杨道驰 何浩
基于CIM的电力调度综合数据平台设计
装甲兵学院通信指挥教研室 杨道驰 何 浩
【摘要】随着电力系统自身的发展和计算机技术不断更新，电力系统越来越强调信息资源的共享。本文在全面分析当前电网调度机构相关系统建设情况和信息化现状的基础上，探索电力调度综合数据平台体系结构与设计方案，实现信息共享与整合。以各应用系统间数据共享的高效性、可靠性和安全性为重点，提出了综合数据平台的体系结构及设计方案。
【关键词】调度综合数据平台;CIM;数据模型
1.当前集成平台存在的问题
当前，电力系统自动化趋势是各级主站以EMS/DMS调度自动化为基础向全局自动化发展，以保证整个电网安全经济高效地运行。然而不同时期针对不同业务需求而开发的各种应用系统之间并未达到互联互通，造成这些相对封闭的“自动化孤岛”之间很难进行数据交换。其次，这些应用系统开放性差，体现在系统随应用发展的可扩展性较差、应用系统与支撑平台的相容性较差、系统的网络互联应用接口开放性较差、系统升级困难。
最后，电力市场条件下，电网将经常运行在安全极限状态以追求最大经济效益，为确保电网安全，控制中心和各电力公司之间需交换大量信息如电网模型等，电力企业更加需要一个既集成优化原有各应用系统，又能满足当前和未来需求的应用集成系统，达到对企业内部数据的有效管理，为企业带来可观的经济效益。
2.综合数据平台的系统结构
2.1 综合数据平台的框架设计
调度系统数据的整合涉及多应用系统、多个专业和生产厂商，不仅涉及调度机构已建成的各相关应用系统，还将对今后新建系统产生较大的影响。再者，现有的各电力企业信息系统应用环境纷繁复杂，硬件平台、操作系统、数据存在形式与网络环境也不同，设计通用的电力调度综合数据平台势在必行。本文设计了支持安全分区的数据共享的多层电力调度综合数据平台，平台设计为多层体系结构。如图1所示。
图1 电力调度综合数据平台总体框架
第一层为数据层面，实现不同系统中的数据源之间的交换，达到数据共享的目的。包含数据交换中间件等。第二层为建模层面，即依照公共信息模型（CIM）为行业制定和推行数据标准和应用系统开发标准，建立生产控制数据平台。包含数据标准定制等。第三层为应用层面，规范化及整合企业应用，建立工作流模型，提供综合应用开发平台及全局数据门户等模块。
实际上，达到资源整合最主要的部分是实现基本的异构数据源的交互，也是该数据平台的核心问题。在上图中属于数据层面与部分建模层面所表示的单元。主要以中间件为核心技术，配合XML语言，包含数据访问、数据标准定制、数据转换、数据安全交换系统、以及定制的数据标准模型、平台配置管理工具模塊。
2.2 综合数据平台的结构特点
整个平台框架设计具有如下特点：
（1）实现了应用软件“即插即用”式的交互式接入，对新系统和老系统具有相同便利的接入方式，既有继承性，又有扩展性。
（2）实现了透明数据访问，任何一个系统接入平台后，都可以透明的获取所需要的数据，而不需要知道数据源在哪里、数据源所在处的操作系统、硬件平台、数据库种类、数据表示格式等。
（3）服务配置灵活，需要在松耦合方式下获取批量信息，可以配置XML/RDF导出/导入构件;需要在紧耦合方式下获取“近实时”数据，可以配置GDA和HSDA服务构件;需要获取实时数据，可以通过实时适配器提供的实时接口。多种方式既相互独立，又相互补充，可以选择某一个，也可以都选，由应用需求而定。
（4）可以方便数据结构扩展，对数据结构具有广泛的适应性。系统提供的数据由XML/RDF Schema模式文件决定，并且模式文件可由用户自定义扩展。
（5）充分考虑了安全分区的要求，避免了设计漏洞，保障了系统的安全。
3.综合数据平台数据存储与组织
3.1 基于CIM的数据库设计
传统的实时数据库管理系统大多采用关系或层次模型。为遵循IEC 61970标准，一些文献提出关系、层次、对象三位一体的数据模型，对同一实体提供3套访问接口。就兼容原有应用软件和界面、避免改造所带来的大工作量而言，这是目前较为现实的做法，但3种模型的映射会带来访问效率的问题。
CIM模型是基于面向对象的思想，允许定义对象类，类之间可定义继承和关联等关系，其特点是按客观事物的本来面目描述设备，具有封装、重用和多态等特点，可与面向对象的软件完美结合。因此，对原SCAD系统进行封装即是将原SCADA系统的私有数据模型与对象模型组织的CIM建立映射关系，建立CIM服务器，与原系统数据库通过导入、导出和更新进行数据同步。
通用数据访问服务端的实现主要依赖于中间件平台以及CIM数据库，CIM数据库的结构构建得是否合理直接影响到通用数据访问服务的性能。CIM是元数据，遵循CIM意味着其数据表示的命名及含义、它的数据类型以及它与CIM其它部分的各种关系，要与CIM相一致。但是遵循CIM并不意味着支持整个CIM，也不意味着数据库结构与CIM类图完全一样。而且作为一个抽象的逻辑模型，CIM既可以用关系数据库实现，也可以用对象数据库或者对象/关系数据库实现，CIM的实现具有充分的弹性。
尽管关系型数据库的关系数据模型与CMI的对象模型在描述方法上不同，但都是对同一种物理对象的描述，所以关系数据模型与CIM之间可以建立起良好的映射。
3.2 CIM数据字典
类和属性信息是数据字典的主要内容。CIM/CIS服务器的实现将直接和间接地需要这些信息。
可构建一张表来存储类和属性的信息：
Class Resource ID {
ULongLong container;
ULongLong fragment;
}
由两个64位的无符号整型组成。Container包含数据供应者的信息，也就是对应着URI中域的部分。Fragment是唯一的资源标识。Fragment主要是由两个32位的无符号整型low和high组成。在以上基础上，做如表1假设来保证很通畅的查询资源。
表1 各种资源的数据字典定义
资源 low high container
类 类编号 O 类名
属性 属性编号 类编号 类名+属性名
记录 记录编号 类编号 类名+记录名
图2 评价分析
图3 对遗留系统包装
图4 改造遗留数据库的逻辑图
用公共信息模型CIM作为综合数据平台标准数据源的数据模式，保证了综合数据平台具有良好的开放性。而基于CORBA技术来包装此集成系统则提高了软件的重用率，保护己有的系统投资，任何第三方接入者可以依据IEC 61970即刻访问，实现信息的全局共享。
3.3 遗留数据库系统的处理
对遗留系统评价的目的是为了获得对遗留系统的更好的理解，这是遗留系统进化的基础，是任何遗留系统进化项目的起点。这里采用的评价方法是对遗留应用的系统技术水准、使用价值和与开发新系统的代价等标准进行评价，其结果作为选择处理策略的基础。评价方法由一系列活动组成，如图2所示。设ORH是技术评价值，ORS是使用价值的评价值，ORF是开发系统的代价的评价值，则遗留应用（包括数据库）的评价值是ORH+ORS+ORF，如果总体的评价值小于一定值时，就说明没有必要升级或是改造该应用或是数据库，反之就应该采取措施来保证遗留应用的再利用。
本文采用对遗留数据库进行包装构建新的模型如图3所示，包装实质上就是用一个软件来隐藏遗留系统中不需要的复杂性，输出一个现代接口。然后利用CORBA的中间件技术对包装后的遗留数据库进行改造，以IEC61970的CIM/CIS为规范，把遗留数据库进行封装，并提供通用接口供集成系统使用。
3.4 数据访问方式
数据平台主要提供了三种接口方式，向平台内各应用系统提供数据服务，如图5所示。第一种是基于CIM/XML文件导入/导出方式实现静态文本信息交换。此种接口方式主要是针对一些静态模型数据的交换，其他自动化系统的电力模型数据按CIM标准导入统一数据平台，或者按CIM标准从数据平台导出电网模型数据;第二种是遵循CIS组件接口规范的标准数据访问接口，支持以非实时、准实时方式来检索、查询、订购统一数据平台中数据信息;第三种为非标准的私有接口，针对某些对实时性要求特别高的系统提供高速API访问接口。除此之外，为了便于进行数据管理与维护，平台还提供遵循ODBC规范的普通二维关系表访问接口。
图5 综合数据平台的数据访问接口
对于第二种标准数据访问接口，内部各应用系统的数据访问均遵循IEC61970公共信息模型CIM和组件接口规范CIS标准。
参考文献
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作者简介：杨道驰（1976—），男，硕士，讲师，现供职于装甲兵学院，主要研究方向：军事装备运用、电力系统自动化。
