基于CIM/CIS的电力实时数据服务设计与实现

叶涵

电力自动化监控系统是利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统,代替常规的测量和监视仪表、控制屏、中央信号处理系统和远动屏,用微机保护代替常规的继电保护屏,避免了常规继电保护装置不能与外界通信的缺陷。变电站自动化监控系统可以采集到比较齐全的数据和信息,利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能,可方便监视和控制电站内各种设备的运行和操作,具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征[1]。本文设计的电力监控系统实时数据服务采用基于组件的方法进行开发,实时数据服务的高效率和准确性为整个系统的可靠性和安全性提供了必要的保证。

1实时数据服务的总体设计

IEC-61970标准是由国际电工委员会相关工作组制定的、为电力系统能量管理系统服务的数据库公共模型和通用接口标准。IEC-61970系列标准草案采用公共信息模型(Common Information Model,CIM)描述电力系统资源的公用信息,并以组件接口规范(Component Interface Specification,CIS)访问CIM。CIM规定了CIS的语义,61970的其他标准规定了CIS 的语法[2]。

实时数据服务负责传输和分发各种实时数据,包括所有数据采集系统的上传数据和下发数据,各种通知信息和报警信息等。为了实现系统高扩展性,本系统采用了基于组件的分层体系结构。根据实时数据服务的总体需求,组件分为两层:业务逻辑层、数据层。业务逻辑层组件有实时数据服务代理组件、消息服务组件、双机热备组件;数据层组件包括CIS组件、系统管理器代理组件、历史数据转储组件、历史数据服务代理组件、实时数据库。系统框架图如图1所示。

2电力监控系统实时数据服务实现

2.1 基于CIM规范的实时数据库

CIM被划分一组包的形式,选择使用CIM包的形式可以使得模型易于设计,理解和评析[3]。CIMDB组件中的数据必然要包括类、属性、类的实例以及它们之间的关联关系。

为了达到快速访问定位这一目的,本系统采用常驻内存数据库。数据库中的对象可以通过它们的名字、标识符和引用进行访问。一个哈希函数对每个名字分配一个唯一的标识符。在一个对于每个本地数据库都唯一的对象哈希表中,这些标识符作为索引来使用。因此,哈希表包含指向数据的指针而不是数据本身,这样避免了存储不同大小的对象的问题。我们采用网状数据结构来构成常驻内存数据库来与CIS规范的接口函数相匹配,体系结构如图2所示。

CIMDB组件与原始数据的映射通过ID信息建立,根据原始数据变量的定义与CIM规范数据类型进行对应,以符合CIM规范。

2.2 CIS组件设计

CIS规范的接口有很多,以实现DAF(Data Access Facility)和DAIS(Data Acquisition from Industrial Systems)两个包为例。

DAF是OMG根据UMS的应用需要及其信息系统发展的现状和前景制定的数据读取API,主要用于从一个UMS系统或应用中以近实时或非实时模式只读地获取分析数据。DAIS API的目的是支持有效的实时传输大量的从工业过程到大范围的客户的数据,支持参数发现和参数值更新。DAIS是用来传输在线数据的而不能用来配置实现API的服务。对于CIMDB中的数据,CIS采用如图3所示的结构与其进行交互。

2.3 实时数据服务代理组件设计

实时数据服务代理组件是为那些需要实时数据的子系统而设计的,它位于其他子系统内部。如果某个子系统需要与实时数据服务交互,则实时数据服务代理就应该驻留在该子系统中,该子系统通过实时数据服务代理与实时数据服务通信。它起到一个其他子系统和实时数据服务系统交互的中间桥梁作用。

2.4 对象分析模型

实时数据服务为其他子系统提供了实时数据,保证系统的运行。图4中的箭头表明了实时数据在实时数据服务和其他系统的交互中的流通方向。由此也看出实时数据服务处于整个电力监控系统的核心位置。

3系统的运行及测试

对照系统的需求,按照工程要求读取配置文件进行初始化,启动实时数据服务。其中配置文件为图5所示形式。根据客户需求给出的实时数据服务初始化要求进行初始化,启动实时数据服务。例如,对于某工程Pro1中的某子站Sta1,初始化其子站链表以及子站的变量。设要初始化网络变量,则读取变量信息组态XML数据文件中字段属性符合网络变量的有关本子站的所有变量,取出需要的字段分别赋值到实时数据库中。

启动之后,利用测试程序将数据库中的变量数据按要求输出。由图6可以看出实时数据服务已经把工程配置文件中的信息正确存储并可以读出。可见本系统可以正常启动和工作。br>

经过与其他系统的集成并对整个电力监控系统的系统测试,可以在向交互的其它系统中看出实时数据服务已正常工作和输入输出数据。从而进一步证明了本实时数据服务设计和实现的可行性。

4结语

目前,61970标准的应用范围基本上位于EMS领域之内。本文提出并证明,如果基于CIM/CIS构建电力企业设备管理系统,那么设备管理系统就可以与遵循61970标准的EMS系统实现互联互通。随着61970标准的应用范围正不断扩大,在设备管理系统中探索CIM和CIS的实现是非常必要的。这对于电力企业非EMS系统的建设具有重要的指导意义,对于异构系统间的数据交换、“即插式”应用的添加、标准化电力设备以及其他应用的数据结构都有十分重大的实用价值。

参考文献

[1] 石树平,马运荣.卜论变电站自动化技术发展现状及要求[J].继电器.2000,28(10).

[2] Draft IEC61970: Energy Management System Application Program Interface (EMS-API).

[3] 浣惠莺.基于IEC-61970标准的电力设备数据库模型及接口研究[S].2004,8.

[4] OMG,CORBA服务[M].电子工业出版社,2002.

[5] 朱其亮,郑斌.CORBA原理及应用[M].北京邮电大学出版社,2001.