基于CIM模型的服务流技术在电力信息集成的应用

李勇，孔平，许乃媛，李立生

（1.国网山东省电力公司，济南250001；2.国网山东省电力公司济宁供电公司，山东济宁272023；3.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250003）

基于CIM模型的服务流技术在电力信息集成的应用

李勇1，孔平2，许乃媛1，李立生3

（1.国网山东省电力公司，济南250001；2.国网山东省电力公司济宁供电公司，山东济宁272023；3.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250003）

提出基于CIM模型的服务流技术，阐述服务流的定义以及匹配方法。服务流技术可以支撑SOA框架体系，满足因电力信息系统融合而不断服务增加的需求。介绍将服务流技术应用于电力信息系统的实际流程，说明该技术可以更好地满足IEC 61970/61968接口，可以为电力信息系统间的交互以及扩展提供技术方法。

IEC 61970/61968；CIM；服务流；SOA框架；电力信息系统

0　引言

国家电网公司提出“规划、标准、建设三统一”要求，坚持自主创新，全面建设坚强智能电网，这符合国家信息化和工业化融合的要求，也迎合了世界电网发展新趋势以及我国电网发展的实际情况。坚强智能电网的特征包括信息化、自动化与互动化［1］，信息化作为智能电网的基本特征，是对信息实时性与非实时行特点的融合及价值的体现［2］，同时也是整个智能电网构架的基础，即信息化支撑大电网的智能，信息集成系统覆盖电网生产的各个环节。电网公共信息模型CIM是由IEC 61970定义的基础部分以及IEC 61850定义的配网模型扩展部分构成，提供电力企业生产对象的抽象模型。智能电网的信息化，建设各类统推与自建系统，涵盖输变配用等生产环节，应该制定相应的标准，明确各系统间交互的语义与语法基础，为“即插即用”的智能电网信息交互总线建设的理念提供支撑。面向服务体系架构（SOA）作为信息交互时代的主要技术已广泛应用于各电力生产系统，基于IEC 61970/61968标准的SOA架构从语法上约束各系统的交互规则［3］，语法规则一致的服务可以保证系统间信息共享，并保证数据的一致性、准确性、实时性，从而极大提高信息交互的效率。但是，电力生产信息系统数量繁多，服务也随着电力生产业务的发展以及随之增长的各类需求而不断增加，然而企业流程往往是由一个确定的过程模型驱动的［4-5］，因此需要把已有的服务组合起来创建新的功能。结合CIM模型，引入服务流的概念，应用于电力信息系统的信息交互，从语义约束服务的组合方法。

1　相关技术

1.1CIM模型

CIM（电力企业公共信息模型）是由IEC 61970-301部分与IEC 61968-11的配网扩展部分组成，提供输配领域各个环节的信息规范语义［6］。描述了EMS等系统的对象、属性以及关联，并以类图的形式直观表示，CIM已被国家电网公司采用，便于各厂家系统间的应用集成。CIM定义的全面逻辑视图，作为信息交换模型，可满足异构环境的软件产品信息流的通用性要求，以“即插即用”的方式实现系统间的互联、互通与互操作。CIM由包组成，包可作为模型元件分组的方法，主要包括Core、Topology、Wires等几个逻辑包，每个逻辑包代表部分电力系统模型，包的集合发展成为独立的标准，CIM的主要逻辑包如图1所示。

图1　CIM模型逻辑包示例

1.2面向服务架构

面向服务架构（service-oriented architecture，SOA）是企业应用集成方面比较先进和成熟的技术，最早从软件工程领域提出，是计算机行业从计算时代与搜索时代发展到交互时代的趋势。目前，包括云计算以及大数据技术应用的开发模式，均需要具备开放性、通用性、方便性、可扩展以及动态伸缩，因SOA框架满足上述特性而被广泛应用于各领域的系统集成。SOA的基本思想是面向应用需求，整合逻辑独立的系统接口，通过定义、标准化、组合等操作，构建一系列元操作，并以服务的形式存在。SOA模型主要有服务请求者、服务提供者和服务注册中心3种角色，在统一的数据规范标准下，服务请求者和服务提供者通过服务注册中心进行交互，实现数据共享，服务者无需知道服务存在的位置、形式、分析以及提取，这样的计算/存储技术脱离了关系代数以及严格的形式化验证，仅需利用自定义的接口实现满足需求计算服务，是计算机软件工程行业的一大进步，SOA模型框架如图2所示。

图2　SOA模型

2　基于CIM服务流的实现与应用实例

2.1基于CIM服务流定义

尽管在面向服务体系结构中，关系代数等强约束不存在，但是服务描述被认为是服务提供者和请求者的一种约定。虽然这种约定在完整性和精确程度上会有差别，但是最终要提供这样一种机制：定义一种面向用户的目标服务，通过信息集成以及语义匹配，找到能够满足用户需要的服务，并返回服务的名称、位置等详细信息。现有的服务发现方法不是仅仅局限于关键字匹配的方法，还可实现语义层次的搜索［7］。本文提出的服务流是带顺序约束的服务组合，该服务在构建的过程中，利用CIM的逻辑类实例化对象，前一个服务的功能输出与后一个输入的功能输入是匹配的，且该服务流的功能满足请求者的需要。

定义1：CIM服务的扩展性描述模型S=｛D，E，P｝，其中D是基本描述，即服务名称和文本描述；F是服务功能描述，其形式化描述为F＝｛Pe，InP，Eff，Outp｝，即满足前提条件Pe，已有输入参数InP，执行效果Eff，得到输出结果Outp，且F的4种功能描述元素可继承CIM的逻辑类；P是属性描述，一般为QoS属性。

服务请求的形式化描述Sreq与服务描述一致，为实现有效的服务流组合Sres=（S1，S2，…，Sn），就要求在给定的环境中解决不同服务之间的语法和语义的差异。本文借鉴文献［8］中对概念集Ci与CSi概念族的等价关系的描述，以及Sreq与S的组合匹配关系定义。

定义2：服务流与服务请求的满足关系Sres⇒Srep表示为Sn.Outp⊇Sreq.Outp&S1.Inp⊇Sreq.Inp&S1.Pe⊇Sreq.Pe，即Sres入口（前提条件与输入）包含Sreq入口，同时Sres出口（输出）包含Sreq出口，Si与Sj可组合（|i－j|=1）。

2.2服务流的实现

服务流的查找本质上是查找服务的过程，对服务流的查找可以转化为一系列地对服务的查找。首先从满足输出条件Sn查找开始，以服务可组合关系为条件，最终找到输入与前提条件均满足的S1结束。

请求者获取堆栈地址，该堆栈代表满足条件的服务流，并将其构造成一个BPELL（Business Process Execution Language）［9］过程，执行后获得结果。如果在查找的过程中有多个满足约束条件，可以利用非功能性属性进行刷选。

3　服务流的应用实例

一个电网管理用户需要管辖区域内的所有10kV出线开关状态，并在地图中显示。该服务的输入参数为用户的区域代码，输出参数为地图，详细服务（LocateMap）表述如表1所示。

假设当查找时，没有查找到与之对应的服务，就需以服务流的形式组合。LocateMap的出口条件匹配服务，查找到ShowMap服务满足条件，该服务的表述如表2所示。

表1　LocateMap描述

表2　ShowMap描述

由于ShowMap出口与LocateMap匹配，但是输入条件与之不匹配，需继续以ShowMap服务的入口作为条件查找到GetState服务，见表3所示。

同样，因为GetState判断为非服务流初始服务，需继续以GetState服务的入口作为条件查找到Get-Location服务，见表4所示。

表3　GetState描述

表4　GetLocation描述

显然，GetLocation的出口条件与GetState的入口条件语义匹配。同时该服务的入口条件与LocateMap入口条件一致，因此ShowMap、GetState、GetLocation可以组成服务流，可以利用BPEL4WS［10］将这3个服务按这种线性次序组合在一起，就可以形成满足需求的新服务LocateMap。在该实例中DomainID、Position继承于资产包（Asset）；LocationID继承于拓扑包（Topology）；State继承于电线包（Wires）；DomainMap继承于拓扑节点类（TopologicalNode）。

4　结语

提出基于IEC 61970/61968标准的服务流技术，阐述了服务流的定义，匹配方法，可以支撑SOA框架体系，并以电力信息系统的一个实际案例进行了说明。其中，ShowMap服务应为GIS系统定义，GetState服务（10 kV）应为配电自动化系统定义，GetLocation服务应为PMS系统中定义，这些服务的提出可以更好的利用CIM模型，标准化信息服务的同时，也为信息系统的融合提供了充分的技术手段。

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［2］刘振亚.智能电网技术［M］.北京：中国电力出版社，2010.

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孔平（1973），高级工程师，主要从事电力信息管理和信息系统安全、大数据研究工作；

许乃媛（1975），高级工程师，主要从事自动化技术研发和科技信息管理工作；

李立生（1973），高级工程师，主要从事配电网自动化技术研究工作。

Application of Service Flow Technology Based on CIM Model to Electric Power Information System

LI Yong1，KONG Ping2，XU Naiyuan1，LI Lisheng3
（1.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China；2.State Grid Jining Power Supply Company，Jining 272023，China；3.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

The service flow technology is presented based on CIM model，and definitions of the service flow and matching method are expounded.The service flow technology can support the SOA framework to meet the increasing demand caused by the fusion of electric power information systems.An actual service flow case is applied in power information system，and results show that this technique can make better use of IEC 61970/61968 interface，and provide technical methods for the interaction and expansion between information systems.

IEC 61970/61968；CIM；service flow；SOA framework；electric power information system

TM76

A

1007-9904（2015）10-0031-04

2015-08-25

李勇（1972），男，高级工程师，主要从事科技信息管理和电力系统技术研发工作；