IEC 61970標準對電網調度系統的影響

李慧聰+馬曉紅+白英偉

[摘 要]隨著大電網的互聯和電網規模的擴大，調度自動化系統的模型和應用功能也變得越來越豐富和高級，開發出功能集成的新一代電網調度自動化系統具有重要的現實意義。本文首先介紹IEC 61970標準及其關鍵技術，隨后介紹了基于IEC 61970標準的電網調度自動化系統的特點和結構，具有一定的指導意義。

[關鍵詞]IEC 61970標準；電網調度；自動化系統

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.20.027

[中圖分類號]F270.7 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2017）20-00-02

0 引 言

目前，電力系統的監測控制系統對于互聯和組網的要求越來越細致，科研人員開始嘗試將現代計算機技術和通信技術中較為先進和成熟的組件模型，如公共對象請求代理體系結構（Common Object Request Broker Architecture，CORBA）、企業Java組件（Enterprise Java Beans，EJB）、分布式組件對象模型（Distributed Component Object Model，DCOM）和基于簡單對象訪問協議（Simple Object Access Protocol，SOAP）等，應用于電力系統二次側系統的升級中。最新的技術要求電網調度自動化系統，在滿足原有要求的基礎上，在更大范圍內實現功能的分工與協作。這就要求不同廠家生產的硬件、不同型號的硬件、實現不同功能的操作系統等差別較大的二次硬件和軟件能夠完美的兼容，并能夠共同完成對一次系統的監測、控制和保護功能，這就要求企業要實現各種功能的軟件和硬件，能夠像U盤一樣“即插即用”。目前，最為推薦的手段就是采用標準化的接口：采用上述的組件模型封裝各個功能，即提供標準化的接口。

1 IEC 61970標準

從電網調度自動化的角度來說，組件化需要提供組件的執行環境、定義組件間可以進行通信和互相操作的公用信息模型（Common Information Model，CIM），以及組件接口規范（Component Interface Specification，CIS）。在這個背景下，國際電工技術委員會中，負責電力系統控制及其通信的相關標準的第57技術委員會，制定了IEC 61970標準系列，也就是CIM標準和CIS標準，以便保證電網調度的應用軟件，進一步實現組件化和開放化，即插即用和互聯互通。該標準的定義使調度自動化系統中的各種應用擺脫了對信息內部的依賴，可以直接存取公共數據、交換信息。這樣，調度自動化系統中可以同時運行多個廠家的不同功能的應用，確保電網調度系統的未來擴展和及時更新。

IEC 61970標準吸收了軟件業流行的新技術、新經驗，以及科研的新成果，對用戶和開發單位都非常重要，其因保護用戶資源等實際需求而產生，最終目標是實現軟件的即插即用，降低系統接口的成本。目前來看，CIM標準是比較穩定的，也被證明是可行的；CIS標準尚未出全，仍在不斷完善中。

2 基于IEC 61970標準的自動化主站系統的特點

基于IEC 61970標準的調度自動化主站系統如圖1所示。該系統的基礎是統一的數據模型，以及定義數據訪問的標準數據接口規范。從圖1中可以看出，系統的各部分功能分別被封裝成對象，以CIS為媒介，連在系統中。任何功能都允許單獨改變，前提是改變必須遵循接口體系，此時，這種改變對于系統中其他部分是透明的。這個接口體系就是IEC 61970標準規定的CIM標準接口體系。

這個基于IEC 61970標準的CIS標準的電網調度自動化系統，具有高度的開放性和兼容性。一是允許集成不同廠家的軟件；二是允許運行于不同的計算機平臺。采用不同的編程語言編制的軟件允許隨意拆卸和更換，該系統的數據允許分散在各個應用對象中，保證系統中各應用對象的“即插即用”。

3 CIM標準在系統中的表述方式

電力系統中的數字信息的模式是CIM標準的主要內容，包括公用類、屬性、關系等幾項。CIM標準幾乎可以涵蓋電力系統中需要的所有數據類型，特別是那些與電網穩定運行關系密切的對象。CIM標準以對象類和屬性的方式顯示電力系統資源以及他們之間的關系，實現不同開發商獨立開發電網調度自動化系統的應用之間，或電網調度自動化系統與發電系統、配電管理系統等，其他電力系統運行中涉及的系統之間的集成。

在IEC 61970標準中，CIM標準中的類由邏輯包組成，每個邏輯包代表電力系統模型的一個特定部分。它提供了電網調度自動化系統的邏輯視圖，這些電網的信息被所有的應用共享。CIM標準被劃分為9個包，分別為：Core（核心包）、Topology（拓撲包）、Wires（電線包）、Outage（停運包）、Protection（保護包）、Meas（量測包）、Load Model（負荷模型包）、Generation（發電包）以及Domain（域包）。

這些即為IEC 61970標準中定義的CIM標準包，其中，核心包（Core）定義了電網調度自動化系統中使用率最高的對象，核心包在大多數情況下都被間接或直接調用其中的對象。在核心包中，一個非常重要的類叫做連接端（Terminal），拓撲關系是拓撲包通過連接端，把傳導設備和其他對象聯系在一起。

4 主站系統結構

本文采用IEC 71960標準中定義的CIS標準，以及計算機與通信技術中的組件技術，對電網調度自動化系統進行重新設計，設計結果如圖2所示。本文所設計的電網調度自動化系統的應用，采用面向對象的CIM模型進行開發，這些應用都可直接作為組件接入系統。

圖2 組件的整合方案

IEC 61970標準定義了訪問電網的模型數據的接口，及訪問電網的運行方式，為了實現不同廠家電網調度自動化系統中的數據共享以及數據訪問，本文建議主要采用以下兩種方式。endprint

第一，讀取符合公共信息規范CIM標準的XM格式的數據文件，通過解析得到電網模型及系統的運行方式。值得說明的是，XM格式的文件是標準的跨平臺標記語言之一，這種方式是異構系統交互信息最為簡單方便的方式。目前需要進行的互操作試驗完全可以采用XML文件進行。

第二，在公用信息結構CIS標準的基礎上，利用通信系統的組件技術，可以在系統中實現客戶機功能；通過客戶機可以訪問提供CIS標準組件接口服務功能的服務器，最后達到得到電網模型及運行方式數據的目的。

第一種接口允許與不同的電網自動化系統相連，系統與系統之間，以及系統內部的不同應用之間，都是通過這種方式實現數據交換。前提是提供符合CIM標準的XML格式的文件，最終目的是得到電網模型和系統的運行方式，最后再利用這些得到的數據進行分析計算。

第二種接口，電網調度自動化系統內部的不同應用對象之間，通過CIS標準組件接口交換數據，并最終得到電網模型。但這種接口方式，需要廠家提供 CIS標準接口組件，以及定義訪問服務器的功能。不得不提的是，這種接口方式采用了組件技術，相比于第一種利用文件的方式交互數據，更加靈活，且通信的速度更快。

IEC 61970標準意味著對應用軟件進行封裝，使各種各樣的應用軟件通過透明的接口與外部數據進行通信。對于電網調度自動化系統中，現有的且無需更換的應用軟件，都可建立與 CIM標準的映射關系，與軟件內部采用的數據模式無關，只要其外部封裝了符合CIS標準的接口即可。對于新開發的電網調度自動化系統中的應用軟件，可直接基于CIM標準和CIS標準進行開發，實現組件化。

另外，應用軟件的接口的實現，另一個不可或缺的要素就是支撐平臺。想要執行任何組件，都必須提供組件自身定義的相應的執行環境，不得不注意的一點是，組件執行環境對組件順利執行的意義重大，遠大于網絡通信，組件執行環境是應用軟件接口標準化的基礎。支撐平臺的重要作用體現在為應用軟件組件的執行提供所需的環境，且無條件支持CIM標準的數據格式。支撐平臺在硬件上可以提供軟總線，在軟件方面可以提供各種服務，這就構成了分布式的管理環境，保證組件化應用軟件的正常運行，發揮作用。

電網調度自動化系統的集成技術，主要包括3個部分的內容。

第一，考慮到系統集成的實現是建立在已有的組件技術上，因此，必須選擇合適的支持平臺，如 CORBA、EJB、DCOM 等，也就是說，必須有合適的系統的支持平臺。

第二，任何系統都必須建立一套能采用CIM標準描述的數據平臺，這一過程相當于數據庫設計，概括地說，就是數據模型。

第三，數據訪問接口，該接口定義了訪問數據模型中所需數據，應采用的方式和方法。

只有電網調度自動化系統中任何應用軟件的這3部分都符合統一的標準，系統才算是真正意義上具有開放性。IEC 61970系列標準的制定，為實現這一目標提供了扎實的技術基礎。

5 結 語

本文基于IEC 61970標準，結合目前通信技術的發展和電網調度自動化系統主站系統的特點，討論基于IEC 61970標準中CIS標準的，新一代電網調度自動化主站系統涉及的主要技術問題。但截至目前，IEC 61970標準尚未成熟，還有許多內容處于空白狀態，該標準需要進一步研究，擴充和完善。不得不說，基于IEC 61970標準的電網調度自動化主站系統的開發，是一個漫長和循序漸進的過程。

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