基于SOA架构的配电自动化系统与GIS信息交互

孙克成

基于SOA架构的配电自动化系统与GIS信息交互

孙克成

（南京四方亿能电力自动化有限公司，江苏南京211101）

提出一种基于面向服务架构（SOA）的系统方案，使用网络服务（web service）技术，以解决配电自动化系统与配电地理信息系统（GIS）之间的信息交互问题，并对方案中各个相关模块及接口进行了说明。最后，对信息在模块中的传输效率进行分析。此方案支持配电网所要求的数据“源端唯一，信息共享”原则，可以很好地应用到实际电网场景中。

配电自动化系统；地理信息系统；公共信息模型；矢量图形；面向服务架构；网络服务

配电自动化系统（DAS）是一种可以使配电企业在远方实时监视、协调和操作配电设备的自动化系统。配电自动化系统一般由下列层次组成：配电主站、配电子站、配电远方终端（FTU、DTU、TTU等）和通信网络。其中，配电自动化主站系统除了基本的数据采集与监控（SCADA）外，还具备馈线自动化（DA）、配电网高级应用分析等扩展功能，同时支持配网自愈等智能化功能，而这些功能的实现基础就是配电网的公共信息模型（CIM）和矢量图形（SVG）数据。但是，如果这些图模数据完全使用配电自动化系统自身的建模和绘图工具来生成，一则建模内容较多，工作量较大；二则无法实现模型共享，不适用于大型复杂配电网，也无法适用配电网的业务流程。目前较好的解决方案是，全部模型数据及大部分图形数据由地理信息系统（GIS）获取，少部分复杂图形数据由配电自动化系统本身绘制关联模型。除了配电自动化系统的图模数据需要从GIS获取，GIS系统也需要从配电自动化系统获取实时数据以实现信息的同步更新和显示，还可以进行电网运行状态分析及停电影响范围分析等应用。但是，目前配电自动化系统是部署在生产控制大区（I区），而配电GIS系统部署在信息管理大区（Ⅲ区），中间有物理隔离的存在，不能够直接通信。因此，需要一套行之有效的方案来实现跨隔离区的信息交互。

面向服务架构（SOA）技术，目前在各个行业应用较为广泛，主要用来解决信息系统之间的交互和沟通问题。目前，SOA最主要的实现方式为Web服务，它将应用程序的不同功能单元使用标准的接口封装成Web服务，并通过发布、查找、绑定3个步骤完成操作［1］。SOA技术应用在配电网中，可以很好地解决异构异区的数据信息交互问题。

1 总体方案

1．1 方案概述

本文基于SOA架构，设计了一种配电自动化系统与GIS系统信息交互的方案，如图1所示。本方案主要包含DAS、配电GIS系统、信息交换总线（IEB）及总线适配器等部分内容。

其中，IEB是遵循IEC61970和IEC 61968的公共信息模型，将电网资源数据进行一体化设计和统一建模，从而实现数据的统一表达和信息共享［2］。在满足电力二次系统安全防护规定的前提下，IEB具有通过正／反向物理隔离装置穿越生产控制大区和管理信息大区实现信息交互的能力［3］。适配器是面向异构系统集成，实现数据格式转换、通信协议转换或服务接口转换等目标的代理软件或服务。

本方案设计的通信，包括配电自动化系统与适配器、GIS系统与适配器、信息交换总线与适配器、适配器与适配器间的通信，它们均以网络服务（web service）的方式通信。涉及的数据交互有图模数据交互，配网实时及故障信息数据交互。

1．2 图模数据交互

标准的、各应用共同遵守的电网地理信息模型是信息交换和集成的前提［4］。GIS系统负责维护电网图模数据，将发生变更的线路列表通过服务通知给配电自动化系统。配网自动化系统根据线路ID，通过GIS应用服务程序获取线路的图模数据（CIM，SVG），从而解析生成自身系统的网架结构，开展业务应用。

GIS系统与配电自动化系统图模交互分为初始化和增量更新两个阶段。在初始化阶段，GIS以管理辖区（供电局或分县局）为单位，导出辖区内的全量配电线路图模数据给配电自动化系统。配电自动化系统完成数据初始化，形成完整的电网架构。在增量更新阶段，当电网模型发生变更时，GIS在模型发布节点，将发生变更的线路列表通过服务通知到配电自动化系统。配电自动化系统接收到通知后，以线路为单位取变更后的图模数据，从而更新自身系统的电网模型。

图1 总体方案

1．3 其他数据交互

1．3．1 配网实时数据

配电自动化系统主动发布配网开关刀闸、配网负荷、配网变压器、配网母线实时信息给GIS，通过E文件格式将数据发布。配网实时数据需要实现每3 min发送一个数据断面。

GIS接收到实时数据后，更新到后台服务程序的内存中，当Web页面需要展示实时数据时，将相应的实时数据推送到客户端进行展现。

1．3．2 故障信息

故障信息分为故障实时信息和故障处理结果。

故障发生后，配网自动化系统根据配电终端传送的故障信息，可快速定位故障区段，并将配网故障实时信息推送给GIS。配网故障发生后，调度员会隔离故障区域，部分区域恢复供电，只剩故障区域失电。此时，向GIS发布配网故障处理结果，即发布故障区域内所有的失电设备。配网故障信息数据实现实时传送，延时不超过15 s。当接收到故障停电报警信号或需要对某台设备、某条线路进行检修时，配电GIS系统可利用决策模型自动决策出最小停电范围的最优化停电隔离点，为开具抢修操作票提供依据，并提高供电可靠性指标［5］。

2 数据交互接口说明

2．1 图模交互接口

GIS系统与配电自动化系统的图模交互主要发生在增量更新阶段。配电GIS系统以web service方式发布GIS服务接口。接口应该包括建立连接、断开连接、设置版本、获取线路的地理沿布图的CIM拓扑模型、获取单线图的SVG图形等内容。建立连接接口用于建立和GIS服务之间的连接；断开连接接口用于断开和电网GIS平台之间的连接；设置版本接口用于指定装载的版本；获取线路的地理沿布图的CIM拓扑模型接口用于返回指定10 kV线路的地理沿布图的CIM拓扑模型文件；获取单线图的SVG图形接口用于返回指定单线图的SVG图形文件。GIS适配器A以web service方式发布面向GIS服务的接口，主要包括接收GIS模型变更通知接口。

发生图模异动时，GIS调用GIS适配器A的模型变更通知接口，通知发生模型变化的10 kV线路及其版本信息。GIS适配器A以GIS提供的用户名及密码做为输入参数调用GIS服务的建立连接接口，以建立与GIS的连接，接着设置需要获取的模型版本，然后获取发生变化线路的最新图模信息，最后断开与GIS服务的连接。GIS适配器A获取的图模数据以CIM模型文件及SVG图形文件的形式保存到本地设定目录。三区总线适配器A定时扫描此目录，把目录下的图模文件传送到信息交换总线上，由信息交换总线路由到一区总线适配器A，并把图模文件保存到设定目录。DAS适配器A定时扫描目录，调用配电自动化系统提供的接口，把图模数据导入到配电自动化系统的数据库中，数据传输结束。

整体交互过程如图2所示。

图2 图模数据传输过程

2．2 实时数据接口

DAS适配器B定时调用DAS服务接口，把获取到的配电网模型实时信息，如开关、刀闸、变压器、母线等，组织为CIM／E格式数据文件并保存到设定目录下。一区总线适配器B定时扫描此目录，把获取到的CIM／E文件传送到信息交换总线，由信息交换总线路由到三区总线适配器B。三区总线适配器B把接收到的CIM／E数据保存落地到设定目录。GIS适配器B定时扫描目录并调用GIS服务接口把CIM／E文件中模型数据导入到GIS系统中。

2．3 故障信息接口

在配网故障实时信息中，包含了故障发生点、故障区域、设备类型、设备编码等信息。在配网故障处理结果的信息中，包含了故障区域的失电设备信息。可以把故障实时信息及故障处理结果信息按XML格式组织在内存中，然后进行BASE64编码并压缩为字符串形式。

如图1中所示，配电自动化系统调用DAS适配器B接口，把故障信息传递给DAS适配器B。DAS适配器B把信息传递给一区总线适配器B，一区总线适配器B再传递到信息交换总线上，由信息交换总线路由到三区总线适配器B。三区总线适配器B再把信息转发至GIS适配器B，最后由GIS适配器B调用GIS服务接口把信息传递给GIS系统。整体流程如图3所示。

图3 故障信息传输过程

3 数据传输效率分析

方案中传输的数据文件主要有图模文件、CIM／E模型文件，故障信息以字符串形式传输。图模文件主要是在模型增量更新时生成并传输，一般为单个模型文件，体积大小不会超过10 MB。CIM／E模型文件由配网实时模型断面数据组成，一般也就几兆字节大小，故障信息字符串就更小了。几个使用相对广泛的web service技术，如axis2，cxf，gsoap等，传输一个10 MB的文件平均也就几秒的时间。传输的主要时间消耗在信息交换总线的跨区信息路由传输上。目前主流厂商的信息交换总线产品，如南瑞的IEB2000、四方的CSGC3000／PIB、国电南自的DS6500信息交换总线，穿越安全隔离区传输一个几十兆字节的文件只需要十几秒的时间，传输效率很高。对于实时要求较高的故障信息传输，由于体积较小，由配电自动化系统传输至GIS系统只需要几秒钟，完全可以满足GIS系统展示及分析的实时性要求。对于实时性要求相对较低的图模文件、CIME模型文件，使用定时的方式读取传输，可在几分钟之内传输至对侧系统，满足准实时性要求。

4 结束语

配电自动化系统与GIS系统分属于不同的电力隔离区，配电自动化系统所需的配电图模信息需要从GIS系统获取，而GIS系统为了完成配电网监视、

网络拓扑分析等功能，所需的实时数据来源于配电自动化系统。本文提出了一种跨隔离区的基于SOA架构的信息交互方案，讨论了配电自动化系统与GIS系统之间图模数据、实时数据、故障信息的交互方式及接口设计。并对数据传输的效率进行了分析和阐述，对配电网运行所要求的“数据源端唯一，信息全局共享”原则进行了很好的支持，可以实际运用到各地方电网中。

［1］ 余萍，杨威，张蕾．基于SOA架构的电力GIS共享平台设计［J］．河北电力技术，2010，29（4）：20－22．

［2］ 候新叶，刘艳，花新乐，等．基于IEB的智能配电网信息集成研究［J］．河北电力技术，2012，31（4）：8－9．

［3］ 刘健，赵树仁，张小庆．中国配电自动化的进展及若干建议［J］．电力系统自动化，2012，36（19）：6－10．

［4］ 周云成，许童羽，付立思．基于CIM和SOA的电力GIS系统架构［J］．电网技术，2014，38（4）：1 115－1 120．

［5］ 卢娟，李沛川．浅析电力GIS系统的发展及其主要功能［J］．测绘通报，2005（2）：55－58．

A Study on the Information Interaction Between the Distribution Automation System and GIS Based on SOA

SUN Kecheng
（Hanjing Sifang E-Power Automation CO．，Ltd．Nanjing Jiangsu 211101，P．R．China）

This paper presents a system scheme based on SOA，in which the web service technology is used to solve the problem of the information interaction between the distribution automation system and GIS．In addition，it describes related modules and interfaces in the scheme．Finally，the transmission efficiency of the information in the modules is analyzed．The scheme conforms to the“unique source port and information sharing”principle of the distribution network，which can be applied in actual power grids．

distribution automation system；GIS；CIM／SVG；SOA；web service

TM71

A

1008-8032（2017）02-0046-04

2016－09－07

孙克成（1985－），工程师，研究方向为配电自动化系统。