基于IEC61970标准的电力系统一体化平台改造

华中科技大学硕士学位论文基于IEC61970标准的电力系统一体化平台改造姓名：梁玮申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：卢益民20070604华中科技大学硕士学位论文I摘要随着电力系统自动化的不断推进，各类电力自动化系统新的应用软件不断涌现，各系统之间的数据交换需求量也随之增多，致力于数据交换和信息共享的工作量也越来越大。通常情况下，各个应用系统由不同的开发商提供，所使用的数据模型、应用接口、开发平台千差万别，每个应用需要针对其他应用开发专门的接口以实现信息共享。因此，如何实现异构数据的交互是实现信息交互的最重要最基本的环节和技术。国际电工委员会（IEC）提出的IEC61970系列标准能够实现电力自动化系统真正意义上的信息共享。通过定义公用信息模型CIM，统一了电力系统中千差万别的数据格式，使各个系统都符合该模型的定义，就能实现不同系统和应用之间的信息交互，最终实现互联运行和兼容插入。本文针对EMS系统在集成和数据交换中所遇到的难题，在介绍CIM的基础上，采用了CIM结合CORBA中间件来实现数据统一和交换的技术，设计并实现了在现有基础上的电力系统一体化平台改造方案。本文首先分析了电力系统自动化的当前发展状况，并针对多平台多系统所造成的数据交互的难题，介绍了基于IEC61970标准的信息一体化的最新方案，了解了该标准的国内外发展情况，简要说明了IEC61970标准的基本内容，并对该标准的核心和基础部分公共信息模型CIM进行了详细的描述。根据CCAPI的模型，我们提出了利用CORBA中间件和CIS接口的组件改造方案，并详细说明了该方案的关键技术，其中包括建立符合CIM的数据模型和数据库，采用CORBA技术改造符合CIS的数据接口，最后介绍了GDA、HSDA、TSDA标准接口的功能和实现。本文完成了原有EMS系统符合CIM模型的数据库映射和符合CIS规定的部分标准接口，并实现了厂站接线图显示、实时数据刷新、设备参数查询和负荷预测等功能。本文为IEC61970的实用化提供了经验，对模型建立和数据交换等问题的深入研究具有重要的意义。关键字：能量管理系统;公共信息模型;IEC61970;组件接口描述华中科技大学硕士学位论文IIAbstractAsthepowersystemdeveloped，theneedofsharingandintegrationofinformationintheareaofdifferentcorporationismoreandmoreurgent.Variedofautomaticsystemscomeoutandtheirdataexchangeexistsinallhiberarchy.Commonlydifferentapplicationsystemisdevelopedbydifferentcompany，andtheinterfacesandthedevelopingflatsarevaried.So，howtosolvetheproblemofdataexchangeisthemostimportantskillandthekeypoint.IEC61970isproposedbytheIECgroup，ithelpsthedatasharinginEMSrealized.CIMisthecorepartinEMSAPI.Thepurposeistoimprovethedataexchangeofapplicationsinsystemandtoachievetheplugandplay.ThisarticleresearchesontheproblemsintheuseofEMSinthepowersystem，andanalysesthetheoryonthemethodofsolvingtheproblems.OnthebaseofintroductionofCIM，itresearchestheapplicationCORBAintheCIMarea.ItdesignsandrealizesasolutionoftheapplicationofCIMbasedonthecurrentsysteminuse.Inthisarticle，itanalyzethecurrentsituationofthepowersystem，andintroducesthelatestsolutionbasedanIEC61970.ItgivesthehistoryanddevelopmentofthisstandardandintroducestheCIM.ThearticlegivesasolutionbasedontheCIM，andbuildsupasystembasedontheinterfacesofCIS.Itsuppliesthedataandshowtheconnectionoflinesinthestation.ThesystemcangetmodeldatathroughGDA，getrealtimedatafromHSDA，gethistorydatafromTSDA，andaccomplishestheshorttermforecastfromthesedata.ThisarticlegivesimportantexperienceontheusageofIEC61970anditishelpfultothemodelingandapplicationindataexchange.Keywords：EMS;CIM;IEC61970;CIS独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日本论文属于华中科技大学硕士学位论文11引言1.1电力系统发展中的主要问题随着电力系统的发展和电力体制改革的深化，为保证电网安全、优质和经济运行以及电力市场的有序运行，电力调度中心可能同时运行有多个应用系统，例如能量管理系统(EMS)、配电管理信息系统（DMS）、设备管理系统（GIS）、管理信息系统（MIS）、电量采集系统与计费系统（TMR）、故障信息系统和电力市场技术支持系统[1]等，这些系统是根据实际的生产和管理的需要而提出来的。每个系统中可能同时包括了多个应用，例如EMS应用[2]，包括：负荷预测、网络拓扑、状态估计、调度员潮流、短路电流计算、电压无功优化、静态安全分析等。这些系统或应用都需要共享EMS系统的实时数据、非实时信息甚至电力系统的网络模型，存在如下需求：1)需要交换数据，共享信息，包括实时信息和非实时信息两种；2)来源于不同的开发商，需要异构和互操作；3)需要不断扩展新的应用或系统，并降低接口的难度和成本。这些系统虽然已经和正在电力生产和管理中发挥作用，但是实际情况是在同一个电力局，往往并存好几个由不同厂家生产的计算机系统，这些系统可能采用不同的计算机平台、不同的数据库技术、不同的通信规约和不同的信息表达界面支持工具，完成各自定义的功能，然而系统与系统之间不能很好的互联，离真正的开放系统还有相当大的距离。因此，以标准的方式与其它信息系统交换数据和电力系统网络模型具有重大的意义。20世纪90年代以来，系统信息的开放和一体化问题己经引起电力部门的重视，各种相关组织和研究人员都开始致力于这方面的研究，由于EMS是电力系统信息交换的核心部分，因此目前的研究大都围绕EMS开展。传统的能量管理系统升级存在以下问题[3]：1)当用户对老的系统更新换代时，由于运行平台不兼容，用户原来的一些运行稳定可靠的应用软件不能再运行，用户长期积累的历史数据和二次开发的工作不能再保留。2)当用户对系统中某一部分进行功能扩展时，如果采用第三方提供的应用软件，由于系统接口专用，要重复建设一些软件，如一些用户运行有多家应用软件，浪费了用户的资金和时间。华中科技大学硕士学位论文23)当用户进行后期功能的招标时，由于第三方软件的接口问题，往往使用户选择原来系统的厂家，不能选择最好的应用软件。1.2基于IEC61970的解决方案针对当前电力系统自动化中大量系统及应用的交互，以及在交互过程中由于缺乏统一的标准和平台而造成的信息不能互相访问和信息孤岛现象，各个电力企业和厂家开始致力于信息一体化的工作。最初采用的是点对点的交互方式，在需要时就开发点对点信息连接和网关。这种技术尽管解决了连接那些特殊的“自动化岛”[4]的短期问题，但这些解决方案不能建立一个平台来获取企业范围内的数据视图。随着系统的越来越多，各个系统间的关联，也会越来越复杂，只要其中一个系统发生变化，别的系统也必须跟着更改系统。这种集成技术不会促进未来智能商务或数据仓库应用，只是建立了更多的自动化岛而已。通常，这些短期解决方案的混合方案导致了许多点对点连接。如图1.1所示：图1.1点对点的解决方案随着计算机和网络技术的飞速发展，第四代自动化系统的基础条件如INTERNET技术、面向对象技术、数据库技术、JAVA技术、中间件技术、多代理技术、厂站自动化技术、安全防护技术、电力市场运营技术等已经具备，新一代自动化系统已经正式启动[5]。国际电工委员会（IEC）第57分会（电力系统控制与相关通信）第13工作组制定了IEC61970系列标准[6]，这是一套能量管理系统应用程序接口EMSAPI[7]的国际标准，该标准的定义使电力系统各种应用以及EMS能够不依赖信息的内部表示存取EMSTMRDMSERPMISGIS华中科技大学硕士学位论文3公共数据和交换信息，其主要目标是为EMS系统中不同厂商的应用功能之间，或不同的EMS系统之间，或EMS系统与电力行业其他应用系统之间的数据交换和应用集成提供便利，允许多个厂家的应用能够在一个EMS环境中运行，支持大范围的电力系统应用，允许长期的扩展和更新。针对现有应用环境中，实现信息共享和应用集成的两个最大障碍：1)各个系统的信息模型是专有的，缺乏公共的、统一的数据模型；2)各个系统访问信息的机制也是专有的，缺乏标准的数据接口规范。新的解决方案[8]如图1.2所示，这是一个标准的电力一体化平台结构。它定义统一的数据模型，并以标准的数据接口规范进行数据访问。系统将各部件封装成对象，依次插在这个“接口体系”上，任何一个系统的变化，只要它遵循接口体系，则另外的系统就不需要有任何变化。这样的接口体系就是符合公共信息模型（Commoninformationmodel）CIM[9]标准的接口体系。通过这样的接口体系，各个应用就可以相互读取到对方的数据模型。图1.2基于通用接口的集成方案在用以上方式实现的系统中，可以集成不同厂家、运行于不同的计算机平台、采用不同语言实现的各种应用对象，并且这些应用对象可以很方便地拆卸和更换。集成系统是个松耦合的系统，它改变了以往系统以数据库为中心，所有数据由某一数据库管理系统管理的局面，数据可能分散在各个应用对象中，数据访问代理为客户提供数据访问的透明性，保证系统中各应用对象的“即插即用”。1.3国内外主要发展状况EPRI（美国电力研究所）主持的八次CIMXML互操作试验已经验证了CIM完全可以作为电力企业进行数据定义和数据交换的标准。目前包括EPRI、IECTC57EMSTMRDMSERPMISGISCIMCI