李娜，劉德強，梁永青，李煥群（.西南交通大學電氣工程學院，成都　60000；.國網(wǎng)菏澤供電公司，菏澤　74000）

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智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)研究

李娜1，劉德強1，梁永青2，李煥群2
（1.西南交通大學電氣工程學院，成都610000；2.國網(wǎng)菏澤供電公司，菏澤274000）

摘要：

關鍵詞：

0　引言

隨著電力市場化的發(fā)展，業(yè)務流程敏捷性的要求逐漸提高，同時隨著智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的實施，電網(wǎng)一體化特征日益明顯，電網(wǎng)調(diào)度控制復雜性大大增加，這些都對調(diào)度技術(shù)支持手段提出了更高的要求[1]。各調(diào)度中心必須通過技術(shù)手段實現(xiàn)調(diào)度中心之間以及調(diào)控中心內(nèi)部的信息集成與共享，為電網(wǎng)調(diào)度運行人員提供全面細致的電網(wǎng)狀態(tài)，并提供相應的輔助決策支持、控制方案和應急預案等，實現(xiàn)多維度的全景監(jiān)視、綜合智能預警和大電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制。為滿足上述要求，OPEN3000、D5000系統(tǒng)等調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)相繼開發(fā)完成并上線運行，為調(diào)度一體化集成提供了一體化平臺和應用集成環(huán)境。

本文就基于面向服務的靈活架構(gòu)SOA[2]和公共信息模型SG-CIM[3]，綜合目前已有的技術(shù)和國際標準[4]，對智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)做了研究分析，并對已有系統(tǒng)適當改進。綜合從技術(shù)集成和信息集成兩個方面，闡述其對智能電網(wǎng)調(diào)度橫向集成、縱向貫通以及提高調(diào)度業(yè)務敏捷性的支撐。

1　基于SOA的系統(tǒng)總體架構(gòu)

面向服務架構(gòu)SOA為調(diào)度業(yè)務系統(tǒng)提供了靈活的IT支持。SOA作為一種應用框架，它將業(yè)務應用劃分為獨立的、接口中立且完整描述的業(yè)務功能模塊（即服務），使用戶可以構(gòu)建、部署和整合這些服務，且無需依賴應用程序及其運行平臺，從而解耦功能組件接口與具體實現(xiàn)，并將應用邏輯和業(yè)務流程分開，快速支持流程變化?；赟OA思想，采用總線和消息中間件技術(shù)，能進一步實現(xiàn)服務的空間解耦以及時間解耦，為調(diào)度業(yè)務系統(tǒng)集成提供標準的技術(shù)集成方案，解決應用集成技術(shù)異構(gòu)問題。

基于SOA的智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)采取分層分布式總體架構(gòu)，如圖1。

應用層是指調(diào)控中心各集群化應用、數(shù)據(jù)庫以及傳統(tǒng)應用，包括數(shù)據(jù)采集群、實時監(jiān)控群、網(wǎng)絡分析群、調(diào)度計劃群、數(shù)據(jù)庫集群以及現(xiàn)有的遺留打包應用等。系統(tǒng)接入層按照支撐平臺服務組件標準完成對上述應用的服務化封裝，支持傳統(tǒng)接入和集群化接入方式。對于傳統(tǒng)打包應用，通過相應的適配器完成服務化改造；對于集群應用，提供集群化管理、資源定位、資源調(diào)度、心跳管理、分布式數(shù)據(jù)存儲與訪問等集群應用開發(fā)支持以及對外提供一體化透明訪問接口的代理運行支持。逐漸實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、SCADA數(shù)據(jù)處理、AGC、AVC以及其他高級分析應用的集群改造，充分響應智能調(diào)度的海量數(shù)據(jù)采集和處理需求，并在數(shù)據(jù)可靠采集的基礎上通過集群式的在線預警分析實現(xiàn)全網(wǎng)快速計算，為智能電網(wǎng)提供實時預警決策支持。

圖1　基于SOA的電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)總體架構(gòu)

接入平臺的應用以及平臺功能均以滿足平臺要求的標準服務方式公開，并按照重用性分為基礎服務、業(yè)務服務和流程服務?；A服務是統(tǒng)籌電力調(diào)度中心各應用功能的數(shù)據(jù)及應用需求而抽象出的公共服務集，主要包括報表服務、告警服務、人機界面服務、數(shù)據(jù)服務、圖形服務、模型管理服務、CASE服務等業(yè)務基礎服務以及事務、安全、事件、管理等平臺公共服務。這些公共服務是實現(xiàn)各級調(diào)度一體化和調(diào)控一體化的基礎，為各分布式業(yè)務應用的開發(fā)和運行提供一致的基礎功能。業(yè)務服務和流程服務涵蓋了調(diào)度中心的所有業(yè)務，根據(jù)智能電網(wǎng)調(diào)度需求，分為四類服務集：實時監(jiān)控與預警類、調(diào)度計劃類、安全校核類和調(diào)度管理類。為使服務接口盡量簡單并方便從已有系統(tǒng)功能封裝，采用業(yè)務應用功能自然大小確定業(yè)務服務劃分粒度，如數(shù)據(jù)采集服務、SCADA服務、AGC、AVC、狀態(tài)估計、靜態(tài)安全分析服務等。流程服務層封裝調(diào)度流程業(yè)務邏輯，將其與下層無狀態(tài)的應用邏輯和表示層的會話控制邏輯分開，提高應用邏輯的重用性和流程的靈活性，并簡化應用前端。流程創(chuàng)建、執(zhí)行和管理由平臺公共工作流服務提供。工作流服務完成流程文件解析，并利用流程引擎自動通過服務總線實現(xiàn)服務的靈活編排和順序調(diào)用。

交互層基于單點登錄和圖數(shù)模一體化技術(shù)[5]提供統(tǒng)一交互界面，實現(xiàn)各應用服務的界面整合，為調(diào)度各專業(yè)人員和系統(tǒng)維護人員提供可視化的監(jiān)控、操作和維護工具。

2　系統(tǒng)總線

總線為上述架構(gòu)的實現(xiàn)提供了基礎軟件平臺，支持異構(gòu)環(huán)境中的服務以基于消息和事件驅(qū)動模式的交互，實現(xiàn)了集成組件之間的位置解耦和協(xié)議透明。為滿足調(diào)度控制系統(tǒng)的特殊數(shù)據(jù)傳輸要求，通過對企業(yè)服務總線[6]、中間件技術(shù)[7]、訂閱/發(fā)布策略[8]等技術(shù)的融合和擴展，采用服務總線和高速數(shù)據(jù)總線的集成總線模式，同時滿足實時監(jiān)控I區(qū)的實時數(shù)據(jù)高速傳輸以及橫向跨區(qū)、縱向跨級的安全可靠交互。

2.1服務總線

服務總線作為服務中介，提供服務注冊、服務目錄查詢、服務代理、服務請求路由等功能。掛接在服務總線上的服務發(fā)布到注冊信息庫，并提供多種視圖的目錄分類和查詢，返回服務描述。服務描述包含供其他組件連接和調(diào)用所需要的服務接口信息，統(tǒng)一按照Web Service標準服務描述WSDL提供。服務請求者通過查詢服務列表定位服務，并根據(jù)得到的服務描述信息調(diào)用服務或通過服務總線完成服務交互。

服務總線支持服務代理模型，服務代理接收客戶端服務請求，并將其路由到提供功能實現(xiàn)的業(yè)務服務，實現(xiàn)業(yè)務服務的位置解耦；同時能夠完成消息格式和協(xié)議的轉(zhuǎn)換，從而支持不同類型業(yè)務服務的接入。業(yè)務應用通過服務代理參與到工作流服務[9]的流程編排中，能充分適應業(yè)務流程變化，并且在業(yè)務應用替換或維護時不會影響到流程其他部分，保證流程的正常運轉(zhuǎn)。

服務總線模型如圖2。

2.2高速數(shù)據(jù)總線

為滿足調(diào)度I區(qū)的實時需求，在I區(qū)服務總線基礎上擴充高速數(shù)據(jù)總線，用于電網(wǎng)遙測數(shù)據(jù)、開關變位信息、事故信號、控制信息等實時信息和電網(wǎng)事件的直接傳輸。高速數(shù)據(jù)總線采用同節(jié)點共享內(nèi)存、節(jié)點間基于TCP/IP點對點或組播通信的內(nèi)部實現(xiàn)機制，并基于事件的發(fā)布/訂閱模式，滿足SCADA、AGC、AVC等實時自動服務。事件集根據(jù)系統(tǒng)應用需求定義，包括各類告警信事件、告警確認事件、人工置數(shù)事件、SCADA數(shù)據(jù)更新、模型數(shù)據(jù)更新、保護動作事件等。消息總線通過提供一系列簡單的消息原語屏蔽其內(nèi)部實現(xiàn)細節(jié)，包括總線的連接/斷開、事件訂閱/撤銷、事件發(fā)布等?；诟咚贁?shù)據(jù)總線實現(xiàn)安全I區(qū)事件驅(qū)動式的功能調(diào)用，例如由模擬量狀態(tài)變化事件觸發(fā)實時數(shù)據(jù)庫更新以及越限識別報警，由指定設備運行狀態(tài)變化事件觸發(fā)拓撲動態(tài)分析著色，由人工置數(shù)事件觸發(fā)在線潮流計算及安全分析等。高速數(shù)據(jù)總線交互模型如圖3。

圖2　服務總線模型

圖3　高速數(shù)據(jù)總線模型

3　信息集成

3.1信息模型標準

接口標準化只是系統(tǒng)集成的一方面，另一方面是信息集成，即語義標準化和語法標準化。

SG-CIM為此提供了公共語義。SG-CIM是在IEC61970/61968等標準制定的公共信息模型CIM基礎上，按照電網(wǎng)公司的業(yè)務特點，對國際標準的研究成果進行擴展和優(yōu)化而形成的電力通用信息模型。SG-CIM提供用對象類和屬性以及它們之間的關系來表示電力系統(tǒng)資源的標準方法，同時提供了用戶擴展規(guī)范。SGCIM為調(diào)度中心信息集成提供了統(tǒng)一的信息數(shù)據(jù)模型支撐[10]，為各系統(tǒng)應用模型定義、總線消息模型定義以及數(shù)據(jù)庫模型定義提供了元數(shù)據(jù)模型。

模型描述目前有CIM/XML和CIM/E[11]兩種方式。E格式是在XML格式的基礎上表格化的格式擴展，更適合傳統(tǒng)面向關系應用的數(shù)據(jù)交換。CIM/E格式示例：

＜CIM_E Version=”1.0”name=”example”＞

＜class_name＞

@AttributesAliasTypeSize Unit…

Attr1Alias1 string64

Attr2Alias2int4kv

…

＜/class_name＞

＜/CIM_E＞

CIM/E將傳統(tǒng)面向關系的數(shù)據(jù)描述方式與面向?qū)ο蟮腃IM相結(jié)合，不僅吸收了面向?qū)ο蠓椒ǖ奶攸c，同時保留面向關系方法的高效率，在一定程度上解決了CIM/XML文檔描述冗余而造成的文件大、交換效率低的問題[12]，更適用于較大模型數(shù)據(jù)的在線交換和共享。同時表格化的關系描述，方便數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)和數(shù)據(jù)讀取及處理，可作為狀態(tài)估計、潮流計算、安全分析等業(yè)務應用傳遞實時數(shù)據(jù)的消息載荷。

3.2基于CIM的一體化建模和維護

電網(wǎng)模型一體化創(chuàng)建和全局共享是調(diào)度中心信息交互的基礎。調(diào)度技術(shù)支持平臺基于SG-CIM語義和圖數(shù)模一體化技術(shù)實現(xiàn)模型管理和圖形服務，并通過圖形編輯器提供基于CIM/E模型格式和CIM/G格式的一體化建模和維護。圖形編輯器提供對應于元數(shù)據(jù)設備對象模型的圖元庫，圖元模型采用與CIM元數(shù)據(jù)模型相同的元數(shù)據(jù)標識GUID實現(xiàn)圖模一體化。在圖形編輯器中通過拖拽圖元完成對象實例創(chuàng)建并命名，圖元對象實例與設備對象實例采用相同的對象實例標識mRID實現(xiàn)圖模數(shù)一體化，完成電網(wǎng)模型創(chuàng)建，并保存相應的G格式圖形文件。

電網(wǎng)模型中的設備參數(shù)信息分別由調(diào)度端不同專業(yè)各自維護，如靜態(tài)參數(shù)由自動化設置，暫態(tài)參數(shù)由方式設置，完成本區(qū)域全業(yè)務模型分布式維護。由模型服務連同上級下發(fā)的等值模型以及下級電網(wǎng)模型合并成本區(qū)域全景模型，保存為E格式模型文件。

模型服務接收不同應用對不同層次模型的訂閱請求，通過模型拆分技術(shù)，利用模型拓撲關系和層次邏輯關系，從模型中提取出符合規(guī)則的子模型，包括與模型對象對應的圖形數(shù)據(jù)和通信表，生成新的模型文件并發(fā)布，完成模型實時更新。模型服務模型如圖4。

圖4　模型服務模型

3.3基于CIM的統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務

各業(yè)務功能應用按照統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型要求產(chǎn)生的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)服務統(tǒng)一管理。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)交互方式主要有以下方式：直接訪問物理數(shù)據(jù)庫以及通過服務封裝訪問業(yè)務系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)，這兩種方式由于消息格式不容易統(tǒng)一，不同模塊之間交互困難，同時接口與數(shù)據(jù)耦合性高，應用服務維護繁瑣。為解決上述問題，利用服務總線的代理模式建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)代理服務，以CIM模型類和屬性為數(shù)據(jù)訪問對象，同時基于對象全局標識mRID通過全景模型將不同存儲實體中統(tǒng)一對象的各種數(shù)據(jù)關聯(lián)在一起，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的邏輯集中。通過服務總線ESB提供跨越多個業(yè)務應用和多個異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的單一數(shù)據(jù)視圖和統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口，包括模型數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、文件的服務訪問接口。數(shù)據(jù)代理服務統(tǒng)一接收數(shù)據(jù)請求消息，利用服務總線的動態(tài)路由功能將請求消息轉(zhuǎn)發(fā)到各個業(yè)務服務進行處理，并返回結(jié)果數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)代理服務返回給數(shù)據(jù)服務客戶端。數(shù)據(jù)服務模型如圖5。

圖5　數(shù)據(jù)服務模型

4　結(jié)語

面向服務架構(gòu)SOA為系統(tǒng)集成提供了靈活的基礎架構(gòu)，采用總線技術(shù)作為智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)SOA架構(gòu)的實現(xiàn)基礎，一方面為各調(diào)控中心各應用提供了松耦合的交互集成方式，另一方面提煉出一系列重用性較高的功能作為公共服務，為各應用提供了一體化的開發(fā)和運行支持。同時，技術(shù)支持系統(tǒng)支持基于電網(wǎng)公共模型SG-CIM的廣域范圍內(nèi)的統(tǒng)一建模和協(xié)調(diào)維護，在模型共享的基礎上實現(xiàn)各級調(diào)度中心之間以及調(diào)控中心內(nèi)部的數(shù)據(jù)共享。從而從技術(shù)集成和信息集成兩大方面，有效地為智能電網(wǎng)全局、廣域、協(xié)調(diào)調(diào)度控制提供一體化信息交互和應用集成平臺，并滿足調(diào)度業(yè)務敏捷性的要求。

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李娜（1991-），女，山東菏澤人，碩士研究生，研究方向為電力系統(tǒng)及其自動化

劉德強（1970-），男，四川成都人，副研究員，從事領域為電氣化自動化研究與軟件開發(fā)及交通智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)

梁永青（1972-），女，山東菏澤人，中級工程師

李煥群（1964-），男，山東菏澤人，助理工程師

Research on Smart Grid Dispatching Technical Support System

LI Na1，LIU De-qiang2，LIANG Yong-qing2，LI Huan-qun2
（1.Department of Electrical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 61000；2.State Grid Heze Power Supply Company，Heze 274000）

Abstract：

Proposes a model named SG-CIM，the smart grid dispatching technical system based on the flexible architecture service-oriented architecture（SOA）and state grid-common information model，the realization of the system is based on the integration of several standards including CIM/E language，service description language（WSDL），and bus technology，cluster technology，subscribe/publish strategy，model split/merge and other technologies.As a result，the system provides a flexible integration platform for intelligent dispatching operation and management，including technology integration and information integration，so as to realize wide-area information interaction and application integration inside dispatching and control center and among control centers at all levels.

Keywords：

基于面向服務架構(gòu)SOA和電力公共信息模型SG-CIM，綜合CIM/E語言、服務描述語言WSDL、Web Service等現(xiàn)有規(guī)范以及總線、集群化、發(fā)布/訂閱、模型拆分/合并等多種技術(shù)，從技術(shù)集成和信息集成兩大方面對智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)做研究分析，為智能調(diào)度提供靈活的一體化平臺，實現(xiàn)調(diào)控中心內(nèi)部以及各級調(diào)度中心的信息交互和應用集成。

智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)；SOA；Web Service；總線；SG-CIM；CIM/E；統(tǒng)一建模和維護；數(shù)據(jù)服務

文章編號：1007-1423（2016）14-0069-05

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.14.015

作者簡介：

收稿日期：2016-03-22修稿日期：2016-05-10

Smart Grid Dispatching Technical Support System；SOA；Web Service；Bus；SG-CIM；CIM/E；Unified Modeling and Maintenance；Data Service