蘇豪飛

（河南能源集團(tuán)鶴煤公司 熱電廠，河南 鶴壁458000）

0 引言

隨著電力工業(yè)化和信息化的發(fā)展，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)系統(tǒng)對(duì)大電網(wǎng)調(diào)度的要求也越來越高，市場(chǎng)涌現(xiàn)了大批綜合性，分布式應(yīng)用系統(tǒng)。這些應(yīng)用系統(tǒng)可能在不同時(shí)期，不同硬件平臺(tái)下開發(fā)，并可能來自不同的生產(chǎn)廠家， 因此系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)訪問接口不統(tǒng)一的問題日益嚴(yán)重，導(dǎo)致各個(gè)系統(tǒng)間難以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通和信息共享。IEC61970 標(biāo)準(zhǔn)的公布為解決上述問題提供了理論基礎(chǔ)。該標(biāo)準(zhǔn)包含公共信息模型和組件接口規(guī)范兩部分內(nèi)容。

1 IEC61970 標(biāo)準(zhǔn)概述

IEC61970 標(biāo)準(zhǔn)是由電力系統(tǒng)控制通信委員會(huì)及第57 技術(shù)委員會(huì)制定和發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)主要包括能量管理系統(tǒng)EMS 的應(yīng)用方法、公共信息模型CIM 以及數(shù)據(jù)訪問接口CIS， 一共分為5 個(gè)部分，CIM 模型主要以面向?qū)ο蟮姆绞蕉x了電力對(duì)象模型， 它是該標(biāo)準(zhǔn)的核心內(nèi)容， 也是本文討論的重點(diǎn)內(nèi)容，CIS 數(shù)據(jù)訪問接口則以API 的形式提供了如何進(jìn)行數(shù)據(jù)的訪問。 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。

該標(biāo)準(zhǔn)定義的最終目的是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)的互聯(lián)互通，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息模型與底層技術(shù)無關(guān)。實(shí)現(xiàn)國際統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息模型和數(shù)據(jù)訪問方式，因此，通過按照IEC61970 標(biāo)準(zhǔn)定義的CIM 模型和面向?qū)ο蟮姆椒▽?duì)電力對(duì)象進(jìn)行建模，可實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用與底層技術(shù)無關(guān)，這也是我國電力發(fā)展的方向，同時(shí)也提高了我國電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的水平[1]。

2 公共信息模型CIM

公共信息模型CIM 以面向?qū)ο蟮姆绞矫枋隽藥缀跛须娏ο到y(tǒng)中的電力對(duì)象，如變壓器，母線，斷路器等電力對(duì)象，涵蓋了發(fā)電、輸電、配電以及終端售電等電力行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，通過面向?qū)ο蟮姆椒ǎ罁?jù)IEC61970 標(biāo)準(zhǔn)定義的CIM 模型，對(duì)每個(gè)電力對(duì)象建模，類似于C++中類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 通過應(yīng)用端的電力對(duì)象對(duì)應(yīng)到CIM 模型中，找到該電力對(duì)象在CIM 模型中定義的地方， 根據(jù)該CIM 模型對(duì)該電力對(duì)象類的屬性的定義，對(duì)應(yīng)的對(duì)電力對(duì)象的數(shù)據(jù)屬性進(jìn)行定義。 這樣定義出來的數(shù)據(jù)模型就是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)對(duì)象模型，及通過使用類、類的關(guān)系以及屬性來描述和體現(xiàn)電力對(duì)象本身的屬性以及相互之間的關(guān)系。

3 CIM 模型的組成結(jié)構(gòu)

圖1 CIM 模型的包結(jié)構(gòu)

CIM 模型一共有13 個(gè)包組成，所有這些包涵蓋了發(fā)電、輸電、變電、配電以及基于終端售點(diǎn)在內(nèi)的所有領(lǐng)域的電力對(duì)象。 而包的作用是通過電力對(duì)象的功能特點(diǎn)等方式進(jìn)行分類。以便給使用者建模時(shí)便于查看和理解。 雖然標(biāo)準(zhǔn)通過電力對(duì)象的功能分成了不同的包，但是這并不意味著包和包之間沒有任何關(guān)系，相反，在實(shí)際的應(yīng)用中會(huì)涉及到許多包的內(nèi)容，因此，在對(duì)電力對(duì)象建模時(shí)，數(shù)據(jù)模型的屬性可能使得不同包中的電力對(duì)象的模型相互關(guān)聯(lián)。下圖體現(xiàn)了各個(gè)包以及各包之間的聯(lián)系。

如圖體現(xiàn)了CIM 模型包的相互之間的聯(lián)系， 而核心包是整個(gè)CIM 模型的核心[2]，它定義了電力系統(tǒng)中應(yīng)用最多，最廣泛的電力對(duì)象的核心命名（naming），如，電力系統(tǒng)資源，導(dǎo)電設(shè)備，電力變壓器以及設(shè)備容器等實(shí)體，并定義了這些實(shí)體的組合，拓?fù)浒窃诤诵陌幕A(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展，體現(xiàn)電力設(shè)備之間的連接關(guān)系，它們通過開關(guān)的閉合實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備的連接關(guān)系的變化。 下面對(duì)其他包進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

1）Wires（電線包）

電線包主要定義了電力系統(tǒng)中的線路等電力對(duì)象模型， 如母線，包括直流母線、交流母線、普通線路。 該包是在拓?fù)浒幕A(chǔ)上拓展，同時(shí)還可以將這些電力設(shè)備的檢測(cè)數(shù)據(jù)用于潮流計(jì)算和狀態(tài)估計(jì)。

2）Outage（停運(yùn)包）

停運(yùn)包在電線包的基礎(chǔ)上進(jìn)行了拓展，主要定義了電力系統(tǒng)或者電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)停運(yùn)計(jì)劃的建模方法，如某地區(qū)或者某線路要準(zhǔn)備檢修，就要在檢修前準(zhǔn)備停運(yùn)計(jì)劃。 保證用戶利益和檢修人員的安全。

3）Protection（保護(hù)包）

保護(hù)包在電線包的基礎(chǔ)上擴(kuò)展，主要對(duì)電力系統(tǒng)中的保護(hù)設(shè)備進(jìn)行了定義，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)設(shè)備將起到保護(hù)該故障區(qū)域后端設(shè)備不受故障端破壞。 同時(shí)可定位故障地點(diǎn)。 其次在模擬培訓(xùn)中也可以使用其信息。

4）Meas（量測(cè)包）

量測(cè)包是在拓?fù)浒幕A(chǔ)上拓展，主要定義了電力系統(tǒng)中的二次設(shè)備如何建模，如何量測(cè)電壓、電流、功率等

5）LoadModel（負(fù)荷模型包）

負(fù)荷模型包是在核心包和電線包的基礎(chǔ)上拓展，主要定義了電力系統(tǒng)在運(yùn)行狀態(tài)下，各個(gè)電力用電設(shè)備的用電量，同時(shí)還可以將檢測(cè)的負(fù)荷電量生成曲線，便于觀察和調(diào)度；也可以為用電客戶提供所需信息。

6）Generation（發(fā)電包）

發(fā)電包有Production 包和Generation-Dynamics 兩個(gè)子包組成。主要定義了電力系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備模型。 如發(fā)電機(jī)。 調(diào)相機(jī)等。

7）Domain（域包）

域包定義了CIM 模型中電力對(duì)象模型屬性的所有數(shù)據(jù)類型，同時(shí)也定義了數(shù)據(jù)類型可以使用的測(cè)量單位。 如電壓數(shù)據(jù)類型是float，測(cè)量單位為v 等。

8）SCADA（數(shù)據(jù)采集監(jiān)控包）

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控包主要定義了電力系統(tǒng)二次設(shè)備中如何測(cè)量數(shù)據(jù)以及各個(gè)二次設(shè)備之間的關(guān)系，如電流互感器，電壓互感器等。

4 CIM 模型三個(gè)關(guān)系簡(jiǎn)述

CIM 模型中的各個(gè)包都包含有若干個(gè)類。 類是客觀事物的抽象，如貓和狗都是動(dòng)物，因此可將貓和狗抽象為動(dòng)物類。 運(yùn)用類的基本思想從而形成面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法。 既然采用了類的基本思想，那就應(yīng)該用類方法來定義CIM 模型。 同時(shí)也應(yīng)該應(yīng)用類與類之間的關(guān)系，在CIM 模型當(dāng)中，對(duì)象模型之間的關(guān)系是通過“普遍化關(guān)系”、“關(guān)聯(lián)關(guān)系”以及“聚集關(guān)系”體現(xiàn)的，這也是CIM 模型研究的重點(diǎn)，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)。 下面先對(duì)CIM 模型的三大關(guān)系進(jìn)行簡(jiǎn)述。

4.1 普遍化關(guān)系

普遍化關(guān)系實(shí)際上就是面向?qū)ο笾械睦^承關(guān)系，一個(gè)具體的類繼承自一個(gè)更普遍的類。 具體的類不但繼承了普遍類的所有屬性外，還定義了自身所具有的屬性。 如電力系統(tǒng)資源類是一個(gè)較普遍的類，它包含所有類的共有屬性；設(shè)備和設(shè)備容器是兩個(gè)較具體的類，它們通過普遍化關(guān)系從電力系統(tǒng)資源類繼承了其共有屬性，自身又有各自的附加屬性；這樣設(shè)備類和設(shè)備容器類既有其電力系統(tǒng)資源類的共有屬性，還具有自身的屬性。同過上例可以看出普遍化具有類的繼承特性，是一種比較重要的關(guān)系。

4.2 關(guān)聯(lián)關(guān)系

關(guān)聯(lián)是類在概念上的一種聯(lián)系， 關(guān)聯(lián)更強(qiáng)調(diào)的是它有兩個(gè)作用，每一個(gè)作用都表示了關(guān)聯(lián)中的一個(gè)方向。 如一個(gè)導(dǎo)電設(shè)備可能有0-n個(gè)端點(diǎn)，而一個(gè)端點(diǎn)只屬于一個(gè)導(dǎo)電設(shè)備，也就是說，一個(gè)端點(diǎn)只能跟一個(gè)導(dǎo)電設(shè)備相關(guān)聯(lián)， 同樣也只能與0 個(gè)或者1 個(gè)連接節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，而一個(gè)連接節(jié)點(diǎn)可能與1-n 個(gè)端點(diǎn)相關(guān)聯(lián)；1 個(gè)連接節(jié)點(diǎn)只能跟1 個(gè)設(shè)備容器相關(guān)聯(lián)，而一個(gè)設(shè)備容器可以跟0—n 個(gè)連接節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。因此關(guān)聯(lián)關(guān)系也是同一個(gè)包或者不同包中的類之間的一種很重要的關(guān)系，也是實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)一次設(shè)備的監(jiān)控和采集的重要部分。

4.3 聚集關(guān)系

聚集是關(guān)聯(lián)的一種特殊情況。 聚集表示一種弱的“擁有關(guān)系”，更強(qiáng)調(diào)的是類與類之間的整體和部分的關(guān)系，整體類包含部分類，而部分類只是整體的一個(gè)成員，僅僅是體現(xiàn)包含關(guān)系。 如Topologicallsiand（拓?fù)鋶u）跟TopologicalNode 是聚集關(guān)系，1 個(gè)TopologicalNode 只能屬于Topologicallsiand， 它是Topologicallsiand 的一部分， 而Topologicall siand 是一個(gè)整體類，它可以有任意多個(gè)TopologicalNode。

［1］李燦，陳琰，陳春霖.電網(wǎng)企業(yè)一體化信息模型設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[J].華東電力，2009,37（6）：0929-0932.

［2］黃 樂，鄭 圣，趙 舫.IEC61970 及 對(duì)EMS、SAS 系 統(tǒng) 的 新 挑 戰(zhàn)[J].浙 江 電 力，2006,2：15-18.