基于 IEC 61968 国际标准的智能电网信息集成

顾建炜，周志芳，邵学俭

（杭州市电力局， 杭州 310009）

浙江省电力学会供电专委会专栏

基于 IEC 61968 国际标准的智能电网信息集成

顾建炜，周志芳，邵学俭

（杭州市电力局， 杭州 310009）

研 究 了 国 际 上 在 智 能 电 网 信 息 集 成 方 面 的 技 术 发 展 和 前 景 ， 分 析 了 IEC 61968 标 准 和 消 息 的研 究 成 果 和 实 现 方 法 。 探 讨 杭 州 电 力 局 配 电 管 理 系 统 （DMS）在 智 能 电 网 建 设 中 采 用 IEC 61968标 准实现企业信息总线传递标准服务接口的集成需求，并通过地理信息系统（GIS）供电范围查询服务进行技术验证。

智 能电网 ； IEC 61968； 信 息集 成； CIM

智能电网的概念由美国首先提出，是对未来电网发展方向的规划，目标是将现代信息技术、通信技术、 计算机技术和原有的输/配电基础设施高度集成，发展成具有提高能源效率、减少对环境影响、增强供电安全性和可靠性、降低传输电能损耗的绿色先进电网。虽然国际上对智能电网的各方面展开了广泛的研究，但是还没有形成统一的定义和技术标准，因此不同国家的电网企业和组织都在以自己的方式和理解对智能电网进行研究和实践。我国建设的智能电网是以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展为目标，以信息化、自动化、互动化为特征的国际领先的坚强智能电网，但是还处在研究和试点的初级阶段。杭州市电力局以建设智能配电网项目试点基地为契机，积极开展智能电网信息集成相关的研究和实践工作， 本文则主要阐述基于 IEC 61968国际标准的电力企业信息系统集成的实现。

1 智能电网信息集成

从功能上讲，智能电网应具有“自愈、兼容、优化、互动、集成”五大特征，覆盖电力生产、传输、消费全过程和全业务，实现电力流、资金流、信息流高度整合与协同运作。而信息集成则是实现“自愈、 兼容、 优化、 互动”的基础。

与传统电网相比，智能电网的信息集成应解决目前电力企业系统内部存在多个信息孤岛、缺乏信息共享的弱点。在局部的自动化程度不断提高的同时，进一步优化各级电网控制，构建松散耦合的柔性体系架构，使得系统中多个割裂、局部、孤立的自动化系统与企业生产管理和运营系统相结合，构成一个实时的有机统一整体。

国际上已经在实现智能电网的信息集成方面开展了大量不同应用层面的标准制定和工程实践： 国际电工委员会（IEC）制定的电力企业应用集成的 IEC 61968 标准、 基于能量管理系统应用接口的 IEC 61970 标准、 用于变电站网络通信和系统的 IEC 61850 标准、 描述风力发电模型的IEC 61400-25 标准、 水力发电模型 IEC 62349 标准、 执行控制中心间通信规约的 IEC 60870、 信息总线通信安全的 IEC 62351 标准、 客户信息系统（CIS）推 荐信息 模型 IEC 62056 标准、 用 于营销系统（ERP）的 IEC 62325 标准等； 美国电气和电子工程师协会（IEEE）也根据清洁能源的发展和广泛应用推出了分布式电源（DER）信息模型IEEE 1547 标准、 考虑智能电网信息融合和互操作的 IEEE P2030 等。

如此众多的标准以及分散在各个应用系统中的定制信息模型，必将形成从电力企业全局高度实现信息集成的瓶颈。 为此， IEC TC57 专门成立了 WG 19工作组，以研究不同模型之间的互操作和兼容问题， 例如 IEC 61968/61970 的公共信息模型（CIM）与 IEC 61850-7 的设备逻辑节点模型的交互， 与 IEC 61850-6 配置信息的交互等。现有的信息标准也必将随着智能电网的发展而不断更新。

2 IEC 61968 标准和消息

随着配电管理系统（DMS）功能的不断发展和外延不断扩大，传统的由一个特定供应商提供DMS所有功能的实现模式变得越来越不现实，用户迫切希望 DMS是由不同的应用子系统，特别是不同厂商的应用子系统以某种规范的方式简洁地集成在一起，实现不同应用间的数据交换和共享，以减少数据维护工作量，降低 DMS系统建设的总成本。

在这种背景下， IEC TC57WG14 工作组提出了 IEC 61968 标准用于规范 DMS 应用功能的集成。 IEC 61968 标准涉及 DMS 总体架构体系模型、数据模型、功能设计和子系统接口设计方法,倾向于促进支持电网管理的多种分布式软件应用的系统集成。 企业需要连接已建成的或新的（遗留或购买的）不同应用时，这些应用可由不同的运行环境支持。

IEC 61968 标准注重于不同应用模块的交互而不是系统的具体实现，所以并未定义某一模块的具体实现方式和细节，也未定义 DMS系统应由哪些执行模块组成，而是从整体业务功能上将DMS 系统 分为 几个 抽 象 应用 组件（component），并对各个组件的接口规范进行定义。 图1 为 IEC 61968 抽象业务组件示意。

IEC 61968 CIM 公共信息模型是电力企业信息一体化中应用集成的重要工具，以统一建模语言（UML）为基础， 包括公用类、 属性、 关系等，其类（Class）及对象（Object）是抽象的， 可 应 用 于许多电力系统，它是逻辑数据结构的灵魂，并在此基础上扩展定义数据交换模型。 CIM 信息模型定义了信息交换内容的语义，是整个协议框架的基础和核心。

图1 IEC 61968 抽象业务组件

信息集成需要用企业集成总线将不同的服务、组件或应用连接起来， 传统的企业应用集成（EAI）往往使用公共对象请求代理体系结构（CORBA）和组件对象模型（COM）等组件化技术进行分布式、跨平台的程序交互，系统拓扑结构较复杂，组件的连接协议是私有的、非标准的，存在系统灵活性差、投入成本巨大、新系统无法快速部署等问题，不能很好地满足企业集成的需求。

在这种背景下， 面向服务的体系结构（SOA）将应用系统抽象成一个个粗粒度的服务、标准化服务接口、松耦合服务架构。使用面向服务的企业服务总线（ESB）平台集成遗留 IT 系统， 将系统服务化， 通过服务组合的方式复用企业 IT 资产，对于新开发的信息系统，采用插接方式进行快速部署，缩短了投资回报周期，提高了系统的适应性、灵活性和扩展性。

由于 IEC 61968 的侧重点在于应用间的信息交换，借鉴电子商务和工作流的思想定义了主要电网系统的交互，即通过系统间交换标准“文档”完成业务功能， 因此 SOA 的思想可与 IEC 61968相结合后应用于电力企业中。

ESB 是用来整合应用和服务的一个灵活的基础架构， 而构建服务是 SOA 环境的首要工作， 服务抽象则应从战略上对企业业务系统进行分析。用简单的、跨越多个业务单元的不可知服务来实现单一的核心过程，力求服务构件内部的服务性能尽可能高。对于遗留系统，可以通过自下而上分离业务、分离服务，找出现有系统中能作为服务公开以支持这个过程的功能；对于新建系统，则坚持按照 SOA 的企业规划实施， 自上而下找出支持单一核心过程所需的服务。

IEC 61968 系列标准的第 1 部分定义了服务抽象，第 3-10 部分定义了应用间的消息交换，涵盖了所确定的业务功能，使用了用例和活动图来说明接口间的信息交换。对各个信息交换需求特别定义了消息类型，有如下规定：消息类型可由不同的协议实现， 一个消息类型是基于 CIM 的规范数据模型，使用可扩展标记语言模式（XSD）定义消息类型。服务定义涉及的主要工作有业务流程建模、 公共信息模型（CIM）扩展和定义消息模型， 最终完成 Web 服务描述语言（WSDL）。 其中业务流程建模包括应用级的业务过程模型和企业级的业务过程模型，形成用例与顺序图。在模型驱动工具中根据顺序图和集成场景， 对 CIM进行必要的扩展， 并以 CIM 为公共语义模型， 涉及消息交换模型， 定义消息载荷 XSD 文件， 基于Web Services 完成服务定义。

3 IEC 61968 研究与实践

电力企业的数据是非常重要的资源，在对数据资源实现计算机管理后，对其进一步利用和维护将更为重要。杭州市电力局配电管理系统经过多年的建设与发展，积累了丰富的实施开发经验以及相对完善的基础电网数据， 形成了以 GIS 为基础资料的信息维护与更新模式。 在DMS建设过程中，逐步开发了相应业务应用系统。

随着信息量及业务功能的增加，现有系统的弊端逐步凸现，如配电网信息模型不统一、异构的集成架构、信息编码不一致等，从而造成数据的重复维护、信息无法充分共享以及业务流程处理过于复杂等相关问题，也将成为今后配电管理系统进一步深化应用的瓶颈。

为了进一步深化配电管理系统应用、提高配电网管理水平，适应未来智能电网的发展要求，有必要在杭州市电力局已经建设并运行的信息集成平台基础上， 进行基于 IEC 61968 的配电管理系统模型及架构体系研究， 结合 CIM 和消息传递机制的最新研究成果，建立适应杭州市电力局的配电管理系统标准模型及架构体系，为配电管理系统的进一步深化应用和开发提供总体规划目标，实现配电网信息一体化应用管理，从而提升整个配电网的管理水平，提高杭州市电力局的总体服务水平。

杭州市电力局在将 IEC 61968 国际标准应用到实际智能配电网建设过程中，建立了 SOA 架构的信息集成总线。 遵循 IEC 61968 国际标准的系统建设理念，结合电力系统二次安防要求和实际情况， 在总线上集成了地理信息系统（GIS）、配电调度系统（DSCADA）、 调度 SCADA 系统和配电工作管理（DJM）等多个异构系统。 图2 是基于IEC 61968 总线系统的架构示意。

为了实现图2 所示的信息架构，实现 GIS 系统数据的“源端唯一、 全局共享”， 就需要把私有模型的 GIS 转换为 IEC 61968 的公共模型，实现GIS 数据的共享。

由 于 GIS 采 用 的 建 模 方 法 与 CIM 采 用 的UML 方法有较大差异， 因此 GIS 的服务实现取决于基于 IEC 61968 消息总线上的集成， 必须在服务接口上对 CIM 作数据模型的差异化分析， 满足相关类和属性的一一对应关系。 例如， 将 GIS 内部定义的开关类（Switch）映射到 CIM 中与开关相关的类中。

一般情况下， GIS 模型与 CIM 模型都存在相互不对称的情况， 即 GIS 模型中的类和属性在CIM 中没有定义， CIM 模型中规定的内容在 GIS模型中也暂时还未考虑。因此，在对双方差异化分析的同时， 需在 CIM 模型中扩展一部分 GIS 模型， 进而依赖此扩展模型生成与 IEC 61968 标准相兼容的扩展消息，实现在集成总线上传输标准格式的扩展数据。

4 扩展消息实例

在图2 的总体框架下，选择 GIS 系统应用场景中供电范围查询作为 IEC 61968 的应用集成验证，实现 GIS 提供的根据选定的开关沿供电线路向下搜索至线路末端上所有设备拓扑的功能服务。供电范围查询由选定的线路中某个开关作为拓扑分析服务的触发点， 由 GIS 返回该开关设备的 ID 以确认该设备的存在。进而，拓扑分析服务向 GIS 的供电范围查询服务请求该开关所在线路沿供电路径向下所有设备的拓扑信息，经分析后在界面上显示结果。

图3 为供电范围查询消息流程。 在 GIS 与拓扑分析服务之间实现了两次消息的应答，这些消息均采用 IEC 61968-1 中所定义的相应动词和IEC 61968-3 中 定义的 NetworkDataSet消息体 格式，接口双方均实现了消息与分析程序间基于XML 的序列化和解析， 准确地传递了由 GIS 系统解释、查询和生成的供第三方应用分析软件需求的数据，实现了在异构平台上的信息集成。

5 结语

杭州市电力局在建设智能配电网试点项目基础 上， 引入国 际 标准 IEC 61968， 分 析了当 前DMS中各系统的现状， 在集成的总体框架下，利用 IEC 61968 消息传递机制和标准接口服务，在企业信息总线上实现了 GIS 供电范围查询服务，验证了采用 IEC 61968 标准实现信息集成的技术可行性， 为下一阶段全面实现基于 IEC 61968 的松耦合电力企业信息集成提供了可行的技术依据。

图2 基于 IEC 61968 总线系统架构

图3 供电范围查询场景

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（本文编辑：龚 皓）

Information Integration for Smart Grid Based on IEC 61968 International Standard

GU Jian-wei， ZHOU Zhi-fang， SHAO Xue-jian
（Hangzhou Municipal Electric Power Bureau， Hangzhou 310009， China）

This paper studies the international technical development and prospect of information integration for smart grid， analyzes the research findings and implementation methods of IEC 61968 standard and message.The integration of enterprise information bus delivery standard service interface is explored during smart grid construction by means of IEC 61968 standard for distribution management system （DMS） in Hangzhou Municipal Electric Power Bureau.And the technical verification is carried out through the inquiry service of power supply range in the geographic information system （GIS）.

smartgrid； IEC 61968； information integration； common informationmodel （CIM）

TP391

：A

：1007-1881（2011）04-0030-05

2010-12-12

顾建炜（1976-）， 男， 浙江杭州人， 高级工程师，从事配电自动化及电力信息系统研究与建设工作。