通用信息模型在電力信息化建設(shè)中的應(yīng)用

韓 昆，李 樂（內(nèi)蒙古電力設(shè)計(jì)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010000）

通用信息模型在電力信息化建設(shè)中的應(yīng)用

韓 昆，李 樂（內(nèi)蒙古電力設(shè)計(jì)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010000）

作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中重要的基礎(chǔ)能源設(shè)施，電力行業(yè)信息化發(fā)展的腳步一直強(qiáng)勁。隨著電力信息化建設(shè)的不斷發(fā)展，通用信息模型在電力信息化建設(shè)中的應(yīng)用變得越來越廣泛。本文主要闡述了通用信息模型在電力信息化建設(shè)中的應(yīng)用。

電力；信息化；建設(shè)；通用信息模型；CIM

引言

由于歷史遺留問題，在電力信息化建設(shè)中因?yàn)槿狈y(tǒng)一的規(guī)劃，導(dǎo)致電力企業(yè)各個(gè)信息系統(tǒng)之間缺乏關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致很難實(shí)現(xiàn)信息共享，造成信息孤島現(xiàn)象。而通用信息模型能夠?qū)υ搯栴}進(jìn)行有效的解決。將通用信息模型應(yīng)用在電力信息化建設(shè)中，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用系統(tǒng)雙方之間只需要傳輸數(shù)據(jù)，不必要知道雙方各自的模型，為建立電力企業(yè)信息集成平臺(tái)、實(shí)現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)共享打下良好的基礎(chǔ)。

1 傳統(tǒng)EMS電網(wǎng)模型

CIM模型的核心就是電網(wǎng)的信息模型，要能夠準(zhǔn)確表達(dá)電網(wǎng)的組成、結(jié)構(gòu)和特性。而這些電網(wǎng)信息模型其實(shí)一直都在電力自動(dòng)化控制系統(tǒng)（也就是能量管理系統(tǒng)）中制定，經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)幾十年的運(yùn)行和使用，這套模型已相當(dāng)?shù)某墒旌头€(wěn)定，CIM模型正是在此基礎(chǔ)上演化和完善形成的。傳統(tǒng)EMS電網(wǎng)信息模型主要是由公司、區(qū)域、變電站、電壓等級(jí)等模型構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)，見圖1。

圖1 傳統(tǒng)EMS電網(wǎng)信息模型層次結(jié)構(gòu)

一個(gè)電網(wǎng)公司一般由幾個(gè)地區(qū)電網(wǎng)構(gòu)成。例如內(nèi)蒙古電網(wǎng)公司就可以分為呼和浩特電網(wǎng)、包頭電網(wǎng)等若干個(gè)區(qū)域電網(wǎng)。區(qū)域電網(wǎng)中主要包括變電站和線路。變電站下一般有兩到三個(gè)不同的電壓等級(jí)區(qū)和變壓器。電壓等級(jí)區(qū)包括了該電壓等級(jí)下的所有設(shè)備，包括斷路器、刀閘、互感器、繼電保護(hù)、饋線等，其中饋線是負(fù)責(zé)向負(fù)荷供電的線路，也是由各種設(shè)備構(gòu)成的。變壓器下通常有兩、到三組繞組，分別對(duì)應(yīng)變電站的電壓等級(jí)區(qū)。線路實(shí)現(xiàn)電能的傳輸，將不同的節(jié)點(diǎn)連接成電網(wǎng)，同時(shí)為了線路運(yùn)行維護(hù)管理方便，線路一般會(huì)分為若干個(gè)線路段。

2 IEC 61970 CIM電網(wǎng)信息模型

通用信息模型（CIM）用對(duì)象類和屬性及它們之間的關(guān)系來描述電力企業(yè)的所有主要對(duì)象，特別是那些與電力運(yùn)行有關(guān)的對(duì)象，通用信息模型（CIM）是一個(gè)抽象模型，沒有具體實(shí)現(xiàn)，CIM是用面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)定義。

在CIM模型中，電網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)EMS電網(wǎng)模型基本保持一致，使用了地理區(qū)域、變電站、設(shè)備等模型對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行建模，其中地理區(qū)域 （Geographica1Region）、子地理區(qū)域（SubGeographica1Region）對(duì)應(yīng)區(qū)域（DV），變電站（Substation）對(duì)應(yīng)變電站（ST），電壓等級(jí)區(qū)（Vo1tageLeve1）對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)（kV），設(shè)備（Equipment）表示各類電力設(shè)備。另外，CIM模型中增加了一個(gè)“間隔（Bay）”的模型，以對(duì)應(yīng)實(shí)際變電站中的間隔，見圖2。

圖2 CIM模型層次結(jié)構(gòu)

CIM模型中使用了一個(gè)很重要的概念，就是設(shè)備容器。設(shè)備容器是一個(gè)抽象化模型，它本身是由多個(gè)設(shè)備構(gòu)成的。變電站（Substation）、電壓等級(jí)區(qū)（Vo1tageLeve1）、間隔（Bay）、線路（Line）等幾個(gè)模型都是設(shè)備容器，也就相當(dāng)于它們都隱含的包含了多個(gè)設(shè)備。

3 電網(wǎng)連接模型

在實(shí)際的電網(wǎng)中，各種設(shè)備是相互連接在一起的，構(gòu)成了一個(gè)網(wǎng)狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。那么在CIM模型中，是如何來對(duì)電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行建模的呢。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)要分為兩部分來理解，分別是電網(wǎng)連接模型和電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ?。其中電網(wǎng)連接模型是表示電網(wǎng)各元件之間的電氣連接關(guān)系，是靜態(tài)的，不考慮開關(guān)位置和電氣連同情況，對(duì)應(yīng)電網(wǎng)的主接線圖。而電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ蛣t是動(dòng)態(tài)的，它是計(jì)算了所有開關(guān)位置，反映了電網(wǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。我們首先來了解電網(wǎng)的連接模型，電網(wǎng)的拓?fù)淠Ｐ土硗膺M(jìn)行專門的研究。首先，在CIM模型中，用以對(duì)電網(wǎng)設(shè)備連接關(guān)系進(jìn)行建模的類主要有Equipment（設(shè)備），ConductingEquipment（導(dǎo)電設(shè)備）、ConnectivityNode（連接點(diǎn)）、和Termina1（端子）。

其中，ConductingEquipment是設(shè)備的一個(gè)子類，表示所有的可導(dǎo)電設(shè)備，即能夠與其它設(shè)備相互連接的設(shè)備。端子（Termina1）是導(dǎo)電設(shè)備與其它設(shè)備進(jìn)行連接的一個(gè)邏輯連接點(diǎn)，ConductingEquipment具有一個(gè)或多個(gè)端子的關(guān)聯(lián)，表示一個(gè)ConductingEquipment具有一個(gè)或多個(gè)端子。

那不同的導(dǎo)電設(shè)備的端子之間是如何關(guān)聯(lián)的呢？這就是連接點(diǎn)（ConnectivityNode）的作用了，一個(gè)ConnectivityNode可以關(guān)聯(lián)多個(gè)端子，也就是指被一個(gè)共同的ConnectivityNode關(guān)聯(lián)到的Termina1，它們之間是連接在一起的，圖3是一個(gè)實(shí)際的示意圖，可以更清楚的看到三者之間的關(guān)系。

圖3 導(dǎo)電設(shè)備的端子關(guān)聯(lián)示意圖

在這個(gè)例子里，有三個(gè)設(shè)備（分別是Break、Load、Line）連接在一起，每個(gè)設(shè)備都關(guān)聯(lián)到一個(gè)Termina1，而這三個(gè)Termina1又關(guān)聯(lián)到了統(tǒng)一ConnectivityNode。

4 基于CIM的電力設(shè)備建模

4.1 應(yīng)用模式建模

電力設(shè)備的建模采用責(zé)任模式的責(zé)任知識(shí)級(jí)模式，在建模過程中將資源和資產(chǎn)分開，在資源部分存在很多的設(shè)備，包括變壓器、閘刀、斷路器等，同時(shí)隨著科技的發(fā)展出現(xiàn)了越來越多的新設(shè)備，因此Equipment不是一成不變的。同理我們可知，在資產(chǎn)部分，在產(chǎn)也會(huì)發(fā)生著不斷的變化。資產(chǎn)執(zhí)行資源中相應(yīng)設(shè)備的角度，比如在資源中歐斷路器，它的功能由資產(chǎn)中實(shí)實(shí)在在的物理的斷路器來實(shí)現(xiàn)。結(jié)合電力設(shè)備的現(xiàn)狀，以CIM為基礎(chǔ)，應(yīng)用責(zé)任知識(shí)級(jí)模式對(duì)電力設(shè)備建模，其概念模型見圖4。

圖4 基于CIM的概念模型圖

從圖2中我們看出左面部分飲用CIM中的資源部分，右面部分飲用CIM的資產(chǎn)部分，中間的constraint對(duì)資源和資產(chǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了約束，圖中的設(shè)備Type和資產(chǎn)Type是應(yīng)用模式。

4.2 技術(shù)框架設(shè)計(jì)

在電力設(shè)備建模技術(shù)方面主要是利用面向?qū)ο蟮姆治龊驮O(shè)計(jì)方法，使用分布式多層體系構(gòu)架?？蛻舳酥饕菍?duì)用戶的操作界面的設(shè)計(jì)以及對(duì)應(yīng)用讀物段的調(diào)用進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。因公服務(wù)端主要是對(duì)電力設(shè)備業(yè)務(wù)組件的建立進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，從而將接口提供給客戶端用業(yè)務(wù)組件；對(duì)象模型展示電力設(shè)備建模系統(tǒng)的實(shí)體類的屬性，為應(yīng)用服務(wù)端的調(diào)用提供接口，主要是將應(yīng)用服務(wù)端與ora1ce數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)分離，保證ora1ce數(shù)據(jù)庫(kù)的安全，數(shù)據(jù)服務(wù)為ora1ce數(shù)據(jù)庫(kù)。

5 電網(wǎng)模型實(shí)例

下面，我們通過一個(gè)實(shí)例更進(jìn)一步的來講解電網(wǎng)模型，圖5是一個(gè)簡(jiǎn)單的電力系統(tǒng)接線圖，主要包括三個(gè)電壓等級(jí)區(qū)，以及發(fā)電機(jī)、變壓器、線路等設(shè)備。

圖5 電力系統(tǒng)接線圖

首先，我們把各種電力元件替換為相應(yīng)的CIM模型，例如變壓器為PowerTransformer，母線為Busbar等，見圖6。

圖6

接下來，我們用Termina1和ConnectivityNode兩個(gè)模型，把各元件之間的連接關(guān)系描述出來，見圖7。

6 結(jié)語

綜上所述，企業(yè)信息化是電力企業(yè)提高自身管理水平的重要手段，而在電力企業(yè)信息化建設(shè)中越來越多的應(yīng)用CIM建模。IEC 61970/61968等系列標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際電工委員會(huì)制定的電網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其中的CIM（公共信息模型）建立了所有的電網(wǎng)信息模型，是所有電網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)，其重要性不言而喻。

圖7

[1]黃文華，李 勇.IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)及應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（21）：67～68.

[2]魏晉雁，蘇 薈，魏晉懷.CIM建模技術(shù)在電力二次系統(tǒng)設(shè)備中的應(yīng)用[J].山西建筑，2009（29）：29～31.

[3]畢睿華，王玉忠，賈云浪.基于CIM的電力系統(tǒng)信息集成的研究[J].四川電力技術(shù)，2007（05）：56～57.

[4]胡繼芳，王 寧.IEC61970與新一代EMS數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000（24）：93～94.

TM769

A

2095-2066（2016）34-0041-03

2016-11-23

韓 昆（1981-），男，工程師，本科，主要從事管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)工作。