郭金根，劉 曄

（浙江省電力公司，杭州 310007）

電力信息化

基于IEC 61970的智能電網數(shù)據(jù)采集平臺設計

郭金根，劉 曄

（浙江省電力公司，杭州 310007）

針對電力信息采集技術發(fā)展現(xiàn)狀，提出了基于IEC 61970建立智能電網數(shù)據(jù)采集平臺的設想，并詳細介紹該平臺總體架構設計中的邏輯架構、數(shù)據(jù)架構、物理架構、安全架構、性能設計等關鍵要素，該采集平臺可實現(xiàn)遠方數(shù)據(jù)采集與業(yè)務應用的分離，提高數(shù)據(jù)采集利用性能，實現(xiàn)資源共享。

IEC 61970；智能電網；數(shù)據(jù)采集平臺

1 構建智能電網數(shù)據(jù)采集平臺設想的提出

近年來，隨著電力信息技術不斷發(fā)展，對電能信息采集領域的研究和建設也逐步深入，各級電力企業(yè)分別建設了發(fā)電廠關口電能采集系統(tǒng)、變電站關口電能采集系統(tǒng)、配網公用配變監(jiān)測系統(tǒng)、電力負荷管理系統(tǒng)、中小客戶電能采集系統(tǒng)、低壓集中抄表系統(tǒng)等，已具備一定的規(guī)模和技術水平。這些系統(tǒng)針對不同專業(yè)，在輸、變、配監(jiān)測，低壓集抄、電能質量監(jiān)測等業(yè)務領域得到一定應用。

但是，這些系統(tǒng)僅考慮了各自部門的需求，并未從全局的角度來開發(fā)建設，系統(tǒng)的規(guī)模、技術架構千差萬別，運行中存在著重復建設、運維管理困難、運維成本增加、數(shù)據(jù)交互困難、數(shù)據(jù)沉重冗雜等一系列問題。因此，構建統(tǒng)一的電網數(shù)據(jù)采集平臺是降低成本和強化管理的需要，也是精細化管理的要求。

國家電網公司已經公布了智能電網的發(fā)展規(guī)劃。智能電網的基礎是分布式數(shù)據(jù)傳輸、計算和控制技術，以及多個供電單元之間數(shù)據(jù)和控制命令的有效傳輸技術。建設面向購電側、供電側、售電側綜合統(tǒng)一的智能電網數(shù)據(jù)采集平臺，是建設堅強智能電網、提供隨需應變的數(shù)據(jù)支撐能力的迫切要求。

國際電工委員會（IEC）制定的IEC 61970定義了智能電網數(shù)據(jù)采集平臺所需的系列數(shù)據(jù)模型標準?；贗EC 61970構建電網結構模型，可以化解各個專業(yè)不同部門數(shù)據(jù)應用的矛盾，解決系統(tǒng)建設過程中的諸多實際困難，為智能電網的實施提供數(shù)據(jù)支撐。

本文結合智能電網的規(guī)劃理念，提出了構建基于IEC 61970建立智能電網數(shù)據(jù)采集平臺的設想，以下著重介紹該平臺總體架構的設計。

2 平臺設計

2.1 邏輯架構

根據(jù)采集平臺與業(yè)務應用分離的原則，智能電網數(shù)據(jù)采集平臺以數(shù)據(jù)采集為主，對采集的數(shù)據(jù)進行合理存儲，并為不同業(yè)務應用系統(tǒng)提供標準的數(shù)據(jù)服務。平臺邏輯架構如圖1所示，由通信服務、數(shù)據(jù)庫、終端裝接應用、模型構建及同步接口、基本應用、數(shù)據(jù)服務組成。

圖1 平臺邏輯結構

通信服務：由負責偵聽通信報文、提供報文轉發(fā)及緩存功能的網關系統(tǒng)、負責通信調度和流量監(jiān)控等業(yè)務的通信前置機系統(tǒng)、負責對報文進行封裝和解析的業(yè)務處理器等組成。

數(shù)據(jù)庫：負責數(shù)據(jù)的存儲，包含模型數(shù)據(jù)、上報數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)。

終端裝接應用：負責所有終端安裝過程，包含通信參數(shù)的配置和通信調試、參數(shù)下發(fā)、任務下發(fā)等。

基本應用包含通信直通型應用（主要是提供相關業(yè)務系統(tǒng)直接調用通信服務與終端進行通信的接口）、采集定制型應用（主要是提供相關業(yè)務系統(tǒng)向平臺訂制數(shù)據(jù)服務的接口）、通信參數(shù)管理型應用、采集質量保障型應用 （包含工況監(jiān)視、漏點補召等）、數(shù)據(jù)加工分析型應用（數(shù)據(jù)采集后做基礎加工，提供加工數(shù)據(jù)給相關業(yè)務系統(tǒng)）。

數(shù)據(jù)服務：平臺提供直取數(shù)據(jù)、克隆數(shù)據(jù)、訂制數(shù)據(jù)3種類型的數(shù)據(jù)服務。

平臺的數(shù)據(jù)服務采用面向服務（SOA）的體系架構，結合企業(yè)級數(shù)據(jù)總線（ESB）的設計理念，為各個業(yè)務應用系統(tǒng)提供協(xié)議無關、平臺無關、松散耦合、一致高效的數(shù)據(jù)服務。數(shù)據(jù)服務的邏輯架構由協(xié)議適配及總線、授權與認證、數(shù)據(jù)服務請求正確性與完整性甄別、數(shù)據(jù)服務請求排隊、數(shù)據(jù)服務請求調度、數(shù)據(jù)服務請求分發(fā)、數(shù)據(jù)服務分類提供等組成。

2.2 數(shù)據(jù)架構

數(shù)據(jù)架構定義了智能電網數(shù)據(jù)采集平臺中的數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)構成、存儲原則等，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集和接入，通過數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)交換平臺實現(xiàn)各業(yè)務應用系統(tǒng)和智能電網數(shù)據(jù)采集平臺的基礎數(shù)據(jù)同步維護，保證基礎數(shù)據(jù)的一致性。

2.2.1 數(shù)據(jù)模型

平臺采集的數(shù)據(jù)包括電網設備的電氣量、電能量、狀態(tài)量等，可以分為參數(shù)數(shù)據(jù)和運行數(shù)據(jù)兩大類，不僅記錄設備的實時運行情況，也反映被測量的電網局部或整體的正常運行、經濟運行、健康狀況、故障等數(shù)據(jù)。

為實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，采集的數(shù)據(jù)必須進行全模型設計，與一次設備、自動化設備、通信設備建立關系，即可從一次設備系統(tǒng)、自動化設備系統(tǒng)、通信系統(tǒng)實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的關聯(lián)檢索與查詢。借鑒IEC 61970數(shù)據(jù)模型設計思想，智能電網數(shù)據(jù)采集平臺如圖2所示，其中包含了設備在線信息、離線信息、在線維護及設備狀態(tài)分析。

2.2.2 數(shù)據(jù)中心

智能電網數(shù)據(jù)采集平臺對準實時數(shù)據(jù)、非實時數(shù)據(jù)進行集中型平臺建設，并在此基礎上提供“全面業(yè)務整合平臺”的業(yè)務支撐。

圖2 電網設備狀態(tài)監(jiān)測關系模型

通過建立整體數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)統(tǒng)一信息資源層次體系、統(tǒng)一數(shù)據(jù)元素標準和統(tǒng)一信息編碼。通過對數(shù)據(jù)的規(guī)范化定義，保證數(shù)據(jù)的唯一性、準確性、完整性、規(guī)范性和時效性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享共用，解決數(shù)據(jù)層面的信息孤島問題。

數(shù)據(jù)中心應覆蓋電網公司的所有資產、資源、業(yè)務過程、采集數(shù)據(jù)、財務等核心數(shù)據(jù)。基于智能電網數(shù)據(jù)采集平臺的電力企業(yè)數(shù)據(jù)中心設計如圖3所示。

圖3 平臺數(shù)據(jù)中心

即便電力信息系統(tǒng)發(fā)展到高級階段，仍然要分為多個專業(yè)子系統(tǒng)，只不過這些專業(yè)子系統(tǒng)構筑在集中統(tǒng)一的平臺上，包括財務資金、營銷管理、安全生產、協(xié)同辦公、人力資源、物資管理、項目管理、綜合管理等業(yè)務系統(tǒng)。各大業(yè)務系統(tǒng)內部高度耦合，與外部則有明確的業(yè)務界面分界，且耦合度相對較低，便于未來的業(yè)務整合。

（1）源數(shù)據(jù)（與數(shù)據(jù)規(guī)劃有關）

首先對電力企業(yè)進行整體數(shù)據(jù)規(guī)劃，基于元數(shù)據(jù)劃分數(shù)據(jù)塊，并按其來源分解到相應的業(yè)務系統(tǒng)中，形成所謂的源數(shù)據(jù)。源數(shù)據(jù)就是產生此數(shù)據(jù)的源頭，負責數(shù)據(jù)的產生、修改、質量保證和最終解釋。

源數(shù)據(jù)可分為共享數(shù)據(jù)、私有數(shù)據(jù)、公共數(shù)據(jù)三大類。其他系統(tǒng)能使用的數(shù)據(jù)為共享數(shù)據(jù)；僅自身系統(tǒng)使用的稱為私有數(shù)據(jù)；所有系統(tǒng)均要使用的數(shù)據(jù)則是公共數(shù)據(jù)。

（2）統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換平臺

統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換平臺主要實現(xiàn)各業(yè)務系統(tǒng)的源數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)中心和以訂閱等方式向各業(yè)務系統(tǒng)提供所需的數(shù)據(jù)服務。

盡管IEC 61970定義了各類標準，但實踐中主要采用帶模型的電網資源、設備數(shù)據(jù)、拓撲數(shù)據(jù)及測量數(shù)據(jù)的CIM/XML文件方式進行導入、導出。

（3）主題數(shù)據(jù)庫

借鑒IEC 61970設計思想，在整體數(shù)據(jù)規(guī)劃時，可按測量設備、測量值（實時、準實時、非實時）、電氣設備、電氣拓撲四大類設計主題數(shù)據(jù)庫，繼而再劃分為輸電網類、變電站類、配電網類、配電變壓器類、低壓網類、低壓用戶類等6個子類。

（4）元數(shù)據(jù)管理

元數(shù)據(jù)描述了關于數(shù)據(jù)的一組典型特征，但通常不包含數(shù)據(jù)本身。元數(shù)據(jù)包括：現(xiàn)有數(shù)據(jù)的詳細清單；名稱和數(shù)據(jù)項定義；名稱和定義的關鍵字列表；數(shù)據(jù)清單索引和訪問關鍵字列表；數(shù)據(jù)生成的操作步驟記錄，包括數(shù)據(jù)是如何采集的；數(shù)據(jù)結構和使用的數(shù)據(jù)模型文檔；用于分析的步驟記錄。

IEC 61970 CIM模型提供了面向領域模型驅動的元數(shù)據(jù)。

2.2.3 存儲原則

智能電網數(shù)據(jù)采集平臺的基本目標是建立一套統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集和存儲平臺，并通過數(shù)據(jù)服務的方式將存儲的數(shù)據(jù)提供給外部的業(yè)務應用系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)采集、存儲與數(shù)據(jù)的業(yè)務應用相分離。遵循此存儲原則有以下優(yōu)點：

（1）降低系統(tǒng)復雜度。平臺只關注數(shù)據(jù)的采集、存儲，與數(shù)據(jù)的具體業(yè)務應用無關。因此在系統(tǒng)構建時不受具體業(yè)務應用的影響和限制，可以盡可能地做到數(shù)據(jù)采集與存儲的通用性和獨立性。應用系統(tǒng)與平臺的數(shù)據(jù)交互均通過數(shù)據(jù)服務接口進行，使平臺的架構具有更大的自由度，也降低了系統(tǒng)的復雜程度。

（2）減少系統(tǒng)存儲量。平臺存儲的數(shù)據(jù)主要是原始采集數(shù)據(jù)和加工數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)應用分離，平臺不需要存儲與具體應用有關的相關業(yè)務數(shù)據(jù)及中間數(shù)據(jù)，可以減少平臺的數(shù)據(jù)存儲量。平臺通過數(shù)據(jù)服務接口將基本數(shù)據(jù)提供給外部應用系統(tǒng)，具體的數(shù)據(jù)加工、計算及與業(yè)務相關的操作均在應用系統(tǒng)內部進行。

（3）降低平臺和業(yè)務應用系統(tǒng)間的耦合度。數(shù)據(jù)存儲與業(yè)務應用相分離，通過數(shù)據(jù)服務接口連接，系統(tǒng)相對獨立，不會因為自身的問題影響彼此的正常運轉。例如，如果業(yè)務應用系統(tǒng)因某種原因而不能正常運行，也不會影響平臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和存儲，從而保證了采集、存儲的高可靠性。

（4）有利于提高平臺系統(tǒng)的性能。平臺主要對原始數(shù)據(jù)進行采集和基本加工，數(shù)據(jù)的操作主要是針對原始數(shù)據(jù)（生數(shù)據(jù)）的頻繁存儲，查詢相對較少。業(yè)務應用系統(tǒng)則主要是對處理后的數(shù)據(jù)（熟數(shù)據(jù)）進行查詢，很少有修改。將數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務應用相分離，即對生、熟數(shù)據(jù)進行了分離，使平臺更關注數(shù)據(jù)的存儲、修改，而不會受大量數(shù)據(jù)訪問的影響，有利于提高系統(tǒng)的性能。

（5）有利于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的性能提高。平臺偏重于數(shù)據(jù)庫的寫入性能，而應用系統(tǒng)更偏重于數(shù)據(jù)庫的讀取性能，數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務應用相分離，使數(shù)據(jù)庫的性能進一步提高。

2.3 物理架構

物理架構是為應用提供軟硬件的支撐平臺，主要包括軟件平臺、服務器、網絡、存儲、采集設備、通信信道、主站系統(tǒng)等軟硬件設施。物理架構設計需重點考慮智能電網數(shù)據(jù)采集平臺的高可靠性和高效性，以達到系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行的目的。根據(jù)平臺邏輯架構的設計，相應的物理部署如圖4所示。

2.4 安全架構

安全架構決定了智能電網數(shù)據(jù)采集平臺建設的成敗。針對企業(yè)級智能電網數(shù)據(jù)采集平臺的業(yè)務特點，必須建立起堅強的網絡信息安全防范體系，有效保護企業(yè)內部網絡的信息安全，防范來自外部網絡的黑客和非法入侵者的攻擊。

圖4 平臺物理架構

平臺的安全架構分為技術和管理兩個層面。技術層面的安全主要包括應用安全、數(shù)據(jù)安全、系統(tǒng)安全、網絡安全、物理安全等。管理層面的安全主要包括安全組織及人員保證、安全管理制度、安全技術規(guī)范、安全考核及監(jiān)督等內容。

2.5 性能設計

智能電網數(shù)據(jù)采集平臺的性能設計按以下要求考慮：

（1）主站巡檢終端重要信息（重要狀態(tài)信息及總加功率和電能量）時間＜15 min。

（2）系統(tǒng)控制操作響應（遙控命令下達至終端響應）的時間≤5 s。

（3）常規(guī)數(shù)據(jù)召測和設置響應（主站發(fā)送召測命令到主站顯示數(shù)據(jù)）的時間＜15 s。

（4）歷史數(shù)據(jù)召測響應（主站發(fā)送召測命令到主站顯示數(shù)據(jù)）的時間＜30 s。

（5）系統(tǒng)對客戶側時間的響應時間≤30 min。

（6）常規(guī)數(shù)據(jù)查詢響應時間＜10 s。

（7）模糊查詢響應時間＜15 s。

（8）90%界面切換響應時間≤3 s，其余≤5 s。

（9）前置主備通道自動切換時間＜5 s。

（10）在線熱備用雙機自動切換及功能恢復的時間＜30 s。

（11）計算機遠程網絡通信實時數(shù)據(jù)傳送時間＜5 s。

3 結語

本文提出了基于IEC 61970建設企業(yè)級智能電網數(shù)據(jù)采集平臺的設想，并給出了平臺設計的總體架構。建立智能電網采集數(shù)據(jù)綜合應用支持中心，可實現(xiàn)遠方數(shù)據(jù)采集與業(yè)務應用的分離，滿足各級供電企業(yè)、各個業(yè)務部門不同的數(shù)據(jù)需求。本文為電力企業(yè)信息化建設提供了一定的思路和參考。

[1]李亞樓，周孝信，林集明，等.2008年IEEE PES學術會議新能源發(fā)電部分綜述[J]．電網技術，2008，32（20）:1-7.

（本文編輯：龔 皓）

Design of IEC 61970-based Data Acquisition Platform for Intelligent Power Grid

GUO Jin-gen，LIU Ye
（Zheiang Electric Power Corporation Information Technology Center,Hangzhou 310007,China）

In view of the current development of electric power information collection technology,the paper proposes to establish an IEC 61970-based data acquisition platform for intelligent power grid and describes in detail the key elements of the overall architectural design such as the logical architecture,data architecture, physical architecture,security architecture,performance design etc.This platform can realize the separation of remote data acquisition and business application,improve utilization performance of data acquisition and achieve resource sharing.

IEC 61970；intelligentpower grid；data acquisition platform

TM764

B

1007-1881（2010）08-0041-04

2010-06-25

郭金根（1955-），男，浙江桐鄉(xiāng)人，工程師，從事電力系統(tǒng)自動化及電力信息化建設工作。