基于IEB的智能配電網信息集成研究

侯新葉 ，劉 艷，花新樂，曹新宇，池麗鈞

(1.華北電力大學，河北 保定 071003；2.河北省電力公司，石家莊 050021)

隨著經濟的發展、社會的進步和人民生活水平的提高，社會對電網安全穩定運行、電能質量及供電優質服務工作提出了更高要求。配電網自動化是提高供電可靠性和供電質量，實現配電網高效經濟運行的重要手段，也是智能電網的重要組成部分。傳統電網系統內部存在多個信息孤島，缺乏信息共享，雖然局部的自動化水平不斷提高，但是由于信息共享能力薄弱，使多個系統不能構成一個實時的有機統一整體，所以智能化程度較低，而智能配電網從功能上應該具有自愈、兼容、優化、互動、集成五大特征，信息集成則是實現其它4個特征的基礎[1-2]。以下以智能電網配電自動化建設為依托，研究基于信息交互總線(information exchange bus，IEB)的電力企業信息的集成。

1 配電網自動化管理系統數據源

配電網自動化涉及面很廣，不但有其實時信息采集的部分，還有相當多的實時、非實時和準時實時信息需要從其他應用系統中去獲取。因此，配電自動化管理系統不再是單一的實時監控系統，而是將多個與配電有關的應用系統集成起來形成綜合應用的系統。為了實現配電網自動化管理系統和各個電網系統之間的信息共享，建設一個遵循統一國際標準的信息交互平臺是必然趨勢。IEB遵循IEC 61970、IEC 61968的公共信息模型，將電網資源數據進行一體化設計和統一建模，實現數據的統一表達和信息共享，配電網自動化管理系統、調度自動化系統、地理信息系統、生產管理系統、營銷系統、95598系統、用電信息采集系統等可以實現各類實時數據、靜態數據、圖形數據的交互。各系統之間信息交互示意見圖1。

圖1 各系統之間的信息交互示意

2 IEB系統架構

2.1 IEB平臺參考架構

IEB的平臺參考架構分為數據服務層、業務服務整合層和復合應用層，并由服務基礎環境支持系統的運行。

a. 數據服務層。建立統一的業務數據模型，為整個信息數據提供一個統一的數據視圖，隔離應用與底層數據源，以標準存取方式提供服務給其它層服務或用戶調用，使得應用界面與各數據源是松耦合的。需要的統一業務數據包括：電網模型數據、量測采集數據、圖形數據等，一般以XML數據形式建立業務數據模型。

b. 業務服務整合層。根據業務邏輯，對核心業務進行梳理和整合，為上層應用提供相對獨立的業務服務，同時從業務活動分離抽象可共享的、基于標準的服務。業務服務整合層中包括工作流、規則引擎服務、可共享的服務構件庫。

c. 復合應用層。根據業務流程的變化，面向客戶需要和業務過程組成較高層次的復合應用，通過調用下層提供的業務服務，最后展示給用戶。

d. 服務基礎環境。提供服務交互所需的消息傳輸、轉換和路由，對服務進行集中管理和監控，包括服務的目錄、版本、配置等。

2.2 IEB軟件體系架構

IEB的軟件體系由應用層、應用服務層、接口組件/系統服務層、消息層和跨平臺操作系統組成。這5個層次和IEC 61968的邏輯框架的對應關系見表1。

表1 IEB系統與IEC 61968邏輯框架對應關系

IEC 61968邏輯框架IEB軟件體系結構組件組件適配器應用層接口規范應用服務層中間件適配器中間件服務接口組件層/系統服務層通信服務消息層平臺環境跨平臺的操作系統層

2.3 IEB硬件體系架構

IEB跨越2個安全區，分別為安全區Ⅰ和安全區Ⅲ，在2個安全區內的配置是完全對等的。安全區Ⅰ與安全區Ⅲ之間設置正向與反向專用物理隔離裝置，其硬件體系架構見圖2。

圖2 IEB硬件體系結構示意

3 IEB關鍵技術實現

3.1 標準依據

IEB根據IEC 61968和IEC 61970的系統集成標準，針對電力行業的實際需求，從元模型體系管理、元模型動態自適應轉換、消息管理、交換模型語義校驗等方面,準確、完整地實現了IEC 61968、IEC 61970標準和服務總線所要求的系統功能和性能。

3.2 面向服務架構的設計

IEB采用面向服務架構(service oriented architecture,SOA)的設計，支持各種粒度的服務注冊、發布、管理和接入，從而達到整合即開發的目的，實現對電網調度業務需求的快速響應。SOA的基本思想是對分散的系統進行集成，通過構建服務，用統一接口定義方式組合一系列松耦合的服務，來實現各個系統功能。SOA模型主要有服務請求者、服務提供者和服務注冊中心3種角色，在統一的數據規范標準下，服務請求者和服務提供者通過服務注冊中心進行交互，實現數據共享。SOA的典型特征包括：平臺獨立性、松耦合性、靈活性、粗粒度服務和良好的封裝性。在SOA的架構下，配電網各系統的所有功能都能被精確定義為可調用的、獨立的服務，通過有序編排構建業務流程，可以高效、靈活的實現配電網的調度、運行、監控、報警、故障管理等[3]。

3.3 安全區代理服務組件設計

IEB提供了專門的隔離組件，它是一種專門的安全區服務代理組件。傳統的基于隔離區的服務訪問需要應用程序做大量的工作。從安全區Ⅰ到安全區Ⅲ或者從安全區Ⅲ到安全區Ⅰ實現數據的交換主要存在3個弊端：簡單的文件拷貝，主要存在文件的多版本管理，很難支持應用的并發處理等問題；每個應用系統需要做全系統的鏡像管理和服務管理，維護量大，常常會造成不一致；采用基于文件的傳輸方式，例如FTP等方式，在網絡或服務器中斷的情況下，無法保證消息可靠傳輸，不會有碎片文件產生。

按照IEB的方式，在安全區Ⅰ或者安全區Ⅲ的應用系統只需要開放合適的應用服務，不需要任何編碼工作，就能通過IEB的服務代理組件把消息通過文件的方式傳送到安全區Ⅲ或者安全區Ⅰ的相應的請求端。所有的安全區Ⅰ到安全區Ⅲ的傳遞的數據格式以及安全區Ⅲ到安全區Ⅰ傳遞的數據格式，都嚴格遵循電力安全防護要求，都通過安全隔離裝置完成信息的傳送，IEB在正、反向

的情況下都采用基于IEC 61968標準的XML文件格式，這是一種特殊的支持流程的XML格式文件，它可以支持各種服務接入方式，包括Web Service、CORBA、EJB、JMS等各種主流方式。

4 IEB的應用

IEB提出了以SOA松耦合和即插即用的方式對電力企業自動化系統進行集成的模式，使“信息數據”得到了最大程度的共享和利用，同時以“業務為驅動、技術為支撐”的集成模式，打破了電力企業業務部門之間原先由于信息交互技術的阻礙而造成的“信息壁壘”和“信息孤島”的情況。目前，IEB已在石家莊供電公司上線應用，該公司利用先進的計算機技術，實現了配電網自動化管理系統通過IEB獲取多源數據。例如，生產管理系統的計劃檢修信息經IEB定時推送至配電網自動化管理系統，其顯示界面實時更新，點擊配電網自動化管理系統首頁的“計劃檢修”，則會顯示出詳細的計劃檢修信息。同理，配電網自動化管理系統可以從生產管理系統獲取計劃檢修信息、停電計劃信息等；從上一級調度自動化系統獲取高壓配電網(包括10 kV出線、110 kV)的網絡拓撲、變電站圖形、相關設備參數、實時數據和歷史數據等信息；從電能量與營銷業務系統獲取低壓配電網(380 V/220 V)的相關設備參數和低壓公共變壓器和專用變壓器用戶的運行數據、營銷數據、用戶信息、用戶故障信息等；從95598系統獲取用戶呼叫信息、故障信息和特殊情況信息等。

5 結束語

結合智能電網配電自動化試點工程建設和電網的現狀，對實現信息交互進行了深入的研究，提出通過搭建IEB的方案實現各個系統之間的信息交互與共享，并對IEB系統架構和關鍵技術做了詳細分析。通過IEB的應用，石家莊供電公司配電網自動化管理系統實現了獲取多源數據的目標，配電網可以實現數據采集功能、計入系統管理、事件通知服務、數據同步管理、消息運行狀態監控等一系列自動化功能。由于地理信息系統的復雜性，目前地理信息系統接入IEB的工作仍在進行中，隨著研究工作的進展，將進一步對其進行分析。

參考文獻：

[1] 肖世杰．構建中國智能電網技術思考[J]．電力系統自動化，2009，33(9)：1-4．

[2] 顧建煒，周志芳．基于IEC 61968標準智能電網信息集成的應用研究[J].供用電，2010,27(5)：19-22,34.

[3] 袁 鵬，顧建煒，郭創新,等．基于面向服務架構的配網雙編碼體系設計[J]．電網技術，2012,36(1)：271-276.