侯新葉 ，劉 艷，花新樂，曹新宇，池麗鈞

(1.華北電力大學(xué)，河北 保定 071003；2.河北省電力公司，石家莊 050021)

隨著經(jīng)濟的發(fā)展、社會的進步和人民生活水平的提高，社會對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行、電能質(zhì)量及供電優(yōu)質(zhì)服務(wù)工作提出了更高要求。配電網(wǎng)自動化是提高供電可靠性和供電質(zhì)量，實現(xiàn)配電網(wǎng)高效經(jīng)濟運行的重要手段，也是智能電網(wǎng)的重要組成部分。傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部存在多個信息孤島，缺乏信息共享，雖然局部的自動化水平不斷提高，但是由于信息共享能力薄弱，使多個系統(tǒng)不能構(gòu)成一個實時的有機統(tǒng)一整體，所以智能化程度較低，而智能配電網(wǎng)從功能上應(yīng)該具有自愈、兼容、優(yōu)化、互動、集成五大特征，信息集成則是實現(xiàn)其它4個特征的基礎(chǔ)[1-2]。以下以智能電網(wǎng)配電自動化建設(shè)為依托，研究基于信息交互總線(information exchange bus，IEB)的電力企業(yè)信息的集成。

1 配電網(wǎng)自動化管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)源

配電網(wǎng)自動化涉及面很廣，不但有其實時信息采集的部分，還有相當(dāng)多的實時、非實時和準(zhǔn)時實時信息需要從其他應(yīng)用系統(tǒng)中去獲取。因此，配電自動化管理系統(tǒng)不再是單一的實時監(jiān)控系統(tǒng)，而是將多個與配電有關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)集成起來形成綜合應(yīng)用的系統(tǒng)。為了實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化管理系統(tǒng)和各個電網(wǎng)系統(tǒng)之間的信息共享，建設(shè)一個遵循統(tǒng)一國際標(biāo)準(zhǔn)的信息交互平臺是必然趨勢。IEB遵循IEC 61970、IEC 61968的公共信息模型，將電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)進行一體化設(shè)計和統(tǒng)一建模，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一表達和信息共享，配電網(wǎng)自動化管理系統(tǒng)、調(diào)度自動化系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)、95598系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)等可以實現(xiàn)各類實時數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)的交互。各系統(tǒng)之間信息交互示意見圖1。

圖1 各系統(tǒng)之間的信息交互示意

2 IEB系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 IEB平臺參考架構(gòu)

IEB的平臺參考架構(gòu)分為數(shù)據(jù)服務(wù)層、業(yè)務(wù)服務(wù)整合層和復(fù)合應(yīng)用層，并由服務(wù)基礎(chǔ)環(huán)境支持系統(tǒng)的運行。

a. 數(shù)據(jù)服務(wù)層。建立統(tǒng)一的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模型，為整個信息數(shù)據(jù)提供一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)視圖，隔離應(yīng)用與底層數(shù)據(jù)源，以標(biāo)準(zhǔn)存取方式提供服務(wù)給其它層服務(wù)或用戶調(diào)用，使得應(yīng)用界面與各數(shù)據(jù)源是松耦合的。需要的統(tǒng)一業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包括：電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)、量測采集數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)等，一般以XML數(shù)據(jù)形式建立業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模型。

b. 業(yè)務(wù)服務(wù)整合層。根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯，對核心業(yè)務(wù)進行梳理和整合，為上層應(yīng)用提供相對獨立的業(yè)務(wù)服務(wù)，同時從業(yè)務(wù)活動分離抽象可共享的、基于標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)。業(yè)務(wù)服務(wù)整合層中包括工作流、規(guī)則引擎服務(wù)、可共享的服務(wù)構(gòu)件庫。

c. 復(fù)合應(yīng)用層。根據(jù)業(yè)務(wù)流程的變化，面向客戶需要和業(yè)務(wù)過程組成較高層次的復(fù)合應(yīng)用，通過調(diào)用下層提供的業(yè)務(wù)服務(wù)，最后展示給用戶。

d. 服務(wù)基礎(chǔ)環(huán)境。提供服務(wù)交互所需的消息傳輸、轉(zhuǎn)換和路由，對服務(wù)進行集中管理和監(jiān)控，包括服務(wù)的目錄、版本、配置等。

2.2 IEB軟件體系架構(gòu)

IEB的軟件體系由應(yīng)用層、應(yīng)用服務(wù)層、接口組件/系統(tǒng)服務(wù)層、消息層和跨平臺操作系統(tǒng)組成。這5個層次和IEC 61968的邏輯框架的對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 IEB系統(tǒng)與IEC 61968邏輯框架對應(yīng)關(guān)系

IEC 61968邏輯框架IEB軟件體系結(jié)構(gòu)組件組件適配器應(yīng)用層接口規(guī)范應(yīng)用服務(wù)層中間件適配器中間件服務(wù)接口組件層/系統(tǒng)服務(wù)層通信服務(wù)消息層平臺環(huán)境跨平臺的操作系統(tǒng)層

2.3 IEB硬件體系架構(gòu)

IEB跨越2個安全區(qū)，分別為安全區(qū)Ⅰ和安全區(qū)Ⅲ，在2個安全區(qū)內(nèi)的配置是完全對等的。安全區(qū)Ⅰ與安全區(qū)Ⅲ之間設(shè)置正向與反向?qū)Ｓ梦锢砀綦x裝置，其硬件體系架構(gòu)見圖2。

圖2 IEB硬件體系結(jié)構(gòu)示意

3 IEB關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

3.1 標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

IEB根據(jù)IEC 61968和IEC 61970的系統(tǒng)集成標(biāo)準(zhǔn)，針對電力行業(yè)的實際需求，從元模型體系管理、元模型動態(tài)自適應(yīng)轉(zhuǎn)換、消息管理、交換模型語義校驗等方面,準(zhǔn)確、完整地實現(xiàn)了IEC 61968、IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)總線所要求的系統(tǒng)功能和性能。

3.2 面向服務(wù)架構(gòu)的設(shè)計

IEB采用面向服務(wù)架構(gòu)(service oriented architecture,SOA)的設(shè)計，支持各種粒度的服務(wù)注冊、發(fā)布、管理和接入，從而達到整合即開發(fā)的目的，實現(xiàn)對電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務(wù)需求的快速響應(yīng)。SOA的基本思想是對分散的系統(tǒng)進行集成，通過構(gòu)建服務(wù)，用統(tǒng)一接口定義方式組合一系列松耦合的服務(wù)，來實現(xiàn)各個系統(tǒng)功能。SOA模型主要有服務(wù)請求者、服務(wù)提供者和服務(wù)注冊中心3種角色，在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)下，服務(wù)請求者和服務(wù)提供者通過服務(wù)注冊中心進行交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。SOA的典型特征包括：平臺獨立性、松耦合性、靈活性、粗粒度服務(wù)和良好的封裝性。在SOA的架構(gòu)下，配電網(wǎng)各系統(tǒng)的所有功能都能被精確定義為可調(diào)用的、獨立的服務(wù)，通過有序編排構(gòu)建業(yè)務(wù)流程，可以高效、靈活的實現(xiàn)配電網(wǎng)的調(diào)度、運行、監(jiān)控、報警、故障管理等[3]。

3.3 安全區(qū)代理服務(wù)組件設(shè)計

IEB提供了專門的隔離組件，它是一種專門的安全區(qū)服務(wù)代理組件。傳統(tǒng)的基于隔離區(qū)的服務(wù)訪問需要應(yīng)用程序做大量的工作。從安全區(qū)Ⅰ到安全區(qū)Ⅲ或者從安全區(qū)Ⅲ到安全區(qū)Ⅰ實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換主要存在3個弊端：簡單的文件拷貝，主要存在文件的多版本管理，很難支持應(yīng)用的并發(fā)處理等問題；每個應(yīng)用系統(tǒng)需要做全系統(tǒng)的鏡像管理和服務(wù)管理，維護量大，常常會造成不一致；采用基于文件的傳輸方式，例如FTP等方式，在網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器中斷的情況下，無法保證消息可靠傳輸，不會有碎片文件產(chǎn)生。

按照IEB的方式，在安全區(qū)Ⅰ或者安全區(qū)Ⅲ的應(yīng)用系統(tǒng)只需要開放合適的應(yīng)用服務(wù)，不需要任何編碼工作，就能通過IEB的服務(wù)代理組件把消息通過文件的方式傳送到安全區(qū)Ⅲ或者安全區(qū)Ⅰ的相應(yīng)的請求端。所有的安全區(qū)Ⅰ到安全區(qū)Ⅲ的傳遞的數(shù)據(jù)格式以及安全區(qū)Ⅲ到安全區(qū)Ⅰ傳遞的數(shù)據(jù)格式，都嚴(yán)格遵循電力安全防護要求，都通過安全隔離裝置完成信息的傳送，IEB在正、反向

的情況下都采用基于IEC 61968標(biāo)準(zhǔn)的XML文件格式，這是一種特殊的支持流程的XML格式文件，它可以支持各種服務(wù)接入方式，包括Web Service、CORBA、EJB、JMS等各種主流方式。

4 IEB的應(yīng)用

IEB提出了以SOA松耦合和即插即用的方式對電力企業(yè)自動化系統(tǒng)進行集成的模式，使“信息數(shù)據(jù)”得到了最大程度的共享和利用，同時以“業(yè)務(wù)為驅(qū)動、技術(shù)為支撐”的集成模式，打破了電力企業(yè)業(yè)務(wù)部門之間原先由于信息交互技術(shù)的阻礙而造成的“信息壁壘”和“信息孤島”的情況。目前，IEB已在石家莊供電公司上線應(yīng)用，該公司利用先進的計算機技術(shù)，實現(xiàn)了配電網(wǎng)自動化管理系統(tǒng)通過IEB獲取多源數(shù)據(jù)。例如，生產(chǎn)管理系統(tǒng)的計劃檢修信息經(jīng)IEB定時推送至配電網(wǎng)自動化管理系統(tǒng)，其顯示界面實時更新，點擊配電網(wǎng)自動化管理系統(tǒng)首頁的“計劃檢修”，則會顯示出詳細的計劃檢修信息。同理，配電網(wǎng)自動化管理系統(tǒng)可以從生產(chǎn)管理系統(tǒng)獲取計劃檢修信息、停電計劃信息等；從上一級調(diào)度自動化系統(tǒng)獲取高壓配電網(wǎng)(包括10 kV出線、110 kV)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒆冸娬緢D形、相關(guān)設(shè)備參數(shù)、實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)等信息；從電能量與營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)獲取低壓配電網(wǎng)(380 V/220 V)的相關(guān)設(shè)備參數(shù)和低壓公共變壓器和專用變壓器用戶的運行數(shù)據(jù)、營銷數(shù)據(jù)、用戶信息、用戶故障信息等；從95598系統(tǒng)獲取用戶呼叫信息、故障信息和特殊情況信息等。

5 結(jié)束語

結(jié)合智能電網(wǎng)配電自動化試點工程建設(shè)和電網(wǎng)的現(xiàn)狀，對實現(xiàn)信息交互進行了深入的研究，提出通過搭建IEB的方案實現(xiàn)各個系統(tǒng)之間的信息交互與共享，并對IEB系統(tǒng)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)做了詳細分析。通過IEB的應(yīng)用，石家莊供電公司配電網(wǎng)自動化管理系統(tǒng)實現(xiàn)了獲取多源數(shù)據(jù)的目標(biāo)，配電網(wǎng)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能、計入系統(tǒng)管理、事件通知服務(wù)、數(shù)據(jù)同步管理、消息運行狀態(tài)監(jiān)控等一系列自動化功能。由于地理信息系統(tǒng)的復(fù)雜性，目前地理信息系統(tǒng)接入IEB的工作仍在進行中，隨著研究工作的進展，將進一步對其進行分析。

參考文獻：

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[3] 袁 鵬，顧建煒，郭創(chuàng)新,等．基于面向服務(wù)架構(gòu)的配網(wǎng)雙編碼體系設(shè)計[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2012,36(1)：271-276.