基于配電網(wǎng)模型差異化分析的信息模型映射技術(shù)

林山　許進(jìn)　劉紅霞

摘 要：本文通過使用統(tǒng)一建模語言（Unified Modeling Language ，UML）工具對(duì)配電網(wǎng)模型差異化進(jìn)行分析，利用公共信息模型（common information model，CIM）映射技術(shù)，解決了配電網(wǎng)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、模型不一致，導(dǎo)致語義沖突，無法進(jìn)行互操作的問題。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；公共信息模型；同名映射；異名映射；統(tǒng)一建模語言；EA

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.166

0 引言

配電網(wǎng)的設(shè)備具有點(diǎn)多、面廣、線路長(zhǎng)的特點(diǎn)，且配電網(wǎng)大都為基礎(chǔ)設(shè)備，對(duì)比主網(wǎng)設(shè)備，其操作較為頻繁，導(dǎo)致配電網(wǎng)數(shù)據(jù)頻繁變動(dòng)；其次配電網(wǎng)人均設(shè)備量大，配電網(wǎng)的調(diào)度、運(yùn)行、維護(hù)、檢修、改造等工作量較大，以至于配網(wǎng)數(shù)據(jù)不完整、不統(tǒng)一；再者配電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分散在不同系統(tǒng)中，系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、模型不一致，且由于各地使用DAS的廠家不同、建設(shè)時(shí)間不同，DAS遵循的標(biāo)準(zhǔn)不一或不盡完全遵循標(biāo)準(zhǔn)，作圖不規(guī)范或使用系統(tǒng)方式不對(duì)等均會(huì)導(dǎo)致模型、數(shù)據(jù)的不標(biāo)準(zhǔn)[1]，導(dǎo)致配電網(wǎng)信息模型不統(tǒng)一，不易實(shí)現(xiàn)信息交互[2]。

配電網(wǎng)日常工作的應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)模型準(zhǔn)確性（正確的模型數(shù)據(jù)、連接關(guān)系以對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行分析、計(jì)算），數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性（有準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)以供調(diào)度員使用）的要求都是非常高的，直接影響防誤分析、高級(jí)應(yīng)用、仿真成票、操作票內(nèi)容的準(zhǔn)確性，影響系統(tǒng)的實(shí)用化程度。

基于配電網(wǎng)信息模型不統(tǒng)一的問題，本文為實(shí)現(xiàn)“全局共享，源端唯一”的CIM信息交互信息原則[3]，通過UML工具對(duì)配電網(wǎng)信息模型進(jìn)行差異化分析，確定映射關(guān)系，再根據(jù)映射關(guān)系進(jìn)行配電網(wǎng)模型映射，實(shí)現(xiàn)不同版本模型間的數(shù)據(jù)層次映射。

1 配電網(wǎng)模型文件分析

1.1 配電網(wǎng)模型分析

IEC61970是由IECTC57 WG13負(fù)責(zé)制定的系列標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的定義使電力系統(tǒng)各種應(yīng)用能夠不依賴信息的內(nèi)部表示存取公共數(shù)據(jù)和交換信息，為現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)提供一個(gè)基于公共信息模型，公共體系結(jié)構(gòu)，基于組件技術(shù)的系統(tǒng)集成框架[4-5]。能即插即用和互聯(lián)互通，使系統(tǒng)集成和信息共享更加容易。IEC61970標(biāo)準(zhǔn)CIM模型涵蓋了電力系統(tǒng)絕大部分應(yīng)用所需的信息模型，而且IEC61970應(yīng)用較廣，比較容易實(shí)現(xiàn)信息交互[6]。本文將對(duì)比IEC61970標(biāo)準(zhǔn)CIM模型，對(duì)配電網(wǎng)模型進(jìn)行差異化分析，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)模型差異化映射。

IEC61970標(biāo)準(zhǔn)CIM模型主要包含的類有：

間隔類（Bay）、電壓等級(jí)類（VoltageLevel）、基準(zhǔn)電壓類（BaseVoltage）、廠站類（Substation）、網(wǎng)絡(luò)模型地理區(qū)域子集類（SubGeographicalRegion）、網(wǎng)絡(luò)模型地理區(qū)域類（GeographicalRegion）、導(dǎo)電設(shè)備類（ConductingEquipment）、端子類（Terminal）、基準(zhǔn)功率類（BasePower）等。

配電網(wǎng)模型與IEC61970標(biāo)準(zhǔn)CIM模型主要區(qū)別有：

（1）配電網(wǎng)模型中變壓器（TransformerModel）被當(dāng)做壓變箱；

（2）配電網(wǎng)模型沒有變壓器繞組（TransformerWinding）、發(fā)電機(jī)（Generation）、電機(jī)組（GeneratingUnit）、直流線段類（DCLineSegment）、拓?fù)鋶u類（TopologicalIsland）、電容（Cpacitance）、電抗（Reactance）；

（3）配電網(wǎng)模型中網(wǎng)絡(luò)模型地理區(qū)域子集類、網(wǎng)絡(luò)模型地理區(qū)域類、交流線段類（ACLineSegment）概念都發(fā)生了改變，沒有線路類（Line）的概念，電壓等級(jí)類概念模糊；

（4）IEC61970標(biāo)準(zhǔn)模型文件在一個(gè)文件中，信息比較集中；而配電網(wǎng)模型一條線路段一個(gè)文件，數(shù)據(jù)比較冗余，且配電網(wǎng)模型沒有量測(cè)包（Means）；

（5）IEC61970標(biāo)準(zhǔn)模型中名稱屬性為cim：IdentifiedObject；而配電網(wǎng)模型中名稱的屬性為cim：Naming；

（6）IEC61970標(biāo)準(zhǔn)模型中導(dǎo)電設(shè)備與端子只有反向關(guān)系，沒有正向關(guān)系； 而配電網(wǎng)模型中導(dǎo)電設(shè)備與端子有正向反向關(guān)系。

1.2 模型映射頂層架構(gòu)

配電網(wǎng)模型映射頂層架構(gòu)如圖1所示，描述了配電網(wǎng)CIM映射的方法。

首先通過使用EA（EnterpriseAchitect）工具來對(duì)配電網(wǎng)CIM模型進(jìn)行分析，獲取配電網(wǎng)模型的映射關(guān)系，并與IEC61970標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，得到一個(gè)初步結(jié)果，即過程1；然后將配電網(wǎng)模型根據(jù)過程1得出的初步結(jié)果進(jìn)行同名異名映射，輸出一個(gè)初步模型文件，完成了過程2；再根據(jù)過程2得出的初步模型文件進(jìn)行IEC61970標(biāo)準(zhǔn)深度對(duì)比，確定映射關(guān)系，并根據(jù)映射關(guān)系輸出目標(biāo)CIM模型文件，實(shí)現(xiàn)過程3。

2 配電網(wǎng)模型的差異化映射

2.1 配電網(wǎng)模型差異化初步映射算法

本文通過使用EA工具對(duì)配電網(wǎng)模型文件進(jìn)行分析，獲取模型節(jié)點(diǎn)、關(guān)聯(lián)、屬性的映射關(guān)系，并將其與IEC61970標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行初步對(duì)比，確定模型待轉(zhuǎn)換元素及初步映射關(guān)系，得到一個(gè)初步結(jié)果，再根據(jù)初步結(jié)果進(jìn)行同名異名映射，得到一個(gè)初步模型文件。

配電網(wǎng)模型文件根據(jù)對(duì)比所得出的初步映射關(guān)系進(jìn)行同名異名類映射，同名映射有兩種情況，對(duì)于屬性相同的類可以直接建立映射關(guān)系，進(jìn)行同名屬性映射，而對(duì)于屬性不同的，則需要進(jìn)行檢索，檢索到對(duì)應(yīng)的類屬性，再建立映射關(guān)系，進(jìn)行異名屬性映射；異名映射也需要進(jìn)行同名屬性映射和異名屬性映射。

而異名映射與同名映射不同，需要考慮相關(guān)類的映射，所以異名映射算法將從父類或者關(guān)聯(lián)類作為起點(diǎn)，至匹配之前需一直進(jìn)行迭代搜索。

2.2 配電網(wǎng)模型差異化深度對(duì)比映射算法

配電網(wǎng)模型通過初步映射得到一個(gè)初步模型文件，再將其與IEC61970標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深度對(duì)比，確定映射關(guān)系，輸出目標(biāo)模型文件。

模型差異化深度對(duì)比映射算法首先將初步模型文件與IEC61970標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深度對(duì)比，確定模型文件同名節(jié)點(diǎn)、屬性、關(guān)聯(lián)的差異元素；然后對(duì)其進(jìn)行同名節(jié)點(diǎn)補(bǔ)充，同名屬性補(bǔ)充，關(guān)聯(lián)補(bǔ)充，確定映射關(guān)系，根據(jù)映射關(guān)系規(guī)則得出目標(biāo)模型文件。

3 結(jié)語

配電網(wǎng)模型的統(tǒng)一是實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)信息交互的基礎(chǔ)，本文通過將配電網(wǎng)模型通過EA工具進(jìn)行分析，將模型與IEC61970標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行初步對(duì)比，并確定配電網(wǎng)模型與IEC61970標(biāo)準(zhǔn)CIM模型的差異，得出一個(gè)初步結(jié)果，然后再對(duì)配電網(wǎng)模型進(jìn)行差異化映射，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)模型的同名映射和異名映射，得出一個(gè)初步模型，再對(duì)初步模型進(jìn)行深度IEC61970標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，確定映射關(guān)系，根據(jù)映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)模型的映射。提出了一種配電網(wǎng)模型差異化映射的方法，解決了配電網(wǎng)信息模型不統(tǒng)一的問題，為實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)信息交互奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫宏斌，吳文傳，張伯明等.IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展在調(diào)度控制中心集成化中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（16）：21-25.

[2]趙江河，王立巖.智能配電網(wǎng)的信息架構(gòu)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（15）：26-29.

[3]黃嵩，張沛超，李燦.基于本體映射與規(guī)則推理的智能電網(wǎng)信息集成技術(shù)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，40（24）：150-155.

[4]張慎明，劉國(guó)定.IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)系列簡(jiǎn)介[M].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2002，26（14）：1-6.

[5]1EC61970-301-2007，Energy management system application program interface（EMS-API）-part-301：common information model（CIM）base[S].

[6]朱見偉，丁巧林，楊宏，王晶.配電網(wǎng)CIM綜合模型的構(gòu)建與應(yīng)用[J].繼電器，2006，34（10）：60-72.

基金項(xiàng)目： 國(guó)網(wǎng)山東省電力公司2014年科技項(xiàng)目