陳靈根 邱碧丹 鄭艷嬌 陳雪琨/國(guó)網(wǎng)福建電力技能培訓(xùn)中心

智能用電信息集成模型與信息交互方法的研究

陳靈根 邱碧丹 鄭艷嬌 陳雪琨/國(guó)網(wǎng)福建電力技能培訓(xùn)中心

當(dāng)前，配電自動(dòng)化、用電信息采集、園區(qū)信息集成、電動(dòng)汽車(chē)充放電設(shè)施等各類(lèi)試點(diǎn)項(xiàng)目的建設(shè)，大大帶動(dòng)了配用電領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。隨著信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化程度的提高，在區(qū)域電網(wǎng)中，配電業(yè)務(wù)與用電業(yè)務(wù)的結(jié)合越來(lái)越緊密，對(duì)信息共享的要求越來(lái)越高；同時(shí)，隨著分布式電源、儲(chǔ)能裝置、電動(dòng)汽車(chē)充放電設(shè)施等新型元素的出現(xiàn)，配用電領(lǐng)域各類(lèi)新型業(yè)務(wù)快速涌現(xiàn)。本文通過(guò)對(duì)用電側(cè)統(tǒng)一信息模型和交互方法的研究，提出了智能用電一體化信息模型及信息交換模型，解決目前用電領(lǐng)域信息融合問(wèn)題，促進(jìn)智能用電發(fā)展。

配電自動(dòng)化；分布式電源；信息交互

一、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析

國(guó)際電工委員會(huì)制定了用于電力企業(yè)應(yīng)用集成的 IEC 61968標(biāo)準(zhǔn)、用于能量管理系統(tǒng)應(yīng)用接口的IEC 61970 標(biāo)準(zhǔn)、信息總線通信安全的IEC62351標(biāo)準(zhǔn)、客戶(hù)信息系統(tǒng)（CIS）推薦信息模型IEC62056標(biāo)準(zhǔn)、用于營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)（ERP）的IEC62325標(biāo)準(zhǔn)等。美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）也根據(jù)清潔能源的發(fā)展和廣泛應(yīng)用推出了分布式電源（DER）信息模型的IEEE 1547 標(biāo)準(zhǔn)、考慮智能電網(wǎng)信息融合和互操作的 IEEE P2030等。IEC TC57專(zhuān)門(mén)成立了WG19工作組，以研究不同模型之間的互操作和兼容問(wèn)題?，F(xiàn)有的信息標(biāo)準(zhǔn)也必將隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展而不斷更新【1】。

清華大學(xué)基于CIM、XML研究了電網(wǎng)模型互操作，基于實(shí)時(shí)庫(kù)技術(shù)設(shè)計(jì)構(gòu)造了數(shù)據(jù)交換適配器,實(shí)現(xiàn)了原有EMS的數(shù)據(jù)庫(kù)與符合CIM標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)傳遞，根據(jù)IEEE給出的14節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)數(shù)據(jù),建立了符合CIM標(biāo)準(zhǔn)的電力系統(tǒng)模型。西北工業(yè)大學(xué)，研究分析了最新的IEC 61970高速數(shù)據(jù)存取(HSDA)標(biāo)準(zhǔn)引用的工業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取(DAIS)的Node2Item數(shù)據(jù)模型，提出了一個(gè)滿(mǎn)足該標(biāo)準(zhǔn)的基于DAIS數(shù)據(jù)存取(DA)接口的電力數(shù)據(jù)交換服務(wù)設(shè)計(jì)方案。廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院在研究IEC 61970/IEC 61968 系列標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)下為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)之間的互操作提出基于公共信息模型(CIM)/組件接口規(guī)范(CIS) 互操作細(xì)則，包括明確規(guī)定系統(tǒng)間交換涉及的模式、使用的接口方法和涵蓋圖元細(xì)化定義的圖形交換規(guī)范，以及基于互操作細(xì)則的調(diào)度自動(dòng)化模型互導(dǎo)、拆分和合并【2】。

綜上，國(guó)際上在智能電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)的信息集成方面開(kāi)展了大量標(biāo)準(zhǔn)制定、工程實(shí)踐和互操作研究工作，隨著用電領(lǐng)域業(yè)務(wù)的擴(kuò)展，需要實(shí)現(xiàn)用電相關(guān)系統(tǒng)的信息集成，但在智能用電領(lǐng)域還沒(méi)有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，國(guó)內(nèi)目前信息交互總線的研究主要集中在調(diào)度和配電網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，智能用電領(lǐng)域信息總線還需要進(jìn)一步深入研究。

二、研究理論依據(jù)分析

相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)的相關(guān)研究成果，國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布的相關(guān)文件，以及計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的相關(guān)理論都可以作為該領(lǐng)域的理論研究依據(jù)。具體理論依據(jù)綜述如下：

（一）IEC61970標(biāo)準(zhǔn)。IEC 61970是國(guó)際電工委員會(huì)制定的《能量管理系統(tǒng)應(yīng)用程序接口（EMS-API）》系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)國(guó)內(nèi)的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL890。IEC 61970主要由接口參考模型、公共信息模型（CIM）和組件接口規(guī)范（CIS）三部分組成。接口參考模型說(shuō)明了系統(tǒng)集成的方式，公共信息模型定義了信息交換的語(yǔ)義，組件接口規(guī)范明確了信息交換的語(yǔ)法。雖然IEC 61970稱(chēng)為“能量管理系統(tǒng)應(yīng)用程序接口”，但實(shí)際上，IEC 61970的思路可適用于電力自動(dòng)化、信息化乃至其他行業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)集成【3】。

（二）IEC61968標(biāo)準(zhǔn)。IEC61968是在IEC61970的基礎(chǔ)上制定的，面向配電工作管理和配電設(shè)施管理系統(tǒng)建設(shè)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。IEC61968標(biāo)準(zhǔn)傾向于支持電力企業(yè)的應(yīng)用間集成，促進(jìn)企業(yè)配電網(wǎng)管理的多種分布式軟件應(yīng)用系統(tǒng)的集成和互聯(lián)。IEC61970/IEC61968標(biāo)準(zhǔn)的核心就是面向?qū)ο蟮慕M件化設(shè)計(jì)CIS和CIM。雖然CIM/CIS標(biāo)準(zhǔn)是為了實(shí)現(xiàn)EMS/DMS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化而制定的，但由于IEC61968對(duì)CIM進(jìn)行了擴(kuò)展，使之不僅能適用于電力企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，對(duì)于管理信息化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)同樣具有指導(dǎo)和借鑒意義。

（三）IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是基于通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)唯一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，由國(guó)際電工委員會(huì)負(fù)責(zé)制定。IEC61850的特點(diǎn)是：1）面向?qū)ο蠼＃?）抽象通信服務(wù)接口；3）面向?qū)崟r(shí)的服務(wù)；4）配置語(yǔ)言；5）整個(gè)電力系統(tǒng)統(tǒng)一建模。IEC61850建模了大多數(shù)公共實(shí)際設(shè)備和設(shè)備組件，這些模型定義了公共數(shù)據(jù)格式、標(biāo)識(shí)符、行為和控制。IEC61850作為電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)無(wú)縫通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)，解決了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)品的互操作性和協(xié)議轉(zhuǎn)換問(wèn)題。

（四）面向?qū)ο罄碚?。面向?qū)ο蟮乃枷敕椒ㄊ且环N目前最先進(jìn)的系統(tǒng)“問(wèn)題求解方法策略”（problem solving strategy），強(qiáng)調(diào)直接以問(wèn)題域（即現(xiàn)實(shí)世界）中的客觀事物為中心來(lái)思考問(wèn)題、認(rèn)識(shí)問(wèn)題，并根據(jù)這些事物的本質(zhì)特征，把它們抽象的表示為系統(tǒng)中的對(duì)象，作為系統(tǒng)的基本構(gòu)成單位。該方法可以使系統(tǒng)直接映射問(wèn)題域，保持問(wèn)題域中事物及其相互關(guān)系的本來(lái)面目。IEC 61970/61968 CIM（電網(wǎng)公共信息模型）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，就是一種面向?qū)ο蟮碾娋W(wǎng)系統(tǒng)模型，面向?qū)ο蟮哪Ｐ头浅＿m合于構(gòu)建不依賴(lài)于特定功能的“信息平臺(tái)”，具有很好的可擴(kuò)充性和可維護(hù)性，從而為真正意義上的系統(tǒng)整合奠定基礎(chǔ)。

（五）面向服務(wù)結(jié)構(gòu)（SOA）。面向服務(wù)結(jié)構(gòu)（SOA）是一種架構(gòu)模型，它可以根據(jù)需求通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)松散耦合的粗粒度應(yīng)用組件進(jìn)行分布式部署、組合和使用【4】。

三、智能用電一體化信息模型及信息交換模型

本文結(jié)合上述研究現(xiàn)狀和理論依據(jù)，經(jīng)過(guò)大量的研究和分析，提出了一種智能用電一體化信息模型及信息交換模型，其具體技術(shù)路線如圖所示。該模型基于IEC61970/61968等CIM標(biāo)準(zhǔn)，抽取用電模型，并擴(kuò)展到分布式能源、儲(chǔ)能裝置、電動(dòng)汽車(chē)、用電設(shè)備等模型，形成一體化智能用電信息模型，較已有的用電信息模型具有電源接入類(lèi)型廣、信息交互靈活、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。

智能用電一體化信息模型及信息交換模型

另外，經(jīng)多方調(diào)研分析，結(jié)合電力公司各業(yè)務(wù)系統(tǒng)跨部門(mén)、跨專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用需求及典型應(yīng)用場(chǎng)景，該模型為滿(mǎn)足智能用電需求的提供了信息交換模型和接口服務(wù)模型。利用目前配電信息總線技術(shù)，設(shè)計(jì)智能用電信息總線，定義智能用電信息總線通訊技術(shù)協(xié)議，擴(kuò)展企業(yè)服務(wù)總線（ESB）的調(diào)用模式，開(kāi)發(fā)適應(yīng)用電業(yè)務(wù)特點(diǎn)的高速數(shù)據(jù)服務(wù)總線（HSB）并融入到企業(yè)服務(wù)總線（ESB）中。

目前，基于該模型系統(tǒng)構(gòu)建的智能用電信息系統(tǒng)正處于試運(yùn)行階段，試運(yùn)行期間，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均達(dá)到預(yù)想效果。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著分布式電源、儲(chǔ)能裝置、電動(dòng)汽車(chē)充放電設(shè)施等新型元素的出現(xiàn)，配用電領(lǐng)域各類(lèi)新型業(yè)務(wù)快速涌現(xiàn)，為保證各項(xiàng)業(yè)務(wù)能順利開(kāi)展，要求所構(gòu)建的信息交互系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享能力強(qiáng)，信息交互能力強(qiáng)，擴(kuò)展方式靈活等特點(diǎn)，本文研究了國(guó)內(nèi)外用電信息交互模型的現(xiàn)狀，并經(jīng)過(guò)大量調(diào)研分析，提出了滿(mǎn)足上述要求的智能用電一體化信息模型及信息交換模型，并給出了模型的技術(shù)路線，解決目前用電領(lǐng)域信息融合問(wèn)題，促進(jìn)智能用電發(fā)展。

[1] 劉崇如，孫宏斌，張伯明，等.基于CIM XML電網(wǎng)模型的互操作研究.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27（14）.

[2] 謝善益，高新華，周伊琳，等.IEC TC 57 CIM和IEC 61850 SCL 模型整合及UCIM構(gòu)建.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（17）.

[3] 刑佳磊，王洪耕.一種面向應(yīng)用系統(tǒng)的CIM數(shù)據(jù)處理方法.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（18）.

[4]吳維寧，辛耀中，姚建國(guó)，等.IEC TC57 2011年會(huì)和SAC/TC82 工作近況. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36（1）.

本文系2015年福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JA15799 ）。