基于IEC61970的CIM模型映射技術研究

劉吉財+劉志永+韓學軍

摘 要 當前很多電力企業都是利用自身的技術開發不同的應用系統，這些不同時期、不同技術開發的系統所構成的數據中心控制平臺，對電力對象的不同設計導致出現電力信息模型私有、訪問接口私有、互操作性差等“信息孤島”問題。本文是將重慶新世紀電氣有限公司開發的電力自動化監控系統軟件（P7000G）進行組件化的封裝，保留原系統的功能，而將獲取的電力對象映射為基于IEC61970的CIM模型。

關鍵詞 IEC61970；信息孤島；CIM模型

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）06-0050-02

隨著電力工業技術的發展和軟件工程技術的革新，電力自動化系統的各種應用不斷出現。系統數據結構和數據通信接口不統一的問題不斷出現，這樣使得各個電力應用系統之間難以實現數據模型的轉換和數據業務的互聯。基于IEC61970標準的公共信息模型CIM模型的提出為解決上述問題提供了理論基礎。

本文主要是將私有系統平臺的數據模型轉換為公共信息模型，實現不同系統之間電力對象模型的互相轉換。

1 公共信息模型（CIM）的介紹

公共信息模型（CIM）模型是IEC61970標準的核心部分，它應用編程語言中面向對象的思想描述了所有電力應用系統中的數據結構對象，如開關、變壓器等電力對象，描述覆蓋了發電領域、輸電領域、配電領域等電力行業。針對每個電力系統數據對象，應用編程語言C++中類的概念進行定義，把定義好的數據結構模型對應到CIM模型中，根據CIM模型對該數據對象類的定義，實現對電力應用系統中電力對象的數據結構進行描述。通過這種方法定義的電力數據對象模型就是標準的CIM模型。

在公共信息模型當中，每個電力對象模型之間的關系可以分為3類：第一類關系是“普遍化關系”，普遍化關系實際上在編程思路里叫繼承關系，一個普遍的類繼承一個抽象的類；第二類是關聯關系，關聯關系有兩個作用，每一個作用都表示關聯了一個對象；聚集是關聯的一種特例。但是聚集關系更強調的是整體和部分的關系，整體結構有部分結構組成，部分結構只是整體結構的一部分，而不是從整體結構中繼承而來。

2 公共信息模型（CIM）的映射方法

圖1主要有私有電力系統及SCADA系統為例來描述公共信息模型映射方法，實現方法主要有兩部分，原有SCADA系統和公共信息模型，原有SCADA系統的數據模型是設計人員自己定義的。因此，原有SCADA系統和公共信息模型的數據模型的一致性，就需要對他們進行轉換，基于IEC61970的公共信息模型CIM模型是國際標準定義的數據模型，因此，具有通用性，通過把私有系統的數據模型轉換為IEC61970標準定義的公共信息模型。

本文是通過在SCADA系統中將數據結構信息生成，SCHEMAL文檔，XSL文檔和XML文檔，XSL文檔記錄了兩者數據結構的中間轉換過程。最后通過讀取XML文檔解析后轉換為公共信息模型。2.1 設備模型的映射方法

設備模型是針對一次設備建立的CIM模型。在CIM模型的描述中電力系統資源類描述的是電力監控系統中的具體電力對象，例如一個開關設備。因此，在映射的過程中首先要讀取原有SCADA系統中的XML文件，獲取設備信息。具體配置如圖2所示。

1）在CIM模型中，間隔類，電壓等級類都是設備容器的派生類，因此，在映射過程中設計變電站的模型類型確定為設備容器類。按照這種方法，就可以形成公共信息模型。

2）一次設備模型的設計需要按照設備所屬的設備類型建立映射對象，例如在私有SCADA系統中定義的導電設備，則在映射過程中通過讀取XML文件接口，把讀取的設備信息經過判斷后映射為對應的CIM模型，這樣就實現了統一的公共信息模型的映射。同理其他的一次設備的映射方法同樣采用這種方法即可。3）每個電力對象映射完成后，形成統一的CIM模型，每個模型的屬性信息以及動態屬性需要關聯原有SCADA系統的測控設備，這樣就可以完全的映射關系。

在CIM模型標準體系中電力設備分為導電設備和非導電設備兩大類，導電設備和非導電設備都是有Core包的Equipment類派生類同時也是PowerSystemResource類的派生類，故各個電力設備都繼承了大量來自基類的屬性。

2.2 XML文件中設備命名規范

IEC61970標準中定義了基類的命名規范，本文把基類規定了命名規范中6種不同用途的名字，它們從不同應用角度描述每個電力對象。表1記錄了這6種名字的詳細內容。

2.3 XML文件中設備類型的區分規則

在CIM模型中都對每個具體的電力對象都進行了抽象，使得不同的電力對象屬于不同的類型，但是在私有SCADA系統中的電力設備對象沒有定義其設備的類型，因此在模型轉換時需要設定設備類型選項供用戶選擇。綜上分析，可以知道當建立一個變壓器對象時是需要與繞組、散熱片以及分接頭對象關聯，為建立這些對象時方便將它們互相關聯起來。

2.4 設備容器區分規則

在公共信息模型中，通過設備容器類來定位或者區分設備屬于哪個區域或者位置，如間隔類可能通過斷路器物理的將母線分為幾個部分。每個間隔電壓等級可能不一樣，但是它們同時也可能屬于同一個變電站。當用戶選擇一個新建對象時，系統根據新建對象的類型，將其可能的容器資源羅列出來供選擇。

2.5 保護單元區分規則

保護單元區分的目的是與原系統SCADA系統對接。經過前面命名規則、設備類型規則以及設備容器規則的設計已經完成了電力設備本身的所有關系的確定，唯一不能確定的就是與每個設備對象相關聯的保護單元的定位。設計保護單元區分規則的目的是為獲取到設備對象的量測信息，量測信息是指原有SCADA系統從現場保護設備中的接收到的數據信息經過解析后值。雖然CIM服務器和原有SCADA系統采用不同方式構建了系統結構，但實時數據是可以共享的。

3 CIM模型的導出設計與實現

1）在電力系統原配置模塊中通過讀取的私有數據結構，建立XML文檔和SCHEMAL文檔，目的是用于實現中間轉換介質XSL文件和給外部異構系統提供文件格式；同時在CIM模型映射模塊中同樣建立具有IEC61970標準定義下的CIM模型框架的XML文檔和SCHMEAL文檔，目的用于實現中間轉換介質XSL文件和給我外部異構系統提供文件格式，值得注意的是在CIM映射模塊中，也可以在程序內部之間實現其數據結構，最終可實現CIM模型標準映射結構。

2）對形成的XML文檔，SCHEMAL文檔的校驗。主要分為兩個方面，一是對XML文檔格式和SCHEMAL文檔格式的校驗，二是對XML文檔和SCHEAML文檔內容的校驗；對文檔格式的校驗主要參考基于DOM的文檔格式定義，進行校驗，也可用XML解析軟件進行校驗，文檔內容的校驗主要是有針對私有SCADA系統數據結構內容進行校驗，參考的標準為P8000數據結構；針對CIM模型映射的進行校驗，參考的標準為IEC61970的301部分及CIM模型。

3）轉換為XSL文件，XSL文件也叫XSLT文件也被稱為“可擴展樣式表語言”，是一種將XML文檔轉換為其他文檔形式的技術，XSLT文檔本質上記錄了一個包含一堆標記的XML文檔，要實現XML文檔的轉換，就需要一個程序來解析XSLT文檔中描述的規則，并執行相應的命令，并輸出內容，因此需要一個XSL處理器。當前我們形成了兩個XML文檔，一個是基于私有SCADA系統的XML文檔，一個是基于IEC61970的CIM抽象模型的映射的文檔，分別對其去形成XSL文檔，經過對比，進行校驗和修改，最終形成一個具有通用轉換能力的XSL文檔，作為私有系統和CIM模型映射的XML文檔的轉換中間介質。

4）形成統一的XSL文件后，就為CIM模型映射的通用性打下了堅實的基礎。當私有系統的XML文檔是標準定義的，都可以通過XSL文件轉換為CIM的映射模型，具備了通用性。

參考文獻

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