基于CIM模型的服務(wù)流技術(shù)在電力信息集成的應(yīng)用

李勇，孔平，許乃媛，李立生

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，濟(jì)南250001；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)寧供電公司，山東濟(jì)寧272023；3.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003）

基于CIM模型的服務(wù)流技術(shù)在電力信息集成的應(yīng)用

李勇1，孔平2，許乃媛1，李立生3

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，濟(jì)南250001；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)寧供電公司，山東濟(jì)寧272023；3.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003）

提出基于CIM模型的服務(wù)流技術(shù)，闡述服務(wù)流的定義以及匹配方法。服務(wù)流技術(shù)可以支撐SOA框架體系，滿足因電力信息系統(tǒng)融合而不斷服務(wù)增加的需求。介紹將服務(wù)流技術(shù)應(yīng)用于電力信息系統(tǒng)的實(shí)際流程，說明該技術(shù)可以更好地滿足IEC 61970/61968接口，可以為電力信息系統(tǒng)間的交互以及擴(kuò)展提供技術(shù)方法。

IEC 61970/61968；CIM；服務(wù)流；SOA框架；電力信息系統(tǒng)

0　引言

國(guó)家電網(wǎng)公司提出“規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)三統(tǒng)一”要求，堅(jiān)持自主創(chuàng)新，全面建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，這符合國(guó)家信息化和工業(yè)化融合的要求，也迎合了世界電網(wǎng)發(fā)展新趨勢(shì)以及我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的實(shí)際情況。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的特征包括信息化、自動(dòng)化與互動(dòng)化［1］，信息化作為智能電網(wǎng)的基本特征，是對(duì)信息實(shí)時(shí)性與非實(shí)時(shí)行特點(diǎn)的融合及價(jià)值的體現(xiàn)［2］，同時(shí)也是整個(gè)智能電網(wǎng)構(gòu)架的基礎(chǔ)，即信息化支撐大電網(wǎng)的智能，信息集成系統(tǒng)覆蓋電網(wǎng)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。電網(wǎng)公共信息模型CIM是由IEC 61970定義的基礎(chǔ)部分以及IEC 61850定義的配網(wǎng)模型擴(kuò)展部分構(gòu)成，提供電力企業(yè)生產(chǎn)對(duì)象的抽象模型。智能電網(wǎng)的信息化，建設(shè)各類統(tǒng)推與自建系統(tǒng)，涵蓋輸變配用等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，應(yīng)該制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，明確各系統(tǒng)間交互的語義與語法基礎(chǔ)，為“即插即用”的智能電網(wǎng)信息交互總線建設(shè)的理念提供支撐。面向服務(wù)體系架構(gòu)（SOA）作為信息交互時(shí)代的主要技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各電力生產(chǎn)系統(tǒng)，基于IEC 61970/61968標(biāo)準(zhǔn)的SOA架構(gòu)從語法上約束各系統(tǒng)的交互規(guī)則［3］，語法規(guī)則一致的服務(wù)可以保證系統(tǒng)間信息共享，并保證數(shù)據(jù)的一致性、準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性，從而極大提高信息交互的效率。但是，電力生產(chǎn)信息系統(tǒng)數(shù)量繁多，服務(wù)也隨著電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)的發(fā)展以及隨之增長(zhǎng)的各類需求而不斷增加，然而企業(yè)流程往往是由一個(gè)確定的過程模型驅(qū)動(dòng)的［4-5］，因此需要把已有的服務(wù)組合起來創(chuàng)建新的功能。結(jié)合CIM模型，引入服務(wù)流的概念，應(yīng)用于電力信息系統(tǒng)的信息交互，從語義約束服務(wù)的組合方法。

1　相關(guān)技術(shù)

1.1CIM模型

CIM（電力企業(yè)公共信息模型）是由IEC 61970-301部分與IEC 61968-11的配網(wǎng)擴(kuò)展部分組成，提供輸配領(lǐng)域各個(gè)環(huán)節(jié)的信息規(guī)范語義［6］。描述了EMS等系統(tǒng)的對(duì)象、屬性以及關(guān)聯(lián)，并以類圖的形式直觀表示，CIM已被國(guó)家電網(wǎng)公司采用，便于各廠家系統(tǒng)間的應(yīng)用集成。CIM定義的全面邏輯視圖，作為信息交換模型，可滿足異構(gòu)環(huán)境的軟件產(chǎn)品信息流的通用性要求，以“即插即用”的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的互聯(lián)、互通與互操作。CIM由包組成，包可作為模型元件分組的方法，主要包括Core、Topology、Wires等幾個(gè)邏輯包，每個(gè)邏輯包代表部分電力系統(tǒng)模型，包的集合發(fā)展成為獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)，CIM的主要邏輯包如圖1所示。

圖1　CIM模型邏輯包示例

1.2面向服務(wù)架構(gòu)

面向服務(wù)架構(gòu)（service-oriented architecture，SOA）是企業(yè)應(yīng)用集成方面比較先進(jìn)和成熟的技術(shù)，最早從軟件工程領(lǐng)域提出，是計(jì)算機(jī)行業(yè)從計(jì)算時(shí)代與搜索時(shí)代發(fā)展到交互時(shí)代的趨勢(shì)。目前，包括云計(jì)算以及大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的開發(fā)模式，均需要具備開放性、通用性、方便性、可擴(kuò)展以及動(dòng)態(tài)伸縮，因SOA框架滿足上述特性而被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域的系統(tǒng)集成。SOA的基本思想是面向應(yīng)用需求，整合邏輯獨(dú)立的系統(tǒng)接口，通過定義、標(biāo)準(zhǔn)化、組合等操作，構(gòu)建一系列元操作，并以服務(wù)的形式存在。SOA模型主要有服務(wù)請(qǐng)求者、服務(wù)提供者和服務(wù)注冊(cè)中心3種角色，在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)下，服務(wù)請(qǐng)求者和服務(wù)提供者通過服務(wù)注冊(cè)中心進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，服務(wù)者無需知道服務(wù)存在的位置、形式、分析以及提取，這樣的計(jì)算/存儲(chǔ)技術(shù)脫離了關(guān)系代數(shù)以及嚴(yán)格的形式化驗(yàn)證，僅需利用自定義的接口實(shí)現(xiàn)滿足需求計(jì)算服務(wù)，是計(jì)算機(jī)軟件工程行業(yè)的一大進(jìn)步，SOA模型框架如圖2所示。

圖2　SOA模型

2　基于CIM服務(wù)流的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用實(shí)例

2.1基于CIM服務(wù)流定義

盡管在面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)中，關(guān)系代數(shù)等強(qiáng)約束不存在，但是服務(wù)描述被認(rèn)為是服務(wù)提供者和請(qǐng)求者的一種約定。雖然這種約定在完整性和精確程度上會(huì)有差別，但是最終要提供這樣一種機(jī)制：定義一種面向用戶的目標(biāo)服務(wù)，通過信息集成以及語義匹配，找到能夠滿足用戶需要的服務(wù)，并返回服務(wù)的名稱、位置等詳細(xì)信息?，F(xiàn)有的服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法不是僅僅局限于關(guān)鍵字匹配的方法，還可實(shí)現(xiàn)語義層次的搜索［7］。本文提出的服務(wù)流是帶順序約束的服務(wù)組合，該服務(wù)在構(gòu)建的過程中，利用CIM的邏輯類實(shí)例化對(duì)象，前一個(gè)服務(wù)的功能輸出與后一個(gè)輸入的功能輸入是匹配的，且該服務(wù)流的功能滿足請(qǐng)求者的需要。

定義1：CIM服務(wù)的擴(kuò)展性描述模型S=｛D，E，P｝，其中D是基本描述，即服務(wù)名稱和文本描述；F是服務(wù)功能描述，其形式化描述為F＝｛Pe，InP，Eff，Outp｝，即滿足前提條件Pe，已有輸入?yún)?shù)InP，執(zhí)行效果Eff，得到輸出結(jié)果Outp，且F的4種功能描述元素可繼承CIM的邏輯類；P是屬性描述，一般為QoS屬性。

服務(wù)請(qǐng)求的形式化描述Sreq與服務(wù)描述一致，為實(shí)現(xiàn)有效的服務(wù)流組合Sres=（S1，S2，…，Sn），就要求在給定的環(huán)境中解決不同服務(wù)之間的語法和語義的差異。本文借鑒文獻(xiàn)［8］中對(duì)概念集Ci與CSi概念族的等價(jià)關(guān)系的描述，以及Sreq與S的組合匹配關(guān)系定義。

定義2：服務(wù)流與服務(wù)請(qǐng)求的滿足關(guān)系Sres?Srep表示為Sn.Outp?Sreq.Outp&S1.Inp?Sreq.Inp&S1.Pe?Sreq.Pe，即Sres入口（前提條件與輸入）包含Sreq入口，同時(shí)Sres出口（輸出）包含Sreq出口，Si與Sj可組合（|i－j|=1）。

2.2服務(wù)流的實(shí)現(xiàn)

服務(wù)流的查找本質(zhì)上是查找服務(wù)的過程，對(duì)服務(wù)流的查找可以轉(zhuǎn)化為一系列地對(duì)服務(wù)的查找。首先從滿足輸出條件Sn查找開始，以服務(wù)可組合關(guān)系為條件，最終找到輸入與前提條件均滿足的S1結(jié)束。

請(qǐng)求者獲取堆棧地址，該堆棧代表滿足條件的服務(wù)流，并將其構(gòu)造成一個(gè)BPELL（Business Process Execution Language）［9］過程，執(zhí)行后獲得結(jié)果。如果在查找的過程中有多個(gè)滿足約束條件，可以利用非功能性屬性進(jìn)行刷選。

3　服務(wù)流的應(yīng)用實(shí)例

一個(gè)電網(wǎng)管理用戶需要管轄區(qū)域內(nèi)的所有10kV出線開關(guān)狀態(tài)，并在地圖中顯示。該服務(wù)的輸入?yún)?shù)為用戶的區(qū)域代碼，輸出參數(shù)為地圖，詳細(xì)服務(wù)（LocateMap）表述如表1所示。

假設(shè)當(dāng)查找時(shí)，沒有查找到與之對(duì)應(yīng)的服務(wù)，就需以服務(wù)流的形式組合。LocateMap的出口條件匹配服務(wù)，查找到ShowMap服務(wù)滿足條件，該服務(wù)的表述如表2所示。

表1　LocateMap描述

表2　ShowMap描述

由于ShowMap出口與LocateMap匹配，但是輸入條件與之不匹配，需繼續(xù)以ShowMap服務(wù)的入口作為條件查找到GetState服務(wù)，見表3所示。

同樣，因?yàn)镚etState判斷為非服務(wù)流初始服務(wù)，需繼續(xù)以GetState服務(wù)的入口作為條件查找到Get-Location服務(wù)，見表4所示。

表3　GetState描述

表4　GetLocation描述

顯然，GetLocation的出口條件與GetState的入口條件語義匹配。同時(shí)該服務(wù)的入口條件與LocateMap入口條件一致，因此ShowMap、GetState、GetLocation可以組成服務(wù)流，可以利用BPEL4WS［10］將這3個(gè)服務(wù)按這種線性次序組合在一起，就可以形成滿足需求的新服務(wù)LocateMap。在該實(shí)例中DomainID、Position繼承于資產(chǎn)包（Asset）；LocationID繼承于拓?fù)浒═opology）；State繼承于電線包（Wires）；DomainMap繼承于拓?fù)涔?jié)點(diǎn)類（TopologicalNode）。

4　結(jié)語

提出基于IEC 61970/61968標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)流技術(shù)，闡述了服務(wù)流的定義，匹配方法，可以支撐SOA框架體系，并以電力信息系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)際案例進(jìn)行了說明。其中，ShowMap服務(wù)應(yīng)為GIS系統(tǒng)定義，GetState服務(wù)（10 kV）應(yīng)為配電自動(dòng)化系統(tǒng)定義，GetLocation服務(wù)應(yīng)為PMS系統(tǒng)中定義，這些服務(wù)的提出可以更好的利用CIM模型，標(biāo)準(zhǔn)化信息服務(wù)的同時(shí)，也為信息系統(tǒng)的融合提供了充分的技術(shù)手段。

［1］EPRI.Profiling and mapping of intelligent grid R&D programs，1014600［R］.Palo Alto，CA and EDF R&D，Clamart，F(xiàn)rance：EPRI，2006.

［2］劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010.

［3］MACKIEWICZRE.The Benefits of Standardized Web Services Based on the IEC61970 Generic Interface Definition for Electric Utility Control Center Application Integration［C］.Power Systems Conference and Exposition，Oct.，2006：491-494.

［4］Chandrasekaran S，Miller J A，Silver G S，et al.Composition，performance analysis and simulation of web service［J］.EM-Electronic Markets，2003，13（2）：56-64.

［5］Van der Aalst WMP.Don’t gowith the flow：web services composition standards exposed to appear［EB/OL］.（2003-01）［2003-05］. http：//jvmiclal.cse.sc.edu/lib/aalst03a.html.

［6］張慎明，劉國(guó)定.IEC61970標(biāo)準(zhǔn)系列簡(jiǎn)介［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2002，26（14）：1-6.

［7］Srinivasan N，Paolucci M，Sycara K.Adding OWL-S to UDDI，implementation and throughput［C］∥First International Workshop on Semantic Web Servicesand Web Process Composition（SWSWPC 2004）.California：IEEE，2004：34-43.

［8］付燕寧，劉磊，金成植.基于服務(wù)鏈的Web服務(wù)組合方法［J］.通信學(xué)報(bào)，2007，28（7）：92-97.

［9］OASIS.Web Services Business Process Execution Language Ver sion2.0［EB/OL］.［2007-01-31］.http：//docs.oasis-open.org/wsbpel/2.0/CS01/wsbpel-v2.0-CS01.html.

［10］Curbera F，Goland Y，Klein J.Business process execution language for web service.version 1.0［EB/OL］.（2002-07）［2003-07］.http：//www-106.ibm.com/developerworks/library/ws-bpel.

孔平（1973），高級(jí)工程師，主要從事電力信息管理和信息系統(tǒng)安全、大數(shù)據(jù)研究工作；

許乃媛（1975），高級(jí)工程師，主要從事自動(dòng)化技術(shù)研發(fā)和科技信息管理工作；

李立生（1973），高級(jí)工程師，主要從事配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)研究工作。

Application of Service Flow Technology Based on CIM Model to Electric Power Information System

LI Yong1，KONG Ping2，XU Naiyuan1，LI Lisheng3
（1.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China；2.State Grid Jining Power Supply Company，Jining 272023，China；3.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

The service flow technology is presented based on CIM model，and definitions of the service flow and matching method are expounded.The service flow technology can support the SOA framework to meet the increasing demand caused by the fusion of electric power information systems.An actual service flow case is applied in power information system，and results show that this technique can make better use of IEC 61970/61968 interface，and provide technical methods for the interaction and expansion between information systems.

IEC 61970/61968；CIM；service flow；SOA framework；electric power information system

TM76

A

1007-9904（2015）10-0031-04

2015-08-25

李勇（1972），男，高級(jí)工程師，主要從事科技信息管理和電力系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)工作；