基于 IEC 61968 國際標準的智能電網信息集成

顧建煒，周志芳，邵學儉

（杭州市電力局， 杭州 310009）

浙江省電力學會供電專委會專欄

基于 IEC 61968 國際標準的智能電網信息集成

顧建煒，周志芳，邵學儉

（杭州市電力局， 杭州 310009）

研 究 了 國 際 上 在 智 能 電 網 信 息 集 成 方 面 的 技 術 發 展 和 前 景 ， 分 析 了 IEC 61968 標 準 和 消 息 的研 究 成 果 和 實 現 方 法 。 探 討 杭 州 電 力 局 配 電 管 理 系 統 （DMS）在 智 能 電 網 建 設 中 采 用 IEC 61968標 準實現企業信息總線傳遞標準服務接口的集成需求，并通過地理信息系統（GIS）供電范圍查詢服務進行技術驗證。

智 能電網 ； IEC 61968； 信 息集 成； CIM

智能電網的概念由美國首先提出，是對未來電網發展方向的規劃，目標是將現代信息技術、通信技術、 計算機技術和原有的輸/配電基礎設施高度集成，發展成具有提高能源效率、減少對環境影響、增強供電安全性和可靠性、降低傳輸電能損耗的綠色先進電網。雖然國際上對智能電網的各方面展開了廣泛的研究，但是還沒有形成統一的定義和技術標準，因此不同國家的電網企業和組織都在以自己的方式和理解對智能電網進行研究和實踐。我國建設的智能電網是以特高壓電網為骨干網架，各級電網協調發展為目標，以信息化、自動化、互動化為特征的國際領先的堅強智能電網，但是還處在研究和試點的初級階段。杭州市電力局以建設智能配電網項目試點基地為契機，積極開展智能電網信息集成相關的研究和實踐工作， 本文則主要闡述基于 IEC 61968國際標準的電力企業信息系統集成的實現。

1 智能電網信息集成

從功能上講，智能電網應具有“自愈、兼容、優化、互動、集成”五大特征，覆蓋電力生產、傳輸、消費全過程和全業務，實現電力流、資金流、信息流高度整合與協同運作。而信息集成則是實現“自愈、 兼容、 優化、 互動”的基礎。

與傳統電網相比，智能電網的信息集成應解決目前電力企業系統內部存在多個信息孤島、缺乏信息共享的弱點。在局部的自動化程度不斷提高的同時，進一步優化各級電網控制，構建松散耦合的柔性體系架構，使得系統中多個割裂、局部、孤立的自動化系統與企業生產管理和運營系統相結合，構成一個實時的有機統一整體。

國際上已經在實現智能電網的信息集成方面開展了大量不同應用層面的標準制定和工程實踐： 國際電工委員會（IEC）制定的電力企業應用集成的 IEC 61968 標準、 基于能量管理系統應用接口的 IEC 61970 標準、 用于變電站網絡通信和系統的 IEC 61850 標準、 描述風力發電模型的IEC 61400-25 標準、 水力發電模型 IEC 62349 標準、 執行控制中心間通信規約的 IEC 60870、 信息總線通信安全的 IEC 62351 標準、 客戶信息系統（CIS）推 薦信息 模型 IEC 62056 標準、 用 于營銷系統（ERP）的 IEC 62325 標準等； 美國電氣和電子工程師協會（IEEE）也根據清潔能源的發展和廣泛應用推出了分布式電源（DER）信息模型IEEE 1547 標準、 考慮智能電網信息融合和互操作的 IEEE P2030 等。

如此眾多的標準以及分散在各個應用系統中的定制信息模型，必將形成從電力企業全局高度實現信息集成的瓶頸。 為此， IEC TC57 專門成立了 WG 19工作組，以研究不同模型之間的互操作和兼容問題， 例如 IEC 61968/61970 的公共信息模型（CIM）與 IEC 61850-7 的設備邏輯節點模型的交互， 與 IEC 61850-6 配置信息的交互等。現有的信息標準也必將隨著智能電網的發展而不斷更新。

2 IEC 61968 標準和消息

隨著配電管理系統（DMS）功能的不斷發展和外延不斷擴大，傳統的由一個特定供應商提供DMS所有功能的實現模式變得越來越不現實，用戶迫切希望 DMS是由不同的應用子系統，特別是不同廠商的應用子系統以某種規范的方式簡潔地集成在一起，實現不同應用間的數據交換和共享，以減少數據維護工作量，降低 DMS系統建設的總成本。

在這種背景下， IEC TC57WG14 工作組提出了 IEC 61968 標準用于規范 DMS 應用功能的集成。 IEC 61968 標準涉及 DMS 總體架構體系模型、數據模型、功能設計和子系統接口設計方法,傾向于促進支持電網管理的多種分布式軟件應用的系統集成。 企業需要連接已建成的或新的（遺留或購買的）不同應用時，這些應用可由不同的運行環境支持。

IEC 61968 標準注重于不同應用模塊的交互而不是系統的具體實現，所以并未定義某一模塊的具體實現方式和細節，也未定義 DMS系統應由哪些執行模塊組成，而是從整體業務功能上將DMS 系統 分為 幾個 抽 象 應用 組件（component），并對各個組件的接口規范進行定義。 圖1 為 IEC 61968 抽象業務組件示意。

IEC 61968 CIM 公共信息模型是電力企業信息一體化中應用集成的重要工具，以統一建模語言（UML）為基礎， 包括公用類、 屬性、 關系等，其類（Class）及對象（Object）是抽象的， 可 應 用 于許多電力系統，它是邏輯數據結構的靈魂，并在此基礎上擴展定義數據交換模型。 CIM 信息模型定義了信息交換內容的語義，是整個協議框架的基礎和核心。

圖1 IEC 61968 抽象業務組件

信息集成需要用企業集成總線將不同的服務、組件或應用連接起來， 傳統的企業應用集成（EAI）往往使用公共對象請求代理體系結構（CORBA）和組件對象模型（COM）等組件化技術進行分布式、跨平臺的程序交互，系統拓撲結構較復雜，組件的連接協議是私有的、非標準的，存在系統靈活性差、投入成本巨大、新系統無法快速部署等問題，不能很好地滿足企業集成的需求。

在這種背景下， 面向服務的體系結構（SOA）將應用系統抽象成一個個粗粒度的服務、標準化服務接口、松耦合服務架構。使用面向服務的企業服務總線（ESB）平臺集成遺留 IT 系統， 將系統服務化， 通過服務組合的方式復用企業 IT 資產，對于新開發的信息系統，采用插接方式進行快速部署，縮短了投資回報周期，提高了系統的適應性、靈活性和擴展性。

由于 IEC 61968 的側重點在于應用間的信息交換，借鑒電子商務和工作流的思想定義了主要電網系統的交互，即通過系統間交換標準“文檔”完成業務功能， 因此 SOA 的思想可與 IEC 61968相結合后應用于電力企業中。

ESB 是用來整合應用和服務的一個靈活的基礎架構， 而構建服務是 SOA 環境的首要工作， 服務抽象則應從戰略上對企業業務系統進行分析。用簡單的、跨越多個業務單元的不可知服務來實現單一的核心過程，力求服務構件內部的服務性能盡可能高。對于遺留系統，可以通過自下而上分離業務、分離服務，找出現有系統中能作為服務公開以支持這個過程的功能；對于新建系統，則堅持按照 SOA 的企業規劃實施， 自上而下找出支持單一核心過程所需的服務。

IEC 61968 系列標準的第 1 部分定義了服務抽象，第 3-10 部分定義了應用間的消息交換，涵蓋了所確定的業務功能，使用了用例和活動圖來說明接口間的信息交換。對各個信息交換需求特別定義了消息類型，有如下規定：消息類型可由不同的協議實現， 一個消息類型是基于 CIM 的規范數據模型，使用可擴展標記語言模式（XSD）定義消息類型。服務定義涉及的主要工作有業務流程建模、 公共信息模型（CIM）擴展和定義消息模型， 最終完成 Web 服務描述語言（WSDL）。 其中業務流程建模包括應用級的業務過程模型和企業級的業務過程模型，形成用例與順序圖。在模型驅動工具中根據順序圖和集成場景， 對 CIM進行必要的擴展， 并以 CIM 為公共語義模型， 涉及消息交換模型， 定義消息載荷 XSD 文件， 基于Web Services 完成服務定義。

3 IEC 61968 研究與實踐

電力企業的數據是非常重要的資源，在對數據資源實現計算機管理后，對其進一步利用和維護將更為重要。杭州市電力局配電管理系統經過多年的建設與發展，積累了豐富的實施開發經驗以及相對完善的基礎電網數據， 形成了以 GIS 為基礎資料的信息維護與更新模式。 在DMS建設過程中，逐步開發了相應業務應用系統。

隨著信息量及業務功能的增加，現有系統的弊端逐步凸現，如配電網信息模型不統一、異構的集成架構、信息編碼不一致等，從而造成數據的重復維護、信息無法充分共享以及業務流程處理過于復雜等相關問題，也將成為今后配電管理系統進一步深化應用的瓶頸。

為了進一步深化配電管理系統應用、提高配電網管理水平，適應未來智能電網的發展要求，有必要在杭州市電力局已經建設并運行的信息集成平臺基礎上， 進行基于 IEC 61968 的配電管理系統模型及架構體系研究， 結合 CIM 和消息傳遞機制的最新研究成果，建立適應杭州市電力局的配電管理系統標準模型及架構體系，為配電管理系統的進一步深化應用和開發提供總體規劃目標，實現配電網信息一體化應用管理，從而提升整個配電網的管理水平，提高杭州市電力局的總體服務水平。

杭州市電力局在將 IEC 61968 國際標準應用到實際智能配電網建設過程中，建立了 SOA 架構的信息集成總線。 遵循 IEC 61968 國際標準的系統建設理念，結合電力系統二次安防要求和實際情況， 在總線上集成了地理信息系統（GIS）、配電調度系統（DSCADA）、 調度 SCADA 系統和配電工作管理（DJM）等多個異構系統。 圖2 是基于IEC 61968 總線系統的架構示意。

為了實現圖2 所示的信息架構，實現 GIS 系統數據的“源端唯一、 全局共享”， 就需要把私有模型的 GIS 轉換為 IEC 61968 的公共模型，實現GIS 數據的共享。

由 于 GIS 采 用 的 建 模 方 法 與 CIM 采 用 的UML 方法有較大差異， 因此 GIS 的服務實現取決于基于 IEC 61968 消息總線上的集成， 必須在服務接口上對 CIM 作數據模型的差異化分析， 滿足相關類和屬性的一一對應關系。 例如， 將 GIS 內部定義的開關類（Switch）映射到 CIM 中與開關相關的類中。

一般情況下， GIS 模型與 CIM 模型都存在相互不對稱的情況， 即 GIS 模型中的類和屬性在CIM 中沒有定義， CIM 模型中規定的內容在 GIS模型中也暫時還未考慮。因此，在對雙方差異化分析的同時， 需在 CIM 模型中擴展一部分 GIS 模型， 進而依賴此擴展模型生成與 IEC 61968 標準相兼容的擴展消息，實現在集成總線上傳輸標準格式的擴展數據。

4 擴展消息實例

在圖2 的總體框架下，選擇 GIS 系統應用場景中供電范圍查詢作為 IEC 61968 的應用集成驗證，實現 GIS 提供的根據選定的開關沿供電線路向下搜索至線路末端上所有設備拓撲的功能服務。供電范圍查詢由選定的線路中某個開關作為拓撲分析服務的觸發點， 由 GIS 返回該開關設備的 ID 以確認該設備的存在。進而，拓撲分析服務向 GIS 的供電范圍查詢服務請求該開關所在線路沿供電路徑向下所有設備的拓撲信息，經分析后在界面上顯示結果。

圖3 為供電范圍查詢消息流程。 在 GIS 與拓撲分析服務之間實現了兩次消息的應答，這些消息均采用 IEC 61968-1 中所定義的相應動詞和IEC 61968-3 中 定義的 NetworkDataSet消息體 格式，接口雙方均實現了消息與分析程序間基于XML 的序列化和解析， 準確地傳遞了由 GIS 系統解釋、查詢和生成的供第三方應用分析軟件需求的數據，實現了在異構平臺上的信息集成。

5 結語

杭州市電力局在建設智能配電網試點項目基礎 上， 引入國 際 標準 IEC 61968， 分 析了當 前DMS中各系統的現狀， 在集成的總體框架下，利用 IEC 61968 消息傳遞機制和標準接口服務，在企業信息總線上實現了 GIS 供電范圍查詢服務，驗證了采用 IEC 61968 標準實現信息集成的技術可行性， 為下一階段全面實現基于 IEC 61968 的松耦合電力企業信息集成提供了可行的技術依據。

圖2 基于 IEC 61968 總線系統架構

圖3 供電范圍查詢場景

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（本文編輯：龔 皓）

Information Integration for Smart Grid Based on IEC 61968 International Standard

GU Jian-wei， ZHOU Zhi-fang， SHAO Xue-jian
（Hangzhou Municipal Electric Power Bureau， Hangzhou 310009， China）

This paper studies the international technical development and prospect of information integration for smart grid， analyzes the research findings and implementation methods of IEC 61968 standard and message.The integration of enterprise information bus delivery standard service interface is explored during smart grid construction by means of IEC 61968 standard for distribution management system （DMS） in Hangzhou Municipal Electric Power Bureau.And the technical verification is carried out through the inquiry service of power supply range in the geographic information system （GIS）.

smartgrid； IEC 61968； information integration； common informationmodel （CIM）

TP391

：A

：1007-1881（2011）04-0030-05

2010-12-12

顧建煒（1976-）， 男， 浙江杭州人， 高級工程師，從事配電自動化及電力信息系統研究與建設工作。