基于CIM/CIS的電力實時數據服務設計與實現

葉涵

電力自動化監控系統是利用多臺微型計算機和大規模集成電路組成的自動化系統,代替常規的測量和監視儀表、控制屏、中央信號處理系統和遠動屏,用微機保護代替常規的繼電保護屏,避免了常規繼電保護裝置不能與外界通信的缺陷。變電站自動化監控系統可以采集到比較齊全的數據和信息,利用計算機的高速計算能力和邏輯判斷功能,可方便監視和控制電站內各種設備的運行和操作,具有功能綜合化、結構微機化、操作監視屏幕化、運行管理智能化等特征[1]。本文設計的電力監控系統實時數據服務采用基于組件的方法進行開發,實時數據服務的高效率和準確性為整個系統的可靠性和安全性提供了必要的保證。

1實時數據服務的總體設計

IEC-61970標準是由國際電工委員會相關工作組制定的、為電力系統能量管理系統服務的數據庫公共模型和通用接口標準。IEC-61970系列標準草案采用公共信息模型(Common Information Model,CIM)描述電力系統資源的公用信息,并以組件接口規范(Component Interface Specification,CIS)訪問CIM。CIM規定了CIS的語義,61970的其他標準規定了CIS 的語法[2]。

實時數據服務負責傳輸和分發各種實時數據,包括所有數據采集系統的上傳數據和下發數據,各種通知信息和報警信息等。為了實現系統高擴展性,本系統采用了基于組件的分層體系結構。根據實時數據服務的總體需求,組件分為兩層:業務邏輯層、數據層。業務邏輯層組件有實時數據服務代理組件、消息服務組件、雙機熱備組件;數據層組件包括CIS組件、系統管理器代理組件、歷史數據轉儲組件、歷史數據服務代理組件、實時數據庫。系統框架圖如圖1所示。

2電力監控系統實時數據服務實現

2.1 基于CIM規范的實時數據庫

CIM被劃分一組包的形式,選擇使用CIM包的形式可以使得模型易于設計,理解和評析[3]。CIMDB組件中的數據必然要包括類、屬性、類的實例以及它們之間的關聯關系。

為了達到快速訪問定位這一目的,本系統采用常駐內存數據庫。數據庫中的對象可以通過它們的名字、標識符和引用進行訪問。一個哈希函數對每個名字分配一個唯一的標識符。在一個對于每個本地數據庫都唯一的對象哈希表中,這些標識符作為索引來使用。因此,哈希表包含指向數據的指針而不是數據本身,這樣避免了存儲不同大小的對象的問題。我們采用網狀數據結構來構成常駐內存數據庫來與CIS規范的接口函數相匹配,體系結構如圖2所示。

CIMDB組件與原始數據的映射通過ID信息建立,根據原始數據變量的定義與CIM規范數據類型進行對應,以符合CIM規范。

2.2 CIS組件設計

CIS規范的接口有很多,以實現DAF(Data Access Facility)和DAIS(Data Acquisition from Industrial Systems)兩個包為例。

DAF是OMG根據UMS的應用需要及其信息系統發展的現狀和前景制定的數據讀取API,主要用于從一個UMS系統或應用中以近實時或非實時模式只讀地獲取分析數據。DAIS API的目的是支持有效的實時傳輸大量的從工業過程到大范圍的客戶的數據,支持參數發現和參數值更新。DAIS是用來傳輸在線數據的而不能用來配置實現API的服務。對于CIMDB中的數據,CIS采用如圖3所示的結構與其進行交互。

2.3 實時數據服務代理組件設計

實時數據服務代理組件是為那些需要實時數據的子系統而設計的,它位于其他子系統內部。如果某個子系統需要與實時數據服務交互,則實時數據服務代理就應該駐留在該子系統中,該子系統通過實時數據服務代理與實時數據服務通信。它起到一個其他子系統和實時數據服務系統交互的中間橋梁作用。

2.4 對象分析模型

實時數據服務為其他子系統提供了實時數據,保證系統的運行。圖4中的箭頭表明了實時數據在實時數據服務和其他系統的交互中的流通方向。由此也看出實時數據服務處于整個電力監控系統的核心位置。

3系統的運行及測試

對照系統的需求,按照工程要求讀取配置文件進行初始化,啟動實時數據服務。其中配置文件為圖5所示形式。根據客戶需求給出的實時數據服務初始化要求進行初始化,啟動實時數據服務。例如,對于某工程Pro1中的某子站Sta1,初始化其子站鏈表以及子站的變量。設要初始化網絡變量,則讀取變量信息組態XML數據文件中字段屬性符合網絡變量的有關本子站的所有變量,取出需要的字段分別賦值到實時數據庫中。

啟動之后,利用測試程序將數據庫中的變量數據按要求輸出。由圖6可以看出實時數據服務已經把工程配置文件中的信息正確存儲并可以讀出。可見本系統可以正常啟動和工作。br>

經過與其他系統的集成并對整個電力監控系統的系統測試,可以在向交互的其它系統中看出實時數據服務已正常工作和輸入輸出數據。從而進一步證明了本實時數據服務設計和實現的可行性。

4結語

目前,61970標準的應用范圍基本上位于EMS領域之內。本文提出并證明,如果基于CIM/CIS構建電力企業設備管理系統,那么設備管理系統就可以與遵循61970標準的EMS系統實現互聯互通。隨著61970標準的應用范圍正不斷擴大,在設備管理系統中探索CIM和CIS的實現是非常必要的。這對于電力企業非EMS系統的建設具有重要的指導意義,對于異構系統間的數據交換、“即插式”應用的添加、標準化電力設備以及其他應用的數據結構都有十分重大的實用價值。

參考文獻

[1] 石樹平,馬運榮.卜論變電站自動化技術發展現狀及要求[J].繼電器.2000,28(10).

[2] Draft IEC61970: Energy Management System Application Program Interface (EMS-API).

[3] 浣惠鶯.基于IEC-61970標準的電力設備數據庫模型及接口研究[S].2004,8.

[4] OMG,CORBA服務[M].電子工業出版社,2002.

[5] 朱其亮,鄭斌.CORBA原理及應用[M].北京郵電大學出版社,2001.