基于IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的電力系統(tǒng)HSDA接口的研究

程 琳

（重慶郵電大學(xué)，中國(guó) 重慶 400065）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)正在向網(wǎng)絡(luò)化、組件化的發(fā)展方向邁進(jìn)，從廠站側(cè)間隔級(jí)的過(guò)程總線(xiàn)到主站側(cè)的電力企業(yè)集成總線(xiàn)，將逐步實(shí)現(xiàn)全面組網(wǎng)和互聯(lián)。

但是，由于電力系統(tǒng)及其應(yīng)用的開(kāi)發(fā)時(shí)間和設(shè)計(jì)模式不同，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)服務(wù)器、操作站、人機(jī)交互平臺(tái)在操作系統(tǒng)和通信接口上也不盡相同。與大多數(shù)分布式系統(tǒng)一樣，電力企業(yè)的系統(tǒng)間也存在異構(gòu)性，主要表現(xiàn)在計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)的異構(gòu)性，操作系統(tǒng)的異構(gòu)性，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的異構(gòu)性，應(yīng)用程序和服務(wù)的異構(gòu)性以及信息的異構(gòu)性。

本文研究的中間件數(shù)據(jù)平臺(tái)，將SCADA監(jiān)控的電力系統(tǒng)模型映射為CIM模型，連同實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)導(dǎo)入中間件平臺(tái)服務(wù)器端，為中間件平臺(tái)提供數(shù)據(jù)。HSDA接口作為整個(gè)CIS接口的重要組成部分，遵循IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)404部分，定義數(shù)據(jù)瀏覽方法，可為大批量數(shù)據(jù)提供實(shí)時(shí)快速查詢(xún)，為本文研究的重點(diǎn)。

1 IEC61970標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)是由國(guó)際電工委員會(huì)IEC(International Electrotechnical Commission)分管電力系統(tǒng)控制和有關(guān)通信的第57技術(shù)委員會(huì)制定的。標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)能量管理系統(tǒng)EMS(Energy Management System)，定義了一系列應(yīng)用程序接口(API)。IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)核心問(wèn)題是信息交換，使用公共信息模型CIM和組件訪(fǎng)問(wèn)接口規(guī)范，打破各個(gè)EMS廠家數(shù)據(jù)庫(kù)的信息壁壘，提升控制中心環(huán)境內(nèi)外各種完全不同的系統(tǒng)之間交換信息的能力。

2 中間件數(shù)據(jù)平臺(tái)

中間件數(shù)據(jù)平臺(tái)，將SCADA監(jiān)控的電力系統(tǒng)模型映射為CIM模型，連同實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)導(dǎo)入中間件平臺(tái)服務(wù)器端，為中間件平臺(tái)提供數(shù)據(jù)。對(duì)原有的SCADA系統(tǒng)上層應(yīng)用，同樣進(jìn)行封裝，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的CIS接口訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)模型，中間件整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 中間件數(shù)據(jù)平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)

如圖1所示，中間件數(shù)據(jù)平臺(tái)從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)分為三部分：基于CIS的客戶(hù)端、基于CIM模型數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、基于標(biāo)準(zhǔn)封裝的SCADA系統(tǒng)。

客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)，基于CORBA中間件實(shí)現(xiàn)CIS中定義的接口，其作用類(lèi)似于一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序。客戶(hù)端提供可視化的CIM界面，用戶(hù)可以清楚地看到接口返回的數(shù)據(jù)模型，同時(shí)接口也可以訪(fǎng)問(wèn)量測(cè)數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證數(shù)據(jù)流的正確性。

基于CIM模型的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，其作用是利用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)全部的CIM模型數(shù)據(jù)。這些模型數(shù)據(jù)不僅僅是SCADA系統(tǒng)關(guān)心的設(shè)備信息、實(shí)時(shí)量測(cè)信息等，還包括大量的歷史數(shù)據(jù)、靜態(tài)資產(chǎn)數(shù)據(jù)等。

基于IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)封裝的SCADA系統(tǒng)，該部分包括模型映射、文件導(dǎo)入、接口實(shí)現(xiàn)幾大功能模塊。

3 HSDA接口分析與研究

3.1 HSDA概述

IEC 61970-404部分定義了高速數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)HSDA。它使用DAIS數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)DA服務(wù)，對(duì)源自電力系統(tǒng)或與電力系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。HSDA借鑒了工業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存取DAIS的相關(guān)內(nèi)容。DAIS組織架構(gòu)按照其功能可以分為以下四個(gè)部分：

（1）DAISCommon接口，為整個(gè)DAIS服務(wù)的公共部分。DAISCommon作為基礎(chǔ)，包含了DAF中的部分定義，為后續(xù)的DAIS接口提供基本數(shù)據(jù)定義。

（2）DAISServer接口，HSDA總?cè)肟凇Ｌ峁┛蛻?hù)進(jìn)一步訪(fǎng)問(wèn)DAISDASession和DAISAESession的接口函數(shù)。

（3）DAISDASession接口，數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)部分。提供包含Node、Item、Property和Type類(lèi)型的信息模型，對(duì)EMS中資源進(jìn)行組織，供客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)。

（4）DAISAESession接口，告警事件部分。為客戶(hù)端提供訂閱、報(bào)警和事件服務(wù)。

3.2 服務(wù)器與會(huì)話(huà)管理接口

DAISServer定義DAIS服務(wù)器對(duì)象，它提供了創(chuàng)建銷(xiāo)毀DAISDASession(數(shù)據(jù)讀取和更新服務(wù))對(duì)象和DAISAESession(告警時(shí)間服務(wù))對(duì)象的接口函數(shù)。當(dāng)多個(gè)客戶(hù)同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)DAIS服務(wù)器時(shí)，服務(wù)器中始終只有一個(gè)DAISServer對(duì)象，而每個(gè)客戶(hù)都有一個(gè)DAISSession(包括DAISDASession和DAISAESession)對(duì)象為其服務(wù)。

3.2.1 DAISServer接口

DIASServer接口中，包含了DAISDASession和DAISAESession接口。而DAISDASession和DAISAESession接口又繼承于DAISSession。

Server對(duì)象通常為永久性對(duì)象，為HSDA接口訪(fǎng)問(wèn)的總?cè)肟冢赏ㄟ^(guò)命名服務(wù)或交換服務(wù)傳送到客戶(hù)端。在Server對(duì)象中，創(chuàng)建session對(duì)象，根據(jù)用途不同，可分別創(chuàng)建數(shù)據(jù)查詢(xún)會(huì)話(huà)對(duì)象DAISDASession或報(bào)警事件對(duì)象DAISAESession。Server對(duì)象中可維護(hù)視圖及公共組，供客戶(hù)端瀏覽查詢(xún)。

3.2.2 DAISDASession 接口

會(huì)話(huà)對(duì)象中提供了一系列IHome接口，每個(gè)接口可對(duì)特定類(lèi)型的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。數(shù)據(jù)以結(jié)構(gòu)體或結(jié)構(gòu)體序列的方式組織，而不是以接口實(shí)現(xiàn)對(duì)象的方式提供給客戶(hù)端。因?yàn)槿绻詫?duì)象的方式返回?cái)?shù)據(jù)項(xiàng)值，如果訪(fǎng)問(wèn)的項(xiàng)數(shù)量眾多，可能會(huì)影響系統(tǒng)的整體運(yùn)行性能。

DASession為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)的對(duì)象，繼承于DAISSession接口，客戶(hù)端可以創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)會(huì)話(huà)，滿(mǎn)足不同應(yīng)用需求。DAISDASession接口文件及其實(shí)現(xiàn)類(lèi)中，定義描述Session狀態(tài)的數(shù)據(jù)類(lèi)型SessionStatus。

3.3 數(shù)據(jù)瀏覽接口

數(shù)據(jù)瀏覽接口包括以下四類(lèi)：DAISNode、DAISItem、DAISType、DAISProperty。下面針對(duì)每類(lèi)接口分析其功能、組成。

3.3.1 DAISNode 接口

DAISDANode接口繼承于DAISNode接口。此外，DAISNode.idl接口文件中定義的Iterator接口。將查詢(xún)到的結(jié)果添加到迭代器中，傳遞該類(lèi)型的對(duì)象引用，而不是傳遞包含大量數(shù)據(jù)的序列，可減少通過(guò)ORB傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，緩解通信壓力。

3.3.2 DAISItem 接口

項(xiàng)item為節(jié)點(diǎn)的屬性，節(jié)點(diǎn)代表現(xiàn)實(shí)世界中的對(duì)象，而項(xiàng)表示對(duì)象的特性，例如測(cè)量值、控制變量等。節(jié)點(diǎn)可能包含多個(gè)項(xiàng)，每個(gè)項(xiàng)代表對(duì)象的不同屬性，每個(gè)項(xiàng)值都包含時(shí)間戳和質(zhì)量碼等屬性。DAISItem接口文件中，定義了描述項(xiàng)的ItemDescription類(lèi)型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

3.3.3 DAISType 接口

類(lèi)型Type代表了相關(guān)屬性和關(guān)聯(lián)關(guān)系集合，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有類(lèi)型屬性，對(duì)應(yīng)于DAF中的Class。每個(gè)類(lèi)型由ResourceID標(biāo)識(shí)，并且使用label和description來(lái)描述。節(jié)點(diǎn)可通過(guò)TypeID來(lái)獲得類(lèi)型描述。DAISType的接口文件中定義描述類(lèi)的TypeDescription類(lèi)型數(shù)據(jù)。

3.3.4 DAISProperty 接口

屬性Property代表節(jié)點(diǎn)的某種特性，可用特定類(lèi)型值進(jìn)行描述，對(duì)應(yīng)于DAF的property。屬性Property中包含ResourceID、標(biāo)簽label、描述description和數(shù)值類(lèi)型等數(shù)據(jù)成員。項(xiàng)通過(guò)其成員ItemID可獲得屬性描述。DAISProperty的接口文件中，定義了描述屬性的Property Description類(lèi)型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論與展望

本文系統(tǒng)地研究了基于IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的中間件數(shù)據(jù)平臺(tái)，主要完成了對(duì)高速數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)接口HSDA的研究與分析。

（1）本文還需在以下幾個(gè)方面做進(jìn)一步的研究：

本文分析研究了HSDA主要功能，能夠使用該接口進(jìn)行數(shù)據(jù)瀏覽和查詢(xún)，但是由于時(shí)間關(guān)系，還是有部分?jǐn)U展功能接口沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，這是下一步需要重點(diǎn)完成的工作。

（2）IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)是不斷發(fā)展完善的，基于該標(biāo)準(zhǔn)在電力系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用尚處于初級(jí)階段。

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