李慧聰+馬曉紅+白英偉

[摘 要]隨著大電網(wǎng)的互聯(lián)和電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的模型和應(yīng)用功能也變得越來(lái)越豐富和高級(jí)，開(kāi)發(fā)出功能集成的新一代電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文首先介紹IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)及其關(guān)鍵技術(shù)，隨后介紹了基于IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)，具有一定的指導(dǎo)意義。

[關(guān)鍵詞]IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)；電網(wǎng)調(diào)度；自動(dòng)化系統(tǒng)

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.20.027

[中圖分類(lèi)號(hào)]F270.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2017）20-00-02

0 引 言

目前，電力系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)對(duì)于互聯(lián)和組網(wǎng)的要求越來(lái)越細(xì)致，科研人員開(kāi)始嘗試將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)中較為先進(jìn)和成熟的組件模型，如公共對(duì)象請(qǐng)求代理體系結(jié)構(gòu)（Common Object Request Broker Architecture，CORBA）、企業(yè)Java組件（Enterprise Java Beans，EJB）、分布式組件對(duì)象模型（Distributed Component Object Model，DCOM）和基于簡(jiǎn)單對(duì)象訪問(wèn)協(xié)議（Simple Object Access Protocol，SOAP）等，應(yīng)用于電力系統(tǒng)二次側(cè)系統(tǒng)的升級(jí)中。最新的技術(shù)要求電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，在滿足原有要求的基礎(chǔ)上，在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)功能的分工與協(xié)作。這就要求不同廠家生產(chǎn)的硬件、不同型號(hào)的硬件、實(shí)現(xiàn)不同功能的操作系統(tǒng)等差別較大的二次硬件和軟件能夠完美的兼容，并能夠共同完成對(duì)一次系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、控制和保護(hù)功能，這就要求企業(yè)要實(shí)現(xiàn)各種功能的軟件和硬件，能夠像U盤(pán)一樣“即插即用”。目前，最為推薦的手段就是采用標(biāo)準(zhǔn)化的接口：采用上述的組件模型封裝各個(gè)功能，即提供標(biāo)準(zhǔn)化的接口。

1 IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)

從電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的角度來(lái)說(shuō)，組件化需要提供組件的執(zhí)行環(huán)境、定義組件間可以進(jìn)行通信和互相操作的公用信息模型（Common Information Model，CIM），以及組件接口規(guī)范（Component Interface Specification，CIS）。在這個(gè)背景下，國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)中，負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)控制及其通信的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的第57技術(shù)委員會(huì)，制定了IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)系列，也就是CIM標(biāo)準(zhǔn)和CIS標(biāo)準(zhǔn)，以便保證電網(wǎng)調(diào)度的應(yīng)用軟件，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)組件化和開(kāi)放化，即插即用和互聯(lián)互通。該標(biāo)準(zhǔn)的定義使調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的各種應(yīng)用擺脫了對(duì)信息內(nèi)部的依賴(lài)，可以直接存取公共數(shù)據(jù)、交換信息。這樣，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)廠家的不同功能的應(yīng)用，確保電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的未來(lái)擴(kuò)展和及時(shí)更新。

IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)吸收了軟件業(yè)流行的新技術(shù)、新經(jīng)驗(yàn)，以及科研的新成果，對(duì)用戶(hù)和開(kāi)發(fā)單位都非常重要，其因保護(hù)用戶(hù)資源等實(shí)際需求而產(chǎn)生，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)軟件的即插即用，降低系統(tǒng)接口的成本。目前來(lái)看，CIM標(biāo)準(zhǔn)是比較穩(wěn)定的，也被證明是可行的；CIS標(biāo)準(zhǔn)尚未出全，仍在不斷完善中。

2 基于IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化主站系統(tǒng)的特點(diǎn)

基于IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)度自動(dòng)化主站系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)的基礎(chǔ)是統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，以及定義數(shù)據(jù)訪問(wèn)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口規(guī)范。從圖1中可以看出，系統(tǒng)的各部分功能分別被封裝成對(duì)象，以CIS為媒介，連在系統(tǒng)中。任何功能都允許單獨(dú)改變，前提是改變必須遵循接口體系，此時(shí)，這種改變對(duì)于系統(tǒng)中其他部分是透明的。這個(gè)接口體系就是IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的CIM標(biāo)準(zhǔn)接口體系。

這個(gè)基于IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)的CIS標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，具有高度的開(kāi)放性和兼容性。一是允許集成不同廠家的軟件；二是允許運(yùn)行于不同的計(jì)算機(jī)平臺(tái)。采用不同的編程語(yǔ)言編制的軟件允許隨意拆卸和更換，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)允許分散在各個(gè)應(yīng)用對(duì)象中，保證系統(tǒng)中各應(yīng)用對(duì)象的“即插即用”。

3 CIM標(biāo)準(zhǔn)在系統(tǒng)中的表述方式

電力系統(tǒng)中的數(shù)字信息的模式是CIM標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容，包括公用類(lèi)、屬性、關(guān)系等幾項(xiàng)。CIM標(biāo)準(zhǔn)幾乎可以涵蓋電力系統(tǒng)中需要的所有數(shù)據(jù)類(lèi)型，特別是那些與電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系密切的對(duì)象。CIM標(biāo)準(zhǔn)以對(duì)象類(lèi)和屬性的方式顯示電力系統(tǒng)資源以及他們之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)不同開(kāi)發(fā)商獨(dú)立開(kāi)發(fā)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用之間，或電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)與發(fā)電系統(tǒng)、配電管理系統(tǒng)等，其他電力系統(tǒng)運(yùn)行中涉及的系統(tǒng)之間的集成。

在IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)中，CIM標(biāo)準(zhǔn)中的類(lèi)由邏輯包組成，每個(gè)邏輯包代表電力系統(tǒng)模型的一個(gè)特定部分。它提供了電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的邏輯視圖，這些電網(wǎng)的信息被所有的應(yīng)用共享。CIM標(biāo)準(zhǔn)被劃分為9個(gè)包，分別為：Core（核心包）、Topology（拓?fù)浒?、Wires（電線包）、Outage（停運(yùn)包）、Protection（保護(hù)包）、Meas（量測(cè)包）、Load Model（負(fù)荷模型包）、Generation（發(fā)電包）以及Domain（域包）。

這些即為IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)中定義的CIM標(biāo)準(zhǔn)包，其中，核心包（Core）定義了電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中使用率最高的對(duì)象，核心包在大多數(shù)情況下都被間接或直接調(diào)用其中的對(duì)象。在核心包中，一個(gè)非常重要的類(lèi)叫做連接端（Terminal），拓?fù)潢P(guān)系是拓?fù)浒ㄟ^(guò)連接端，把傳導(dǎo)設(shè)備和其他對(duì)象聯(lián)系在一起。

4 主站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文采用IEC 71960標(biāo)準(zhǔn)中定義的CIS標(biāo)準(zhǔn)，以及計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)中的組件技術(shù)，對(duì)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果如圖2所示。本文所設(shè)計(jì)的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，采用面向?qū)ο蟮腃IM模型進(jìn)行開(kāi)發(fā)，這些應(yīng)用都可直接作為組件接入系統(tǒng)。

圖2 組件的整合方案

IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)定義了訪問(wèn)電網(wǎng)的模型數(shù)據(jù)的接口，及訪問(wèn)電網(wǎng)的運(yùn)行方式，為了實(shí)現(xiàn)不同廠家電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)共享以及數(shù)據(jù)訪問(wèn)，本文建議主要采用以下兩種方式。endprint

第一，讀取符合公共信息規(guī)范CIM標(biāo)準(zhǔn)的XM格式的數(shù)據(jù)文件，通過(guò)解析得到電網(wǎng)模型及系統(tǒng)的運(yùn)行方式。值得說(shuō)明的是，XM格式的文件是標(biāo)準(zhǔn)的跨平臺(tái)標(biāo)記語(yǔ)言之一，這種方式是異構(gòu)系統(tǒng)交互信息最為簡(jiǎn)單方便的方式。目前需要進(jìn)行的互操作試驗(yàn)完全可以采用XML文件進(jìn)行。

第二，在公用信息結(jié)構(gòu)CIS標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用通信系統(tǒng)的組件技術(shù)，可以在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)客戶(hù)機(jī)功能；通過(guò)客戶(hù)機(jī)可以訪問(wèn)提供CIS標(biāo)準(zhǔn)組件接口服務(wù)功能的服務(wù)器，最后達(dá)到得到電網(wǎng)模型及運(yùn)行方式數(shù)據(jù)的目的。

第一種接口允許與不同的電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)相連，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間，以及系統(tǒng)內(nèi)部的不同應(yīng)用之間，都是通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。前提是提供符合CIM標(biāo)準(zhǔn)的XML格式的文件，最終目的是得到電網(wǎng)模型和系統(tǒng)的運(yùn)行方式，最后再利用這些得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。

第二種接口，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部的不同應(yīng)用對(duì)象之間，通過(guò)CIS標(biāo)準(zhǔn)組件接口交換數(shù)據(jù)，并最終得到電網(wǎng)模型。但這種接口方式，需要廠家提供 CIS標(biāo)準(zhǔn)接口組件，以及定義訪問(wèn)服務(wù)器的功能。不得不提的是，這種接口方式采用了組件技術(shù)，相比于第一種利用文件的方式交互數(shù)據(jù)，更加靈活，且通信的速度更快。

IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)意味著對(duì)應(yīng)用軟件進(jìn)行封裝，使各種各樣的應(yīng)用軟件通過(guò)透明的接口與外部數(shù)據(jù)進(jìn)行通信。對(duì)于電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，現(xiàn)有的且無(wú)需更換的應(yīng)用軟件，都可建立與 CIM標(biāo)準(zhǔn)的映射關(guān)系，與軟件內(nèi)部采用的數(shù)據(jù)模式無(wú)關(guān)，只要其外部封裝了符合CIS標(biāo)準(zhǔn)的接口即可。對(duì)于新開(kāi)發(fā)的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件，可直接基于CIM標(biāo)準(zhǔn)和CIS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)組件化。

另外，應(yīng)用軟件的接口的實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)不可或缺的要素就是支撐平臺(tái)。想要執(zhí)行任何組件，都必須提供組件自身定義的相應(yīng)的執(zhí)行環(huán)境，不得不注意的一點(diǎn)是，組件執(zhí)行環(huán)境對(duì)組件順利執(zhí)行的意義重大，遠(yuǎn)大于網(wǎng)絡(luò)通信，組件執(zhí)行環(huán)境是應(yīng)用軟件接口標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)。支撐平臺(tái)的重要作用體現(xiàn)在為應(yīng)用軟件組件的執(zhí)行提供所需的環(huán)境，且無(wú)條件支持CIM標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式。支撐平臺(tái)在硬件上可以提供軟總線，在軟件方面可以提供各種服務(wù)，這就構(gòu)成了分布式的管理環(huán)境，保證組件化應(yīng)用軟件的正常運(yùn)行，發(fā)揮作用。

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的集成技術(shù)，主要包括3個(gè)部分的內(nèi)容。

第一，考慮到系統(tǒng)集成的實(shí)現(xiàn)是建立在已有的組件技術(shù)上，因此，必須選擇合適的支持平臺(tái)，如 CORBA、EJB、DCOM 等，也就是說(shuō)，必須有合適的系統(tǒng)的支持平臺(tái)。

第二，任何系統(tǒng)都必須建立一套能采用CIM標(biāo)準(zhǔn)描述的數(shù)據(jù)平臺(tái)，這一過(guò)程相當(dāng)于數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，概括地說(shuō)，就是數(shù)據(jù)模型。

第三，數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，該接口定義了訪問(wèn)數(shù)據(jù)模型中所需數(shù)據(jù)，應(yīng)采用的方式和方法。

只有電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中任何應(yīng)用軟件的這3部分都符合統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)才算是真正意義上具有開(kāi)放性。IEC 61970系列標(biāo)準(zhǔn)的制定，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供了扎實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文基于IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合目前通信技術(shù)的發(fā)展和電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)主站系統(tǒng)的特點(diǎn)，討論基于IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)中CIS標(biāo)準(zhǔn)的，新一代電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化主站系統(tǒng)涉及的主要技術(shù)問(wèn)題。但截至目前，IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)尚未成熟，還有許多內(nèi)容處于空白狀態(tài)，該標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)一步研究，擴(kuò)充和完善。不得不說(shuō)，基于IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化主站系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，是一個(gè)漫長(zhǎng)和循序漸進(jìn)的過(guò)程。

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