李濟沅，鐘一俊，王東舉，王盛陽，周 浩

（1.浙江大學(xué) 電氣工程學(xué)院，浙江 杭州 310027；2.國網(wǎng)浙江省電力公司信息通信分公司，浙江 杭州 310007）

0 引言

智能電網(wǎng)是數(shù)字化電網(wǎng)的高級階段，采用先進的通信、信息和控制技術(shù)來提高電網(wǎng)的智能化程度并構(gòu)建更為通暢的通信系統(tǒng)是世界各國在智能電網(wǎng)發(fā)展上所達(dá)成的共識[1-3]。但目前，電網(wǎng)企業(yè)的信息系統(tǒng)存在著信息分散管理、數(shù)據(jù)冗余和不一致、難以形成完整的電網(wǎng)資源信息管理體系等問題，不利于系統(tǒng)之間信息統(tǒng)一管理和集成共享，在一定程度上造成資源浪費[4-6]。

信息融合的關(guān)鍵是各系統(tǒng)要有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，隨著IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的互操作性和工程實踐方面的研究逐漸深入，應(yīng)用系統(tǒng)間的模型信息集成和共享技術(shù)相對成熟[7-13]。實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的信息共享和集成具有重要的現(xiàn)實意義，而公共信息模型標(biāo)準(zhǔn)可應(yīng)用于電力系統(tǒng)各領(lǐng)域的信息集成共享及應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息模型[14-16]。企業(yè)服務(wù)總線（ESB）是一種為進行連接服務(wù)提供的標(biāo)準(zhǔn)化的通信基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，是在邏輯上與面向服務(wù)體系架構(gòu)（SOA）所遵循的基本原則保持一致的服務(wù)集成基礎(chǔ)架構(gòu)，是在面向服務(wù)體系架構(gòu)中實現(xiàn)服務(wù)向智能化集成與管理的中介[17-20]。

綜合以上研究成果，本文在確?，F(xiàn)有系統(tǒng)穩(wěn)定可用的前提下提出構(gòu)建基于公共信息模型（CIM）和ESB的企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心，包括將電力系統(tǒng)電網(wǎng)資源、資產(chǎn)、測量統(tǒng)一建模，統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲，統(tǒng)一數(shù)據(jù)發(fā)布，統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口將資產(chǎn)構(gòu)建電網(wǎng)資源，通過測量技術(shù)對資產(chǎn)及資源的性能進行測量來確保資產(chǎn)和資源的可用、有用、用好，利用拓?fù)浍@取可視化電網(wǎng)數(shù)據(jù)來提高技術(shù)、管理、運行、維護人員對電網(wǎng)資產(chǎn)、電網(wǎng)資源、測量信息的綜合認(rèn)知能力，并在此基礎(chǔ)上推動相關(guān)生產(chǎn)、營銷、采集系統(tǒng)的改造升級。而且，本文解決了在企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心構(gòu)建過程中存在的量測量與連接點關(guān)聯(lián)的兩大問題即關(guān)聯(lián)的不可操作性及其他系統(tǒng)的不可訪問性。針對電網(wǎng)資源中心海量“實時數(shù)據(jù)”這一特定背景，本文依托電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（GIS）平臺提出的輕量級緩存及離散數(shù)據(jù)可視化技術(shù)則有效地解決了電網(wǎng)資源中心海量實時數(shù)據(jù)對服務(wù)器端帶來的訪問壓力以及實現(xiàn)電網(wǎng)資源空間數(shù)據(jù)的可視化展示等技術(shù)難題，同時也為相關(guān)信息系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)的存儲、處理及展示提供經(jīng)驗。

1 集成策略

在電網(wǎng)企業(yè)信息化建設(shè)中，各已有系統(tǒng)之間的技術(shù)整合問題是必然的，本文通過基于CIM和ESB建立數(shù)據(jù)平臺，以及采用適配器接入各已建設(shè)的信息系統(tǒng)，既利用原有技術(shù)使原有投資延續(xù)生命又采用先進技術(shù)支撐未來發(fā)展是平滑和長效的集成解決方案。

1.1 基于CIM的數(shù)據(jù)集成

數(shù)據(jù)缺少統(tǒng)一模型和編碼是電力企業(yè)信息集成面臨的關(guān)鍵問題之一。CIM標(biāo)準(zhǔn)是可應(yīng)用于電力系統(tǒng)各領(lǐng)域的信息集成共享及應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息模型[15-16，21]。

電力信息數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中IEC CIM本質(zhì)上就是一種對電力設(shè)備、電力量測數(shù)據(jù)等信息的唯一性定義。通過基于CIM建立數(shù)據(jù)平臺，可以使數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)運行過程中的數(shù)據(jù)精確唯一表達(dá)，防止信息歧義。

1.2 采用支持元數(shù)據(jù)的ESB

在集成總線上使用基于CIM的“公共詞匯”，并通過集成總線提供電話交換機的“交換”功能，同時在集成總線上采用公共的接口來將各種業(yè)務(wù)、技術(shù)接口規(guī)范到統(tǒng)一的模型上。

將信息交換單獨作為軟件集成的解決方案有以下優(yōu)點：更容易創(chuàng)建應(yīng)用程序接口（API）封裝器；比原有系統(tǒng)運行得更好，復(fù)雜度更低；其重要性在于在消息交互時采用正確的信息模型和過程。

常見的集成總線方式有ESB、MQ Broker等方式，JAT UIB產(chǎn)品提供了整合CIM元數(shù)據(jù)和ESB集成總線的技術(shù)方案，可以實現(xiàn)元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)路由、傳輸?shù)慕壎╗17-20]。

2 企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心架構(gòu)設(shè)計

企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心的總體架構(gòu)由業(yè)務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)、物理架構(gòu)、安全架構(gòu)和應(yīng)用集成等部分組成。各組成部分既獨立地支撐企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心的某個部分，又相互之間協(xié)調(diào)配合，整體構(gòu)成企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心體系架構(gòu)，如圖1所示。

本文將對實現(xiàn)已有信息系統(tǒng)應(yīng)用集成的技術(shù)架構(gòu)進行詳細(xì)介紹。

業(yè)務(wù)架構(gòu)是基于電網(wǎng)各類業(yè)務(wù)應(yīng)用對于電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如電網(wǎng)資源、電網(wǎng)設(shè)備、量測數(shù)據(jù)等，對電網(wǎng)的地理數(shù)據(jù)應(yīng)用，以及電網(wǎng)拓?fù)浞治?、圖形服務(wù)等需求，分析歸納設(shè)計形成的能夠滿足各類管理信息系統(tǒng)對電網(wǎng)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析、展示、操作的需求的業(yè)務(wù)應(yīng)用功能體系，并結(jié)合業(yè)務(wù)發(fā)展需求形成業(yè)務(wù)模型。

應(yīng)用架構(gòu)是通過對業(yè)務(wù)模型的理解，以系統(tǒng)分析的方法，對設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理PAM（Production Asset and Measurement）平臺的業(yè)務(wù)應(yīng)用過程和目標(biāo)進行分析抽象和歸納，形成PAM平臺的功能模塊及對應(yīng)的功能域。

數(shù)據(jù)架構(gòu)定義了企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心中的數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)構(gòu)成、相互關(guān)系、存儲方式、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等。目標(biāo)是為企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心提供數(shù)據(jù)服務(wù)，可以針對企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心所需要的數(shù)據(jù)源實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集和接入，通過ESB實現(xiàn)各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)同步維護，保證基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一致性，同時通過ESB實現(xiàn)企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心對外提供數(shù)據(jù)服務(wù)及應(yīng)用服務(wù)。

技術(shù)架構(gòu)遵循桌面應(yīng)用及Web應(yīng)用的技術(shù)體系，采用組件化、動態(tài)化、服務(wù)化的設(shè)計思想，基于統(tǒng)一的企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心數(shù)據(jù)模型，按照數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和表現(xiàn)層進行多層結(jié)構(gòu)體系設(shè)計。并通過ESB實現(xiàn)與各類業(yè)務(wù)應(yīng)用的橫向集成，為各類業(yè)務(wù)應(yīng)用提供電網(wǎng)資源、電網(wǎng)設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)、電網(wǎng)空間圖形及分析服務(wù)、電網(wǎng)量測數(shù)據(jù)服務(wù)等。同時，通過ESB和數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)與國網(wǎng)系統(tǒng)的縱向貫通技術(shù)設(shè)計。

企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心的總體技術(shù)架構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)訪問層、應(yīng)用邏輯層、應(yīng)用服務(wù)層、應(yīng)用展現(xiàn)層。數(shù)據(jù)層是企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心管理的各類數(shù)據(jù)的物理存儲；數(shù)據(jù)訪問層是對平臺中的各類數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一的訪問接口；應(yīng)用邏輯層是在數(shù)據(jù)訪問層的基礎(chǔ)之上建立的各類功能組件，實現(xiàn)設(shè)備與圖形管理的各類功能；應(yīng)用服務(wù)層將應(yīng)用邏輯組件封裝為服務(wù)供各類應(yīng)用調(diào)用；應(yīng)用展現(xiàn)層是展現(xiàn)給用戶的應(yīng)用系統(tǒng)。

圖1 企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心總體架構(gòu)Fig.1 Overall architecture of enterprise-class quasi-real-time grid resource center

數(shù)據(jù)層以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，對基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、電網(wǎng)圖形數(shù)據(jù)、電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)、電網(wǎng)資源、電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)、電網(wǎng)建模數(shù)據(jù)、量測數(shù)據(jù)及平臺管理數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)層進行統(tǒng)一存儲管理。數(shù)據(jù)層主要由存儲電網(wǎng)圖形數(shù)據(jù)、電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)、設(shè)備屬性數(shù)據(jù)、設(shè)備關(guān)系數(shù)據(jù)、電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)和平臺管理數(shù)據(jù)的ORACLE數(shù)據(jù)服務(wù)器，存儲地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的SMALLWORLD數(shù)據(jù)庫，存儲基礎(chǔ)地理信息的切片數(shù)據(jù)及其他文檔類數(shù)據(jù)的文檔服務(wù)器組成。電網(wǎng)圖形數(shù)據(jù)、電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)通過企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心的設(shè)備維護模塊及電網(wǎng)資源圖形管理功能進行維護和管理。量測數(shù)據(jù)由于數(shù)據(jù)量大，一般由單獨的量測數(shù)據(jù)庫組成，但它是本平臺不可或缺的重要部分?；A(chǔ)地理數(shù)據(jù)、電網(wǎng)圖形數(shù)據(jù)、電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、平臺管理數(shù)據(jù)、量測數(shù)據(jù)等共同構(gòu)成了企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心的基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)訪問層提供訪問電網(wǎng)數(shù)據(jù)的接口，應(yīng)用邏輯組件通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口維護存儲在數(shù)據(jù)庫和文件中的矢量圖形數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)。由于量測數(shù)據(jù)種類多，可能存在不同的數(shù)據(jù)庫中，各自提供不同的服務(wù)，在本系統(tǒng)中，建立一個量測訪問代理，為應(yīng)用提供統(tǒng)一的服務(wù)。

應(yīng)用邏輯層構(gòu)建在通用設(shè)備維護、權(quán)限、工作流、GIS基礎(chǔ)平臺上，作為數(shù)據(jù)層和表現(xiàn)層之間連接的橋梁，在平臺中起著至關(guān)重要的作用。它涵蓋了設(shè)備建模、設(shè)備維護查詢、權(quán)限認(rèn)證、工作流建模、圖形渲染、圖形編輯、查詢定位、統(tǒng)計分析和系統(tǒng)管理等各類功能，并將這些功能封裝為組件，實現(xiàn)各類應(yīng)用功能。

應(yīng)用服務(wù)層提供各類電網(wǎng)設(shè)備信息、電網(wǎng)空間信息展現(xiàn)和查詢分析服務(wù)，主要包含設(shè)備樹展示服務(wù)、設(shè)備信息查詢服務(wù)、圖形瀏覽服務(wù)、專題圖服務(wù)、查詢定位服務(wù)、電網(wǎng)分析服務(wù)、空間分析服務(wù)等構(gòu)件。服務(wù)通過封裝邏輯組件實現(xiàn)，服務(wù)可以被界面層各類應(yīng)用調(diào)用。

應(yīng)用展現(xiàn)層包括建模工具、設(shè)備維護工具、平臺管理工具、圖形管理工具、典型應(yīng)用框架，這些應(yīng)用調(diào)用邏輯層和服務(wù)層的邏輯組件或服務(wù)實現(xiàn)，也可以集成其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的頁面。

建立元數(shù)據(jù)存儲庫，并在其中分別建立CIM元模型信息庫、資源注冊機構(gòu)和公用信息發(fā)布庫。IEC61970/61968/61850元模型信息庫儲存了由這些標(biāo)準(zhǔn)定義的類、屬性、關(guān)聯(lián)以及解釋，也包括了自定義的類。資源注冊機構(gòu)負(fù)責(zé)管理集成平臺上的所有資源，對于在多個系統(tǒng)中都有記錄的同一資源可以有不同的命名方法，但是只能通過唯一的資源標(biāo)識（Resource ID）在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺上標(biāo)識。

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 支撐模型及一體化設(shè)計

支撐模型包括一次系統(tǒng)的電網(wǎng)設(shè)備模型，電網(wǎng)資源模型，電網(wǎng)設(shè)備拓?fù)淠Ｐ停?、三次系統(tǒng)的信息模型及通信協(xié)議、客戶模型。

3.1.1 電網(wǎng)設(shè)備模型

電網(wǎng)設(shè)備模型在符合各種電壓等級下電路、磁路基本物理規(guī)律和電氣絕緣理論的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)電能的長距離、分布式的有效高效傳輸、轉(zhuǎn)換、使用即實現(xiàn)組成的電力系統(tǒng)功能。

電網(wǎng)設(shè)備模型可以抽象成多端元件模型，反映其靜態(tài)、暫態(tài)特性。電氣設(shè)備本身隨著技術(shù)的進步和電網(wǎng)的發(fā)展需要，會不斷出現(xiàn)，而且其描述的詳細(xì)程度與應(yīng)用密切相關(guān)。

IEC61970/61968對電網(wǎng)設(shè)備模型只提供其核心概念模型及命名，其詳細(xì)描述應(yīng)該開放，便于未來增加屬性等。電網(wǎng)設(shè)備的屬性應(yīng)該進行科學(xué)的劃分和歸類，便于使用和擴展。

電網(wǎng)設(shè)備的分類及編碼有著不同的角度和使用專業(yè)，但其資產(chǎn)屬性編碼不會有大的改變，因此建議電網(wǎng)設(shè)備采用資產(chǎn)編碼作為其最基本的編碼。而且編碼的根本目在于統(tǒng)計，本身統(tǒng)計就是多角度的，因此應(yīng)該保留各主要專業(yè)應(yīng)用的編碼體系，在編碼即分類應(yīng)該以其本身固有的穩(wěn)定類別作為主目和科目，保持主目、科目的全國統(tǒng)一，細(xì)目應(yīng)該按專題細(xì)分，并應(yīng)該開放未來的修增。

3.1.2 電網(wǎng)資源模型

電網(wǎng)資源是各類具有單一或復(fù)合功能的電氣設(shè)備按照一定的法則形成邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系，并實現(xiàn)電網(wǎng)目標(biāo)的形態(tài)總和。

IEC61970/61968對電網(wǎng)設(shè)備模型只提供其核心概念模型及命名，并給出這些電網(wǎng)設(shè)備相互之間從不同角度的層次（繼承）、組成或關(guān)聯(lián)關(guān)系。

在資源模型數(shù)據(jù)庫層次化時，不能全面地反映IEC61970/61968的所有關(guān)系，應(yīng)該以繼承、組成關(guān)系作為表的外鍵。關(guān)聯(lián)關(guān)系通過設(shè)立的獨立關(guān)聯(lián)表進行2個對應(yīng)表的記錄關(guān)系，但繼承、組成關(guān)系不應(yīng)該采用此類松散的關(guān)聯(lián)表，因為其邏輯關(guān)系過弱，削弱了本身之間的強關(guān)聯(lián)，對后續(xù)的業(yè)務(wù)邏輯控制和推理溯源不利。

3.1.3 電網(wǎng)設(shè)備拓?fù)淠Ｐ?/p>

IEC61970/61968的電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ褪请娋W(wǎng)設(shè)備之間電氣關(guān)聯(lián)的元模型。但電網(wǎng)的拓?fù)鋺?yīng)用模型并不局限于此，而是應(yīng)該在此基礎(chǔ)上發(fā)展適應(yīng)于應(yīng)用的對應(yīng)拓?fù)淠Ｐ?，以支撐相關(guān)的應(yīng)用。

如配電網(wǎng)的拓?fù)浼俺绷鞣治觯捎谄渚€路特性，無法采用輸電網(wǎng)的矩陣算法，因此多采用主/支路或母線/支線方法，因此需具備與IEC61970的設(shè)備端口/拓?fù)溥B接點一致的主/支路或母線/支線模型，方便各類高級應(yīng)用程序的調(diào)用。

地理信息本身是電網(wǎng)資產(chǎn)實例化的一個基本屬性，資產(chǎn)中的運行設(shè)備即電網(wǎng)設(shè)備自然將繼承此屬性。電網(wǎng)設(shè)備的地理屬性與電網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)聯(lián)，可以有很多應(yīng)用，但是電網(wǎng)拓?fù)浣^對不是電網(wǎng)地理信息的屬性。

電網(wǎng)GIS本身不具備電網(wǎng)各類拓?fù)涿枋龅谋举|(zhì)特性，而僅僅是電網(wǎng)拓?fù)涞囊环N圖形關(guān)系。應(yīng)該提升拓?fù)涞诫娏ο到y(tǒng)的圖形化系統(tǒng)，采用拓?fù)?電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)+電網(wǎng)資源屬性，可以以圖形方式展現(xiàn)電網(wǎng)的靜態(tài)圖形關(guān)系，而采用拓?fù)?電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)+電網(wǎng)資源屬性+采集數(shù)據(jù)，可以展現(xiàn)電網(wǎng)的動態(tài)圖形關(guān)系。有一部分應(yīng)用在基于地理信息的平臺上展現(xiàn)具有使用價值，而許多應(yīng)用在基于地理信息的平臺上無法展現(xiàn)或展現(xiàn)毫無意義。因此應(yīng)該以“拓?fù)浼皯?yīng)用可視化支撐”作為應(yīng)用支撐平臺的核心模塊之一，以實現(xiàn)圖模數(shù)一致性的多種圖形統(tǒng)一和發(fā)布。

3.1.4 二、三次系統(tǒng)的信息模型及通信協(xié)議

二、三次系統(tǒng)主要是八大業(yè)務(wù)系統(tǒng)的內(nèi)部或外部的支持系統(tǒng)或組成。

八大業(yè)務(wù)系統(tǒng)的所有環(huán)節(jié)不可能都在大平臺上實現(xiàn)，如二次系統(tǒng)中，對一些電網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點的某一電氣參數(shù)必須進行采集及傳輸，不可能采用變電站的大模型時也對其信息進行設(shè)計，這樣就違反了“最簡單的硬件或軟件即可靠性最高”的設(shè)計原則，因此需要其信息模型在依靠分級匯集最后到達(dá)八大業(yè)務(wù)系統(tǒng)接口時確保信息模型與大平臺的一致。

通信協(xié)議的選擇取決于通信的介質(zhì)和傳輸?shù)膽?yīng)用報文內(nèi)容，而通信介質(zhì)的決定性作用更大。應(yīng)頒布基于不同通信介質(zhì)傳輸特性的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，并從根本上確保數(shù)據(jù)平臺的來源數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)響應(yīng)性能。

3.1.5 客戶模型

客戶模型非常重要，但目前沒有得到應(yīng)有的認(rèn)識。客戶模型首先是其用電設(shè)備的描述，智能電網(wǎng)提出電網(wǎng)要與客戶共治，正是因為客戶端的用電設(shè)備的特性嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的性能，這也意味著采用簡單的客戶用電特性已無法解釋電網(wǎng)品質(zhì)。

客戶模型其次是其負(fù)荷特性，根據(jù)客戶的用電設(shè)備特性和客戶負(fù)荷特性才能在電網(wǎng)公司特定供電環(huán)境下設(shè)計相應(yīng)的電量電價核定及結(jié)算模式，實現(xiàn)雙方的共贏。也只有這樣，才能真正實現(xiàn)電網(wǎng)公司效益。

3.2 量測模型設(shè)計

在IEC61970中，對量測量的模型定義見圖2[15]。

圖2 IEC61970的量測模型Fig.2 Measurement model of IEC61970

在IEC61970模型中，所有量測都是與設(shè)備的端點（terminal）關(guān)聯(lián)的。實際上，要使量測與端點關(guān)聯(lián)，一是工作量較大，二是與用戶實際的工作不符，用戶很難理解，因此需要在模型上做一些改進。

在電網(wǎng)中端點表示了電網(wǎng)所在的位置，是相對固定的。如開關(guān)是雙端設(shè)備，其端點為1、2，模型如圖3所示。

圖3 IEC61970的電氣設(shè)備端口模型Fig.3 Electrical equipment port model of IEC61970

在電網(wǎng)中，開關(guān)的方向是有約定的，如1一般處于電源側(cè)，2處于負(fù)荷側(cè)，因此端點就能表達(dá)其所在的位置。因此，在電力管理系統(tǒng)（PMS）的量測模型中，端點值是固定不變的，可以用缺省值表示（可以不特別地指出），在這種情況下，實際上量測是與設(shè)備直接關(guān)聯(lián)了。如果在設(shè)備兩端都有同一類型的量測，可以在量測類型上進行區(qū)分，如電源側(cè)電壓、負(fù)荷側(cè)電壓等來明確其測量點的位置。

在電網(wǎng)某一測量點的遙測量，在主站上一般都是在同一時間點進行凍結(jié)的，因此為了保存與訪問的快捷方便，一般都會存放在一起。對同一類設(shè)備，其量測量是基本固定的，在模型中擴展一個量測集（MeasurementSet），不同類型的設(shè)備具有不同的相對固定的量測集。引入量測集后，設(shè)備與量測量間的對應(yīng)關(guān)系就更簡單了，只需設(shè)置該設(shè)備是否具有測量集即可。

企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心中的量測模型擴展如圖4所示。

每個導(dǎo)電設(shè)備可不關(guān)聯(lián)量測集，也可關(guān)聯(lián)一個遙信量測集（開斷類設(shè)備）或一個遙測量量測集。

對于來源于配網(wǎng)自動化系統(tǒng)，其量測集定義如圖5所示。

圖4 企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心中的擴展量測模型Fig.4 Extended measurement model of enterprise-class quasi-real-time grid resource centre

圖5 企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心中的量測集模型Fig.5 Measuring set model of enterprise-class quasi-real-time grid resource centre

3.3 模型驅(qū)動

模型驅(qū)動的核心思想是通過深入分析特定領(lǐng)域的數(shù)據(jù)和應(yīng)用等方面的共性特征，抽象提煉出一個領(lǐng)域信息系統(tǒng)的元模型，并依此自動或半自動化地構(gòu)建整個系統(tǒng)。

針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域，通過各種建模工具將具體企業(yè)的業(yè)務(wù)模型形成可執(zhí)行模型，并基于通用平臺的運行環(huán)境，自動生成相應(yīng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用功能，從而能大幅度提升系統(tǒng)對業(yè)務(wù)需求變化的響應(yīng)速度。在模型驅(qū)動理論中，平臺本身不直接涉及特定的業(yè)務(wù)信息或業(yè)務(wù)過程，而是通過所建模型間接達(dá)到實現(xiàn)具體業(yè)務(wù)功能的目的。這種理論強調(diào)平臺負(fù)責(zé)抽象的信息與過程處理，而特定的業(yè)務(wù)信息或業(yè)務(wù)過程對平臺而言被視為了一種“數(shù)據(jù)”。在模型驅(qū)動理論看來，平臺本身是一個高度抽象的信息系統(tǒng)，某個具體的信息系統(tǒng)實施過程可被視為平臺的一次“設(shè)計化”。

平臺提供系統(tǒng)管理工具將企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)化為電力設(shè)備/設(shè)施模型，通過對電力設(shè)備/設(shè)施數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)約束和操作的抽象，實現(xiàn)不依賴具體設(shè)備類型的邏輯組件。系統(tǒng)運行時，讀取模型數(shù)據(jù)，根據(jù)運行狀態(tài)和模型數(shù)據(jù)設(shè)置功能組件滿足業(yè)務(wù)需求。

3.4 輕量級緩存技術(shù)

電網(wǎng)資源中心數(shù)據(jù)構(gòu)成主要分為3塊，即電網(wǎng)資源、設(shè)備臺賬及量測數(shù)據(jù)，前兩者代表電網(wǎng)規(guī)模增加量，屬于發(fā)策規(guī)劃數(shù)據(jù)，第三者則代表實時數(shù)據(jù)。其中實時數(shù)據(jù)包含電網(wǎng)的各設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)（如開關(guān)的分合閘狀態(tài)、變壓器的油溫）、電網(wǎng)各點的測量數(shù)據(jù)（如電壓、電流、有功、無功）以及計算數(shù)據(jù)（如功率因數(shù)），以上數(shù)據(jù)來源于自動化系統(tǒng)及各類采集裝置（如公變采集、大用戶采集系統(tǒng)）。目前全省上線的全部智能監(jiān)測終端反饋至電網(wǎng)資源中心的遙測數(shù)據(jù)平均為1500條/s，這也導(dǎo)致了海量數(shù)據(jù)。

3.4.1 本地序列化緩存

針對電網(wǎng)資源中心中數(shù)量巨大且類型豐富的數(shù)據(jù)資源，電網(wǎng)GIS已對本地內(nèi)存讀取的電網(wǎng)資源空間數(shù)據(jù)進行對象化處理，客戶機端程序支持以設(shè)備對象為單位的數(shù)據(jù)訪問方式，具備對象序列化本地緩存條件。選擇.NET Framework平臺提供的序列化機制，采用二進制序列化格式，實現(xiàn)在本地硬盤中對電網(wǎng)資源空間數(shù)據(jù)的持久化保存。

3.4.2 內(nèi)存數(shù)據(jù)增量更新

新增本地緩存功能后，本地內(nèi)存既可從Oracle中加載數(shù)據(jù)，也可從本地硬盤中加載數(shù)據(jù)，但由于電網(wǎng)GIS具備并發(fā)編輯控制功能，無論選用何種加載方式，在數(shù)據(jù)編輯前仍須從Oracle中同步最新數(shù)據(jù)至本地內(nèi)存，并支持內(nèi)存數(shù)據(jù)增量更新操作，以消除本地硬盤和后臺數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)不一致的問題隱患。通過在電網(wǎng)資源空間數(shù)據(jù)表中增加“最后更新時間”字段，以及在本地緩存文件中記錄保存時間的方法，在內(nèi)存加載硬盤緩存數(shù)據(jù)過程中，對本地保存時間與最后更新時間進行比較，篩選出自本地保存時間后更新的電網(wǎng)資源空間數(shù)據(jù)，實現(xiàn)增量加載。

3.4.3 本地緩存處理過程

電網(wǎng)GIS本地緩存處理過程涉及Oracle數(shù)據(jù)庫、本地內(nèi)存程序、本地緩存文件等存儲介質(zhì)，三者間的關(guān)系如圖6所示，包括保存變更至Oracle數(shù)據(jù)庫、全量/增量加載至本地內(nèi)存程序、批量生成本地緩存文件、本地緩存加載至本地內(nèi)存程序4個處理過程[22]。

圖6 電網(wǎng)GIS本地緩存處理過程Fig.6 Process of grid GIS local buffering

3.5 離散數(shù)據(jù)可視化

3.5.1 基本描述

由于極端天氣格網(wǎng)測點的數(shù)據(jù)量非常巨大，且是離散分布的，很難直接進行有效的展示，必須進行數(shù)學(xué)綜合分析處理?？紤]到天氣在地表影響場里的連續(xù)變化特性，對格網(wǎng)測點進行影響范圍緩沖擴邊，對相同數(shù)據(jù)進行融合，結(jié)果進行B樣條曲線光滑美化處理，空間坐標(biāo)存入企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心，通過統(tǒng)一服務(wù)進行地圖發(fā)布，最后利用OGC協(xié)議展示極端天氣的可視化圖形分布。

3.5.2 數(shù)據(jù)處理

緩沖區(qū)是指為了標(biāo)示某地理實體對其周圍環(huán)境的鄰近性或影響度而在其周圍建立的一定寬度的帶狀區(qū)。建立緩沖區(qū)，在系統(tǒng)中是使用非常頻繁的一種空間分析，是對空間影響進行度量的一種重要方法。

而融合是指溶解空間相鄰、指定屬性相同的地理實體為一個實體，如：鄉(xiāng)鎮(zhèn)可以融合縣，縣可以融合為地區(qū)，地區(qū)可以融合為省，通過融合能夠大幅減少具有相同特性的實體數(shù)，在100×100的網(wǎng)格中，甚至可以減少到10位數(shù)以內(nèi)的數(shù)據(jù)量，融合過程如圖7所示。

圖7 空間融合過程Fig.7 Process of spatial merging

基于以上緩沖區(qū)和融合的處理，設(shè)計離散型測量數(shù)據(jù)可視化處理過程如圖8所示。

圖8 離散型測量數(shù)據(jù)可視化處理過程Fig.8 Process of discrete data visualizing

3.5.3 理論依據(jù)

正方形的可視性通常是比較呆板的，氣象格網(wǎng)表面上離散的，實際是以點帶面的連續(xù)變化場，通?？梢圆捎眠B續(xù)曲線進行擬合處理，在此采用B樣條曲線進行擬合。

B樣條曲線是在貝塞爾（Bezier）曲線基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一類連續(xù)曲線，它克服了Bezier曲線整體控制性所帶來的不便，改正了一個控制頂點的位置會影響整個曲線的形狀等諸多缺點。

4 結(jié)論

全電壓等級的電網(wǎng)資源、資產(chǎn)、量測模型一體化設(shè)計，支撐模型包括一次系統(tǒng)的電網(wǎng)設(shè)備模型、電網(wǎng)資源模型、電網(wǎng)設(shè)備拓?fù)淠Ｐ?，二、三次系統(tǒng)的信息模型及通信協(xié)議，客戶模型。一體化維護流程充分適應(yīng)營配貫通、配網(wǎng)成圖、量測點對應(yīng)、帳卡物協(xié)同等業(yè)務(wù)場景。電網(wǎng)拓?fù)?、設(shè)備臺賬、量測信息等態(tài)勢數(shù)據(jù)綜合利用，實現(xiàn)可視化展示。統(tǒng)一設(shè)計公共拓?fù)浔恚辉侔凑蛰斪兣涞蛯I(yè)進行劃分。

解決IEC61970量測模型中，量測量與連接點關(guān)聯(lián)的兩大問題，即關(guān)聯(lián)的不可操作性和其他系統(tǒng)的不可訪問性。結(jié)合生產(chǎn)實踐中的可操作性及可維護性，以及其他系統(tǒng)的可訪問性，在模型中擴展量測集節(jié)點，并將量測量與連接點關(guān)聯(lián)改為量測量或量測量組與設(shè)備關(guān)聯(lián)。其他系統(tǒng)通過設(shè)備編號及量測量類型來訪問，獲取需要的數(shù)據(jù)。

電網(wǎng)資源空間數(shù)據(jù)作為企業(yè)級電網(wǎng)準(zhǔn)實時資源中心重要的數(shù)據(jù)源之一，可支撐電網(wǎng)GIS功能應(yīng)用，實現(xiàn)電網(wǎng)資源的可視化展示。通過客戶機端內(nèi)存和硬盤存儲介質(zhì)的輕量級緩存，實現(xiàn)電網(wǎng)資源空間數(shù)據(jù)分布式的備份存儲，并采用合理的數(shù)據(jù)增量更新機制，保證客戶機端和服務(wù)器端數(shù)據(jù)的一致性，最終有效降低服務(wù)器端訪問壓力，提高系統(tǒng)運行效率和可用性。

在電網(wǎng)資源空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用過程中，存在離散分布、連續(xù)變化、數(shù)量巨大的與業(yè)務(wù)相關(guān)的空間數(shù)據(jù)，如極端天氣格網(wǎng)測點、負(fù)荷密度等，難以直接表達(dá)有效信息，必須進行數(shù)學(xué)綜合分析處理。根據(jù)此類數(shù)據(jù)在地表影響場里的連續(xù)變化特性，對離散測量數(shù)據(jù)進行影響范圍緩沖擴邊，然后對相同值域內(nèi)的空間范圍進行融合，再進行B樣條曲線光滑美化處理，最終將可視化信息存入GIS數(shù)據(jù)庫，通過GIS進行地圖發(fā)布。