智能用電信息集成模型與信息交互方法的研究

陳靈根 邱碧丹 鄭艷嬌 陳雪琨/國網福建電力技能培訓中心

智能用電信息集成模型與信息交互方法的研究

陳靈根 邱碧丹 鄭艷嬌 陳雪琨/國網福建電力技能培訓中心

當前，配電自動化、用電信息采集、園區信息集成、電動汽車充放電設施等各類試點項目的建設，大大帶動了配用電領域的技術發展。隨著信息化、自動化、互動化程度的提高，在區域電網中，配電業務與用電業務的結合越來越緊密，對信息共享的要求越來越高；同時，隨著分布式電源、儲能裝置、電動汽車充放電設施等新型元素的出現，配用電領域各類新型業務快速涌現。本文通過對用電側統一信息模型和交互方法的研究，提出了智能用電一體化信息模型及信息交換模型，解決目前用電領域信息融合問題，促進智能用電發展。

配電自動化；分布式電源；信息交互

一、國內外現狀分析

國際電工委員會制定了用于電力企業應用集成的 IEC 61968標準、用于能量管理系統應用接口的IEC 61970 標準、信息總線通信安全的IEC62351標準、客戶信息系統（CIS）推薦信息模型IEC62056標準、用于營銷系統（ERP）的IEC62325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）信息模型的IEEE 1547 標準、考慮智能電網信息融合和互操作的 IEEE P2030等。IEC TC57專門成立了WG19工作組，以研究不同模型之間的互操作和兼容問題。現有的信息標準也必將隨著智能電網的發展而不斷更新【1】。

清華大學基于CIM、XML研究了電網模型互操作，基于實時庫技術設計構造了數據交換適配器,實現了原有EMS的數據庫與符合CIM標準的數據存儲器之間的數據交換和數據傳遞，根據IEEE給出的14節點標準系統數據,建立了符合CIM標準的電力系統模型。西北工業大學，研究分析了最新的IEC 61970高速數據存取(HSDA)標準引用的工業系統數據獲取(DAIS)的Node2Item數據模型，提出了一個滿足該標準的基于DAIS數據存取(DA)接口的電力數據交換服務設計方案。廣東電網公司電力科學研究院在研究IEC 61970/IEC 61968 系列標準的基礎下為電網調度自動化系統之間的互操作提出基于公共信息模型(CIM)/組件接口規范(CIS) 互操作細則，包括明確規定系統間交換涉及的模式、使用的接口方法和涵蓋圖元細化定義的圖形交換規范，以及基于互操作細則的調度自動化模型互導、拆分和合并【2】。

綜上，國際上在智能電網各個環節的信息集成方面開展了大量標準制定、工程實踐和互操作研究工作，隨著用電領域業務的擴展，需要實現用電相關系統的信息集成，但在智能用電領域還沒有形成統一標準和技術規范，國內目前信息交互總線的研究主要集中在調度和配電網應用領域，智能用電領域信息總線還需要進一步深入研究。

二、研究理論依據分析

相關國際標準、國家標準、行業標準、國家電網公司企業標準，國內外科研機構的相關研究成果，國家電網公司發布的相關文件，以及計算機領域的相關理論都可以作為該領域的理論研究依據。具體理論依據綜述如下：

（一）IEC61970標準。IEC 61970是國際電工委員會制定的《能量管理系統應用程序接口（EMS-API）》系列國際標準，對應國內的電力行業標準DL890。IEC 61970主要由接口參考模型、公共信息模型（CIM）和組件接口規范（CIS）三部分組成。接口參考模型說明了系統集成的方式，公共信息模型定義了信息交換的語義，組件接口規范明確了信息交換的語法。雖然IEC 61970稱為“能量管理系統應用程序接口”，但實際上，IEC 61970的思路可適用于電力自動化、信息化乃至其他行業的應用系統集成【3】。

（二）IEC61968標準。IEC61968是在IEC61970的基礎上制定的，面向配電工作管理和配電設施管理系統建設的國際標準。IEC61968標準傾向于支持電力企業的應用間集成，促進企業配電網管理的多種分布式軟件應用系統的集成和互聯。IEC61970/IEC61968標準的核心就是面向對象的組件化設計CIS和CIM。雖然CIM/CIS標準是為了實現EMS/DMS系統標準化而制定的，但由于IEC61968對CIM進行了擴展，使之不僅能適用于電力企業生產管理系統，對于管理信息化系統的標準化設計與開發同樣具有指導和借鑒意義。

（三）IEC61850標準。IEC61850標準是基于通用網絡通信平臺的變電站自動化系統唯一國際標準，由國際電工委員會負責制定。IEC61850的特點是：1）面向對象建模；2）抽象通信服務接口；3）面向實時的服務；4）配置語言；5）整個電力系統統一建模。IEC61850建模了大多數公共實際設備和設備組件，這些模型定義了公共數據格式、標識符、行為和控制。IEC61850作為電力系統遠動無縫通信系統的基礎，解決了變電站自動化系統產品的互操作性和協議轉換問題。

（四）面向對象理論。面向對象的思想方法是一種目前最先進的系統“問題求解方法策略”（problem solving strategy），強調直接以問題域（即現實世界）中的客觀事物為中心來思考問題、認識問題，并根據這些事物的本質特征，把它們抽象的表示為系統中的對象，作為系統的基本構成單位。該方法可以使系統直接映射問題域，保持問題域中事物及其相互關系的本來面目。IEC 61970/61968 CIM（電網公共信息模型）國際標準，就是一種面向對象的電網系統模型，面向對象的模型非常適合于構建不依賴于特定功能的“信息平臺”，具有很好的可擴充性和可維護性，從而為真正意義上的系統整合奠定基礎。

（五）面向服務結構（SOA）。面向服務結構（SOA）是一種架構模型，它可以根據需求通過網絡對松散耦合的粗粒度應用組件進行分布式部署、組合和使用【4】。

三、智能用電一體化信息模型及信息交換模型

本文結合上述研究現狀和理論依據，經過大量的研究和分析，提出了一種智能用電一體化信息模型及信息交換模型，其具體技術路線如圖所示。該模型基于IEC61970/61968等CIM標準，抽取用電模型，并擴展到分布式能源、儲能裝置、電動汽車、用電設備等模型，形成一體化智能用電信息模型，較已有的用電信息模型具有電源接入類型廣、信息交互靈活、自動化程度高等優點。

智能用電一體化信息模型及信息交換模型

另外，經多方調研分析，結合電力公司各業務系統跨部門、跨專業的應用需求及典型應用場景，該模型為滿足智能用電需求的提供了信息交換模型和接口服務模型。利用目前配電信息總線技術，設計智能用電信息總線，定義智能用電信息總線通訊技術協議，擴展企業服務總線（ESB）的調用模式，開發適應用電業務特點的高速數據服務總線（HSB）并融入到企業服務總線（ESB）中。

目前，基于該模型系統構建的智能用電信息系統正處于試運行階段，試運行期間，各項數據均達到預想效果。

四、結語

隨著分布式電源、儲能裝置、電動汽車充放電設施等新型元素的出現，配用電領域各類新型業務快速涌現，為保證各項業務能順利開展，要求所構建的信息交互系統能實現數據共享能力強，信息交互能力強，擴展方式靈活等特點，本文研究了國內外用電信息交互模型的現狀，并經過大量調研分析，提出了滿足上述要求的智能用電一體化信息模型及信息交換模型，并給出了模型的技術路線，解決目前用電領域信息融合問題，促進智能用電發展。

[1] 劉崇如，孫宏斌，張伯明，等.基于CIM XML電網模型的互操作研究.電力系統自動化，2003，27（14）.

[2] 謝善益，高新華，周伊琳，等.IEC TC 57 CIM和IEC 61850 SCL 模型整合及UCIM構建.電力系統自動化，2009，33（17）.

[3] 刑佳磊，王洪耕.一種面向應用系統的CIM數據處理方法.電力系統自動化，2010，34（18）.

[4]吳維寧，辛耀中，姚建國，等.IEC TC57 2011年會和SAC/TC82 工作近況. 電力系統自動化，2012，36（1）.

本文系2015年福建省中青年教師教育科研項目（項目編號：JA15799 ）。