冉 冉，胡 楠，劉鵬宇，王丹妮

（國網(wǎng)遼寧省電力有限公司信息通信分公司 遼寧 沈陽110000）

基于實時歷史數(shù)據(jù)庫的電力系統(tǒng)CIM模型研究

冉 冉，胡 楠，劉鵬宇，王丹妮

（國網(wǎng)遼寧省電力有限公司信息通信分公司 遼寧 沈陽110000）

隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，以標簽點為主線存儲數(shù)據(jù)信息的實時歷史數(shù)據(jù)庫，在電力系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，然而實時歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在信息集成、共享、處理等方面比較復(fù)雜，理論規(guī)范缺乏。因此建立一個容易擴展、開放性好、存取效率高、數(shù)據(jù)模型規(guī)范輸配電網(wǎng)模型軟件對促進實時歷史數(shù)據(jù)庫電力系統(tǒng)發(fā)展有重要意義。公共信息模型（CIM）為電力系統(tǒng)資源提供了可靠的理論依據(jù)，本文通過分析CIM模型和關(guān)系模型的特點，提出了關(guān)系模型與對象模型間的映射關(guān)系，在實時歷史數(shù)據(jù)庫中建立了CIM庫，并證明了公共信息模型對象能夠在實時歷史數(shù)據(jù)庫中正確存儲，分析了實時歷史數(shù)據(jù)庫的特點，建立了數(shù)據(jù)字典，提高了查詢效率，實現(xiàn)跨平臺、跨系統(tǒng)的業(yè)務(wù)集成，為提升電網(wǎng)的核心業(yè)務(wù)能力提供理論化支撐，向全面建成智能電網(wǎng)目標邁進。

實時歷史數(shù)據(jù)庫；電力系統(tǒng)；映射；建模分析

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力規(guī)模不斷增大，電網(wǎng)的運行模式變得更為復(fù)雜，對電網(wǎng)的穩(wěn)定性提出了更高要求[1]。系統(tǒng)運行過程中運用輸配電網(wǎng)分析軟件對電網(wǎng)系統(tǒng)進行分析計算變得尤為重要。電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計過程中，應(yīng)用計算分析軟件對進行模擬分析，發(fā)現(xiàn)潛在問題并找出解決方案。在電網(wǎng)實際運行過程中，電網(wǎng)負荷發(fā)生變化或系統(tǒng)擾動時，利用電力系統(tǒng)CIM模型軟件可以快速了解電網(wǎng)運行情況做出正確決策。通過實時歷史數(shù)據(jù)庫可以更好對數(shù)據(jù)進行檢測分析，對保證電網(wǎng)持續(xù)穩(wěn)定運行有重要意義。

公共信息模型（CIM）作為抽象模型是IEC61970系列標準的重要組成部分，提供了用類、屬性等來表示電網(wǎng)資源的方法[2]。基于實時歷史數(shù)據(jù)庫的電力系統(tǒng)公共信息模型，研發(fā)數(shù)據(jù)開放共享的輸配電網(wǎng)數(shù)據(jù)軟件，可實現(xiàn)電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和分析并做檢測性評估。良好的數(shù)據(jù)存儲模型，可提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)的訪問效率，節(jié)約時間，故研究實時歷史數(shù)據(jù)庫的電力系統(tǒng)CIM模型具有重要的實用意義和理論價值。

文中通過分析公共信息模型和關(guān)系模型的特點[3]，提出了對象模型與關(guān)系模型間的映射關(guān)系，在實時歷史數(shù)據(jù)庫中建立了CIM庫，并證明了 CIM對象能夠在該數(shù)據(jù)庫中正確存儲，分析了實時歷史數(shù)據(jù)庫的特點，建立了數(shù)據(jù)字典，提高了查詢效率，實現(xiàn)跨平臺、跨系統(tǒng)的業(yè)務(wù)集成，為提升電網(wǎng)的核心業(yè)務(wù)能力提供理論化支撐，對我國電網(wǎng)智能化水平的發(fā)展有著重要的意義。

1 概 述

1.1 CIM模型的建模方法

文中采用面向?qū)ο蟮慕７椒╗4]來定義的實時歷史數(shù)據(jù)庫模型，由電廠設(shè)備采集數(shù)據(jù)信息，并儲存在數(shù)據(jù)庫中，檢索出含有相同屬性的數(shù)據(jù)，分析設(shè)備信息，實現(xiàn)模型的構(gòu)建。運用建模語言中的類圖來描述該數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的靜態(tài)信息。文中按照電網(wǎng)實時歷史數(shù)據(jù)庫的特點，制訂了數(shù)據(jù)標簽點建立模型的要求，實現(xiàn)基于實時歷史數(shù)據(jù)庫公共信息模型的構(gòu)建。

1.2 實時歷史數(shù)據(jù)庫建模分析

實時歷史數(shù)據(jù)庫建模時要研究設(shè)備之間的外圍邏輯關(guān)系，分析不同標簽點的所屬設(shè)備[5]。對實時歷史數(shù)據(jù)庫進行建模分析，在系統(tǒng)運行過程上形成數(shù)據(jù)庫模型的包，明確各系統(tǒng)的組成、不同標簽點所代表的電廠設(shè)備，對發(fā)電廠各主要設(shè)備進行研究，根據(jù)各系統(tǒng)的包含和功能關(guān)系，完成各個系統(tǒng)包建模、系統(tǒng)作為對象的固有屬性，進而對類進行研究分析并把不同資源連接起來。

1.3 實時歷史數(shù)據(jù)庫的建立

為了提高輸配電網(wǎng)分析軟件的信息存取速率，在實時歷史數(shù)據(jù)庫中建立公共信息模型[6]。以字段、表為基礎(chǔ)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫是面向?qū)ο髷?shù)據(jù)儲存系統(tǒng)，具有面向?qū)ο蟮睦^承特點，用類的方式來定義表的組成，直接對CIM對象進行操作。CIM模型向?qū)崟r歷史數(shù)據(jù)庫的映射與 SQL Server數(shù)據(jù)庫相似，即用數(shù)據(jù)庫中的字段、主外鍵、表來構(gòu)建公共信息模型的屬性、類之間的關(guān)系。在實時歷史數(shù)據(jù)庫中建立 CIM模型，模擬研究用 Class、Property、Relation 3類不同的資源進行建立模型來表示元模型，用Association、Link、Instance來表示類的實例信息，實現(xiàn) CIM類到實時歷史數(shù)據(jù)庫間的映射[7]。

2 CIM模型映射

CIM用對象、類來描述電力信息，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫通過主外鍵、表來描述實體設(shè)備信息，即數(shù)據(jù)庫中的表類似于公共信息模型中的類，表中的列作為類的屬性，表中的行看作類的具體實例，表與表間的關(guān)系可以認為類與類之間的聯(lián)系。關(guān)系模型與CIM模型間的對應(yīng)關(guān)系，如圖1所示。

圖1 CIM模型與關(guān)系模型對應(yīng)關(guān)系

2.1 主鍵的生成

在數(shù)據(jù)庫中主鍵是唯一標識表中記錄的元素。一張表有且僅有一個主鍵，并將主鍵定義為列名的組合，一張表的主鍵與不同表外鍵進行關(guān)聯(lián)，表間關(guān)系由外鍵和主鍵建立[8]。在面向?qū)ο罄碚撝袑ο髽俗R符唯一的使用標識符，并與關(guān)系數(shù)據(jù)庫中表的主鍵相對應(yīng)。公共信息模型中將電力資源對象的標識符作為區(qū)分對象的唯一標志。映射中根據(jù)類的Resource ID在數(shù)據(jù)表中形成 Resource ID字段，將其定義為主鍵，對象的Resource ID屬性值作為其記錄的Resource ID列的值。

2.2 屬性類型映射

公共信息模型域包定義了不同類的屬性類型，包括枚舉型和基本型?；拘蛿?shù)據(jù)主要包括浮點型、字符串、整型，其中基本型的固有屬性包括 value屬性或units和value屬性?；拘偷挠成浒瑄nit和value兩個屬性的表，若某基本型僅包含 value屬性，則將其映射表的 unit列設(shè)為 null?；拘?Current Flow的映射，如表1和圖2所示。

表1 Current Flow類型映射表

圖2 Current Flow類型定義

將枚舉型映射到關(guān)系數(shù)據(jù)庫，需構(gòu)建一個表，表中儲存編號、String型屬性名。表中枚舉型字段類型設(shè)為Int型，用字段表與該表建立聯(lián)系，儲存枚舉型的屬性 ID號，模型中，其他數(shù)據(jù)類型可看作類之間聚集關(guān)系的映射。以Day Type Name名稱類為例，weekday、weekend、holiday為其枚舉值，其映射如表2。

表2 Day Type Name映射表

2.3 CIM類的關(guān)系映射

CIM類的映射關(guān)系主要由關(guān)聯(lián)、聚合和繼承，把CIM類之間的關(guān)系映射到關(guān)系數(shù)據(jù)庫是模型建立的重點[9]。CIM中關(guān)聯(lián)關(guān)系映射是類與類之間的靜態(tài)關(guān)系，實時歷史數(shù)據(jù)庫中對關(guān)聯(lián)關(guān)系的映射是通過設(shè)置主、外鍵來實現(xiàn)的。聚集關(guān)系映射表示類部分與整體的關(guān)系，其映射處理是在在表中增加類的OID，同時在整體類表中添加相應(yīng)類的字段，從而實現(xiàn)部分與整體間的聯(lián)系。

繼承關(guān)系映射是具體的類與普遍的類之間的關(guān)系， 為具體的非虛子類建立一個表， 圖 3為Equipment類和 Power Transformer類之間繼承的關(guān)系，圖中 Equipment是抽象父類，Power Transformer是具體子類。表3是對圖 3繼承關(guān)系的映射。

表3 Power Transformer類映射表

圖3 繼承類圖

3 CIM模型構(gòu)建

3.1 映射測試

模型拓撲包包含了 CIM的3種基本關(guān)系，結(jié)構(gòu)簡單且類型不多，該映射測試選用拓撲包來進行來完成試驗分析[10]。

對象圖中類之間關(guān)系有關(guān)聯(lián)、聚集和繼承，拓撲包對象如圖4所示。其中 Equipment Container類繼承 Power System Resource類；Equipment Container類與 Connectivity Node類之間 1對多關(guān)聯(lián)；Topological Node類聚集成 Topological Island類。

圖4 拓撲包對象圖

3.2 數(shù)據(jù)字典的建立

通過建立Association表[11]來實現(xiàn)類之間的關(guān)聯(lián)。代表兩類間多對多關(guān)聯(lián)關(guān)系的Association ID為第一字段，第二、三字段為兩個關(guān)聯(lián)表的主鍵。

在實時歷史數(shù)據(jù)庫中，建立數(shù)據(jù)字典，可以方便查找信息，其中用字段編號、是否主鍵、字段名、字段長度、字段類型[12]等來描述表的信息。數(shù)據(jù)字典的屬性信息如表4所示。

表4 數(shù)據(jù)字典屬性信息

3.3 序網(wǎng)電路模型設(shè)計

實時歷史數(shù)據(jù)庫的公共信息模型無序網(wǎng)模型，著重于的電力模型實際應(yīng)用的分析，擴展序網(wǎng)組件可以提高系統(tǒng)的分析計算速度。以電網(wǎng)連接方式為參考，建立零序、正序和負序三序電路結(jié)構(gòu)。正序網(wǎng)、負序網(wǎng)模型包含各節(jié)點與各支路的信息，試驗發(fā)現(xiàn)[13]，電網(wǎng)的局部電路和不同設(shè)備相對應(yīng)，序網(wǎng)電路的拓撲節(jié)點與公共信息模型中的拓撲節(jié)點對應(yīng)。序網(wǎng)電路拓撲表示了支路與節(jié)點的連接關(guān)系，其組件包括：電路電源類、理想電源類、電路節(jié)點類、電路支路類、電路負荷類等，依據(jù)不同設(shè)備在序網(wǎng)中的等值模型，完成節(jié)點與電路的連接，實現(xiàn)序網(wǎng)電路拓撲模型的構(gòu)建，圖5為CIM中相關(guān)類模型。

圖5 CIM中相關(guān)類模型

3.4 序網(wǎng)電路集成

在電網(wǎng)實際運行中，開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化會對局部產(chǎn)生影響。應(yīng)用拓撲分析理論實現(xiàn)電壓等級的劃分，不同電壓等級下開關(guān)情況的變化僅影響該狀態(tài)下的拓撲結(jié)構(gòu)。搜索變位開關(guān)狀態(tài)，判斷開關(guān)節(jié)點的電壓等級，可以確定拓撲類型，從而降低了搜索范圍，減少了搜索時間。序網(wǎng)電路模型具有CIM的特征[14]，具有模型擴展功能，類似于 CIM 模型到關(guān)系數(shù)據(jù)庫的映射，根據(jù)映射方法創(chuàng)建各個類的映射表進而實現(xiàn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫與序網(wǎng)電路模型間的映射[15]，創(chuàng)建序網(wǎng)電路模型的實體關(guān)系圖，在實時歷史數(shù)據(jù)庫中完成不同映射表的程序。

4 結(jié) 論

開發(fā)基于實時歷史數(shù)據(jù)庫的電力系統(tǒng)CIM模型可以為電力工作人員提供簡便的電力分析、監(jiān)測方法，該模型可以解決數(shù)據(jù)接口不規(guī)范、可擴展性差、實時性得不到滿足、數(shù)據(jù)模型不統(tǒng)一等問題。本文研究了基于實時歷史數(shù)據(jù)庫的電力系統(tǒng)CIM模型[16]，分析 CIM模型和關(guān)系模型的特點，提出了關(guān)系模型與對象模型間的映射關(guān)系，得出的結(jié)論如下：

1）制訂了數(shù)據(jù)標簽點建立模型的要求，實現(xiàn)基于實時歷史數(shù)據(jù)庫公共信息模型的構(gòu)建。

2）分析了實時歷史數(shù)據(jù)庫的特點，給出了用表、行、字段來存儲CIM類、對象、屬性的方法并在實時歷史數(shù)據(jù)庫中建立了CIM庫。

3）證明了公共信息模型對象可以在實時歷史數(shù)據(jù)庫中正確存儲，建立了數(shù)據(jù)字典，提高了查詢效率，實現(xiàn)跨平臺、跨系統(tǒng)的業(yè)務(wù)集成，為提升電網(wǎng)的核心業(yè)務(wù)能力提供理論化支撐，向全面建成智能電網(wǎng)目標邁進。

[1]吳文傳，孫宏斌.基于IEC61970標準的EMS/DTS一體化系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā) [J].電力系統(tǒng)自動化，2015，29（4）:53-57.

[2]安磊，徐孝忠，婁一挺.基于實時歷史數(shù)據(jù)的配網(wǎng)歷史斷面管理系統(tǒng)實現(xiàn) [J].華東電力，2013，41（6）:1264-1267.

[3]劉兆田，葛立青.基于CIM的通用數(shù)據(jù)服務(wù)在智能變電站中的應(yīng)用[J].電力信息化，2012（9）:85-88.

[4]陳海勇，王倩.基于CIM模型的SCADA系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫[J].鐵道運輸與經(jīng)濟，2008，30（11）:91-94.

[5]祝君，林慶農(nóng)，徐造林.實時歷史數(shù)據(jù)庫中壓縮技術(shù)的并行化研究[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2010，20（7）:36-39.

[6]任曉晉，李強嬌.實時數(shù)據(jù)庫在冷軋廠的應(yīng)用[J].計算機與數(shù)字工程，2011，38（7）:97-100.

[7]安磊，楊曉華，管金勝，等.基于實時/歷史數(shù)據(jù)庫（PI）系統(tǒng)構(gòu)建智能電網(wǎng)信息化基礎(chǔ)平臺[J].華東電力，2011，39（8）:1374-1377.

[8]曹子建，容曉峰.異步增量的實時數(shù)據(jù)庫歷史數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)[J].電子設(shè)計工程，2013，21（1）: 135-137.

[9]曾強，郝玉潔，郭建東.實時歷史數(shù)據(jù)庫庫文件結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析 [J].微計算機信息，2012，23（24）: 152-154.

[10]王力軍，洪濤，李健，等.智能建筑控制管理系統(tǒng)設(shè)計[J].信息技術(shù)，2012，（8）:172-174.

[11]曹軍威，萬宇鑫，涂國煜，等.智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究[J].計算機學(xué)報，2013，36（1）:143-167.

[12]翟瑞聰，謝善益，范穎，等.基于公共信息模型和組件接口規(guī)范的電力設(shè)備監(jiān)測診斷中心研究與應(yīng)用[J].廣東電力，2012，25（11）:72-76.

[13]劉兆田，葛立青，楊凡.基于CIM的通用數(shù)據(jù)服務(wù)在智能變電站中的應(yīng)用[J].電力信息化，2012（9）:85-88.

[14]葉飛，劉金波.智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)值班告警的研發(fā)與應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2014，38（8）:2286-2290.

[15]薛艷芳，吳健.基于CIM的內(nèi)存實時數(shù)據(jù)庫的設(shè)計[J].計算機工程與設(shè)計，2007，28（14）:3508-3510.

[16]謝善益，楊強.開放式輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測信息平臺設(shè)計與實現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2014，42（23）:125-130.

Research on CIM model of power system based on real time history database

RAN Ran，HU Nan，LIU Peng-yu，WANG Dan-ni
（Information and Communication Branch of State Grid Liaoning Electric Power Supply Co.，Ltd.，Shenyang 110000，China）

With the rapid development of power system，with a label for real-time history database main storage data information，plays an important role in the power system，but the history of real-time database system integration，sharing，information processing in the complex，the lack of normative theory.Therefore，it is important to establish an easy to expand，open，efficient access，data model specification transmission and distribution network model software to promote the development of realtime history database power system.The common information model （CIM）to provide a reliable theoretical basis for the power system resources，this paper discusses the characteristics of the CIM model and the relational model，proposes the mapping relationship between the model and the object model of the real-time database is established in the history of the CIM library，and it is proved that the public information model object can be stored correctly in real-time and history database in the analysis of the characteristics of real-time and history database，a data dictionary，improve the query efficiency，realize the cross platform and cross system business integration，to provide theoretical support for improving the grid core business ability to complete the goal of smart grid.

real time history database；power system；mapping；modeling analysis

TN98

A

1674－6236（2017）10-0158-04

2016-09-18稿件編號：201609160

冉 冉（1980—），女，遼寧沈陽人，碩士，高級工程師。研究方向：電力信息化運行與維護。