1、1基于 IEC61970 标准的调度数据平台应用研究及实现摘 要： “电力信息孤岛”越来越成为电力调度工作的“信息瓶颈”。本文分析了电力调度业务系统和数据的特点，提出了基于 IEC61970 标准的电力调度综合数据平台建设的重点，给出了总体架构设计，并以云南电力调度几大业务系统为整合对象进行了实践。 关键词：调度业务；数据平台；IEC61970 标准；CIM 模型 中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013） 1 引言 随着电网一次系统的发展，电网调度系统已从功能单一，相对独立的系统，逐步形成具有多种应用功能，满足不同生产管理要求的复杂网络信息系统，例如能量管
2、理系统（EMS） 、电能量计量系统（TMR） 、水调自动化系统、调度生产管理信息系统（DMIS）等。同时，随着电力二次系统安全解决方案基本框架的成型，安全分区的实施，传统的点到点的网状的数据交换手段面临着更加复杂多变的环境。由于各系统被分割在不同安全区中，其间部署了防火墙以及隔离装置等安全设备，使得各系统之间无法通过直接的网络连接进行任意的数据交互，特别是安全一、二区(以下称之为内网)和安全三、四区(以下称之为外网)之间的数据交互由于隔离装置的限制，迫使应用系统需要进行相应的改造以适应隔离装置的要求。尤其是外网中需要进行各种事务处理时，常常需要综合 EMS2系统、TMR 系统等多个分布在内网中
3、的业务系统中的数据。 但是上述信息系统的数据来源不一致，口径不统一，缺乏横向信息交流，实时数据再利用也存在一些问题。因此必须通过一种技术方案来接口、存储、归类、管理、分析多个系统的综合数据，形成统一的调度综合数据平台，并提供数据接口、查询的灵活手段和数据挖掘以及高层决策分析1。 2 调度数据平台分析 调度综合数据平台需要集成的数据源具有如下特征： 形式上分散。这些应用系统的数据以不同的形式存储，其中 EMS 等调度自动化系统中的实时数据一般直接存储在实时数据库中，而 DMIS 和办公自动化系统中的多数数据存在于商用数据库中，同时，系统还有些数据是以文件的形式存储的。 空间上分布。各个业务系统分
4、别由不同的科室管理和维护，分别在不同的机房，数据库和服务器都不同。 数据异构。各个业务系统采用的数据库服务器一般都不太相同，包括：ORACLE、SQLSERVER 等。 网络隔离。为了保证电力企业的信息安全，电力企业各个信息系统间都通过防火墙等设备进行了隔离。 软硬件平台异构。各个应用系统所选用的硬件和操作系统都不大相同。包括：Sun/Solaris、HP/HP-Unix、PC/Windows 等软硬件平台2。 因此，电力调度综合数据平台必须满足如下要求： 3可靠性。必须能提供可靠的数据传输，解决不同软硬件和网络环境中系统的通信问题，实现信息孤岛之间的连通； 分布性。必须能解决各个应用系统的数
5、据分布性的问题，实现数据的集中与汇总； 异构性。必须能解决各个应用系统的数据异构的问题，使不同格式、不同数据管理系统中的数据能够相互交流和转换4； 自治性。数据集中平台不能破坏原有系统的自治性，在进行数据集成的同时不能影响已有系统的正常运行； 可扩展性和适应性。平台应该具有良好的可扩展性和适应性，能够适应企业应用需求的不断变化。 标准化。遵循国际标准（IEC61970 等）5。 3 数据平台的整体架构 按本系统建设的目标和要求，要解决好如下几个方面的问题：如何基于统一的面向电力企业的数据模型或数据结构建设数据平台；数据平台如何与现有 EMS 系统、TMR 系统、水调自动化系统、DMIS 系统进
6、行很好的接口；为了满足其它系统访问本平台数据的需要，本系统所能提供的接口方式；如何保证本数据中心的实时数据或数据库的数据和其它关联系统的数据同步；数据平台的整体架构是什么样的；数据平台能提供哪些通用的功能应用。 我们设计的“电力调度综合数据平台系统”为三层体系结构，即数据仓库层、信息集成平台层（即中间层，包括数据集成平台、图形集成4平台、业务应用和流程集成平台） 、通用业务应用层。在数据仓库中存储本系统平台所有的信息数据；数据集成层，则负责与其它系统的数据集成与访问、内网数据与外网数据之间的传输；通用业务应用层是关于本综合数据平台的管理与监视应用、基于企业门户的综合应用。 本系统的整体体系架构
7、如图 2 所示： 图 2 数据平台系统的体系架构示意图 3.1 关于数据仓库 数据仓库是对各种类型的数据进行统一存储的概念，它即包括关于电网设备的描述信息、拓扑信息、实时数据、历史数据，也包括电力企业对所有对象的描述，如事件、统计信息、图形文件等。 数据仓库包括各种基于商用数据库（如 Oracle、SQL Server、Sybase、DB2 等）的数据存储管理，也包括磁盘文件的管理和基于内存数据结构的数据管理。 数据仓库可以存放在单一的计算机节点上，也可以分散在网络上。数据仓库的分散式模式可以充分利用计算机的网络资源，进行数据最快、最优的存储与访问。 数据仓库支持联机分析处理（OLAP）和数据
8、挖掘，为电力信息化的进一步发展奠定了良好的基础。 3.2 关于平台开发技术标准 5系统整个体系的设计与开发，都采用了分布式组件化技术。在跨平台接口组件中，采用 Java 开发工具，遵循 J2EE 的体系结构，实现了跨平台的数据集成接口。 为了保证数据快速的传输，在数据集成的通讯层，开发了数据总线组件，并采用 C/C+开发技术来实现，从而可以实现内存的优化处理和数据通信的及时可靠。 在应用层，同样遵循应用的开放性，遵循 J2EE 体系结构，在企业门户技术上，实现多种具体的业务应用。 3.3 关于信息集成平台 根据信息类型的不同，信息平台又分为数据集成平台、图形集成平台、业务应用与流程平台。 数据
9、集成平台实现电力数据对象实体数据的集成，它通过各种系统提供的适配器技术实现与其它系统数据的接入与访问。 图形集成平台实现与其他图形格式的转换和图形集成。并提供图形的网络发布与显示控制。 3.4 关于 IEC61970 标准与 CIM 模型 本综合业务数据平台的建立，不论在底层数据模型的建立上，还是在数据库结构、与其他系统集成与交互的接口中，都遵循 IEC61970 规定的相关标准。IEC61970 中关于电网的统一数据模型（CIM）的思想始终贯穿本平台。从而保证本平台的标准化、先进性、开放性和可扩展性。 3.5 关于通用业务应用 本系统不仅提供了优秀的数据平台，在此基础上，系统开发了一套6通用
10、的功能应用。主要包含如下内容： 用户与权限管理：用来管理与设置用户名称、权限组别。 元数据管理：对描述数据对象的元数据的初始化、定义、扩展、解析等管理。 运行监视：用来监视系统运行状况。 可视化业务数据监视：对生产中的电网运行方式、电网供电量和其他数据以图形化的方式进行监视。 综合查询：通过企业门户或个人门户等提供 WEB 方式的数据查询。 基本数据管理：基本数据管理完成与业务平台或数据平台相关的基本描述与设置。 历史数据管理：对存在数据仓库中的各种历史数据进行压缩、备份、导入导出的管理。 报表中心：通过网络报表方式实现数据仓库中数据的综合显示。 在线联机分析：通过数据平台的集成，则可实现异种
11、数据源的多维联机分析。 数据挖掘：提供数据准备、数据解析等过程对数据仓库中的数据进行多维信息的获取管理。 4 基于 IEC61970 的统一对象模型 4.1 公共信息模型 CIM 为了实现电力行业信息系统的互操作，国际电工委员会（IEC）制定了一系列接口标准，其中在 IEC61970 标准中定义的公共信息模型7（CIM）描绘了典型情况下 EMS 信息模型中所包含的电力企业中所有的主要对象。CIM 中描绘的对象本质上是抽象的，也因此可以得到更广泛的应用。我们可以借助 CIM 定义整个电力企业的数据对象。 CIM 通过提供一种用对象类和属性及他们之间的关系来表示电力系统资源的标准方法。通过 CIM
12、，可以方便实现对不同厂商独立开发的 EMS 系统的集成，或对多个独立开发的完整系统进行集成，或对 EMS 系统和其他涉及电力系统运行的不同方面的系统（例如发电、配电管理系统或、生产管理系统）进行集成。这些集成是通过定义标准应用程序接口实现的，应用系统能够不依赖于信息的内部表示而存取公共数据和交换信息。CIM 使得便于在几种应用和系统之间实现互联运行和兼容插入，而与任何具体应用无关。 图 3CIM 类包及其关系图 整个 CIM 共分为 13 个类包，类包之间的关系见图 3。一个类包是按一般意义上将相关模型元件分组的方法，没有具体的语义意义；类包的选择是为了使模型更易于设计、理解与查看；一个应用可
13、能使用几个类包的 CIM 实体。也就是说，每一个电力系统实体可以具有越过许多类包边界的关联。每一个类包包含一个或多个类图，在 CIM 中也用图形方式表示了该包中的所有类及它们的关系。 4.2 基于 CIM 模型的数据仓库的建立 8本数据平台建立在统一的数据仓库存储平台基础上。数据仓库中集成了电力企业中相关对象的数据，主要包括：电力企业数据对象库、数据对象属性值（动态的实时数据、静态的描述数据） 、数据对象的动态数据的历史存储数据。 对于电力对象实体和其包含的属性，本系统在商用数据库中建立统一的电力企业基本结构数据表，其表结构遵循 CIM 模型中包和类的结构。对象实体的静态属性值，存放在商用数据
14、库中的应用结构数据表中。对象实体的动态属性值，存放在本系统的实时数据库中，实时数据库是基于优化内存技术的，可实现海量实时数据的快速存储、检索、二次计算等功能； 动态属性值的历史存储数据，存放在商用数据库的历史结构数据表中，其存放的格式是优化的压缩格式，保证能存储大量的历史数据。如事项的存储、计划数据的存储等都采用了先进的代码+压缩格式。 5 技术特点 5.1 基于 CIM 统一对象模型的标准设计 在系统的数据对象模型的建立中，无论是数据仓库的数据库结构，还是应用实现中的类描述、UML 定义中都遵循 CIM 的模型体系，使得在与其他系统的各种交互中可以方便的进行数据交换及访问，标准化水平高。95
15、.2 综合全面的数据仓库技术 本平台提供统一的数据仓库技术，数据仓库数据库是整个数据仓库环境的核心，是数据存放的地方和提供对数据检索的支持。本系统的数据仓库包含电力数据对象描述信息、生产计划数据、实时数据、各种历史数据与事件。 数据仓库可以放在基于安全一区和二区的内网中，也可以放在基于安全三区和四区区的外网中，并保证数据仓库的唯一性。不论放在外网或内网，均支持各安全区系统的访问。 统一的综合数据仓库技术保证了数据仓库物理位置的灵活性，也保证了逻辑上的唯一性。 5.3 全方位、多模式、开放灵活的信息集成平台 为了满足与不同系统的接入，并适用于不同的操作系统平台、适合不同的网络通讯方式，本数据平台
16、提供了全面而通用的接口适配器技术。根据数据来源的不同安全性质、不同存储方式与存储介质，实现数据的接入。接口适配器充分反映了本数据平台的灵活性、可靠性和安全性；集成度高，集成能力强。 5.4 提供元数据支持，实现可视化的数据检索和管理 系统提供元数据的管理与支持。通过元数据，可以很容易的实现系统的二次集成，并为广泛的应用集成提供了平台 5.5 数据总线技术 为了支持各安全区系统对数据平台的接入访问，保证整个数据平台10通讯的流畅，系统提供数据总线技术。数据总线运行在内网侧和外网侧；数据总线完成穿过隔离装置的数据传输；数据总线监视运行在本地的数据平台的功能组件；本地的数据平台功能组件通过向数据总线
17、的注册和访问完成与其它模块的交互、远程数据的传输。 也就是说，不同安全区域之间的系统进行数据共享及交换时，不再需要开发或改造点对点的适应隔离装置的专用网关程序，而只需要与本安全区的数据平台通过标准接口（参考接口适配器技术）进行数据交换，即可通过数据平台提供的数据总线之间的交互，间接完成与其他安全区的数据的共享及交换。 5.6 应用功能丰富 本系统不仅提供了功能强大的数据集成平台，而且还提供通用的应用功能。如丰富的系统维护、扩展的管理工具，系统综合统计工具，功能强大的报表中心等工具。 6 结 语 调度综合数据平台是个综合、复杂、庞大的软件系统。2004 年 6 月，云南电力调度中心启动了综合数据平台开发项目，按照“综合规划，分步实施”的原则进行了实践探索。该项目将云南电力调度几大业务系统作为整合目标进行了调度综合数据平台的研究实践，并于 2005 年 4 月投入试运行。初步实现了 EMS、电能量、水调自动化和 DMIS 等四大系统的数据集成工作。解决了多数据源的接入难题，建立了统一数据库。按照IEC61970 中 CIM（公共信息模型）的描述建立了统一数据对象。实现了
