IEC61970 标准在数据中心存储建模中的应用.doc

IEC61970 标准在数据中心存储建模中的应用刘炎炎，徐家慧（中国电力科学研究院，北京，100085）IEC61970 Application Base On the model of Data Center LIU Yanyan ，XU Jiahui(China Electric Power Research Institute，Haidian District，Beijing 100085，China)ABSTRACT: Managing data central development and the application experience combining with some province electric power companies ,make use of CIM (Common Information Modal) in IEC61970 standard to build the information model of the data center in the relational database, and in accordance with the actual field application system to expand the model for sharing and exchanging the information in the data center .KEY WORDS: IEC61970; CIM/XML; Data center, Public information Model ;share of information摘要：结合某省电力公司调度数据中心的开发与应用实践经验，利用 IEC61970 标准中的公用信息模型CIM（Common Information Modal）在关系数据库中建立调度数据中心的设备模型，并根据现场应用系统的实际需求对模型进行扩展，实现调度自动化的信息集成，解决调度自动化各个应用系统间信息共享和信息交换的问题。关键词： IEC61970； CIM/XML 文件；数据中心；公用信息模型；信息共享 0 引言随着电力系统的发展和自动化水平的提高，电力调度中心接入的系统不断增多，各系统在最大程度发挥作用的同时，也出现了各应用系统间信息不相识，多数据源不一致，系统维护复杂等等新的问题，影响调度自动化的水平。在“以应用为核心建设系统”的模式下，要求综合利用各系统的信息并产生新的应用，就必须做到系统信息交换的畅通性和及时性。电力综合数据平台（Integrated Data Platform ,IDP）通过搭建面向调度中心的统一，规范，标准的数据中心，实现优化数据流，明晰数据资源，共享数据资源的目的。IEC61970 CIM(Common Information Model)标准在国外的大量应用实践保证了标准的严谨性和实用性，我国正在不断加大推行IEC标准的力度，已经进行了基于IEC61970国际标准的6次互操作试验，并取得成功。基于IEC61970国际标准最初的实例化案例目前主要用于网络拓扑校验和分析，本文将IEC6197 CIM应用于电力综合数据平台的数据中心建模中，并在此基础上对模型进行扩展，然后以某省调为例，验证其实用性。1在数据中心基于IEC 61970 CIM进行建模1.1 IEC 61970 CIM描述IEC 61970是由IEC TC57 WG13制定的用于控制中心应用程序接口（API）的系列标准，提出了一套规范化的公共模型（CIM）和软件接口（CIS）。CIM采用UML对电力系统中的各种器件进行面向对象的建模，由一系列的类图及它们之间的关系表示电力系统的复杂模型。CIM是一个抽象模型，不是模型数据库规范，也不是一种交换形式，现在已经有成熟的技术将CIM模型用XML语言进行描述。XML 语言具有开放性，平台无关性，自描述性，灵活的可扩展性，高度结构化和和层次化的数据组织形式等优点，它用标记来表示信息的内容，使用者根据需要自由定义这些标记，生成结构化的信息。用XML语言描述的CIM（CIM/XML），非常适用于不同应用间的数据交换，包括同一应用系统内部之间的数据交换，调度中心内部各应用系统之间的数据交换，以及不同调度中心各应用系统之间的数据交换。1.2在数据中心建模中引入IEC 61970 CIM模型的可行性分析在调度中心内部建立数据中心以实现各应用系统间的信息共享，并将数据交换模式由各系统间的网状数据交换转化为星状数据交换模式已经成为行业内的共识。但是数据中心具体怎么建设，在建设的过程中遵循什么样的准则目前还没有相应的标准。建设数据中心的核心任务是为了满足信息的交换和信息的集成，所以数据中心的模型必须满足以下几个要求才是一个实用的模型：数据交换方便快捷，模型灵活可扩展，模型可读性强，对后期应用支持性好。在“以应用为核心建设系统”的模式下,对数据中心的建模采用面向主题的方式，主题主要是针对系统元器件和调管单位两方面。CIM模型中的设备类和拓扑类又恰恰详尽的描述了这两方面的内容。将CIM/XML文件解析到关系数据中，并在数据中心进行存储，能很好的解决数据交换，模型可读性以及对后期应用支持的问题。目前IEC 61970标准普遍用于电力系统EMS软件的建设中，并成为发展推广的趋势。能方便的得到CIM模型，并将其转换为CIM/XML为将其应用于数据中心建模奠定了实用化的基础。1.3 将CIM/XML文件导入到关系库中得到CIM/XML文件后，需要对其进行解析，然后再通过简单的编程将解析的信息物理的存储在数据中心中。目前使用比较广泛的是以下两种解析器：SAX(用于XML的简单API)和DOM(文档对象模型)。DOM先检查文档的格式是否良好，然后将文件载入内存中处理，这样当文件大时占用的内存会大大增加，降低应用程序的性能。而SAX则相反，SAX解析一个节点后回调一个方法，把该节点的相关信息传送给调用者，然后丢弃这些信息，继续解析下一个节点，这样占用的内存少，也不会检查文档的格式。在实际应用中， CIM/XML文件大多在10M以上，使用DOM解析效率低，且文档格式有错误时会导致解析的失败，故采用SAX解析模型数据。在将解析后的数据入库时，把CIM模型中的设备类和拓扑类映射为数据库中的表，将类的属性映射为数据库中表的字段，并通过表的属性和主外键的设置来表达CIM模型中的各类之间的继承，聚合，关联关系。这样数据中心就建立了一套与CIM完全对应的数据模型，数据中心就有了电力系统所涉及的全部元器件以及调度口径的部分层次关系。2 对模型进行扩展2.1对模型进行扩展的必要性目前发布的CIM标准对电力企业所设计的对象描述非常详尽和完整，但并不能满足所有应用的需求，而且CIM也在不断的进行修正和完善。在数据中心要使CIM模型的应用真正做到实用化，必须在数据中心对基于CIM建的模型进行扩展。下面实际举例说明：CIM模型中描述电力系统中的元器件的类是完整的，但是对于元器件的归属关系，通过已有的类并不能详尽的表达出来。CIM模型中有一个“子控制区类”，只能用于存储一级管理关系，如果用它来描述地区的话，在地调上了集控站系统以后，要分析各地区各集控站的发电曲线和用电负荷以及电量等情况时，如果不在数据库中心对基于CIM建的模型进行扩展，则无法满足需求，因为数据中心没有关于“集控站”的相应信息。CIM模型中对类的具体属性的描述也是不完整的。例如在CIM模型中 “变电站”的类只有以下几个简单的属性：aliasName(String)对象或实例的任意文本名description (String) 对象或实例的描述信息name(String)属于相同父对象的所有对象的唯一名称pathName (String)pathName是所属每个容器的所有名称的串接通过以上的这些属性，可以得到变电站所属的电压等级以及变电站的归属地区，但是关于变电站的管理层面的描述是不够的，在实际应用中，还需要知道变电站以下属性：站址(String)工商注册名称(String)资产所属单位 (String) 运行维护单位(String)投运时间 (Date)退役时间(Date)调度电话(String)由此可见必须对数据中心的模型进行扩展，否则解决了信息交换的问题，却无法满足实用化的需求。2.2扩展方法的研究 在数据中心对基于CIM建的模型进行扩展，主要有以下三种方法：直接对数据中心中基于CIM建的表的字段进行扩充；将基于CIM建的表的唯一键字引入到CIM以外的模型信息表中，二者依靠这些键字联系起来；直接在数据中心中建立CIM以外的模型信息表，然后再用第三方表将二者联系起来。这三种方法均阐述了基于CIM的数据表和CIM以外的数据表之间的关系，这两种关系可以用图例形象的表示 ( 表示基于CIM模型在数据中心中建立的数据表， 表示基于CIM模型以外的信息在数据中心中建立的数据表， 表示连接CIM模型信息表与CIM模型以外信息表的关联表）：方法一：方法二：方法三：如果是一次性操作，那么方法一实施起来非常简单，只需要在数据中心的表中增加相应的字段，并将这些字段的内容通过手动录入或者程序录入的方式即可。但是当CIM模型发生变化，要将CIM模型完整的导入到数据中心，同时保留数据中心扩展列的内容就很困难；而且数据中心一旦用该模式建立起来再与其它系统进行数据交互时也不符合标准，数据交互实施起来会出现一对一编程的需求，工作量很大，也不符合规范。同时CIM模型导入的成败将直接影响整个数据中心的稳定性。方法二则是将CIM导入到数据中心后，对导入的表不做任何操作，同时在数据中心中再建一部分表，这部分表的内容与CIM的表中有一部分内容的交集，相交的内容就是由CIM导入到数据中心的设备的ID和描述信息，然后再在CIM导入成功后，利用程序将交集的信息导入在数据中心新建的表中。采用此方法时，CIM是标准的，将其导入和导出数据中心时不会有任何的困难，保证了数据交换的畅通性和及时性，而且成功导入后，设备间的连接关系已经生成，不需要后期的维护。用此方法在数据中心建模，模型的可扩充性也很强，需要对模型进行扩展时，直接对在数据中心另建的表上进行扩展就能实现预期的目标。采用这种方法的难点在于如何编程实现将交集的信息（主要是设备的ID和描述信息）导入在数据中心新建的表中。方法三与方法二比较起来，模型的易交换性和可扩充性是一样的。与方法二不同的是两部分表没有直接的连接关系，二者依靠第三方表进行关联，这样需要在数据中心另外再建立一批新表，然后由用户对这批关联表进行维护，保证二者之间连接的畅通性。由于电力系统元器件种类繁多，且每类元器件的数量也非常的多，依靠用户手动对关联表进行维护工作会非常繁重且易于出错，在实际应用中将是一个灾难性的工作。综合考虑实际情况，采取方法二对数据中心的模型进行扩展。2.4对模型进行扩展的实例 对模型进行扩展主要是针对电力系统元器件的参数属性和管理属性进行扩充，以下以变压器绕组为例，进行详细的说明。 首先在数据中心建立数据表Transformerwinding_paramete，该表用于补充存储在CIM中对变压器绕组的参数信息描述不完整的部分。表结构如下(省略号表示可扩展)aliasName(String)description (String) name(String)pathName (String)空载损耗（Nmber）空载电流（Nmber）高中短路损耗（Nmber）高低短路损耗（Nmber）中低短路损耗（Nmber）高中短路电流（Nmber）高低短路电流（Nmber）中低短路电流（Nmber）. 将导入到数据中心以后，数据中心中就会生成一张Transformerwinding表，该表结构如下：aliasName(String)description (String) name(String)pathName (String)b（Number）励磁支路的电纳r（Number）绕组的正序串联电阻x（Number）绕组的正序串联电抗ratedkv（Number）绕组的额定电压ratedmva（Number）绕组的正常额定功率windingtype（Number）绕组的类型由两表结构可见表Transformerwinding（表1）和Transformerwinding_paramete（表2）的公共部分是四列：aliasName，description，name，pathName。现在需要将表1中的四列数值导入到表2中，同时保留表2中其它相应列的内容不变。在编程导入数据时，将Name作为唯一键字来进行匹配。如果表2中的name值和表1中的name值相同，则修改表2中的其它三列；如果表1中的name在表2中没有，则将四列值同时插入到表2 中；在oracle数据库中，8i以后的版本，用一条简单的语句就可以实现上述功能：Merge into Transformerwinding_paramete tb2 using (select * from Transformerwinding ) tb1On (=) when matched then update set aliasName=tb1. aliasName,description =tb1.description, pathName= tb1.pathNamewhen not matched theninsert (tb2.aliasName，tb2.description，，tb2.pathName)values(tb1.aliasName，tb1.description，，tb1.pathName) 4 结论根据电网运行和管理的特点，在调度数据中心内按照主题进行建模。本文提出将IEC61970 CIM应用于调度数据中心的建模中，并对模型进行扩展,在数据中心统一为各个应用系统提供模型服务，如电力市场，实时经济调度等等，从而保证数据的唯一性，可扩充性，并能很好的支持后期应用。现在已经将该方法实际使用于某省调的数据中心建模中，很好的解决了调度中心的各系统的互联和信息共享问题，同时也为数据平台综合利用各系统的信息对电网运行进行分析准备好数据。用此方法建模符合IEC61970的标准，能保证数据交换的方便快捷完整和实时性，具有普适和推