基于面向服务架构的电网调度信息纵向交换平台的研究与实现

1、基于面向服务架构的电网调度信息纵向交换平台的研究与实现第25卷第2期2012年2月广东电力GUANGDoNGELECTRICPOWERVO1.25NO.2Feb.20l2基于面向服务架构的电网调度信息纵向交换平台的研究与实现何超林,梁寿愚,李鹏(中国南方电网电力调度控制中心,广东广州510623)摘要:为解决电力调度信息纵向交换的难题,提出并开发了基于面向服务架构(serviceorientedarchitecture,SQA)的纵向数据交换平台建设思路,通过统一的数据交互服务规范及数据标准,以及接口服务与数据处理平台的松耦合集成,实现数据处理业务和交换功能的分离,提高可重用数据交互服务的粒度

2、.该平台的实现为南方电网的一体化调度提供了有力的信息化支撑,并为一体化电网运行智能系统建设作了积极的探索.关键词:电网调度;信息交互;面向服务架构;纵向交换中图分类号:TP319文献标志码:A文章编号:1007-290x(2O12)02-008606ResearchandImplementationofVerticalDataExchangePlatformforPowerGridDispatchingInformationBasedonSOAHEChaolin,LIANGShouyu.LiPeng(ElectricPowerdispatchingandControlCenterofCSG,G

3、uangzhou,Guangdong510623,China)Abstract.Inordertohandleverticaldataexchangeofpowergriddispatchinginformation,verticaldataexchangeplatformbasedonservice-orientedarchitecture(SOA)iSpresentedanddeveloped.Byuniformcriterionforinteractivedataservicesanddatastandardaswellasloosely-coupledintegrationofinte

4、rfaceservicewithdataprocessingplatform,dataprocessingserviceandexchangeareseparatedandgranularityofinteractiveserviceofreusabledataisimproved.TheimplementationoftheplatformprovidesintegrateddispatchinginCSGwithpotentinformationsupportandpositivelygropesforintegratedsmartoperationsystemofpowergrid.Ke

5、ywords:girddispatching;informationinteraction;SOA;verticalexchange作为国内两大电网企业之一,南方电网责任有限公司(以下简称南网)采用了”统一调度,分级管理”的调度原则.随着电力调度信息化的不断推进,各级调度机构对纵向数据交换和流程互联的需求也日益增多,但以往缺少统一的规划和设计,纵向系统间的环境,数据库平台及核心实现技术等方面差异较大,系统间的数据交换问题难以解决,给电网电力调度管理的一体化造成了技术障碍1.为解决电力调度信息纵向交换的难题,实现网,省,地各类调度信息的畅通共享,南网电力调度控制中心(以下简称南网总调)基于面向服

6、务架构收稿日期:2011-08.18(serviceorientedarchitecture,SOA),研究制定了网,省间数据交换的接口规范和数据标准,并基于该规范开发实现了统一的数据交换平台,有效提高了数据交换过程的安全性,有效性,易用性,可控性和可扩展性,消除了系统间的信息孤岛,可实现调度核心业务在网,省级调度之间的高效管理.1电网调度信息交换的特点及需求为了实现对电网及时,准确的监视,南网各级调度机构都建立了数据采集与监视控制(superviso.rycontrolanddataacquisition,SCADA)系统,并通过电力调度数据网实现上下级调度机构间实时数据的转发,这在一定程度

7、上为统一调度提供了必第2期何超林,等:基于面向服务架构的电网调度信息纵向交换平台的研究与实现87要的手段.但在电网运行统计信息,调度管理信息的纵向交换上,仍缺乏统一,规范的手段,特别是在网,省两级调度机构间,信息交换的手段较多,如E.mail,文件传输协议(filetransferprotocol,FTP),数据库共享,手工上传等.从南网自身的纵向调度信息交换需求分析,其信息交换具有以下特点:a)SCADA系统等实时系统产生大量的历史数据,需在网,省问实现历史统计信息的交换.b)电网调度依赖的系统较多,包括能量管理系统(energymanagementsystem,EMS),计划编制系统,电厂

8、辅助考核系统,保护信息系统,水调自动化系统,调度运行管理系统等,需提供1个统一独立的平台,为不同的系统提供纵向交换服务.c)为了适应国家电力监管委员会关于电厂辅助服务考核,调度信息披露等工作要求,南网总调正在探索”1+”模式的系统建设方案,需要统一的纵向数据交换平台作为支撑_2.d)电网调度管理存在很多纵向跨层级的流程,如设备检修,计划编制等,需通过数据交换来实现一体化流转.e)按照二次安全防护的要求,调度信息的纵向交互需要良好的保密性.2交换平台技术架构选择目前,同一企业不同层级的纵向数据交换方式主要有基于联邦数据库的集成方式,基于数据仓库的集成方式,基于中间件的集成方式l3以及基于SOA的

9、集成方式.2.1基于联邦数据库系统的集成基于联邦数据系统的集成方式是较早的集成方式,在该模式下,纵向各数据源之间相互提供访问接口,分享数据,数据库提供本地使用的同时也参与联邦系统的运作.但是该方式扩展性差,当集成系统的数量和规模较大时,则面临着工作量极大的困境.同时,由于南网总调和南方五省调度控制中心(以下简称中调)的分布范围大,直接将各自的数据库分享,在安全方面存在较大的风险.2.2基于数据仓库的集成基于数据仓库的集成方式是将纵向异构数据库系统中的数据复制并提取出来,将其转换成集成的,同构的数据,建立1个消除了差异性的数据仓储集合.尽管该方式查询效率较高,但通过集中复制数据来实现数据集成将消

10、耗大量的存储空间,而且只能定期更新数据,无法实时反映数据的变化,实时性较差.如果数据源发生较大变化,还可能损害数据仓库本身的质量.2.3基于中间件的集成中间件是一种独立的系统软件或服务程序,分布式应用软件借助该软件在不同的技术之间共享资源,管理计算资源和网络通信.基于中间件结构的集成方式是通过中间件屏蔽分布式系统的异构性来实现数据集成.中间件层并不存储具体数据,只存储所有数据的逻辑集成模式,不改变数据源的存储和管理方式,是一种集中式管理.分布式存储的数据集成方式具有时效性,可扩展性和安全性,适用于数据源数量较大,数据变化频繁的集成环境.2.4基于SOA的集成方式SOA是目前先进的体系架构,它将

11、应用程序的功能模块变成服务,并通过定义服务间良好的接口和契约将系统联系起来,这些接口独立于系统的硬件环境,系统平台和具体的编程语言,这使系统中的服务能够统一和通用,使系统交互更为方便l4.通过SOA,可将南网总调与各省中调的业务数据库访问逻辑屏蔽,通过制定统一的数据交换接口服务规范和数据定义标准来实现数据业务和交换功能的分离,提高可重用服务的粒度,实现服务间的松耦合.服务接口对外发布,并通过标准语言提供描述,可使南网网,省各方都可调用对方的服务,再通过服务的组合调用来实现不同的数据交换服务.3基于SOA的调度信息交换技术目前在业界,SOA作为一种架构并没有与任何语言和技术绑定,但从主流SOA相

12、关标准来看,可扩展标记语言(extensiblemarkuplanguage,XML)和Webservice已成为实施SOA的最佳选择.特别是对于跨越网,省级的纵向数据交换平台的设计,更需要基于标准的服务调用方式和数据组织方式,并通过统一的服务注册发布机制即通用描述,发现与集成服务(universaldescription,dis.coveryandintegration,UDDI)来进行互操作.第25卷3.1XMLXML是万维网联盟(WorldWideWebCon.sortium,W3C)制定的文本标记语言规范,以简单的文本形式定义各种可交换数据结构.随着数据交换技术的发展,XML已成为应用

13、系统间数据交换的标准,其产生给不同信息格式的统一带来了深刻的影响,其特点包括:a)标记自定义性.各行业可按照各自的行业规则自由制定其标记语言.b)标记可扩展性.各行业可根据需要,在原有标记的基础上自由扩充.c)遵循严格的语法要求.XML不但要求标记配对,嵌套,且严格遵循XMLSchema的规定.d)便于信息传输.不同企业或不同部门中存在许多不同的系统,XML作为数据交换媒介不仅简单易读,而且可标注各种文字和图像,甚至二进制文件,是理想的网际语言.e)跨平台性.XML采用纯文本对数据进行传输,不受操作系统和软件平台的限制.3.2WebserviceWebservice以XML作为数据封装的基本格

14、式,以简单对象访问协议(SimpleObjectAccessProtocol,SOAP)作为其消息传递机制.SOAP基于超文本传输协议(HypertextTransferProtocol,HTTP),能顺利穿越防火墙,使Webservice提供者和消费者之间的交换能顺利进行.Webservice的特点有:a)良好的封装性.消费者只能看到Webserv-ice提供的功能列表.b)跨平台性.采用简单,易理解的标准Web协议作为组件界面描述和协议描述的规范,屏蔽不同软件平台的异构性,公共对象请求代理体系结构(commonobjectrequestbrokerarchitecture,CoRBA),分

15、布式组件对象模型(distributedcom-ponentobjectmodel,DCOM)等均可通过该标准协议进行互操作.c)松耦合服务.消费者无需知道Web服务实现的技术细节(如程序设计语言,部署平台等),所有Web服务内部的变更对用户均是透明的.d)粗粒度.Web服务提供了定义粗粒度Web服务的方法,该服务可访问适量的业务逻辑.3.3通用描述,发现与集成服务通用描述,发现与集成服务(universalde.scription,discoveryandintegration,UDDI)是一种目录服务,网,省数据交换平台可利用它对Webservices进行注册和搜索5,其基本架构包括服务提

16、供商,服务消费者和注册中心3个实体.实体间的交互流程为:服务提供者在注册中心(UD.DI)注册并发布其服务;服务消费者在UDDI获得服务提供者消息;服务消费者根据查找获得的Webservice描述来绑定服务;服务消费者调用服务提供者的服务.4南网网,省数据交换平台架构基于SOA的数据交换平台的设计在实现模式上有2种方案:a)由所有需进行数据交换的应用系统将自身的数据接口封装为Web服务,注册在服务总线上,供纵向其他调度机构的应用系统调用.这种方式具有较好的松耦合性,但各个系统都要进行服务改造,并独立完成数据表到XML的处理转换,造成服务接口膨胀.b)通过数据提取,转换和加载(extractio

17、n.transformation-loading,ETL)方式先将需进行交换的数据统一抽取到1个数据库,然后对外提供唯一的Web服务,供纵向其他调度机构的应用系统调用.这种方式的数据交换服务架构较为清晰,但需要较大的存储开销.针对上述2种方案的优缺点,本文提出了一种新的SOA服务封装方案,即将数据交换服务与数据处理功能分离,建设起统一的数据交换处理平台,通过逻辑上的数据联邦来实现对本地各应用系统数据库的实时访问和抽取,在数据交换处理平台的外面提供统一的数据交换服务(适配器),并注册在纵向的数据交换服务总线上6.这种方案使数据抽取,处理与交换服务之间具有良好的松耦合关系,避免了对交换数据的集中存

18、储;而且通过统一的数据交换处理平台,有利于进行队列处理,容错和负载分析等.南网调度信息网,省纵向交换平台总体架构如图1所示.该平台包括数据交换服务总线,UDDI交换服务注册中心,数据交换服务,数据交换处理平台等,各调度机构之间以XML信息作为载体,第2期何超林,等:基于面向服务架构的电网调度信息纵向交换平台的研究与实现通过安全套接层(securesocketslayer,SSL)加密报文进行交互.lSSL$1密l卤+t数据交换服务lSSLJJH密l卤+t数据交换服务数据交换处理平台而入库服务数据I1数据10面百泵d一南网总调数据交换处理平台数据抽取,厂,查询,召入库/服务圃五省中调图1南网调度

19、信息交换平台架构4.1数据交换服务接口规范为了实现数据交换服务与本地数据处理平台的松耦合关系,针对电网调度数据的特点,在平台设计之初组织制定了纵向数据交换接口服务规范r7.接口规范总体上遵循了简单,方便的原则,网,省各调度机构只需在纵向数据交换总线上注册数据召唤查询,数据发送互操作和文件发送3个服务,并通过制定统一的数据定义标准,实现不同数据类型的分发处理,即可完成接口服务与数据类型的分离.平台定义的3个接口服务具体为:a)数据互操作服务接口,即StringSendData(StringSender,byte-数据).该接口负责接收其他调度机构发送的数据以及相关的流程控制信息,所有数据采用ba

20、se64的编码方式.接收方收到该交换数据后,将根据其XML根节点标签进行信息辨识,再分配到其他服务或数据处理系统进行入库或流程等操作.b)文件服务接口,即StringSendFile(StringSender,byte-文件).该接口负责接收其他调度机构发送的文件,文件流信息统一使用base64的编码方式.接收方收到该信息后,进行解码并转换为文件后,再分配到其他服务或数据处理系统进行本地存储等操作.c)数据查询召唤服务接口,即Byte-Query.Data,(StringSender,查询条件).该接口负责对外提供本地调度信息的查询召唤服务,信息查询双方通过约定的数据标准及查询条件进行,查询条

21、件支持大于,大于等于,小于,小于等于,等于,不等于,模糊匹配等,并可以通过查询条件的”与”和“或”的组合为其他调度机构提供灵活的组合查询召唤服务.4.2调度信息交换数据标准在统一的接口服务规范下,各个调度机构通过南网总调发布的XML数据交换标准(如图2所示)进行数据类型的辨识.为了使基于XML的数据标准具备多维度的扩展能力,网,省调度信息数据标准采用了以XML根节点作为数据类型的标识,接口适配服务双方在接收到交换数据后,只需分析根结点即可知数据的类型.在根节点下,由同一个类型的多个重复的数据体组成,数据体包括多个数据项(对应双方异构数据库的每一列).在数据体里,除了下挂数据项外,还可挂接二层数

22、据关键字,用于表示内嵌1对多的数据类型(如检修单中停电设备);然后通过多层交叉的挂接关系,横向可通过根节点关键字唯一标识数据类型,纵向通过关键字与数据体的交叉关联实现调度信息的复杂表示.图2基于XML的数据交换标准4.3数据交换安全可靠性系统采用SSL协议,利用数字签名技术保证数据的完整性和不可否认性,利用数据加密技术保证数据的机密性和传输中不被窃取.服务发布标准的调用接口使调用者的身份无法验证,系统在Web服务器外增加了认证服务,用户通过认证服务得到身份和权限确认后,才能访问Web服务器,从而保障合法用户对服务的调用.传输可靠性通过建立持久化消息队列来实现,放入持久化队列中的消息存盘到本地,

23、只有在传输成功后才会被删除,这种机制保证不会因为死机,断电或系统崩溃等传广东电力第25卷输异常错误而导致传输数据丢失.5调度信息交换处理平台功能设计基于SOA的调度信息纵向数据交换平台实现了交换服务与数据处理平台的分离,而数据处理平台承担了各级调度机构本地数据汇集,处理,校验等任务,其主要功能包括:a)数据抽取.数据抽取方式有实时抽取和定时抽取2种.应用系统向数据交换平台发送数据抽取的指令,通过定义发送周期,数据交换平台定时完成数据抽取.数据抽取的结果是生成符合发送协议定义的XML文件.b)数据入库.数据交换处理平台接收到XML文件后,根据定义的接收协议对XML文件进行解析,对数据库执行插入或

24、更新操作,完成数据入库工作.c)数据校验.数据交换处理平台提供多种实用的范围校验功能,包括数值类型的上下限校验,关键字校验,时间闸校验,非空校验等,能够自动过滤不符合条件的数据,对数据交换进行更精细的控制.d)同步删除.接收方如果想删除已经交换的数据,数据交换处理平台可实现同步删除发送方的数据,以保证双方数据的一致性.e)阻止更新.有些数据用户只允许发送1次,不允许再次交换数据以覆盖先前的数据.数据交换处理平台提供了阻止更新功能,既可阻止整条数据更新,也可阻止某个或某些字段更新,实现部分更新.该功能只需用户打个勾就能实现,可在条款上配置,以阻止整条数据的更新;也可在项目上配置,阻止单个字段更新

25、.f)数据分片技术.当抽取的数据量太大,在形成XML文件时,会自动把XML文件分割成多个5MB左右的文件,以利于网络传输.该技术在网络状况不好的情况下尤其重要,可进一步保证数据交换的可靠性.g)任务队列.在系统不能及时处理数据交换任务时,这些任务会排在任务队列里等候,直到处理完成.未完成的任务可能是因为1个指令未被及时执行,也可能是1个XML文件未及时入库或调用工作流引擎时出错,导致工作流无法进行.h)多路由选择.为保证数据交换的可靠性,可增加冗余数据交换服务器,在1台服务器出现故障的情况下,数据交换仍能正常进行.在发送数据时,数据交换处理平台能够自动选择正常的服务器进行传输数据.6结束语本文

26、结合目前南网调度信息纵向交互的现状,提出建立基于SOA的纵向调度信息数据交换平台,并通过将数据交换服务适配器与数据处理功能进行分离,实现数据处理与SOA服务间的松耦合集成.数据交换平台的建立真正实现了南网网,省两级调度管理信息的一体化以及调度管理信息的交换,资源共享和流程控制.该平台设计实现后,为基于“1+X”模式建设的南方网调度信息披露系统和南网电厂辅助考核服务系统的网,省调度信息交互提供了巨大便利,对促进南网电力调度管理水平起到积极作用.参考文献:1唐跃中,曹晋彰,郭创新,等.电网企业基于面向服务架构的应用集成研究与实现EJ.电力系统自动化,20()8,32(14):5054.TANGYu

27、ezhong,CAOJinzhang,GUOChuangxin,eta1.ResearchandImplementationofPowerGridEnterpriseAppli-cationIntegrationBasedonServices.orientedArchitectureJ.AutomationofElectricPowerSystems,2008,32(14):50-54.1-2梁寿愚,李鹏,汪皓,等.南方电网调度信息披露平台研究J.南方电网技术,2011,5(3):7377.LIANGShouyu,LIPeng,WANGHao,eta1.ResearchoftheDispatc

28、hingInformationDisclosurePlatformforChinaSouthernPowerGrid-J.SouthernPowerSystemTechnology,2011,5(3):7377.E33李铭,张三元,赵小鲸,等.采用数据交换平台的机场信息整合设计与实现J.科学技术与工程,2009(20):62356238.LIMing,ZHANGSanyuan,ZHAOXiaojing,eta1.DesignandImplementationofAirportInformationIntegrationBasedonDataExchangePlatformJ.ScienceTe

29、chnologyandEngi-neering,2009(20):62356238.4梁爱虎.SOA思想,技术与系统集成应用详解M.北京:电子工业出版社,2007.LIANGAihu.ExplainationofIdea,TechnologyandSystemIntegrationofSOAEM.Beijing:PublishingHouseofElectronicsIndustry,2007.5刘家茂,顾宁.面向领域UDDIRegistry的服务注册和查找EJ.小型微型计算机系统,2006,27(6):10431048.LIUJiamao,GUNing.ServiceRegistrationandDiscoveryinDomain-orientedUDDIRegistryJ.MinimicroSystems,2006.27(6):1043.10