据以x m l 文件形式发布给其他系统或其他厂商使用；读 取其他厂商提供的c i m x m l 文件，生成c i m 数据库，并可以直接利用该c i m 6 第1 章引言 数据计算状态估计和潮流分析；可以合并多个分区的c i m x m l 文件，生成统 一的c i m 数据库。 5 、开发基于i e c 6 1 9 7 0 组件接口规范( c i s ) 的通用数据存取工具，采用c d a f 实现c i m 的组件接口规范，为s c a d a 等系统提供统一的c i s 服务接口。实现 客户端与服务端之间c i s 交互的常用服务，如：d a f 查询的实现、d a f 事件通 知的实现、数据更新同步的实现等。 1 4 本文的组织结构 全文的主要章节安排如下： 第一章分析电力系统信息化发展历史、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简要概述；第二章简单介 绍i e c 6 1 9 7 0 标准的产生背景，分析公共信息模型的建模思想，并对构成 i e c 6 1 9 7 0 公共信息模型的各个组成包的内容以及他们之间的关系作分析；第三 章提出总体设计方案及介绍与构建c i m 模型数据库和c i s 接口实现相关的一些 计算机技术和方法；第四章提出基于公共信息模型c i m 的数据库的设计方法； 第五章根据i e c 6 1 9 7 0 标准组件接口规范c i s ，从客户端与服务端c i s 交互功能 的实现着手，完成数据访问接口的设计：第六章测试；第七章总结。 7 第2 章i e c 6 1 9 7 0 标准简介 2 1 概述 第2 章i e c 6 1 9 7 0 标准简介 i e c6 1 9 7 0 标准系列又称为e m s a p i 标准系列，共分导则、术语、c i m 和 两种级别的c i s 五个部分，其最初的草案是接受了美国电科院控制中心a p i ( 简 称e p r i c c a p i ) 项目的研究成果，导则中的参考模型来源于美国e p r i c c a p i 的白皮书。c i m 定义了覆盖各个应用的面向对象的电力系统模型，是i e c 6 1 9 7 0 标准的灵魂。我国与国际接轨，对应t c 5 7 第1 3 工作组的我国e m s _ a p i 工作 组已将其翻译。c i s 部分定义了a p i 函数的规范，级别1 仅对接口做一般性描 述，不涉及具体的计算机技术，级别2 是级别l 对应到c o r b a 和x m l 等具 体的计算机技术的接口描述。c i s 部分接受了对象管理组织( o b j e c tm a n a g e m e n t g r o u p ，简称o m g ) 的成果数据访问工具( d a t aa c c e s sf a c i l i t y ，简称d a f ) ， 最近又接受了美国e p r i 的通用接口定义( 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 ) 、过程控制o l e 基会会( o l ef o rp r o c e s sc o n t r o l ，简称o p c ，o l e 是对 象嵌入和连接o b j e c tl i n k i n ga n de m b e d d i n g 的简称，o l e 后来相继发展为控件 a c t i v e x 、组件对象模型c o m 和d c o m ，目前o p c 都支持这些技术) 、工业系 统数据采集( d a t aa c q u i s i t i o nf o ri n d u s t r i a ls y s t e m s ，简称d a i s ) 以及互操作实 验等成果。c i s 部分变化较大，w g l 3 工作组还没有出全，我国e m s - a p i 工 作组正在翻译。 i e c 6 1 9 7 0 标准对e m s 十分重要，目前，国外是边做系统边做实验边写标 准。在国内，遵循i e c 6 1 9 7 0 标准的第4 代s c a d a e m s 呼之欲出，同时，配 电自动化系统也在向标准化迈进。 2 2 标准组成内容及应用 1 、i e c 6 1 9 7 0 系列标准包括下列部分： 令第l 部分：导则和一般要求 第2 部分：术语表 8 第2 章i e c 6 1 9 7 0 标准简介 第3 x x 部分：公用信息模型( c i m ) ( 语义) 第4 x x 部分：组件接口规范( c i s ) ，级别1 ( 语法1 ) 第5 x x 部分：组件接口规范( c i s ) ，级别2 ( 语法2 ) 2 、目前的标准化文档，主要包括： i e c 6 1 9 7 0 1 ，e m s a p i 第1 部分：导则和一般要求 i e c 6 1 9 7 0 2 ，e m s a p i 第2 部分：术语表 i e c 6 1 9 7 0 3 0 1 ，e m s a p i 第3 0 1 部分：公用信息模型( c i m ) 基本部分 i e c 6 1 9 7 0 3 0 2 ，e m s a p i 第3 0 2 部分：公用信息模型( c i m ) 财务、能 量计划和预定部分 i e c 6 1 9 7 0 3 0 3 ，e m s a p i 第3 0 3 部分：公用信息模型( c i m ) s c a d a 部分 令i e c 6 1 9 7 0 4 0 1 ，e m s a p i 第4 0 1 部分：组件接口规范( c i s ) 框架部分 i e c 6 1 9 7 0 4 0 2 ，e m s a p i 第4 0 2 部分：组件接口规范( c i s ) 公用数据 接口工具部分 i e c 6 1 9 7 0 4 0 3 ，e m s a p i 第4 0 3 部分：组件接口规范( c i s ) s c a d a 部分 夺i e c 6 1 9 7 0 5 0 1 ，第5 0 1 部分：c i mr d f 概要 3 、标准应用 i e c 6 1 9 7 0 支持的应用十分广泛，十分适合于电力信息集成和新信息系统的 研发，是电力信息集成新技术体系的核心技术，应用主要有： 数据采集与监控( s c a d a ) 警报处理( a l a r mp r o c e s s i n g ) 拓扑分析( t o p o l o g yp r o c e s s i n g ) 令网络分析应用( n e t w o r ka p p l i c a t i o n s ) 负荷管理( l o a dm a n a g e m e n t ) 夺发电控制( g e n e r a t i o nc o n t r 0 1 ) 负荷预报( l o a df o r e c a s t ) 夺能量输电计划( e n e r g y t r a n s m i s s i o ns c h e d u l i n g ) 会计结算( a c c o u n t i n gs e t t l e m e n t s ) 设备检修计划( m a i n t e n a n c es c h e d u l i n g ) 夺 输电资源管理( t r a n s m i s s i o nr e s o u r c em a n a g e m e n t ) 9 第2 章i e c 6 1 9 7 0 标准简介 历史存档( a r c h i v e ) 夺设备数据定义( e q u i p m e n td a t ad e f i n i t i o n ) 夺通用用户接口( g e n e r i cu s e ri n t e r f a c e ) 冷动态仿真( d y n a m i cs i m u l a t i o n ) 令调度员培训仿真( d i s p a t c h e rt r a i n i n gs i m u l a t o r ) 夺外部系统( e x t e r n a ls y s t e m s ) ( 例如，气象系统等) 夺资产管理( a s s e tm a n a g e m e n t ) 夺配电管理系统( 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 ) 令客户信息管理系统( c u s t o m e ri n f o r m a t i o ns y s t e m ) 夺管理信息系统( 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 ) 2 3 公共信息模型( c i m ) 2 3 1 概述 电力系统是一个涵盖发电、输电、配电、售电各个环节，包括发电机、断 路器、输电线路、用电设备等各类电气设备，涉及到电力公司、发电公司、代 理商、市场运营方、监管方、大用户及零售用户各方面，实行实时闭环控制的 复杂系统。对这样一个系统的应用组件一般需要详细的模型包括测量、网络拓 扑联接、设备特性等。而c i m 提供了这样的模型，并为这些应用组件给出了电 力系统的复杂逻辑视图和提供了一种用对象类和属性及他们之间的关系来表示 电力系统资源的标准方法。 为了便于管理复杂的整个c i m ，其开发者把c i m 中的类组织为多个包 ( p a c k a g e ) 1 5 1 。为此包含在c i m 中的对象类分成了几个逻辑包，每个逻辑包代 表整个电力系统模型的某个部分。这些包的集合发展成为独立的国际标准。 i e c 6 1 9 7 0 的这一部分规定了包的基本集合，提供了电力企业内部各应用共享的 e m s 信息的物理方面的逻辑视图。其他标准规定了某些特定应用所需的模型的 特殊部分。 从1 9 9 8 年4 月开始，c c a p i 发布c i mu 0 7 a m d l ，开始采用面向对象统一 建模语言u m l 来描绘c i m ，在u m l 中，现实世界实体的类型被定义为“类”， 实体类型的性质被定义为“类的属性”，实体类型之间的关系用“类之间的关系 1 0 第2 章i e c 6 1 9 7 0 标准简介 来描述，包括：继承、关联、聚集。c c a p i 采用r a t i o n a lr o s e 作为编辑与维护 c i m 模型的工具，可以在r a t i o n a lr o s e 环境中通过图形化的导航界面方便地查 看c i m 规范的所有内容【1 4 1 。 2 3 2c i m 建模表示法 c i m 中的每一个包包含一个或多个类图，用图形方式展示该包中的所有类 及它们的关系。然后根据类的属性及与其它类的关系，用文字形式定义各个类。 图2 1 列出了c i m 模型的1 3 个类包： 目目- - - 7目-1目-q 一一一一一一仨m e a st 一一一一一一一一再s c a d a 宙国-i 图2 1c i m 类包之间的关系 其中： c o r e ( 核心) 这个包包含1 4 个类，包含核心p o w e r s y s t e m r e s o u r c e ( 电力系统资源) 和 c o n d u c t i n g e q u i p m e n t ( 导电设备) 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 依赖于任何其他的包，但是其他包中的大部分具有依赖于本包的关联和一般化。 s c a d a s c a d a 包包含1 3 个类，包含了用于s c a d a 的建模信息的实体。 第2 章i e c 6 1 9 7 0 标准简介 2 3 3c i m 类及其之间的关系 在c i m 建模的过程中，每一个c i m 包的类图展示了该包中的所有的类及 它们的关系。在与其它包中的类存在关系时，这些类也展示出来，而且标以表 明其所属的包的符号。 类与对象所建模的正是电力系统中需要以一种对各种e m s 应用通用的方 法来描绘的东西。一个类是对现实世界中发现的一种对象的表示，例如在e m s 中需要表示为整个电力系统模型的一部分的变压器、发电机或负荷。其它类型 的对象包括诸如e m s 应用需要处理、分析与储存的计划与量测。这些对象需要 一种通用的表示，以达到e m s a p i 标准的插入兼容和互操作的目的。在电力系 统中具有唯一身份的一个具体对象则被建模成它所属类的一个实例。 在描述类之间的关系中，c i m 主要有三种。 2 3 3 1 一般化( 继承) 一般化是一个较一般的类与一个更具体的类之间的一种关系。比如，电力 变压器类p o w e r t r a n s f o r n l e r 是电力系统资源类p o w e r s y s t e m r e s o u r c e 的一种具 体类型。更具体的类仅能够包含更多的信息。通过一般化，更具体化的类可以 从上层的更一般化的类继承所有的属性和关系【l5 1 。例如：子类 s y n c h r o c h e c k r e l a y 不仅包含本身的属性m a x a n g l e d i f f , m a x f r e q d i f f 等，还包 括从父类p r o t e c t i o n e q u i p m e n t 继承下来的属性，如p r o t e c t i o n e q u i p m e n t l r e l a y d e l a y t i m e ，p r o t e c t i o n e q u i p m e n t 1h i g h l i m i t 等。 图2 2 是一般化的一个例子。此例取自w i r e s 包，b r e a k e r 是s w i t c h 的更为 具体的类型，s w i t c h 又是c o n d u c t i n g e q u p m e n t 的更为具体的类型，而 c o n d u c t i n g e q u i p m e n t 本身又是p o w e r s y s t e m r e s o u r c e 的更为具体的类型。 p o w e r t r a n s f o r n l e r 是p o w e r s y s t e m r e s o u r c e 的另一个具体类型。 1 2 第2 章i e c 6 1 9 7 0 标准简介 图2 2 一股化的例子 2 3 3 2 简单关联 关联是类之间的一种概念上的联系。每一种关联都有两个作用( r o l e ) 。每 一个作用指关联中的一种方向，描述了在目标类与源类的关联中，目标类的作 用【1 7 1 。作用给定为目标类的名字，可以带或不带动词。每个作用还有重数基数， 用来表示有多少对象可以参加到给定的关系中。在c i m 中，关系是没有命名的。 例如，图2 3 中显示了分接头调节器类t a p c h a n g e r 和调节计划类 r e g u l a t i o n s c h e d u l e 之间存在的简单关联。对象关联重数则显示在关联的两端， 如图中，一个分接头调节器t a p c h a n g e r 可以有0 个或1 个调节计划 r e g u l a t i o n s c h u d u l e ，而一个调节计划r e g u l a t i o n s c h u d u l