李娜，劉德強，梁永青，李煥群（.西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，成都　60000；.國網(wǎng)菏澤供電公司，菏澤　74000）

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智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)研究

李娜1，劉德強1，梁永青2，李煥群2
（1.西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，成都610000；2.國網(wǎng)菏澤供電公司，菏澤274000）

摘要：

關(guān)鍵詞：

0　引言

隨著電力市場化的發(fā)展，業(yè)務(wù)流程敏捷性的要求逐漸提高，同時隨著智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的實施，電網(wǎng)一體化特征日益明顯，電網(wǎng)調(diào)度控制復(fù)雜性大大增加，這些都對調(diào)度技術(shù)支持手段提出了更高的要求[1]。各調(diào)度中心必須通過技術(shù)手段實現(xiàn)調(diào)度中心之間以及調(diào)控中心內(nèi)部的信息集成與共享，為電網(wǎng)調(diào)度運行人員提供全面細(xì)致的電網(wǎng)狀態(tài)，并提供相應(yīng)的輔助決策支持、控制方案和應(yīng)急預(yù)案等，實現(xiàn)多維度的全景監(jiān)視、綜合智能預(yù)警和大電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制。為滿足上述要求，OPEN3000、D5000系統(tǒng)等調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)相繼開發(fā)完成并上線運行，為調(diào)度一體化集成提供了一體化平臺和應(yīng)用集成環(huán)境。

本文就基于面向服務(wù)的靈活架構(gòu)SOA[2]和公共信息模型SG-CIM[3]，綜合目前已有的技術(shù)和國際標(biāo)準(zhǔn)[4]，對智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)做了研究分析，并對已有系統(tǒng)適當(dāng)改進(jìn)。綜合從技術(shù)集成和信息集成兩個方面，闡述其對智能電網(wǎng)調(diào)度橫向集成、縱向貫通以及提高調(diào)度業(yè)務(wù)敏捷性的支撐。

1　基于SOA的系統(tǒng)總體架構(gòu)

面向服務(wù)架構(gòu)SOA為調(diào)度業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供了靈活的IT支持。SOA作為一種應(yīng)用框架，它將業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為獨立的、接口中立且完整描述的業(yè)務(wù)功能模塊（即服務(wù)），使用戶可以構(gòu)建、部署和整合這些服務(wù)，且無需依賴應(yīng)用程序及其運行平臺，從而解耦功能組件接口與具體實現(xiàn)，并將應(yīng)用邏輯和業(yè)務(wù)流程分開，快速支持流程變化。基于SOA思想，采用總線和消息中間件技術(shù)，能進(jìn)一步實現(xiàn)服務(wù)的空間解耦以及時間解耦，為調(diào)度業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成提供標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)集成方案，解決應(yīng)用集成技術(shù)異構(gòu)問題。

基于SOA的智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)采取分層分布式總體架構(gòu)，如圖1。

應(yīng)用層是指調(diào)控中心各集群化應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫以及傳統(tǒng)應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)采集群、實時監(jiān)控群、網(wǎng)絡(luò)分析群、調(diào)度計劃群、數(shù)據(jù)庫集群以及現(xiàn)有的遺留打包應(yīng)用等。系統(tǒng)接入層按照支撐平臺服務(wù)組件標(biāo)準(zhǔn)完成對上述應(yīng)用的服務(wù)化封裝，支持傳統(tǒng)接入和集群化接入方式。對于傳統(tǒng)打包應(yīng)用，通過相應(yīng)的適配器完成服務(wù)化改造；對于集群應(yīng)用，提供集群化管理、資源定位、資源調(diào)度、心跳管理、分布式數(shù)據(jù)存儲與訪問等集群應(yīng)用開發(fā)支持以及對外提供一體化透明訪問接口的代理運行支持。逐漸實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、SCADA數(shù)據(jù)處理、AGC、AVC以及其他高級分析應(yīng)用的集群改造，充分響應(yīng)智能調(diào)度的海量數(shù)據(jù)采集和處理需求，并在數(shù)據(jù)可靠采集的基礎(chǔ)上通過集群式的在線預(yù)警分析實現(xiàn)全網(wǎng)快速計算，為智能電網(wǎng)提供實時預(yù)警決策支持。

圖1　基于SOA的電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)總體架構(gòu)

接入平臺的應(yīng)用以及平臺功能均以滿足平臺要求的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)方式公開，并按照重用性分為基礎(chǔ)服務(wù)、業(yè)務(wù)服務(wù)和流程服務(wù)?；A(chǔ)服務(wù)是統(tǒng)籌電力調(diào)度中心各應(yīng)用功能的數(shù)據(jù)及應(yīng)用需求而抽象出的公共服務(wù)集，主要包括報表服務(wù)、告警服務(wù)、人機界面服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、圖形服務(wù)、模型管理服務(wù)、CASE服務(wù)等業(yè)務(wù)基礎(chǔ)服務(wù)以及事務(wù)、安全、事件、管理等平臺公共服務(wù)。這些公共服務(wù)是實現(xiàn)各級調(diào)度一體化和調(diào)控一體化的基礎(chǔ)，為各分布式業(yè)務(wù)應(yīng)用的開發(fā)和運行提供一致的基礎(chǔ)功能。業(yè)務(wù)服務(wù)和流程服務(wù)涵蓋了調(diào)度中心的所有業(yè)務(wù)，根據(jù)智能電網(wǎng)調(diào)度需求，分為四類服務(wù)集：實時監(jiān)控與預(yù)警類、調(diào)度計劃類、安全校核類和調(diào)度管理類。為使服務(wù)接口盡量簡單并方便從已有系統(tǒng)功能封裝，采用業(yè)務(wù)應(yīng)用功能自然大小確定業(yè)務(wù)服務(wù)劃分粒度，如數(shù)據(jù)采集服務(wù)、SCADA服務(wù)、AGC、AVC、狀態(tài)估計、靜態(tài)安全分析服務(wù)等。流程服務(wù)層封裝調(diào)度流程業(yè)務(wù)邏輯，將其與下層無狀態(tài)的應(yīng)用邏輯和表示層的會話控制邏輯分開，提高應(yīng)用邏輯的重用性和流程的靈活性，并簡化應(yīng)用前端。流程創(chuàng)建、執(zhí)行和管理由平臺公共工作流服務(wù)提供。工作流服務(wù)完成流程文件解析，并利用流程引擎自動通過服務(wù)總線實現(xiàn)服務(wù)的靈活編排和順序調(diào)用。

交互層基于單點登錄和圖數(shù)模一體化技術(shù)[5]提供統(tǒng)一交互界面，實現(xiàn)各應(yīng)用服務(wù)的界面整合，為調(diào)度各專業(yè)人員和系統(tǒng)維護人員提供可視化的監(jiān)控、操作和維護工具。

2　系統(tǒng)總線

總線為上述架構(gòu)的實現(xiàn)提供了基礎(chǔ)軟件平臺，支持異構(gòu)環(huán)境中的服務(wù)以基于消息和事件驅(qū)動模式的交互，實現(xiàn)了集成組件之間的位置解耦和協(xié)議透明。為滿足調(diào)度控制系統(tǒng)的特殊數(shù)據(jù)傳輸要求，通過對企業(yè)服務(wù)總線[6]、中間件技術(shù)[7]、訂閱/發(fā)布策略[8]等技術(shù)的融合和擴展，采用服務(wù)總線和高速數(shù)據(jù)總線的集成總線模式，同時滿足實時監(jiān)控I區(qū)的實時數(shù)據(jù)高速傳輸以及橫向跨區(qū)、縱向跨級的安全可靠交互。

2.1服務(wù)總線

服務(wù)總線作為服務(wù)中介，提供服務(wù)注冊、服務(wù)目錄查詢、服務(wù)代理、服務(wù)請求路由等功能。掛接在服務(wù)總線上的服務(wù)發(fā)布到注冊信息庫，并提供多種視圖的目錄分類和查詢，返回服務(wù)描述。服務(wù)描述包含供其他組件連接和調(diào)用所需要的服務(wù)接口信息，統(tǒng)一按照Web Service標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)描述WSDL提供。服務(wù)請求者通過查詢服務(wù)列表定位服務(wù)，并根據(jù)得到的服務(wù)描述信息調(diào)用服務(wù)或通過服務(wù)總線完成服務(wù)交互。

服務(wù)總線支持服務(wù)代理模型，服務(wù)代理接收客戶端服務(wù)請求，并將其路由到提供功能實現(xiàn)的業(yè)務(wù)服務(wù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)服務(wù)的位置解耦；同時能夠完成消息格式和協(xié)議的轉(zhuǎn)換，從而支持不同類型業(yè)務(wù)服務(wù)的接入。業(yè)務(wù)應(yīng)用通過服務(wù)代理參與到工作流服務(wù)[9]的流程編排中，能充分適應(yīng)業(yè)務(wù)流程變化，并且在業(yè)務(wù)應(yīng)用替換或維護時不會影響到流程其他部分，保證流程的正常運轉(zhuǎn)。

服務(wù)總線模型如圖2。

2.2高速數(shù)據(jù)總線

為滿足調(diào)度I區(qū)的實時需求，在I區(qū)服務(wù)總線基礎(chǔ)上擴充高速數(shù)據(jù)總線，用于電網(wǎng)遙測數(shù)據(jù)、開關(guān)變位信息、事故信號、控制信息等實時信息和電網(wǎng)事件的直接傳輸。高速數(shù)據(jù)總線采用同節(jié)點共享內(nèi)存、節(jié)點間基于TCP/IP點對點或組播通信的內(nèi)部實現(xiàn)機制，并基于事件的發(fā)布/訂閱模式，滿足SCADA、AGC、AVC等實時自動服務(wù)。事件集根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用需求定義，包括各類告警信事件、告警確認(rèn)事件、人工置數(shù)事件、SCADA數(shù)據(jù)更新、模型數(shù)據(jù)更新、保護動作事件等。消息總線通過提供一系列簡單的消息原語屏蔽其內(nèi)部實現(xiàn)細(xì)節(jié)，包括總線的連接/斷開、事件訂閱/撤銷、事件發(fā)布等?；诟咚贁?shù)據(jù)總線實現(xiàn)安全I(xiàn)區(qū)事件驅(qū)動式的功能調(diào)用，例如由模擬量狀態(tài)變化事件觸發(fā)實時數(shù)據(jù)庫更新以及越限識別報警，由指定設(shè)備運行狀態(tài)變化事件觸發(fā)拓?fù)鋭討B(tài)分析著色，由人工置數(shù)事件觸發(fā)在線潮流計算及安全分析等。高速數(shù)據(jù)總線交互模型如圖3。

圖2　服務(wù)總線模型

圖3　高速數(shù)據(jù)總線模型

3　信息集成

3.1信息模型標(biāo)準(zhǔn)

接口標(biāo)準(zhǔn)化只是系統(tǒng)集成的一方面，另一方面是信息集成，即語義標(biāo)準(zhǔn)化和語法標(biāo)準(zhǔn)化。

SG-CIM為此提供了公共語義。SG-CIM是在IEC61970/61968等標(biāo)準(zhǔn)制定的公共信息模型CIM基礎(chǔ)上，按照電網(wǎng)公司的業(yè)務(wù)特點，對國際標(biāo)準(zhǔn)的研究成果進(jìn)行擴展和優(yōu)化而形成的電力通用信息模型。SG-CIM提供用對象類和屬性以及它們之間的關(guān)系來表示電力系統(tǒng)資源的標(biāo)準(zhǔn)方法，同時提供了用戶擴展規(guī)范。SGCIM為調(diào)度中心信息集成提供了統(tǒng)一的信息數(shù)據(jù)模型支撐[10]，為各系統(tǒng)應(yīng)用模型定義、總線消息模型定義以及數(shù)據(jù)庫模型定義提供了元數(shù)據(jù)模型。

模型描述目前有CIM/XML和CIM/E[11]兩種方式。E格式是在XML格式的基礎(chǔ)上表格化的格式擴展，更適合傳統(tǒng)面向關(guān)系應(yīng)用的數(shù)據(jù)交換。CIM/E格式示例：

＜CIM_E Version=”1.0”name=”example”＞

＜class_name＞

@AttributesAliasTypeSize Unit…

Attr1Alias1 string64

Attr2Alias2int4kv

…

＜/class_name＞

＜/CIM_E＞

CIM/E將傳統(tǒng)面向關(guān)系的數(shù)據(jù)描述方式與面向?qū)ο蟮腃IM相結(jié)合，不僅吸收了面向?qū)ο蠓椒ǖ奶攸c，同時保留面向關(guān)系方法的高效率，在一定程度上解決了CIM/XML文檔描述冗余而造成的文件大、交換效率低的問題[12]，更適用于較大模型數(shù)據(jù)的在線交換和共享。同時表格化的關(guān)系描述，方便數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)和數(shù)據(jù)讀取及處理，可作為狀態(tài)估計、潮流計算、安全分析等業(yè)務(wù)應(yīng)用傳遞實時數(shù)據(jù)的消息載荷。

3.2基于CIM的一體化建模和維護

電網(wǎng)模型一體化創(chuàng)建和全局共享是調(diào)度中心信息交互的基礎(chǔ)。調(diào)度技術(shù)支持平臺基于SG-CIM語義和圖數(shù)模一體化技術(shù)實現(xiàn)模型管理和圖形服務(wù)，并通過圖形編輯器提供基于CIM/E模型格式和CIM/G格式的一體化建模和維護。圖形編輯器提供對應(yīng)于元數(shù)據(jù)設(shè)備對象模型的圖元庫，圖元模型采用與CIM元數(shù)據(jù)模型相同的元數(shù)據(jù)標(biāo)識GUID實現(xiàn)圖模一體化。在圖形編輯器中通過拖拽圖元完成對象實例創(chuàng)建并命名，圖元對象實例與設(shè)備對象實例采用相同的對象實例標(biāo)識mRID實現(xiàn)圖模數(shù)一體化，完成電網(wǎng)模型創(chuàng)建，并保存相應(yīng)的G格式圖形文件。

電網(wǎng)模型中的設(shè)備參數(shù)信息分別由調(diào)度端不同專業(yè)各自維護，如靜態(tài)參數(shù)由自動化設(shè)置，暫態(tài)參數(shù)由方式設(shè)置，完成本區(qū)域全業(yè)務(wù)模型分布式維護。由模型服務(wù)連同上級下發(fā)的等值模型以及下級電網(wǎng)模型合并成本區(qū)域全景模型，保存為E格式模型文件。

模型服務(wù)接收不同應(yīng)用對不同層次模型的訂閱請求，通過模型拆分技術(shù)，利用模型拓?fù)潢P(guān)系和層次邏輯關(guān)系，從模型中提取出符合規(guī)則的子模型，包括與模型對象對應(yīng)的圖形數(shù)據(jù)和通信表，生成新的模型文件并發(fā)布，完成模型實時更新。模型服務(wù)模型如圖4。

圖4　模型服務(wù)模型

3.3基于CIM的統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)

各業(yè)務(wù)功能應(yīng)用按照統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型要求產(chǎn)生的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)服務(wù)統(tǒng)一管理。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)交互方式主要有以下方式：直接訪問物理數(shù)據(jù)庫以及通過服務(wù)封裝訪問業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)，這兩種方式由于消息格式不容易統(tǒng)一，不同模塊之間交互困難，同時接口與數(shù)據(jù)耦合性高，應(yīng)用服務(wù)維護繁瑣。為解決上述問題，利用服務(wù)總線的代理模式建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)代理服務(wù)，以CIM模型類和屬性為數(shù)據(jù)訪問對象，同時基于對象全局標(biāo)識mRID通過全景模型將不同存儲實體中統(tǒng)一對象的各種數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)在一起，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的邏輯集中。通過服務(wù)總線ESB提供跨越多個業(yè)務(wù)應(yīng)用和多個異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的單一數(shù)據(jù)視圖和統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口，包括模型數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、文件的服務(wù)訪問接口。數(shù)據(jù)代理服務(wù)統(tǒng)一接收數(shù)據(jù)請求消息，利用服務(wù)總線的動態(tài)路由功能將請求消息轉(zhuǎn)發(fā)到各個業(yè)務(wù)服務(wù)進(jìn)行處理，并返回結(jié)果數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)代理服務(wù)返回給數(shù)據(jù)服務(wù)客戶端。數(shù)據(jù)服務(wù)模型如圖5。

圖5　數(shù)據(jù)服務(wù)模型

4　結(jié)語

面向服務(wù)架構(gòu)SOA為系統(tǒng)集成提供了靈活的基礎(chǔ)架構(gòu)，采用總線技術(shù)作為智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)SOA架構(gòu)的實現(xiàn)基礎(chǔ)，一方面為各調(diào)控中心各應(yīng)用提供了松耦合的交互集成方式，另一方面提煉出一系列重用性較高的功能作為公共服務(wù)，為各應(yīng)用提供了一體化的開發(fā)和運行支持。同時，技術(shù)支持系統(tǒng)支持基于電網(wǎng)公共模型SG-CIM的廣域范圍內(nèi)的統(tǒng)一建模和協(xié)調(diào)維護，在模型共享的基礎(chǔ)上實現(xiàn)各級調(diào)度中心之間以及調(diào)控中心內(nèi)部的數(shù)據(jù)共享。從而從技術(shù)集成和信息集成兩大方面，有效地為智能電網(wǎng)全局、廣域、協(xié)調(diào)調(diào)度控制提供一體化信息交互和應(yīng)用集成平臺，并滿足調(diào)度業(yè)務(wù)敏捷性的要求。

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李娜（1991-），女，山東菏澤人，碩士研究生，研究方向為電力系統(tǒng)及其自動化

劉德強（1970-），男，四川成都人，副研究員，從事領(lǐng)域為電氣化自動化研究與軟件開發(fā)及交通智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)

梁永青（1972-），女，山東菏澤人，中級工程師

李煥群（1964-），男，山東菏澤人，助理工程師

Research on Smart Grid Dispatching Technical Support System

LI Na1，LIU De-qiang2，LIANG Yong-qing2，LI Huan-qun2
（1.Department of Electrical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 61000；2.State Grid Heze Power Supply Company，Heze 274000）

Abstract：

Proposes a model named SG-CIM，the smart grid dispatching technical system based on the flexible architecture service-oriented architecture（SOA）and state grid-common information model，the realization of the system is based on the integration of several standards including CIM/E language，service description language（WSDL），and bus technology，cluster technology，subscribe/publish strategy，model split/merge and other technologies.As a result，the system provides a flexible integration platform for intelligent dispatching operation and management，including technology integration and information integration，so as to realize wide-area information interaction and application integration inside dispatching and control center and among control centers at all levels.

Keywords：

基于面向服務(wù)架構(gòu)SOA和電力公共信息模型SG-CIM，綜合CIM/E語言、服務(wù)描述語言WSDL、Web Service等現(xiàn)有規(guī)范以及總線、集群化、發(fā)布/訂閱、模型拆分/合并等多種技術(shù)，從技術(shù)集成和信息集成兩大方面對智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)做研究分析，為智能調(diào)度提供靈活的一體化平臺，實現(xiàn)調(diào)控中心內(nèi)部以及各級調(diào)度中心的信息交互和應(yīng)用集成。

智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)；SOA；Web Service；總線；SG-CIM；CIM/E；統(tǒng)一建模和維護；數(shù)據(jù)服務(wù)

文章編號：1007-1423（2016）14-0069-05

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.14.015

作者簡介：

收稿日期：2016-03-22修稿日期：2016-05-10

Smart Grid Dispatching Technical Support System；SOA；Web Service；Bus；SG-CIM；CIM/E；Unified Modeling and Maintenance；Data Service