|
隨著基于IEC61850標準變電站SAS(Substation Automation System)的發展,面向信息點的調度主站EMS(Energy Management System)系統和面向對象的變電站之間的通信需求沖突逐步顯現出來，IEC61970EMS系統與IEC61850變電站模型的差異，如何使其信息交互變得越來越重要。在EMS和SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)監控應用集成框架中，傳統模式存在體系結構耦合過于緊密、整合困難、系統難以移植和擴展、成本過高等問題。Web Services為分布式系統提供了支持，其平臺和語言中立性利于跨平臺的互操作。而EJB/CORBA/DCOM組件技術提供的是緊耦合的遠程過程調用(RPC)機制，而且其協議屬于某個廠家或集團，并不完全開放，在基于Internet的分布式應用上存在一定的局限性；XML.Web Services提供的是松耦合機制，而且所基于的協議得到了業界的廣泛支持，是充分開放的。針對以上問題，本文提出一種基于IEC61970 標準與IEC61850 標準集成、Web Services/CORBA整合的EMS/SAS監控系統，該系統將促進電力企業在更大范圍內實現應用集成。 1 基于整合的改進模式 傳統的實現模式中，應用軟件和SCADA硬件之間為緊耦合，從而導致應用整合、系統移植擴展非常困難，成本增加。網絡控制中心的控制系統(EMS/DMS)和變電站自動化系統(SAS)被用于監控電力系統設備。當這些系統關注同樣的物理對象時,它們在所提供信息的詳細度、性能要求以及在控制中所承擔責任范圍等方面存在差異。為了電力系統的應用更好地集成,變電站間(IEC61850) 和控制中心間( IEC61970)數據相互交換的標準集成勢在必行。 利用IEC61970和IEC61850標準，構建數據模型、系統和服務的抽象描述、標準接口的描述等，運用UML統一建模語言表述面向對象的系統構架和設計。電力管理系統（EMS）結合IEC61970-303、IEC61970-404、IEC61970-407等標準實現，而變電站自動化系統（SAS）結合IEC61850-5、IEC61850-7-2、IEC61850-7-3、IEC61850-7-4等標準實現。為了管理涉及傳統變電站自動化系統設備的相關信息,可以對IEC61970-303的CIM模型描述進行擴展。一些IEC標準中描述的服務可以重新設計，以便能夠適合具體的數據模型。改進的系統不是直接與SCADA系統通信，而是只與Web Services/CORBA系統通信，這樣就可以降低系統管理和更新的復雜度及成本。系統直接用TCP/IP進行通信，也降低了系統的成本。改進實現模型如圖1所示。 2 基于IEC61970和IEC61850標準的整合模型實現 基于UML(Unified Modeling Language) 的表示方式是IEC61970 的一個完整的部分， 以描述它的數據模型。IEC61850沒有用任何正式的建模語言， 而只是依賴文本的描述， 即將模型核對的工作交由人工完成。因此,首先必須開發IEC61850 的UML 模型， 這樣就建立了基于兩個標準的數據對象語意的模型映射。該UML模型是IEC61850 到IEC61970 數據表示方式的雙向的映射基礎。IEC61970 中的CIM/XML是一種用XML 表述CIM 模型的語言,而IEC61850中SCL在第六部分被標準化為一個XML模式(XML Schema),它只對IEC61850 的一部分進行了建模。為了表征物理層設備裝置，必須對數據庫進行設計。管理EMS/SAS的相關數據可以采用高速數據采集HSDA(High-Speed Data Acquisition)接口服務，儲存與EMS相關的歷史數據可以采用時間序列數據訪問TSDA(Time Sequence Data Access)接口服務。在基于IEC的抽象描述基礎上，定義監控功能所要求的服務以及設計監控服務，以解決抽象服務與數據模型之間的適應性問題。 IEC61970標準中定義了基本的變電站一次設備模型，設備維護業務流程在IEC61968中定義，對二次設備模型定義的僅有SCADA包中的RemoteUnit和保護包中的ProtectionEquipment，IED在IEC61850中的概念在IEC 1970中屬于RemoteUnit的一種，RemoteUnit在IEC 61850中卻不存在，這正是因兩個標準不一致而導致模型難以協調。IED是變電站中的直接信息來源，其范疇應該包括RTU、Substation control system等，也包括Protect包中的ProtectEquipment。IEC61970由公共信息模型（CIM）提出對象數據模型，其描述電力系統運行管理中的各種實體及其關系，用來做電力企業應用集成的公共語義。IEC 61850只提供變電站自動化系統的所有實體對象和控制信息描述，并沒有提出對象數據模型。為了提高系統應用的協同工作，IEC61850的對象數據模型必須在CIM下進行定義和整合，圖2為IEC61850狀態監測模型向CIM模型的適配過程。實現變電站設備狀態模型的基本協調，需通過以下步驟：(1)解除二次設備在IEC61970中分散不一的與其他設備的關聯關系； (2)把這些二次設備抽象形成IED類，并歸為一種設備類(Equipment)，建立繼承關系；(3)根據實際配置情況構建一次設備與二次設備的對應關聯。 整合的CIM數據模型總體表述變電站自動化系統的設備裝置，邏輯節點定義繼承采用IEC 61850標準�？梢酝ㄟ^把CIM模型中電力系統實體與IEC61850的邏輯節點容器結合起來，從而使IEC61970也可以管理傳統變電站自動化系統。圖3為CIM模型中PowerSystemResource實體和IEC61850標準中LocalNodeContainer數據模型之間連接對應關系。 為了表征變電站自動化系統設備裝置，可以用LNode定義具體實體。可以由IEC61850-7-3和IEC 61850-7-4提供的邏輯節點和數據類信息設計新的實體，新的實體包含：斷路器、開關刀閘、測控裝置、發電機等設備信息。圖4為新實體各部分之間關系。 3 基于Web Service和CORBA的Web整合實現 在EMS/SAS監控系統中，訪問CORBA構建的服務器時，要求客戶端必須安裝對象請求代理（ORB）環境，而訪問Web Services服務器的客戶端無需安裝任何組件執行系統，采用解析簡單對象訪問協議（SOAP）消息即可，SOAP通過超文本傳送協議（HTTP）傳輸XML文件。所以基于EJB/CORBA/DCOM組件技術還應該結合Web Services技術增強網絡傳輸功能。通過CORBA服務器和Web Services 客戶端間用Web Services 作為代理,如圖5所示，可以實現CORBA CIS服務器和Web Services CIS服務器的集成。 代理的一端從Web Services客戶端接收SOAP消息；另一端則通過ORB總線連接CORBA服務器。對于Web Services客戶端,代理相當于Web Services服務器；對于CORBA服務器，代理相當于CORBA客戶端，其工作過程如圖6所示。 對象管理組織（OMG）使用接口定義語言（IDL），利用類似Java語言類似語法定義IEC61970中的CIS，直接對應OMG CORBA組件模型,則Java、 CORBA、Web Services之間需要進行數據映射。下面以DAF(Data Access Facility)中DAFQuery包為例說明其之間的映射關系。DAFQuery包最重要的組成部分是Resource QueryService服務接口，Resource QueryService定義了用作基本資源查詢的4個公共方法：get_values()、get_extent_values()、get_related_values和get_descendent_values。下面介紹利用Java和CORBA實現get_values()、get_extent_values()的方法。 get_values()方法IDL原型： ResourceDescription get_values(in ResourceID resource, in PropertySequence properties) raises(UnknownResource,QueryError); Java原型： Public ResourceDescription get_values(ResourceID resource,ResourceID[]properties) throws QueryError,UnknownResource; 異常處理：如果數據提供方沒有找到resource表示的資源實例或者properties表示的屬性序列中的任一屬性，拋出UnknownResource異常；如果查詢失敗，拋出QueryError異常。 get_extent_values()方法IDL原型： ResourceDescriptionIterator get_extent_values(in PropertySequence properties, in ClassID class_id) raises(UnknownResource,QueryError); Java原型： Public ResourceDescriptionIterator get_extent_values(ResourceID[]properties, ResourceID class_id) throws QueryError,UnknownResource; 異常處理：如果數據提供方沒有找到class_id表示的資源類或者properties表示的屬性序列中的任一屬性，則拋出UnknownResource異常；如果查詢失敗,則拋出QueryError異常。 IEC61970和IEC61850定義了各自的數據模型和通信接口標準,但它們之間并沒有統一的數據模型和通信接口標準。針對IEC61970EMS系統與IEC61850變電站模型之間的差異，本文采用整合的方法，利用各自的優勢，將IEC61970和IEC61850標準結合起來，通過整合CIM數據模型，總體表述變電站自動化系統的設備裝置，而邏輯節點定義繼承采用IEC61850標準�？梢酝ㄟ^把CIM模型中電力系統實體與IEC61850的邏輯節點容器結合起來，從而使IEC61970也可以管理傳統變電站的自動化系統。針對CORBA和Web Services各自的優點，以公共對象請求代理體系結構(CORBA)CIS服務器為基礎,實現了CORBA和Web Services的集成。 |
