基于CORBA分布式对象技术的新一代电网调度自动化系统的应用研究

陈 扬

广东电网公司电力科学研究院 广东 广州 510000

0 引言

随着电力系统的发展和电力体制改革的深化，为保证电网安全、优质和经济运行以及电力市场的有序运行，电力调度中心可能同时运行有多个应用系统，例如能量管理系统（EMS）、电能量计量系统、调度生产管理系统、配电管理系统（DMS）和电力市场技术支持系统等。每个系统中同时包括了多个应用，例如EMS包括SCADA、AGC、网络分析和DTS等应用。在监控中心，由于每个系统或应用可能由不同的开发商研发，所以他们的软件平台、数据库、通信协议和应用程序界面是不相同的。由于缺乏一个统一的标准，所有开发商用他们各自的数据库、界面和通信协议。这给通信带来了麻烦，形成了“孤岛”现象。因此，提高对信息共享的认识是电网调度自动化系统发展的重点和目标。IEC 61970标准就是为了构建CIM去描述电网的客体对象并且构建CIS去实现电网调度自动化系统的互操作。

1 CORBA型分布式对象技术的优点

IEC 61970［1］标准是新一代电网调度自动化系统中数据模型的理论基础，而面向对象的分布式技术是实现这个系统的技术保证。

TCP/IP协议通常用于局域网通信。虽然具有很高的效率，但是这种方式极大地依赖着网络类型，执行语言，应用方式和系统平台等因素。相反，在运用面向对象的分布式技术时，TCP/IP协议被屏蔽。通信过程由ORB负责。在组应用中，开发的过程集中在相互交换数据。在采用ORB后，根据标准界面，ORB就建立服务器和客户端的互连。ORB的功能介绍如下：

1）接收客户端发送的服务请求，并且在服务器上实现请求的变化；

2）设定一个路线方案，寻找一个服务对象；

3）提交客户参数；

4）计算结果后返回；

图1是客户服务请求进程图。客户对象发送一个请求给服务对象来执行。事实上，一个客户就被看做是一个个体，这个个体给一个服务对象发送一个功能性的请求，而这个服务对象拥有实现这个功能请求的数据资源和代码。一个对象请求代理的功能首先是寻找到一个服务请求，然后从客户端接收这个服务请求后将执行结果返回给客户端。在发送一个请求后，一个客户对象能通过轮询或者其他方式获取到服务对象的计算结果。

图1 客户服务请求进程图

2 CORBA电力系统应用方法和问题

由于使用CORBA的网络通信的效率比直接使用TCP/IP要低。过去，一些人曾怀疑CORBA是否能满足电网实时性能的要求［2］。主要有以下两个方面的问题：

1）在电网调度自动化系统采用CORBA的可能性。

2）在电网调度自动化系统中CORBA的应用方法。

对于第一个问题，答案是肯定的，首先，IEC 61970标准是新一代电网调度自动化系统发展的奠基石。CIM界面定义将成为正式的标准。并且每个应用界面必须和元件界面规格一致，也就是说，每个元件应封装相关的应用程序代码，并且给开发商提供一个标准的、公开的方法访问。这能满足一个开放式系统相互连接的需求。CORBA是构建元件模型最合适的工具。其次，CORBA不仅能够提供简单的、广泛的、标准化的集成方法，而且这种系统结构能在分布式多机型环境下解决集成和开发问题。所以在电网中必须采用CORBA。

对于第二个问题，有两种CORBA应用的方法。

第一种：在满足实时性能的基础上，CORBA能用于构建系统平台；

第二种：CORBA能用于封闭现有的应用或服务去形成元件

在非实时系统下，现有的CORBA应用状态表明CORBA能简化分布系统的复杂性。但应用在控制中心的CORBA应能满足实时性能需求，特别对于一个实时任务，例如：报警、遥测通信传输。所以，CORBA性能测试应该在实时条件下进行。

3 CORBA性能测试

CORBA通信性能测试是在结合了电力系统应用特点的CORBA通信方法的基础上进行的。

我们知道标准CORBA通信方式是同步的调用，单向操作和延时同步调用。延时同步调用方式一般用于DII中，所以它很少被使用。

除了一些特殊情况外，对象之间要求更多的非耦合通信模型［3］。例如，在电网调度自动化系统中，如果测量值超过了他的限值，监控程序会发送报警消息，然后相关的设备能调整操作状态。如果监控程序与所有相关部分通信都通知告警信息，这个闭藕合通信方式是非常复杂的并且影响系统的升级能力和相关使用者告警的变化数量。应用于告警事件和告警对象的解耦关系能简化通信过程。

事件服务分离了对象之间的通信。事件服务定义对象的两个角色：供方角色和用户角色。供方产生事件数据，而用户处理事件数据。当CORBA标准请求发出时，供方和用户之间进行事件数据的通信。事件服务容许对象用动态的方式登陆和退出。由于事件服务为解藕通信提供了一个方法，所以测试了供方和用户之间的类似推模式的性能。

1）测试环境

测试在100 M局域网下进行。有一个工作站（ULTRA60工作站，667 MHzCPU,512 M内存）和一台服务器（450 MHZCPU，128 M内存）。为避免干扰和增强测试结果的精确度，接下来的测试信息传送格式如图2。每条信息是540比特，每组需要发送30条信息。每次测试时，发送10组信息。实际的测试时间是发送300条信息的时间总和。例如，在客户端和服务器之间大概有300次调用。

2）性能分析

图2 测试信息传送格式

测试结果如图3所示，实施了50次测试。Y轴表示每次测试花费的时间。图3（a）显示了同步调用方式的测试结果，在发送下一条信息之前有一个同步调用，客户端必须等到服务器对当前消息进行响应后再处理调用。所以花费的时间比单向操作方式要长，但是可用率很高。图3（b）显示单向操作测试结果。由于没有来自服务器的响应，速度非常快。但是跟同步调用比较，可利用率较低。

在一个事件服务里，对于在供方和用户之间传递事件数据有两个基本模型［4］［5］推动模型和牵引模型，在推动模型里，供方将事件数据传给用户。与推动模型相比，在牵引模型里获取数据方法是由行为发起方决定。例如，获得数据时间由牵引用户决定，因为牵引模型的行为是活跃的，所以仅仅测试了推动模型。在由供方发送的信息到达用户之前，信息必须在一个事件信道传输。事件服务的的传输速度很低的。但是这是一个同步方法。图3（c）是推动事件服务的测试性能。

虽然CORBA的效率比其它直接由TCP/IP协议构建的通信软件低很多。但是这个技术极大地改善系统开放性和可靠性。从CORBA性能测试可知，如果构件间的间隔尺寸并不是非常小，CORBA系统平台能满足电网调度自动化系统构建之间的通信要求，比如告警服务，SCADA、PAS、DTS 的应用。但是过高的实时通信任务，应该考虑TCP/IP协议。例如，在前置机和SCADA数据服务器的通信。

图3 测试结果

4 在电网调度自动化系统中的CORBA应用

电网调度自动化系统结构如图4。CORBA技术用于图4阴影部分。在底层，CORBA用于集成异构系统，主要的任务是支持内部几个通信协议和解决异构环境下高性能通信问题。这部分中，CORBA需要有实时性能。在高层，基于CORBA的中阶层服务系统用于封装应用和服务去构成各种构件，这些包括公用目标服务，公用的设备和一系列功能代理。功能代理是由应用系统程序封装面向对象的功能实体，而且它们的粒度由实际的应用决定。

图4 电网调度自动化系统结构图

5 结论

本文介绍了基于IEC 61970标准的新一代电网调度自动化系统的背景。因为计算机变得越来越普遍，计算机系统的构建和集成显得越来越重要。分布式对象技术的主流技术是CORBA，它有能力减少系统开发过程中的复杂性和难度。每个应用，每个服务或每个子系统都可以描述为一个或多个组件。所有构件由ORB总线组成的综合框架相连接，这也就是CORBA的核心，并通过ORB互相通信。

根据大量CORBA通信传输效率和性能的测试数据，讨论了采用基于CORBA分布式对象技术在新一代系统中的可行性。CORBA应用的两个主要方法是构建集成框架和封装现有的应用或程序。最后给出并分析了整体系统结构。

我们认为，在我们的努力下，新一代电网调度自动化系统将在不久的将来实现。

［1］樊涛,吴杏平.基于IEC 61970标准的新一代调度自动化系统的研究应用［J］.电力系统装备,2003,（11）:16-20.

［2］Draft IEC 61970.Energy Management System Application Program Interface （EMS API）,Part 301:Common Information Model（CIM）

［3］李亚平,姚建国,黄海峰.SVC技术在电网调度自动化系统中的应用［J］.电力系统自动化,2005,29（23）:80-82.

［4］张慎明,黄海峰.基于IEC 61970标准的电网调度自动化系统体系结构［J］.电力系统自动化,2002,26（10）:45-47.

［5］曹阳,姚建国,张慎明等.XML技术在电网自动化系统中的应用探讨［J］.电力系统自动化,2002,26（21）:73-76.