open2000e技术白皮书

open2000e技术白皮书内容摘要：

perator Training Simulator，简称 OTS） EU300 为基础建立 CIM 模型， 1994 年9 月 22 日形成 CIM 的最初草案，从 1994 年 11 月 17 日的 000d 版开始，几乎每季度的会议都进行修改，对修改的内容、原因和时间等作详细的记录， 1996 年被国际上接受作为 CIM的初始草案，国外的 EMS 开发商开始关注和使用 CIM。 2020 年后，对 CIM 部分进行了投票，接受了许多修改意见。 同时，国外进行了多次互操作实验，使 CIM 得已完善和验证。 2020 年后， CIS 部分的草案在 OPC 和 OMG 等标准化组织的基础上快速发展， 2020 年开始进行围绕 CIS 的互操作实验。 IEC 61970 标准是技术研究的重要内容，在国调统一领导下，技术研究小组与国内同行及时将 IEC 61970 标准系列中相对比较稳定成熟的内容进行翻译、讨论和实验。 技术研究小组对 IEC 61970 标准的 CIM 部分进行了翻译和校对，对标准实施依托的 CORBA 技术进行了研究和测试，完成了与国 内主要 EMS 厂家基于 CIM RDF XML 的互操作实验。 CIS 部分是 IEC 61970 标准的精华，由于涉及的内容比较复杂，相应的标准草案进展较慢，技术研究小组根据以往在调度自动化开发中 API 实现的经验，参考 OMG 在 DAF 和 DAIS 的一些规范进行研究和开发。 总之，遵循 IEC 61970 标准是调度自动化集成系统的主要设计目标，对新标准的不断跟踪贯穿整个系统从调研、设计、开发到工程实施的全过程。 、标准主要内容介绍 IEC 61970 标准系列共分导则和基本要求、术语、 CIM 和两种级别的 CIS 五个部分，导则和基本要求部分主要提出了一个用来描绘控制中心 EMS API 问题的参考模型，其中应用的组件化有两种方法，一是应用内部按组件构造，二是对已有的应用加封套。 术语部分列出 7 国电南瑞科技股份有限公司 标准中用到的术语和定义。 CIM 分为三部分， 301 是 CIM 的基本部分， 302 是 CIM 用于能量计划、检修和财务的部分， 303 是 CIM 用于 SCADA 的部分。 CIS 部分共分两个级别，第四部分是对 CIS 接口的详细描述，第五部分是 CIS 接口映射到 CORBA、 DCOM、 Java、 C++、C 和 XML 等具体的计算机技术后的描述。 在第四部分的 CIS 中， 401 到 449 是数据访问、事件处理等通用接口的描述， 450 到 499 是针对 SCADA 等具体应用的接口描述。 目前 CIS的大部分内容还在不断完善阶段。 IEC 61970 的 CIM 部分由若干包组成，包是将相关模型元件人为分组的方法。 301 包括Core、 Topology、 Wires、 Outage、 Protection、 Meas、 LoadModel、 Generation 和 Domain 共9 个包。 核心包（ Core）定义了厂站类 Substation、电压等级类 VoltageLevel 等许多应用公用的模型，拓扑包（ Topology）定义连接 节点 ConnectivityNode 和拓扑岛 TopologicalIsland 等拓扑关系模型，电线包（ Wires）定义断路器 Breaker、隔离刀闸 Disconnector 等网络分析应用需要的模型，停运包（ Outage）建立了当前及计划网络结构的信息模型，保护包（ Protection）建立了用于培训仿真的保护设备的模型，量测包（ Meas）定义了各应用之间交换变化测量数据如测点 Measurement 和限值 Limitset 等描述，负荷模型包（ LoadModel）定义了负荷预测用的负荷模型，发电包（ Generation）分成两个子包：生产包（ Production）和发电动态特性包（ GenerationDynamics），前者定义了用于 AGC 等应用的发电机模型，后者定义了用于DTS 的原动机和锅炉等模型。 域包 (Domain)是量纲的数据字典，定义了可能被其他包中类使用的属性 (特性 )的数据类型。 CIM中每一个包是一组类的集合，每个类包括类的属性和与此类有关系的类，比如 Wires包中的断路器类 Breaker 类，其属性有两个： ampRating 和 inTransitTime, 与此类有关系的类有保护装置类 ProtectionEquipment 和 RecloseSequence，事实上， Breaker 类还有断路器名称属性 name 等属性从其父类 switch 继承， switch 再从其父类继承，依次类推直到 Core 包中的 Naming 类。 CIM 中存在三种类之间的关系：继承、简单关联和聚合。 聚合是一种整体和局部特殊的关联。 继承关系是隐式表示的，简单关联和聚合是要显式表示的。 继承不仅包括继承属性而且包括继承类的关联关系。 简单关联是 CIM 中最多的一种关联，它表示类和类之间要相互作用，比如上述的 Breaker 与 ProtectionEquipment 是一种简单关联，保护动作要跳闸开关。 值得注意的是简单关联的多样性，在 ProtectionEquipment 侧标有 0..n 表示作用的重数，含义是一个开关可以没有保护使其跳闸，可以是１个或多个保护使其跳闸，这种多样性使得建模时既要检验是否符合 CIM 语法，又要检查模型本身物理含义的正确性。 上述Breaker 与 RecloseSequence 是一种聚合关系，没有断路器，重合闸类是没有意义的。 CIM 模型可保存在 ROSE 的模型文件（ .mdl）中，可以用专门的导出工具输出为以 XML RDF 表示的定义。 实际上， WG13 使用 ROSE 的模型文件维护 CIM 模型，然后使用 Rational SoDA 生成 IEC 619703xx CIM 文档。 IEC 61970 的 CIS 部分基本处于草案阶段。 401 是 CIS 的总体框架说明， 402 是接口用到的标识、名字空间和连接等公共服务。 403 是公用数据访问接口 GDA，用于非实时或准 8 国电南瑞科技股份有限公司 实时的数据访问，在 OMG 的 DAF 接口的基础上进行了扩展，增加了写服务和带过滤条件的读服务，加强了服务端主动上送数据的订阅机制的访问方式。 404 是高速数据访问接口HSDA，用于对实时数据的访问，在 OMG 的 DAIS 接口和 OPC 的 数据访问接口 DataAccess的基础上进行了扩展，包括同步和异步的读写服务、数据订阅服务等。 405 是事件和报警的接口服务 GES，同样以 OMG 的 DAIS Alarms 和 Events 接口和 OPC 的 Alarmamp。 Event 处理为基础进行扩展。 407 是历史数据访问服务， 408 是模型交换接口， 450 是信息交换模型 IEM的描述， 451 是针对 SCADA 应用的 CIS 接口。 目前除 401 处于 CDV 状态外，其余各个部分都处于草案阶段，还在进行一些互操作实验。 501 是 CIM 模型从 UML 转换成 XML RDF格式，用于模型的语法校验， 502 是 CDA 映射到 CORBA， 503 是互操作实验的 CIM XML数据交换格式。 从 IEC 61970 标准的内容看， CIM 定义了公用的电网模型规范，是标准的基础； CIS 定义了软件即插即用的接口描述，是标准的精华。 、对标准的实验 我们在对 IEC 61970 标准翻译消化的基础上进行了系列化的实验，这些实验包括：（ 1）完成国调统一安排下的基于 CIM XML 的三次互操作实验；（ 2）搭建实际系统对标准依托的组件技术的实验；（ 3）基于 CIM 标准的接口方式在国调电量计量系统和江苏省调 EMS 系统中的实践；（ 4）基于 GDA/DAF 的 CIS 接口的自我互操作试验。 技术研究初期，在原有调度自动化系统 OPEN2020 和 SD6000 上开发基于 CIM XML的模型交换适配器，该适配器包括 XML 解析、数据模式映射、电网模型导入、电网模型导出和模型校验等模块。 通过 CIM 模型交换模块，可对国内主要 EMS 产品的导入 /导出并运行潮流计算，可导入国外实验模型并运算潮流，可对模型进行简单的拆分和合并。 通过这一实验，加深了对 CIM 的理解，为将 CIM 用于新系统打下了基础。 组件技术是实施 IEC 61970 标准的关键技术，我们首先对 IT 流行的 CORBA、 DCOM、EJB 和 WEB SERVICE 四种组件模型进行了分析比较。 从效率上看， EJB 和 WEB SERVICE不适合于执行实时控制任务的调度自动化系统；从运行环境看， DCOM 偏重于 Windows 桌面环境。 而 CORBA 是 OMG 组织制定的比较成熟的规范，比较适合于以 UNIX 网络环境为主的调度自动化系统。 然后，对国内外的 CORBA 中间件产品进行测试和选择，特别是对IONA、中和威的商业产品及 Mico、 Tao 等免费产品进行了性能、功能和互操作性测试，并且模拟调度自动化系统的数据通信环境进行性能分析。 在研 究的过程中，将 CIM 研究的初步成果嵌入到正在运行的实际系统中进行验证。 第一次验证是在国调进行的，将国调电量系统侧安装 CIM XML 适配器从电量系统数据库中取得相关数据信息，按照 IEC61970 302 中规定的逻辑模式组织成 CIM/XML 文档。 通过 FTP方式传送到 MIS 侧。 MIS 侧运行的数据解析程序将此 CIM/XML 文档中包含的数据信息快速准确的解析出来，再通过 SQL 写入 MIS 侧 DBS 数据存储服务器。 利用 MIS 侧安装的 9 国电南瑞科技股份有限公司 WEB 浏览程序，就可以浏览 DBS 数据服务器中的相关电量数据信息。 第二次验证是在江苏省调进行 的，江苏省调 EMS 系统是南瑞的 OPEN2020， AVC 软件采用清华大学的产品，在EMS 侧安装 CIM XML 适配器从 EMS 系统获取电网模型，按照 IEC61970 – 301 标准导出成 CIM XML 文件，传给 AVC 软件， AVC 软件通过 CIM XML 的解析程序，就可获得电网模型，形成 AVC 的运行数据环境。 两次实际工程的运用，全面深入地消化了 CIM。 另外，尽管 CIS 部分的标准还不完善，项目组根据国外的最新文献 CIS 进行了初步研究，特别是对 GDA 部分进行了相关接口服务端和客户端软件的开发和实验。 、对标准的理 解和实施 标准化是电网调度自动化系统水平的重要标志。 传统调度自动化系统在操作系统、网络和图形方面分别采用 POSIX、 TCP/IP 和 MOTIF 等标准带来的益处是显而易见的，然而在支撑平台和应用软件方面没有标准化，系统异构和互联非常困难。 调度自动化信息集成系统首次研究在应用层标准化，把遵循 IEC 61970 标准作为调度自动化集成技术研究的主要任务。 IEC 61970 标准的实施方案存在多样性，主要表现为：（ 1） IEC 61970 可以作为系统内部应用和服务相互接口的内标准，也可以仅作为整个系统与外部接口的外标准； （ 2） IEC 61970 包括 CIM 和 CIS 两部分， CIM 分成许多包， CIS 也分成若干部分， IEC 61970 并不要求采用 CIM 和 CIS 的全部内容，采用多少存在差异性；（ 3）应用和服务的标准化可以是基于 CIM 类用面向对象的组件实现，也可以将原来的程序加封套实现；（ 4）实现的目标可以是系统之间的标准互联，也可以是软件功能的即插即用。 我们认真研究了 IEC 61970 标准对调度自动化系统支撑平台、应用软件和软件工程等方面的影响，对多种实施方案进行分析和比较，合理运用技术，正确实现标准。 1） IEC 61970 标准 与应用软件 IEC 61970 是应用软件的接口标准，定义了应用软件与外部互操作的接口，因此采用 IEC 61970 的前提是对应用进行封装，使其与外界通信的方式仅为透明的接口，这就是应用软件的组件化。 对应用软件的组件化封装要按照组件模型进行，如 CORBA 模型，使其接口符合标准。 应用软件组件化的关键是组件粒度的选择，原则上既可以大到把整个系统作为一个组件，也可以小到把系统中某一公用的模块作为组件，组件粒度大小的确定要综合考虑软件重用和组件执行环境的效率等因素，需要被其它软件共享复用的部分可划定为单独的组件，组件 执行环境的效率较高，组件粒度可选小。 从面向过程、面向对象到面向组件，软件重用的层面不断提高，组件的重用是机器语言级的，具有编程语言和平台无关性，如果其接口按IEC 61970 进行规范，应用的实现就可由组件积木式搭建。 应用软件的组件化有下列三种基本方案：（ 1）将整个系统作为一个大组件，对外提供符合 IEC 61970 CIM/CIS 的接口进行数据交换和功能调用，这种方式的优点是实现比较简单，原来的系统基本不需要改动，只要建立原系统数据模式和 CIM 相关对象类的映射关系，就 10 国电南瑞科技股份有限公司 可以将系统内部私有的电网模型转换为开放的 电网模型。 这种方式的缺点是仅解决了不同支持平台之间的互操作，而没有解决应用软件和支持平台之间的互操作，当第三方的应用软件功能如潮流计算需要集成进来的时候，必须带上其正常运行的支持平台环境，进行系统之间的连接，效率比较低。 因此，这种方式仅适合于系统之间松耦合、非实时。