（电力系统及其自动化专业论文）基于xml的电力系统信息一体化.pdf

abs tract p o w e r s y s t e m in f o r m a t i o n in t e g r a t io n r e q u i r e s f o r th e r e a li z a t io n o f o p e n a c c e s s , d a t a s h a r in g a n d d a t a c o m b i n a ti o n a m o n g a l l k in d s o f a p p li c a ti o n s y s t e m s . h o w e v e r , t h e r e a re m a n y d i ff e re n t t y p e s o f in fo r m a t io n p ro c e s s s y s t e m谊p o w e r s y s te m , w h ic h m a y b e p ro v i d e d b y d i ff e r e n t c o m p a n i e s , o p e r a t e o n d iff e r e n t p la t f o r m , o r h a v e d iff e re n t d a t a f o r m a t a n d s t o r in g m o d e . t h e r e f o r e , t h e m e th o d s f o r d a t a e x c h a n g e a m o n g is o m e r i c d a ta s o u r c e s a re t h e m o s t f u n d a m e n t a l a n d i m p o r ta n t t e c h n iq u e s f o r re a li z i n g i n f o r m a ti o n e x c h a n g e . a s a s t a n d a r d tr a n s m i s s io n f o r m a t , x m l p r o v i d e s m e t h o d s f o r d e s c r ib in g s t r u c t u r a l d a t a , h as c a p a b il it y o f d a t a s e l f - d e s c r ip t io n a n d i s in d e p e n d e n t o f p l a t f o r m . t h e s e c h a r a c t e r is t ic s a r e fi t f o r in f o r m a t io n e x c h a n g e i n p o w e r s y s t e m . i n th i s p a p e r , t h e p r in c ip l e s , m e th o d s a n d k e y t e c h n o l o g i e s o f d a t a e x c h a n g e i n p o w e r s y s t e m u s i n g x m l a r e in v e s t ig a t e d . t h e p a p e r fi r s t 妙i n t ro d u c e s t h e d e v e lo p m e n t , m a in p ro b le m s a n d p r e s e n t s o lu t io n s o f p o w e r s y s te m in f o r m a ti o n in t e g r a ti o n , as w e l l as d e v e lo p m e n t o f x m l a n d i t s a p p li c a t i o n in d a ta e x c h a n g e . a c c o r d in g t o th e c u rr e n t a p p li c a t i o n s in p o w e r s y s t e m , t h e i s o m e r i c d a t a t y p e s i n p o w e r a u t o m a t i o n a p p li c a t io n s y s te m s a r e a n a l y z e d a n d c la s s i fi e d b y d i ff e r e n t c a u s e s . f u rt h e rm o re , tr a d it i o n a l m e th o d s f o r d a t a e x c h a n g e in p o w e r s y s t e m a re s u m m a r iz e d a n d t h e i r p ro b l e m s a n d s h o r tc o m in g s a r e a n a l y z e d . t h e p a p e r f o c u s e s o n p r in c ip le s a n d m e t h o d s f o r i n f o r m a t i o n e x c h a n g e in p o w e r s y s t e m u s i n g x ml t e c h n iq u e s . t h e c h a r a c t e r i s ti c s o f d a t a m o d e l i n g a r e fi r s t l y a n a ly z e d a n d t h e p r in c ip le s o f d a ta m o d e li n g a r e i l lu s t r a t e d b as e d o n s t a n d a r d r u l e s i n p o w e r s y s t e m , t h e m e t h o d s f o r c re a ti n g c i m m o d e l s , s u b s ta t i o n m o d e l s a n d c o m m u n i c a t i o n p r o to c o l s u s in g x m l l a n g u a g e a r e d i s c u s s e d r e s p e c t iv e ly . a c c o r d in g t o p r a c t ic a l p o w e r a u t o m a ti o n s y s t e m a n d p r o p e rt i e s o f x ml , t h e p o t e n t ia l a p p l i c a t io n s in i n f o r m a t io n e x c h a n g e o f p o w e r s y s t e m a re p ro p o s e d . a s a p iv o t , t h e p r in c ip le s o f d a t a e x c h a n g e a m o n g d i ff e r e n t ty p e s o f d a t a b as e a re e l a b o r a t e d in d e ta i l , a n d th e n t h e im p le m e n ta t i o n m e th o d s a n d e x a m p l e s x m l a re p r e s e n t e d . f in a l ly , c h a r a c t e r i s t ic s o f d a t a e x c h a n g e b as e d o n x m l i n o f p o w e r s y s t e m a r e a n a ly z e d . s o m e r e l e v a n t m a tt e r s a re a l s o d i s c u s s e d , e s p e c i a l l y s e c u ri t y m a tt e r s . k e y w o r d s : p o w e r s y s t e m a u t o m a t i o n ; i s o m e r i c d a t a ; x m l ; d a ta e x c h a g e e i n te g r a ti o n 1 绪论 本章概述了电 力系统信息一体化发展的情况， 存在的主要问 题和解决的基本途径， 以 及 x mi . 技术的发展概况和它在数据交换领域的作用。 1 . 1 概 述 电力系统在最近三十年的电力技术发展中， 除了 大容量发电 机组、 超高压和直流输电 技 术以 及大电 网互 联的 发展以 外， 计 算机和 信息技术在电 力系统的 逐步 广泛应用是其重要 特征 和主要方向， 在各类电 力设备的 微机化、 各类复杂计算的自 动化、 电网实时监控和运行调度 自 动化、 办公和管理自 动化、 以及智能辅助分析和决策等方面均取得了重大进步， 带来了巨 大的经济效益。另一力 面，电 力系统的通信网 经过儿十年的 建设己 初具规模，形成了 微波、 载波、 卫星、 光纤、 无线移动通信等多种类、 功能齐全的通信手段， 通信范围已 基本覆盖了 全国 3 6 个网、 省公司， 成为生产控制系统、 电网 调度自 动化系统以 及计算机网 络信息传输和 交换的重要基础。 为了 更好地利用电力系统的数寸 居 和信息资源，提高信息化应用水平， 最重要的环节就 是要在电 力系统各个应用系统之间实现信息的开放和共享，从而使各个系统有机地联系起 来， 实 现电 力 系统 信息 一体化， 为 数字电 力系统的 建立奠 定 基础 1 1 1 .2 电力系统信息一体化的发展及现状 1 .2 . 1 电力系统信息一体化的发展 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 统己 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， 同时新应用与老系统的 集成以 及各种独立的 应用系统之间 相互融合和集成的需求随着电力 市场的发展而越来越迫切。 与此同时， 电 力市场的发展使得电 力系统不再是一个封闭 运营的 工业系统， 而是需要扩展到商业运营， 各种各样的电力市场参与者 ( 包括电 力生产者、 输电 公司、 酉 己 电公司、 电能交易公司以 及电 力用户等) 需要分享电力系统运行的相关信息， 这就 要求将s c a d a 系统采集到的电力系统实时运行状态信息、 在线安全分析得到的安全状况及 安全裕度信息、 电育 龄 民 价和电 量交易情况、 以及电 力系统的日 常运行管理情况等各个方面的 数拒和信息集成到一个统一的平台提供给电力市场的 所有参与者。 这就需要电力系统中 现有 的 各 应 用系统的 开 放、 共 享和 集成实 现电 力 系 统信息 一 体化 这一目 标 z 1 2 0 世纪9 0 年代以 来， 系统信息的开放 和一体化问 题己 经引 起电 力部门 的 重视， 各种相关 组织和研究人员都开始致力于这方面的研究， 由 于e ms 是电力系统信息交换的核心部分， 因 此目 前的研究大都围绕e ms 开展。 9 0 年代初， i e e e 成立了 专门的电 力系统控制中心工作组 ( ie e e p o w e r c o n tro l c e n te r w o r ld n g g r o u p ) ， 从 开 放 型 e m s 系 统 的 评 估 、 硬 件 设 计 、 结 构 设 计、 安 全性、 工程管理、 数据库、 s c a d a , 通信系统 和人机界面 等各方面 进行了 探讨， 提出了 一系列的 指导 性原则， 指出 接口 的 标准化和 公开 是走向 开放的 基础， 但是并没有发布 任何具体的 标准。 几乎与此同时， 美国电 力研究院 e p r i ( e le c t r i c p o w e r r e s e a r c h i n s t i t u t e ) 也启动了 控制 中 心 应 用 程 序 接口 c c a p i ( c o n t ro l c e n t e r a p p l i c a ti o n p ro g r a m i n t e r f a c e ) 工 程， 致 力 于 为 e m s 和其它电 力系 统控制系统建立一个开放的、 即 插即 用的 应用环境， 以 减少对已 有e m s 扩展新 应用所需的时间 和费用， 并保护己 有的投资。 该工作组研究并开发了 控制中心应用中 数据表 示的公共信息模型c i m ( c o m m o n l n f o r m a t i o n m o d e l ) 、 控制中b a p i 以 及应用之间的消息总 线 接口 m b i ( m e s s a g e b u s in t e r f a c e ) 。 其中 c 1m 是 c c a p 的 核 心， 它定 义了 适 应于 e m s系 统的电 力 系统 模型的 基本结 构， 为 应用 之间 的 信息 共 享提供 一 个公 共的 接口 语言 3 1 。目 前， c c a p i 和c i m已 从概念验证的阶段步入实际工程实施的阶段。 据e p r i 统计， 截1 卜 x 2 0 0 0 年 1 0 月，己 有2 8 家电 力公司或机构在不同 的 应用中 使用c i m; 包括e p r i , i e c t c 5 7 的 wg 1 3 和 w g 1 4 , n e r c ( n o r th a m e r ic a n e le c t r ic r e li a b i l i ty c o u n c i l ) 的 数 据交 换 工作小 组( d e w g ) 和 o m g u t i li t y: 作小 组 等 5 家 标 准化 组 织 支持 c i m; 己 经 或即 将 采 用 c i m实 现的 应用 有 3 3 个， 如a g c 和经济调度、调度员潮流、状态估计、 拓扑分析、电 压安全分析、动态安全分析、 s c a d a , d ms 、 用户信息系统等等; 有2 6 家供应商实现和提供采用c i m的应用。 另外，国际电 工委员会 ( i e c ) 第5 7 分会 ( 电 力系统控制与相关通信) 第1 3 工作组制定 了 i e c 6 1 9 7 。 系 列 标准 ， 这是 一 套能 量 管 理系 统应 用 程 序接日( e m s a p i ) 的国 际 标准， 该 标准的定义使电 力系统各 种应用以 及e ms 能够不依赖信息的内 部表示存取公共数据和交换 信息。 其中 ， c m是 整个 e m s a p i 框架的 重要 基础 ，是电 力 企 业 应用 集成的 重要 工具， 它规定 了 e ms a p i 的语义部分。根据交换电网 模型的迫切要求， 在2 0 0 0 年一2 0 0 2 年， 美国 进行了 4 次 互 操 作 硼金 a 。 在 互 操 作 试 验 过 程 中 验 证 了 刘 c i m 标 准 的 理 解 ， 以 及 标 准 中 存 在 的 问 题 和 改 进措施。 随着我国 加入wt o ， 我国电 力行业面临与国际接轨的问 题，因此，国家电 力调度通信 中 心 积极采纳了 该国 际 标准。 目 前， 国 调中 心也在积极组 织类似试验， 推动基于国际 标准的 系统和设备的开发，缩小与国 外的差距， 这对我国电力行业与国际接轨意义重大。 综上所述， 电 力系统 各种信息系统的 开 放、 共享与集成的 一体化建设目 前正处于一 个蓬 勃发展的时期， 其近期的主要目 标就是在现有的 信息系统基础上， 通过利用先进的 i t 技术， 将一个企业不同时期、 不同厂商建设的 独立应用系统有机地联系起来， 实现信息的高度共享， 彻底解决 “ 信息孤岛”的问 题。 1 .2 . 2存在的 主 要问 题及 解决 途 径 虽然电力系统的 信息化建设取得了 显著的成绩， 但仍然有很多qr待解决的问 题， 主要表 现在: 1 ) 现有的各种应用系统实现的功能仍然非常有限， 而且大都孤立运行，各系统之间数 据和信息的共享困 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起 来面临重重困 难。 2 ) 信息化应用水平不高， 一些业务子系统集成度低、 互a - 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。 有些企业己 经建o r 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，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。电 力生产中蕴藏着巨大的信息资 源，尚 没有充分挖掘出来加以利用， 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。 电 力 系统信息一体 化的 要求是实 现信息的开放、 共享和 集成， 而电 力系统现在已 经有很 多 独立分工不同的 信息处理系统，如监视控制与数据采集系统 ( s c a d a ) 、能量管理系统 ( e ms ) , 遥视系统、电 能量计量系统 ( t mr ) 、电 力市场技术支持系统 ( p mo s ) 、信息管 理系统 ( m i s ) 等。 这些系统可能由 不同 厂家提供， 其应用程序常常运行于不同的平台， 相 应的 数 据 格式 也是私 有的 非 标 准格 式。 因 此， 不同 系 统之 间 的 数据 交互 相当困 难 6 1 。 在传 统 的电 力 系统中， 各种自 动化系统的 信息通常 都是相对封闭 的， 异构系统之间的 信息 共享非 常 有限， 而且 难于实现。 随着自 动化程度的不断提高和市场化的要求， 信息资 源逐渐成为系统 发展的 关键。 各个独 立系统也开始要重新 衡量它们所需要的 信息， 改 造自 身的 结构以 实 现系 统内部和与其他系统之间的信息交互及整合， 并对其他系统开放访问。 目 前已 经有很多i t 和i n t e m e t 的技术被引 入到电 力系统中以 实现信息的开放和共享， 但是数据多样化和缺乏元数据标准化等问 题使得数据的交互 仍然很复杂。当前，电 力系统 的信息管理中已 经存在了很多的 标准， 但是这些标准之间却有重叠甚至是互相矛盾的地方。 系统之间 相互孤立、缺乏统一的 标准导致了 信息资源的巨大浪费，同时也阻碍了电 力系统 信息一体化结构的发展。 鉴于这种现状， 必须实 现数 据模型和通信幼议的 标准化 也就是说， 需要一个开放式 的标准来简化电力系统数据的 交互， 使不同类型的系统用同一种标准做接口 来实现9 据夺 互。 这种异构 数据交互的实 现是电 力 系统实 现信息一体化的 最基本最重要的 坏节， 也是 木 文研究的重点。 目 前，电 力系统中 大多数应用系 统所采 用的 传统的 异构数据交互方法基本上都需要通 过o d b c 来实 现数据库 系统 之间 的 连接。 其最大的 优点 是能以 统一的 方式 处 理 所 有的 数 据 库， 不论 是o r a c l e , s q l s e r v e r 还是f o x p ro数 据 库， 都 可以 用。 d b c a p i 进 行访 问 和 操作。 但是这种方式相对于 存在大量网 络数据交换的电 力系 统信息一体化的 要求来说存在着不少 的问题和局限性，主要包括: 1 ) 数据交换只 有在数据交换双方都是己 安装或理解o d b c的 系统上才能进行; 2 ) 很多 防 火 墙不允 许o d b c的 信 息 交换; 3 ) o d b c 很容易 被黑客攻击， 黑客 可能发 送一些需要被服务器验证的未经授权的 交易。 由 此可见o d b c在网络上是难以实 现系统之间通畅的数据交换， 考虑到网络是未来电 力系统 信息交换的 主要通道， 新兴的网 络技术x m l 可以 提供通 用的 数据交换格式， 从而 使异 构的电 力自 动 化系 统之间的 数据在网 络上 平 滑交互 成为 可 能， 本文主 要 对基于x m l 技术实现信息的流通和交互进行探讨。 数据交互的 核心问 题是信息 描述的 标准化， 主要 解决信息的可 理解性问 题。 x ml 描述 数据的能力 和对数据描述格 式的一致性使其 成为数 据交换的 有力 工具， 特别 适合于实现异 构系统间的数据夺ff。 采用x m l技术，电 力系统中各利 .类型的信息，不论文本的还是二 进制的， 都能用x m l标注， 使异构系统间可以 方 便地 借助x m l作为交流媒介。 此外， 由 于x m l的 可 扩展 性和自 定义 性， 它 足以 表 达 各 种 类型的 数 据， 各自 动 化系 统收 到 数 据 后可以 进行处 理， 也可以 在不同的 数 据库之间 传递。 因 此， 采用) c a l技术可以 很 好地解 决电力系统中不同自 动化系统之间的统一接口问 题。 通过x m l 进行数据交换可以 去除客户端对于o d b c的 依赖，只要在客户端的 通信管 道两端加上x m l 接口 就可以 实 现。 另外，由 于x m l 是 通过正 常的h t c p 端口8 0 端口 传 送的， 所以 只 要以 某 种方式 对x m l 封装， 就可以 解决 防 火 墙的 阻 挡问 题。 实 际 上， m i c ro s o ft 的 简 单 对 象 访问 协 议s o a p ( s im p le o b j e c t a c c e s s p r o to c o l ) 就 采 用了 这 种 技 术。 由 此可见， 使用x ml来进行数 据交互有很多 传统数据交互方法所不能比拟的 优势， x m l 完全可以 作为实现电力系统信息一体化的重要信息交换方式。 1 . 3 1 . 3 . 1 x m l技术及其应用现状 x ml的发展 可 扩 展 标 示 语 言x m l ( e x t e n s ib l e m a rk u p l a n g u a g e ) 是w 3 c ( w o r ld w id e w e b c o n s o r t iu m ) 制 定的s g m l ( s t a n d a r d g e n e r a l iz e d m a r k u p l a n g u a g e ) 的 一 个子 集 19 1 ， 它描 述了 一 类称为x m l文档的 数据对象，同时也部分地描述了 处理这些数据对象的计算 湘 瞬 序的 行 为。 x m l 是 复 杂的s g m l 与 简 单 但 不 具 备 打 展能 力 的h t m l ( h y p e r t e x t m a r k u p l a n g u a g e ) 各 取优点 进 行结 合的 成 果， 保留 了s g m l 8 0 % 的 功能， 却 摒弃了 其8 0 % 的 复 杂 it . 由 于x m l是一种 元标记语言，因 而 没有固定的能 够适用于 所有领域中 所有用户的 标 签 和元素， 但 它允 许开 发 者和 编 写 者 根 据需 要定 义 元 素 0 o x m l中 的x代表可 扩展 ( e x te n s ib l e ) ，即 可以 对x ml文档进行扩展以 满足各种不同的需要。 通过打 .展， x ml文 档描述的数据信息不仅清晰可读，而且对数据的搜索与定位更为精确。 x m l . 强调数据本身的 描述和数据内 容的组 织存 放结构， 因 此不同的 使用 者可以 按照自 身的需要从中提取相关数据， 用以实现不同的目 的。 x m l文档是文本， 任何能读文本文 件的工具都能读取x ml文档。因此， 用x ml描述的数 据可以 长期保存而不必担心无法 识别。 x m l的主 要 特点 在于 其非v 7适合异构系统之间的 信息交换。 针 对异构系统之间 存在的 编码 格式 差 异， x m l 在其 序言 部 分 ( p ro lo g ) 声明 其 编 码 类型。 所有 符 合标 准的x m l 解 析 器都支持i s o 1 0 6 4 6 字钧 集及u n i c o d e 字符集、 a n s i 等。 相对于h t ml 系统的字码猜 测( g u e s s in g ) 的 处 理 方 式 ， x m l 软 件 使 用 明 确 标 示( e x p li c it m a r k u p ) 的 方 式 。 这 样x m l 的发送方 和接收方可以 采用统一的字符集处理。 特别指出， l s o 1 0 6 4 6 字不 集和u n i c o d e 2 .0 字符集都包含有2 万多汉字， 并且i s o 1 0 6 4 6 字符集与u n ic o d e 2 .0 的字符集采用相同的字 库和编码。 x m l可以 使用汉字作为x ml的内 容甚至标签， 这必将大大促进国内 对x m l 技术的应用 同时) ( ml 具有自 解释的 文件结构。 每一 个x m l 文档都 有 物理和 逻辑结构。 物理上 而 言， 文档由 称为实体的 单元组成。 一个 实体可以 引 用 ( re f e r ) 其他实体， 将它们包含在文 档中。 文档开始于“ 根 ( m 以 ) ” 或文档实体中。 逻辑上， 文档由 声明、元素、 注释、字符 引用和处理指令组成，所有这些都在文 档中 用显式标记指明。 逻辑和物理结构必须严格地 嵌套。 x m l 适合于带 有严格逻辑结构的 文档， 一 般x m l 介绍文章中 都采用“ 树” 的 概念 准确描述x m l 文档的结构。 而且x ml可以自 定义标签。相对于h t ml 面向 格式， x m l的标签更多地面向 文档 内 容。配合c s s , x s l , x s l t , x m l s c h e m a 等技术， 可以 将x m l文档转换为特殊用途 的其他文档。 x ml 协议作为一种数据交换格式，定义了 设计数据格式和结构的一组规则、 规范和约 定，其生成文件的方式不但使文件易于生成，并可由 不同的计算机和应用程序读取。 此外， x m l 定义的结构是无歧义的;也就是说， 它们是自 我描述并利 泣于平台的。与h t m l 类似， x m l 也使用标记 和属性， 但h t ml 指定每个标记和属性表示的含义 ( 以 及在浏览 器中它们 之间的数据如何显示)， 而x m l 使用标记不过是为了 将数据从表述中 分离出 来， 而将数据 解 释权 完全 交 付给读 取它的 应 用 程序。 综上所述， x m l 作为一种网络数据交换的标准格式， 提供了描述结构化数据的方法， 具有数据自 描述性和平台无关性， 可以 在电 力系统中充当标准数据交换模型， 在电力系统中 的信息 交换得到很好的 应用， 从而极大地增强不同 系统间的 交互能力。 1 .3 .2 x m l 在电力系统中的 研究现状 最近几年， x ml 技术在网络上得到了大量的应用，被认为是未来网络信息传输的主 要 技术。 电 力自 动化的 发展与 t l 行业紧 密相关， 许多 前沿信息 技术 在电 力自 动化系统中 都得到 应用和发展。 最近， 这种适用于许多场合的可扩展标志语言x ml 技术得到w3 c 组织的推荐， 基于x m i 格式的 信息平台 提供了 统一的 数据接口 和交换协议， 可以 为系统应用的扩展带来 极大的便利。因此不少的研究在探讨x ml 在电 力系统信息开放、 共享与集成中的应用。目 前的 应用主要集中 在对电网自 动化、 e m s 、电 力 市场和变电 站综合自 动化等几个方面。 当前， e ms 的系统软硬件差别很大， 不同 平台不同 语言之间的差异造成不同软件系统之 间 信息交换无法透明 地进行。 因 此， 必须首先解决信 息交换的内 容和 信息交换方式的问 题， 目 前 一 种基于 x m l 的 实 现方 法就 是 将x m l 与 e m s 中 的 c i m 技术结 合起来。 文 献【 1 1 从信息 交换的 角度介绍如何 在e ms 系统设计中 应用c i m 和 x m l 技术， 探讨了 e ms 各系统之间 数据 交换的 体系结构，即在应用程序接口 模型选取上采用c a l ， 在数据交换方式上采用x m l 技 术实 现的 信息交换模型， 建立这种松祸合的 软件 结构， 可以 简化数据对象的标准化 过 程， 并 极大地降低系 统集成的复杂度， 将系统真正建立在开放和通用的 平台 上。 电 力市 场由 多 个技术支持子系统组成， 各个供应商 提供系统服务应用的 系统平台 和数据 库格式都各不相同， 而面向 于数据元的 x m l 技术可以 提供异构平台 之间 的无缝 连接， 这将 为x m l 技术在电力市场中的应用奠定坚实的 基础。 基于x m l 的电 力市场实现统一的数据交 换模型， 松藕合的 w e b 月 及 务利用了现有的 i n t e rn e t基础构架， 分布式网 络利于系统的扩展。 文 献 1 2 ,-t w 1 i - 及 其 在电 力 市 场 中 的 应 用 解 决 方 案 做了 概 述。 文 献 1 3 在 此 基 础 上 根 据电 力 系 统的特点，针对 e ms 和电力市场， 分别设计了 c o r b a + x m l 和电能交易自 动化应用方案， 充分展示了 x m l 作为电 力系统数据载体的优越性。 在变电 站自 动 化系统的 集成中， 不同 生产厂商的 设备往往由 于设备所支持的 通信规 约 不统一， 设备间不具备互操作性， 造成系统集成困难、费用增加和周期变长。已 集成系统 不具备开 放性、 扩展it 和设备的即 插即 用性， 往往会给变电 站系 统的 升级和维护带来极大 的 不 便。 为了 解决上 述问 题， i e c已 经 制定了 关 于 变电 站自 动 化 系统的 通信网 络和系 统的 国 际 标准i e c 6 1 s 5 0 14 ， 其中 的 第6 部分 规 定了 实 现设 备互 操 作 性的 变电 站自 动 化 系统 配置 语言s c l ( s u b s t a t io n c o n fi g u r a ti o n l a n g u a g e ) ， 通过 该 语言， 描 述了 设 备的 基本功 能 和 可 访问的基本信息说明， 实现了 设备的互操作， 这也可以 通过x ml 实现。目 前， x m l 在变 电 站自 动化系统中的应用主要包括两个方面:一是作为变电 站配置描述语 言的 基础用于系 统的静态配置， 用 x m l编写变电站自 动化系统的静态配置文档，并作为信息交换格式实 现设备间的互操作性。二是 用于通过、 v e b 进行的非实时数据通信。 x ml 与h ttp 配合使 用实现we b 上的变电站自 动化系统非实时数据通信。 但是，己 有这些论文大都是建立 x m l在电 力系统中应用的初步模型， 木文的目 标就 是对这些模型进行分析和完善，并在此基础l 探讨使用x ml的方法和技术，并给出 具体 的应用实例，使x ml 技术真正在电力系统自 动化中得到实际的应用。 1 .3 .3 x ml在异构数据集成中的研究现状 实现电力系统信息开放和共享一体化的关键环节是实现电力系统各类信息之间的交换， 而电 力系统的信息交换从技术的角度来说主要是实现不同系统之间异构数据的 交换。当前， 实现异构数据的集成搬 有两种方法。 第一种就是将原有的瑟 出 弓 移植到新的数据管理系统中 来， 为了 集成不同 类型的 数据， 必须 将一些非传统的 数据类型转化成新的数 据类型。 许多关 系数据库供应商提供了 封以 的功能。 这种集成方式的缺点是随着数据管理系统的升级， 原来 数据的相关 应用软件， 或是被废弃或是重新开发， 以 适应新的数据管理系统。 因此， 通常移 植到一个新系统不是一个实际的解决方案。 第二种方法是利用中间件集成异构数据， 该方 法并不需要改变原始数据的存储和管理为 . 式。中间件位于异构数据库系统 ( 数据层) 和应用程序 ( 应用层) 之间，向 下协调各数据库 系统， 向上为访问 集成数据的应用提供统一数据模式， 和数据访问的通用接口。 各数据库的 应用仍然完成它们的任务，中间 件系统则主要集中为异构数据源提供一个高层次检索服务。 显然，中间件系统模式是实现异构数据集成较理想的解决方案。 当 选用了中间件作为异构数据源集成的解决方案后， 必须为中间 件系统选择一种全局的 数据模式。 负责集成的中间 件系统必须提供一种全局数据模式来统一异构的源数据模式。 过 去，异构数据源的集成系统，例如多数据库系统 ( 如c i m s 中的多数据库系统)或联合数据 库系统通常采用关系或对象的 数据模式作为全局模式。 然而， 它们并不能 满足网 络时 代的 i n t r a n c u m t e m e t 应用所提出的高标准。一般来说， 异构数据集成的 全局模式必须满足:( 1 ) 能够描述各种郑 由 弓 格式， 无论 其是结构化的 还是半结构化的， 无论其是否支持所有的查询语 言还是简单的文本查询。 ( 2 ) 易于发布和进行数据交换， 集成后的数据可以方便地以多 种格 式发布和便于应用交换数据。 随着x ml 及其相关 技术和应用的发展， x m l 不仅成为了 应用间 交换数据的一种标 准， 也是万维网重要的信息交换标准和表示技术之一。事实上， 现在业界已存在儿个工业标准 ( x ml d t d )的草案。 x m l 的 产生给不同的信息格式的统一带来了 深刻的影响。 x ml 第 一次提供了 一种信息交换模式， 这种格式是可编辑， 易解析， 并且可以 表示为任何类型的结 构或半结构化信息。 目 前为 止， x m l 已 有多 方支 持， 已 经出 现了 大量的 x m l 数 据交换技术 和应用 15 。 其中， 有的 只 是将 现 有的 技 术 扩 展了 对 x m i 的 支 持， 有的 属 于 x m l 中 间 件 产品， 还有 些 是比 较完 整的 x n 4 l 应用。由 于x n i l 在数据描述和数据交换方面的 优势， 以及x ml 与数据库的密切联 系， 这 些 x m l 的 应用 大多 数都 提供了 对 数 据库的 支持。 不同 的 编 程语言需 要与 不同 的 s 吸 a p 和 x n i l 语法分析器相 结合。 例如要编写. 套 访问 数据 库的 x m l 应用程序， 如果使 用c + + 语言编程， 就要利用o d b c 和c 十 十 x ml 语法分析器; 如果用j a v a 语 言编程， 就需要j d b c 和j a v a x n 4 l 语 法分 析 器; 还 可以 使 用 v i s u a l b as i c 甚 至 v b s c ri p t 脚本 语言， 这时 候就 要 利用 a d o 和 内 置有m s x m l .d l l 的 x m l 语法分析器 ( 例如i e 5 .0 ) o 此外， x ml 的强适应性， 使其可以 实现对资源的 快速包装和集成发布，所以， 通过引 入了 x ml 技术，将x ml 技术与全局数据模式相结合可以 使异构数据源集成中间件系统能更 好地适应于开放、 发展环境 ( 例如， 企业的动态联盟环境) 中的数据集成。 许多著名的异构 数据源集成研究都引入了 x m l 相关技术， 例如i b m的 t s ii v m s 项目 ， g a r l i c 项目以 及s i m s 和mo mi s 项日 等项目 。 1 .4 本文的 主要工作及章节安排 本文对实 现电 力系统信 息一体化中的 信息开放、 共享和集 成等问 题进行研究， 主要工作 是利用x n 4 l 技术探讨实现电力系统异构数据交互的原理、 方法和关键技术。首先阐述了电 力系统中 异构数据的 特点， 分析了 现有的 数据交互 方法和创门 的 不足 之处， 在此基础上， 探 讨了 利用x m l 技术建立电 力 系统数 据模型的 基本原理和方 法， 深 入研究了 x n i l 实现信息交 互的 优势、 关键技术和主要解决的问 题， 最后结 合电 力系统的 实际 情况给出 应用的 实例。 本 文的章节安排如下: 第i 章 概述了电 力系统信息一体 化发展的 情况， 存在的主 要问 题和解决的 基本途径， 在 简要回顾了 x n 4 l 技术的发展概况并介绍了 x ml 在数据描述方面的 特点的基础上，结合它在 数据交换领域的应用，探讨了 x mi 用于电 力系统异构数据交互的可行性。 第2 章结合异构数据的概念， 按照电 力系统中异构数据产生的原因不同， 对电力系统中 存在的异构数据进行了分类， 介绍了电力系统中 现有的异构数据交互原理和方法， 并分析了 它们的不足之处，提出了用x n 4 l 实现电 力系统异构数据交互的思路。 第3 章分析了建立电力系统的数据模型的特点，在此基 础上，结合电 力系统的规约和标 准，分别探讨了 用x ml 来描述和建立应用系统c i m模型、变电 站系统模型以 及通信规约等 常用的电力系统数据结构的基本原理， 并给出了具体实现方法。 第4 章探讨了 x ml 用于电 力系统信息交换的儿个方向， 在具体研究了 基于 欠 m l 异构数据 交换的原理和方法的基础上，结合电 力系统的具体情况，给出了 利用x ml 完成电 力系统异 构数据交换的实例。 第5 章分析了 基于x ml 的电 力系统异构数据交互方式的 优越性， 对其中需要注意的问 题 进行了说明，并特别讨论了 在实现过程中的安全问 题， 展望了 x ml 源数据库应用于电力系 统的前景。 第6 章对论 文的主要工作成果进行了系统的总结， 展望了 x ml 在电力系统信息一体化中 的前景和有待进一步研究的工作。 2 电力系统内部的数据异构问题 本章讨论了电力系统中 存在的不同 类型的异构数据， 介绍了 现有的异构数据交互原理 和方法，并分析了它们的不足之处。 2 . 1 异构数据及其交互与 集成 异构 数据 是 一 个 含义 丰富的 概念 1 8 1 ， 它 不 仅指 不同 的 数 据 库系 统 之间 的 数 据是 异 构的， 如。 ，a c l e 和s q l s e r v e r 数 据 库: 而 且还 包括不同 结 构的 数 据 之间 的 异 构， 如结 构化的s q l s e r v e r 数据库数据和半结构化的x ml 数据。 造成异构数据的原因有以 下几种: u数据模型的差异一一数据模型的不同 是数据库管理系统 ( d b ms ) 差异的一个重要 方面。 关系型数据库、层次型数据库、网 状型数据库、面向 对象数据库， 它们所采用的数 据模型各不相同，这种不同同时也会造成数据结构、约束和数据语言 等的差异。 2 ) 物理模型的 差异 一一 概念模式相同， 但数 据结构不同， 如o r a c le 与i n f o r m i x 同 属 关系型， 数据模型相同，但数据库结构不同。 3 ) 数据语义的差异 一一数据语义的差异主要源于不同的数据库对相同 或相关数据的理 解、 解释和使用的不一致性。比如， 两个数据库中对同一个属性名的具体含义定义不同， 或同一属性的数据值在 两个数据库中的 精度定义不同，都可能引起语义差异。 面对种类繁多的异构数据，可以 使用数据交互和集成技术将其融合。 异构数据源的数据交互和集成的目 的是为综合应用系统提供集成的、 统一的、 安全的、 快 捷的 信息 查 询、 数 据挖 掘 和决 策 支 椒民 务1 9 ) 。 为了 满 足这个 需 求 条件 ， 整合、 集成后的 数据必须保证一定的 集成性、完整性、一致性和访问安全性。 ( 1 ) 集成性 各种原先孤立的信息系统数据经过整合、集成后， 应该达到查询一个综合信息不必再 到各 个子系统进 行分别查询和人工处理， 只要在整合、 集成 后的 数据信息 仓库中 就可以 直 接访问 到， 即 整 合、 集 成后的 综合 信 息 仓 库的 数 据是 各 异构 业务 数 据的 有 机集成 和 关联 存 储( 整合、 发掘出 各业 务数 据间的内 在关联关系) ， 而不 是简单、 孤立的 堆放在一 个数据库 系统里。 ( 2 ) 完 整性 包括数据完整性和约束完整性两方面。数据完整性是指完整提取数据本身;约束完整 性，约束是指数据与数据之间的关联关系，是唯一表征数据间逻辑的特征。 保证约束的完 罄性是良 好的数据发布和交换的前提，可以 方便数据处理过程，提高效率。 ( 3 )一致性 不同 业务信息资源之间存在着语义上的区别。 这些语义上的不同 会引起各种不完整甚 至错误信息的 产生， 从简单的名字语义冲突( 不同的名字代表相同的 概念) ， 到复杂的结构 语义冲突 ( 不同的 模型表达同 样的信息) 。 语义冲突会带来数据集成结果的冗余，卜 扰数据 处理、发布和交换。 整合、 集成后的数据应该根据一定的数据转换模式和商业规则进行统一数据结构和字 段语义编码转换。 ( 4 ) 访问安全性 由 于数据库资源可能归属不同的单位， 各子数据信息系统有