孫克成

基于SOA架構(gòu)的配電自動化系統(tǒng)與GIS信息交互

孫克成

（南京四方億能電力自動化有限公司，江蘇南京211101）

提出一種基于面向服務架構(gòu)（SOA）的系統(tǒng)方案，使用網(wǎng)絡服務（web service）技術，以解決配電自動化系統(tǒng)與配電地理信息系統(tǒng)（GIS）之間的信息交互問題，并對方案中各個相關模塊及接口進行了說明。最后，對信息在模塊中的傳輸效率進行分析。此方案支持配電網(wǎng)所要求的數(shù)據(jù)“源端唯一，信息共享”原則，可以很好地應用到實際電網(wǎng)場景中。

配電自動化系統(tǒng)；地理信息系統(tǒng)；公共信息模型；矢量圖形；面向服務架構(gòu)；網(wǎng)絡服務

配電自動化系統(tǒng)（DAS）是一種可以使配電企業(yè)在遠方實時監(jiān)視、協(xié)調(diào)和操作配電設備的自動化系統(tǒng)。配電自動化系統(tǒng)一般由下列層次組成：配電主站、配電子站、配電遠方終端（FTU、DTU、TTU等）和通信網(wǎng)絡。其中，配電自動化主站系統(tǒng)除了基本的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）外，還具備饋線自動化（DA）、配電網(wǎng)高級應用分析等擴展功能，同時支持配網(wǎng)自愈等智能化功能，而這些功能的實現(xiàn)基礎就是配電網(wǎng)的公共信息模型（CIM）和矢量圖形（SVG）數(shù)據(jù)。但是，如果這些圖模數(shù)據(jù)完全使用配電自動化系統(tǒng)自身的建模和繪圖工具來生成，一則建模內(nèi)容較多，工作量較大；二則無法實現(xiàn)模型共享，不適用于大型復雜配電網(wǎng)，也無法適用配電網(wǎng)的業(yè)務流程。目前較好的解決方案是，全部模型數(shù)據(jù)及大部分圖形數(shù)據(jù)由地理信息系統(tǒng)（GIS）獲取，少部分復雜圖形數(shù)據(jù)由配電自動化系統(tǒng)本身繪制關聯(lián)模型。除了配電自動化系統(tǒng)的圖模數(shù)據(jù)需要從GIS獲取，GIS系統(tǒng)也需要從配電自動化系統(tǒng)獲取實時數(shù)據(jù)以實現(xiàn)信息的同步更新和顯示，還可以進行電網(wǎng)運行狀態(tài)分析及停電影響范圍分析等應用。但是，目前配電自動化系統(tǒng)是部署在生產(chǎn)控制大區(qū)（I區(qū)），而配電GIS系統(tǒng)部署在信息管理大區(qū)（Ⅲ區(qū)），中間有物理隔離的存在，不能夠直接通信。因此，需要一套行之有效的方案來實現(xiàn)跨隔離區(qū)的信息交互。

面向服務架構(gòu)（SOA）技術，目前在各個行業(yè)應用較為廣泛，主要用來解決信息系統(tǒng)之間的交互和溝通問題。目前，SOA最主要的實現(xiàn)方式為Web服務，它將應用程序的不同功能單元使用標準的接口封裝成Web服務，并通過發(fā)布、查找、綁定3個步驟完成操作［1］。SOA技術應用在配電網(wǎng)中，可以很好地解決異構(gòu)異區(qū)的數(shù)據(jù)信息交互問題。

1 總體方案

1．1 方案概述

本文基于SOA架構(gòu)，設計了一種配電自動化系統(tǒng)與GIS系統(tǒng)信息交互的方案，如圖1所示。本方案主要包含DAS、配電GIS系統(tǒng)、信息交換總線（IEB）及總線適配器等部分內(nèi)容。

其中，IEB是遵循IEC61970和IEC 61968的公共信息模型，將電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)進行一體化設計和統(tǒng)一建模，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一表達和信息共享［2］。在滿足電力二次系統(tǒng)安全防護規(guī)定的前提下，IEB具有通過正／反向物理隔離裝置穿越生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)實現(xiàn)信息交互的能力［3］。適配器是面向異構(gòu)系統(tǒng)集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、通信協(xié)議轉(zhuǎn)換或服務接口轉(zhuǎn)換等目標的代理軟件或服務。

本方案設計的通信，包括配電自動化系統(tǒng)與適配器、GIS系統(tǒng)與適配器、信息交換總線與適配器、適配器與適配器間的通信，它們均以網(wǎng)絡服務（web service）的方式通信。涉及的數(shù)據(jù)交互有圖模數(shù)據(jù)交互，配網(wǎng)實時及故障信息數(shù)據(jù)交互。

1．2 圖模數(shù)據(jù)交互

標準的、各應用共同遵守的電網(wǎng)地理信息模型是信息交換和集成的前提［4］。GIS系統(tǒng)負責維護電網(wǎng)圖模數(shù)據(jù)，將發(fā)生變更的線路列表通過服務通知給配電自動化系統(tǒng)。配網(wǎng)自動化系統(tǒng)根據(jù)線路ID，通過GIS應用服務程序獲取線路的圖模數(shù)據(jù)（CIM，SVG），從而解析生成自身系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，開展業(yè)務應用。

GIS系統(tǒng)與配電自動化系統(tǒng)圖模交互分為初始化和增量更新兩個階段。在初始化階段，GIS以管理轄區(qū)（供電局或分縣局）為單位，導出轄區(qū)內(nèi)的全量配電線路圖模數(shù)據(jù)給配電自動化系統(tǒng)。配電自動化系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)初始化，形成完整的電網(wǎng)架構(gòu)。在增量更新階段，當電網(wǎng)模型發(fā)生變更時，GIS在模型發(fā)布節(jié)點，將發(fā)生變更的線路列表通過服務通知到配電自動化系統(tǒng)。配電自動化系統(tǒng)接收到通知后，以線路為單位取變更后的圖模數(shù)據(jù)，從而更新自身系統(tǒng)的電網(wǎng)模型。

圖1 總體方案

1．3 其他數(shù)據(jù)交互

1．3．1 配網(wǎng)實時數(shù)據(jù)

配電自動化系統(tǒng)主動發(fā)布配網(wǎng)開關刀閘、配網(wǎng)負荷、配網(wǎng)變壓器、配網(wǎng)母線實時信息給GIS，通過E文件格式將數(shù)據(jù)發(fā)布。配網(wǎng)實時數(shù)據(jù)需要實現(xiàn)每3 min發(fā)送一個數(shù)據(jù)斷面。

GIS接收到實時數(shù)據(jù)后，更新到后臺服務程序的內(nèi)存中，當Web頁面需要展示實時數(shù)據(jù)時，將相應的實時數(shù)據(jù)推送到客戶端進行展現(xiàn)。

1．3．2 故障信息

故障信息分為故障實時信息和故障處理結(jié)果。

故障發(fā)生后，配網(wǎng)自動化系統(tǒng)根據(jù)配電終端傳送的故障信息，可快速定位故障區(qū)段，并將配網(wǎng)故障實時信息推送給GIS。配網(wǎng)故障發(fā)生后，調(diào)度員會隔離故障區(qū)域，部分區(qū)域恢復供電，只剩故障區(qū)域失電。此時，向GIS發(fā)布配網(wǎng)故障處理結(jié)果，即發(fā)布故障區(qū)域內(nèi)所有的失電設備。配網(wǎng)故障信息數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時傳送，延時不超過15 s。當接收到故障停電報警信號或需要對某臺設備、某條線路進行檢修時，配電GIS系統(tǒng)可利用決策模型自動決策出最小停電范圍的最優(yōu)化停電隔離點，為開具搶修操作票提供依據(jù)，并提高供電可靠性指標［5］。

2 數(shù)據(jù)交互接口說明

2．1 圖模交互接口

GIS系統(tǒng)與配電自動化系統(tǒng)的圖模交互主要發(fā)生在增量更新階段。配電GIS系統(tǒng)以web service方式發(fā)布GIS服務接口。接口應該包括建立連接、斷開連接、設置版本、獲取線路的地理沿布圖的CIM拓撲模型、獲取單線圖的SVG圖形等內(nèi)容。建立連接接口用于建立和GIS服務之間的連接；斷開連接接口用于斷開和電網(wǎng)GIS平臺之間的連接；設置版本接口用于指定裝載的版本；獲取線路的地理沿布圖的CIM拓撲模型接口用于返回指定10 kV線路的地理沿布圖的CIM拓撲模型文件；獲取單線圖的SVG圖形接口用于返回指定單線圖的SVG圖形文件。GIS適配器A以web service方式發(fā)布面向GIS服務的接口，主要包括接收GIS模型變更通知接口。

發(fā)生圖模異動時，GIS調(diào)用GIS適配器A的模型變更通知接口，通知發(fā)生模型變化的10 kV線路及其版本信息。GIS適配器A以GIS提供的用戶名及密碼做為輸入?yún)?shù)調(diào)用GIS服務的建立連接接口，以建立與GIS的連接，接著設置需要獲取的模型版本，然后獲取發(fā)生變化線路的最新圖模信息，最后斷開與GIS服務的連接。GIS適配器A獲取的圖模數(shù)據(jù)以CIM模型文件及SVG圖形文件的形式保存到本地設定目錄。三區(qū)總線適配器A定時掃描此目錄，把目錄下的圖模文件傳送到信息交換總線上，由信息交換總線路由到一區(qū)總線適配器A，并把圖模文件保存到設定目錄。DAS適配器A定時掃描目錄，調(diào)用配電自動化系統(tǒng)提供的接口，把圖模數(shù)據(jù)導入到配電自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。

整體交互過程如圖2所示。

圖2 圖模數(shù)據(jù)傳輸過程

2．2 實時數(shù)據(jù)接口

DAS適配器B定時調(diào)用DAS服務接口，把獲取到的配電網(wǎng)模型實時信息，如開關、刀閘、變壓器、母線等，組織為CIM／E格式數(shù)據(jù)文件并保存到設定目錄下。一區(qū)總線適配器B定時掃描此目錄，把獲取到的CIM／E文件傳送到信息交換總線，由信息交換總線路由到三區(qū)總線適配器B。三區(qū)總線適配器B把接收到的CIM／E數(shù)據(jù)保存落地到設定目錄。GIS適配器B定時掃描目錄并調(diào)用GIS服務接口把CIM／E文件中模型數(shù)據(jù)導入到GIS系統(tǒng)中。

2．3 故障信息接口

在配網(wǎng)故障實時信息中，包含了故障發(fā)生點、故障區(qū)域、設備類型、設備編碼等信息。在配網(wǎng)故障處理結(jié)果的信息中，包含了故障區(qū)域的失電設備信息?？梢园压收蠈崟r信息及故障處理結(jié)果信息按XML格式組織在內(nèi)存中，然后進行BASE64編碼并壓縮為字符串形式。

如圖1中所示，配電自動化系統(tǒng)調(diào)用DAS適配器B接口，把故障信息傳遞給DAS適配器B。DAS適配器B把信息傳遞給一區(qū)總線適配器B，一區(qū)總線適配器B再傳遞到信息交換總線上，由信息交換總線路由到三區(qū)總線適配器B。三區(qū)總線適配器B再把信息轉(zhuǎn)發(fā)至GIS適配器B，最后由GIS適配器B調(diào)用GIS服務接口把信息傳遞給GIS系統(tǒng)。整體流程如圖3所示。

圖3 故障信息傳輸過程

3 數(shù)據(jù)傳輸效率分析

方案中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)文件主要有圖模文件、CIM／E模型文件，故障信息以字符串形式傳輸。圖模文件主要是在模型增量更新時生成并傳輸，一般為單個模型文件，體積大小不會超過10 MB。CIM／E模型文件由配網(wǎng)實時模型斷面數(shù)據(jù)組成，一般也就幾兆字節(jié)大小，故障信息字符串就更小了。幾個使用相對廣泛的web service技術，如axis2，cxf，gsoap等，傳輸一個10 MB的文件平均也就幾秒的時間。傳輸?shù)闹饕獣r間消耗在信息交換總線的跨區(qū)信息路由傳輸上。目前主流廠商的信息交換總線產(chǎn)品，如南瑞的IEB2000、四方的CSGC3000／PIB、國電南自的DS6500信息交換總線，穿越安全隔離區(qū)傳輸一個幾十兆字節(jié)的文件只需要十幾秒的時間，傳輸效率很高。對于實時要求較高的故障信息傳輸，由于體積較小，由配電自動化系統(tǒng)傳輸至GIS系統(tǒng)只需要幾秒鐘，完全可以滿足GIS系統(tǒng)展示及分析的實時性要求。對于實時性要求相對較低的圖模文件、CIME模型文件，使用定時的方式讀取傳輸，可在幾分鐘之內(nèi)傳輸至對側(cè)系統(tǒng)，滿足準實時性要求。

4 結(jié)束語

配電自動化系統(tǒng)與GIS系統(tǒng)分屬于不同的電力隔離區(qū)，配電自動化系統(tǒng)所需的配電圖模信息需要從GIS系統(tǒng)獲取，而GIS系統(tǒng)為了完成配電網(wǎng)監(jiān)視、

網(wǎng)絡拓撲分析等功能，所需的實時數(shù)據(jù)來源于配電自動化系統(tǒng)。本文提出了一種跨隔離區(qū)的基于SOA架構(gòu)的信息交互方案，討論了配電自動化系統(tǒng)與GIS系統(tǒng)之間圖模數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、故障信息的交互方式及接口設計。并對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男蔬M行了分析和闡述，對配電網(wǎng)運行所要求的“數(shù)據(jù)源端唯一，信息全局共享”原則進行了很好的支持，可以實際運用到各地方電網(wǎng)中。

［1］ 余萍，楊威，張蕾．基于SOA架構(gòu)的電力GIS共享平臺設計［J］．河北電力技術，2010，29（4）：20－22．

［2］ 候新葉，劉艷，花新樂，等．基于IEB的智能配電網(wǎng)信息集成研究［J］．河北電力技術，2012，31（4）：8－9．

［3］ 劉健，趙樹仁，張小慶．中國配電自動化的進展及若干建議［J］．電力系統(tǒng)自動化，2012，36（19）：6－10．

［4］ 周云成，許童羽，付立思．基于CIM和SOA的電力GIS系統(tǒng)架構(gòu)［J］．電網(wǎng)技術，2014，38（4）：1 115－1 120．

［5］ 盧娟，李沛川．淺析電力GIS系統(tǒng)的發(fā)展及其主要功能［J］．測繪通報，2005（2）：55－58．

A Study on the Information Interaction Between the Distribution Automation System and GIS Based on SOA

SUN Kecheng
（Hanjing Sifang E-Power Automation CO．，Ltd．Nanjing Jiangsu 211101，P．R．China）

This paper presents a system scheme based on SOA，in which the web service technology is used to solve the problem of the information interaction between the distribution automation system and GIS．In addition，it describes related modules and interfaces in the scheme．Finally，the transmission efficiency of the information in the modules is analyzed．The scheme conforms to the“unique source port and information sharing”principle of the distribution network，which can be applied in actual power grids．

distribution automation system；GIS；CIM／SVG；SOA；web service

TM71

A

1008-8032（2017）02-0046-04

2016－09－07

孫克成（1985－），工程師，研究方向為配電自動化系統(tǒng)。