IEC 61970-3012020+AMD12022 CSV 能源管理系统应用程序接口（EMS-API）.第301部分公共信息模型（CIM）库标准立项发展报告

能源管理系统应用程序接口（EMS-API）第301部分：公共信息模型（CIM）库标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:EnergyManagementSystemApplicationProgramInterface(EMS-API)-Part301:CommonInformationModel(CIM)Base摘要随着全球能源互联网建设的深入推进和可再生能源的大规模并网，能源管理系统（EMS）在电力系统运行与控制中的地位日益凸显。然而，不同厂商开发的EMS系统之间异构性强、互操作性差、信息共享困难等问题长期制约着电力行业的数字化转型进程。国际电工委员会（IEC）制定的IEC61970-301标准——公共信息模型（CIM）库，为能源管理系统应用程序接口提供了统一的信息语义框架，是解决上述问题的关键性国际标准。本报告对该标准的发展历程、技术框架、核心内容及修订情况进行了系统梳理与分析。报告指出，自1999年CIM作为IEC61970系列标准的重要组成部分首次发布以来，历经20余年的持续演进与多次修订，CIM已从最初面向能量管理系统的信息模型逐步拓展为覆盖整个电力系统全业务域的通用信息模型，其应用范围已从传统的电网调度自动化延伸至微电网管理、分布式能源接入、电力市场运营、资产管理等多元化场景。特别是在2022年发布的IEC61970-301:2020+AMD1:2022修订版中，标准进一步吸收了两年来电力行业在数字化转型过程中的实践经验与技术需求，对模型的多处细节进行了优化完善。本报告详细介绍了该标准的立项背景、技术体系、修订内容及应用前景，旨在为我国电力行业相关标准体系建设、CIM标准实施应用以及电力信息系统互操作能力提升提供参考依据。关键词：能源管理系统；公共信息模型；IEC61970；EMS-API；互操作性；电力系统自动化；国际标准AbstractWiththedeepeningconstructionoftheglobalenergyinternetandthelarge-scaleintegrationofrenewableenergysources,EnergyManagementSystems(EMS)havebecomeincreasinglycriticalinpowersystemoperationandcontrol.However,challengessuchasheterogeneityamongEMSsystemsdevelopedbydifferentvendors,poorinteroperability,anddifficultiesininformationsharinghavelongconstrainedthedigitaltransformationprocessofthepowerindustry.TheIEC61970-301standard,theCommonInformationModel(CIM)base,developedbytheInternationalElectrotechnicalCommission,providesaunifiedinformationsemanticframeworkforEMSapplicationprograminterfacesandservesasapivotalinternationalstandardinaddressingthesechallenges.Thisreportsystematicallyanalyzesthedevelopmenthistory,technicalframework,corecontent,andrevisionupdatesofthisstandard.ThereportpointsoutthatsinceCIMwasfirstpublishedin1999asanintegralpartoftheIEC61970series,ithasundergonemorethan20yearsofcontinuousevolutionandmultiplerevisions.CIMhasexpandedfromaninformationmodelinitiallyorientedtowardenergymanagementsystemstoauniversalinformationmodelcoveringtheentirepowersystembusinessdomain.Itsapplicationscopehasextendedfromtraditionalgriddispatchautomationtodiversifiedscenariosincludingmicrogridmanagement,distributedenergyresourceintegration,electricitymarketoperations,andassetmanagement.Inparticular,theIEC61970-301:2020+AMD1:2022revisionpublishedin2022furtherincorporatespracticalexperienceandtechnicalrequirementsaccumulatedduringthedigitaltransformationofthepowerindustryoverthepasttwoyears,optimizingandrefiningmultipledetailsofthemodel.Thisreportprovidesadetailedintroductiontothestandard'sprojectbackground,technicalarchitecture,revisioncontent,andapplicationprospects,aimingtoprovidereferencefortheconstructionofrelevantstandardssystemsinChina'spowerindustry,theimplementationandapplicationofCIMstandards,andtheenhancementofpowerinformationsysteminteroperability.Keywords:EnergyManagementSystem;CommonInformationModel;IEC61970;EMS-API;Interoperability;PowerSystemAutomation;InternationalStandard一、引言1.1研究背景与意义能源管理系统（EnergyManagementSystem,EMS）是保障电力系统安全、稳定、经济运行的神经中枢。随着特高压交直流混联电网的快速发展、新能源大规模接入以及电力市场化改革的深入推进，现代电力系统的运行特性日趋复杂，对EMS的功能性能和智能化水平提出了更高要求。在这一背景下，不同自动化系统之间、不同厂商设备之间、不同业务领域之间的信息共享与互操作需求日益迫切。然而，长期以来，由于缺乏统一的信息模型标准，电力行业各厂商的EMS系统在数据建模、信息交换和系统接口方面存在显著的技术壁垒。不同系统之间往往需要通过大量定制化的点对点接口实现数据交互，不仅开发周期长、维护成本高，而且极易产生数据语义不一致的问题。这种信息孤岛现象严重制约了电力系统的一体化运行和协同优化能力，阻碍了智能电网和能源互联网的建设进程。国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）第57技术委员会（TC57）——电力系统管理及其信息交换委员会，自20世纪90年代以来一直致力于制定电力系统管理及信息交换领域的系列国际标准。其中，IEC61970系列标准（能源管理系统应用程序接口，EMS-API）以公共信息模型（CommonInformationModel,CIM）为核心，为EMS的标准化信息建模与系统集成提供了根本性的技术方案。1.2标准概况本报告所涉标准编号为IEC61970-301:2020+AMD1:2022CSV，标准名称为《能源管理系统应用程序接口（EMS-API）——第301部分：公共信息模型（CIM）库》（Energymanagementsystemapplicationprograminterface(EMS-API)-Part301:Commoninformationmodel(CIM)base）。该标准由国际电工委员会（IEC）发布，现行有效，发布日期为2022年2月22日，语言版本为英语和法语。该标准归类于“遥控、遥测”领域，是IEC61970系列标准的核心组成部分。该标准作为CIM的基础部分，全面定义了电力系统运行领域各主要对象的标准化信息模型，涵盖发电、输电、配电、负荷等各类电力系统资源以及与调度运行密切相关的拓扑、量测、SCADA、保护等各类信息。标准的现行版本是在IEC61970-301:2020第六版基础上，整合了2022年发布的第一号修订件（AMD1:2022）形成的合并版（CSV，ConsolidatedVersion）。二、标准立项背景与发展历程2.1国际标准化背景IEC61970系列的制定始于20世纪90年代初期。彼时，欧美主要电力公司在推进电力市场化改革的过程中，面临着多重技术挑战：一方面，电力市场运营需要将多个独立运营的电网控制中心系统进行信息互联，以实现跨区域的电力交易和调度协调；另一方面，随着电力系统规模的不断扩大和设备类型的日益丰富，传统的人工定制接口方式已无法满足系统建设和运维的效率要求。在此背景下，IECTC57于1995年前后启动了EMS-API标准化工作。该工作的目标是制定一套适用于能量管理系统领域的应用程序接口标准，使不同厂商开发的EMS相关软件组件能够通过标准化的接口实现即插即用式的集成，同时使不同控制中心之间的系统能够以统一的语义进行信息交换。2.2CIM模型的早期发展公共信息模型（CIM）最初由美国电力科学研究院（EPRI）主导的“控制中心应用程序接口”（CCAPI）研究项目演变而来。EPRI于1993年启动CCAPI项目，旨在为控制中心不同应用程序之间的数据交换定义统一的接口规范。该项目的研究成果随后被提交至IECTC57，成为IEC61970系列标准的技术基础。1999年，IEC61970-301第一版正式发布，这是CIM首次以国际标准的形式面世。当时的CIM覆盖范围主要集中在EMS领域，包括核心包（Core）、拓扑包（Topology）、发电包（Generation）、负荷模型包（LoadModel）等主要包结构，以及量测、SCADA等基础应用领域的信息建模。2.3标准版本的持续演进自1999年首次发布以来，IEC61970-301经历了多次修订和扩展：-第一版（1999年）：建立CIM核心框架和基础包结构；-第二版（2003年）：扩展了电力系统分析相关模型，增加了对网络分析应用的支持；-第三版（2007年）：进一步丰富和完善了各包的类定义和关联关系，增强了与IEC61968系列（配电管理）标准的协调性；-第四版（2009年）：增加了对智能电网相关应用的支持，扩展了分布式能源、储能等新型元素的建模能力；-第五版（2013年）：在CIM的整体架构、命名规范、模型扩展机制等方面进行了系统性优化；-第六版（2016年）：完成了CIM模型架构的重大调整，引入了面向对象建模的新方法，增强了模型的可扩展性和可维护性；-IEC61970-301:2020版：在第六版基础上进一步修订完善，细化了多个包的类属性定义和关联约束；-2022年修订（AMD1:2022）：针对前两年版标准实施过程中反馈的问题进行了针对性修订，并于2022年发布合并版（CSV）。2.4与相关标准的协同发展IEC61970-301并非孤立的标准文件，它是IECTC57制定的系列标准体系中的核心组成部分。与该标准密切关联的其他标准包括：-IEC61970-302：公共信息模型（CIM）的经济调度模型；-IEC61970-452：CIM静态电网模型交换格式；-IEC61970-453：图形交换格式（CIM/G）；-IEC61970-456：CIM的已解算电网模型交换格式；-IEC61968系列：配电管理的系统接口，其中第11部分（IEC61968-11）定义了配电管理的CIM扩展；-IEC62325系列：能源市场通信框架，以CIM为基础构建电力市场信息交换模型。此外，CIM还与IEC61850（变电站自动化通信标准）形成了互补关系。IEC61850侧重于变电站内部设备级的信息建模与通信，而CIM侧重于系统级的信息建模与交换，两者的有效协同为电力系统“站端设备—调度主站—上级系统”全过程的信息一体化提供了标准支撑。三、标准技术内容与框架3.1CIM的总体架构IEC61970-301定义的公共信息模型（CIM）采用统一建模语言（UML）进行表示，以面向对象的方法对电力系统运行领域的主要对象进行抽象和建模。CIM通过包（Package）的分层组织结构来管理大量的类（Class）、属性（Attribute）和关联（Association），从而形成一套完整、一致、可扩展的电力系统信息模型。CIM的逻辑架构可划分为多个包（Package），每个包描述电力系统某一特定业务领域内的相关信息。所有包共同构成一个覆盖完整的、协调一致的CIM整体模型，其中的关键包主要包括：（1）核心包（Core）：定义电力系统中最基础的对象类别，包括电力系统资源（PowerSystemResource）、设备容器（EquipmentContainer）、导电设备（ConductingEquipment）等核心抽象类，是其他各包的基础。（2）拓扑包（Topology）：描述电网的拓扑连接关系，包括连接节点（ConnectivityNode）、拓扑节点（TopologicalNode）等类，为网络分析应用提供拓扑信息支撑。（3）电线包（Wires）：定义输电和配电网络中的各类导电设备，如线路（Line）、变压器（Transformer）、开关（Switch）、母线（BusbarSection）等。（4）发电包（Generation）：涵盖各类发电资源的信息建模，包括常规发电机组（GeneratingUnit）、辅助设备（AuxiliaryEquipment）、原动机（PrimeMover）等，同时在新版本中纳入了多种新能源发电元素。（5）量测包（Meas）：定义量测相关的信息模型，包括量测值（Measurement）、量测类型（MeasurementType）、模拟量（Analog）、离散量（Discrete）等。（6）负荷模型包（LoadModel）：描述负荷特性和负荷区域的信息，包括负荷区域（LoadArea）、子负荷区域（SubLoadArea）、负荷曲线（LoadCurve）等。（7）SCADA包（SCADA）：描述数据采集与监视控制相关的信息对象，包括远程终端单元（RemoteUnit）、通信链路（CommunicationLink）等。（8）保护包（Protection）：定义继电保护装置及其功能的信息建模，涵盖保护设备（ProtectionEquipment）、保护方案（ProtectionScheme）等。（9）资产包（Assets）：面向资产管理领域，描述电力设备资产属性、技术参数、运行状态等资产管理生命周期相关信息。（10）域包（Domain）：定义CIM中广泛使用的数据类型和量纲单位，为各业务包提供统一的数据类型基础。3.2标准的核心技术特点（1）统一语义框架CIM的核心价值在于提供了一套无歧义的电力系统信息“通用语言”。无论系统由哪个厂商开发、运行于何种软硬件平台，只要遵循CIM标准进行信息建模和数据交换，即可实现信息语义的一致性理解。这对于消除数据孤岛、降低系统集成门槛具有根本性的意义。（2）面向对象的建模方法CIM采用UML面向对象建模方法，通过类、对象、属性、关联、继承等建模元素对电力系统实体及相互关系进行描述。这种建模方式高度贴近电力系统对象的自然层次关系，有利于模型的扩展和复用，也便于利用现代软件工程工具进行模型管理和应用开发。（3）可扩展性设计CIM标准在保持模型整体一致性的前提下，允许不同国家和地区、不同企业根据自身业务需求进行合理的模型扩展。标准本身提供了一套统一的扩展规则和命名规范，确保扩展部分与标准核心模型保持兼容，避免因扩展造成模型分裂和标准碎片化。（4）多场景适应性经过多版本迭代，当前的CIM已不仅仅是EMS领域的专用模型，而是已扩展为覆盖电力系统规划、建设、运行、检修、营销等全业务链的通用信息模型。其应用已广泛涉及电网调度自动化、配电自动化、电力市场运营、分布式能源管理、微电网控制、电动汽车充换电管理、虚拟电厂、综合能源服务等多个新兴领域。3.32022年修订版的主要变化IEC61970-301:2020+AMD1:2022CSV（合并版）整合了2020年发布的基础版本与2022年发布的修订件。修订件主要围绕以下几个方面进行了更新和完善：（1）模型缺陷修复：对前期版本中部分类属性的定义歧义、关联多重性约束不当等问题进行了修正，提高了模型的精确性和一致性；（2）应用需求补充：根据CIM在电力市场、分布式能源管理等方面应用实践的反馈，补充和完善了部分类和相关属性定义；（3）术语与定义更新：根据IEC术语数据库（Electropedia）的最新更新，对标准中的术语和定义进行了同步修订；（4）与相关标准的协调性改进：对与IEC61968、IEC62325等系列标准的接口部分进行了协调性调整，确保各系列标准之间的无缝衔接。四、标准实施与应用4.1国际应用现状在全球范围内，IEC61970-301CIM标准已成为电力系统信息交换领域应用最广泛的国际标准之一。北美电力可靠性公司（NERC）在其电网可靠性标准中明确要求各区域输电运营商遵循CIM标准进行电网模型交换。欧洲输电系统运营商网络（ENTSO-E）在其电能市场耦合及跨区电网模型交换机制中也全面采用了CIM标准。此外，CIM在东南亚、中东、南美等地区的电力系统建设项目中也得到了广泛应用。4.2国内应用进展在我国，CIM标准同样受到了电力行业的高度重视。国家电网有限公司在智能电网调度控制系统（D5000系统）建设中全面引入了CIM标准，将其作为电网模型描述和交换的统一规范，并在此基础上制定了企业标准和行业标准。中国南方电网有限责任公司在OS2系统建设中也采用CIM作为主网架模型的标准表示。此外，CIM还被广泛应用于新一代配电自动化系统、电力市场技术支持系统以及新能源集控系统等建设中。值得注意的是，为促进CIM标准在我国更深入地落地实施，国内相关标准化技术委员会、科研机构和企业联合开展了大量CIM模型的本地化适配和扩展工作。在遵循IEC61970-301核心模型的前提下，结合我国电网运行管理的实际需求，对配电网模型、分布式能源模型、源网荷储协调控制模型等方面进行了适当的扩展，形成了具有中国特色的CIM应用方