CIM/CIS系列标准在电力企业信息化领域中的应用研究

电力18讯：    摘要：
    简单介绍了IEC61970和IEC61968所提出的CIM/CIS标准的内容，分析了其在电力企业信息化过程中的重要作用，从单个应用的组件化、不同应用间的集成化、构建电力系统综合信息平台三个层次阐述了CIM/CIS系列标准在电力系统信息化领域的应用前景。

引言
    随着电力系统的不断发展和电力市场改革的不断深入，电力企业对自身信息化水平的要求越来越高。电力企业信息化系统主要包括了生产自动化系统和管理信息化系统两大范畴，而每个范畴下根据功能和对象的不同又划分为若干的应用系统。由于这些系统是在不同时期、不同技术条件下、不同专业分别建设的独立系统，由于缺乏整体规划，各个系统之间无标准关联性，从而在电力企业内部形成了若干的专业“信息孤岛”。由于“信息孤岛”的存在，导致了数据、信息交互困难，管理流程难于实现重构，多年积累、沉淀的数据不能实现价值转换，信息要转换为生产力在“信息孤岛”面前将成为远景，“信息孤岛”已成为当前信息化发展的严重阻碍。
    为了解决电力系统的“信息孤岛”问题，实现各专业应用之间在功能和数据上的集成是必由之路，而这必须要面对如下几个问题：单个应用本身如何实现组件化？不同应用之间以何种机制完成数据交换和功能集成？不同应用集成的最终目标是什么？如何能够实现？这实际上是从单个应用视角、多个应用视角、企业整体视角三个层面来看待信息化问题，本文也从这三个层面来加以组织，重点介绍IEC制定的IEC61970和IEC61968系列标准在这三方面的应用前景。

1 CIM/CIS简介
     IEC负责电力系统控制及其通信的相关标准的第57技术委员会（IEC TC57）制定了一系列标准，其中第13工作组（WG13）负责制定与EMS专业相关的CIM（Common Information Model，公共信息模型）和CIS（Component Interface Specification，组件接口规范）标准[1] -[3] ，其标准系列为IEC 61970系列，其目的是使EMS的应用软件组件化和开放化，能即插即用和互联互通，降低系统集成成本和保护用户资源。
    CIM是整个EMS-API框架的重要基础，规定了EMS-API的语义部分。CIM是一个抽象模型，采用可视化的面向对象的建模语言 UML（Unified Modeling Language）来设计，CIM对主要的电网设备和相关对象进行了建模，包含这些对象的公共类和属性，以及它们之间的关系。IEC TC57的第14工作组（WG14）在系列标准IEC61968中扩展了CIM，面向配网应用增加了一些信息模型，主要包括：资产管理、工作管理、建设管理、配网管理、地理信息系统(GIS)、停运管理等，从而使CIM模型进一步的完善，几乎涵盖了电力企业中的所有对象。
    CIS规定组件（或应用程序）为了能够以一种标准方式和其它的组件（或应用程序）交换信息和/或访问公开数据而应该实现的各种接口。当前CIS标准规定了DAF（数据访问设施）、GDA（通用数据访问接口）、HSDA（高速数据访问接口）、TSDA（时序数据访问接口）中的所有接口服务，包括近100个方法。其中，DAF定义了数据读取访问的简单接口，GDA扩展了写接口和条件查询，HSDA支持从EMS到EMS或EMS之外的客户端实时、高效地传递大量数据，TSDA支持对于时间序列数据的处理。这些CIS服务与CIM数据库结合，构成了不同组件间相互通讯、协调与控制的软总线。
    CIM描述了不同应用之间需要交换的信息的语义，解决了“数据是什么”的问题，而CIS定义了一系列接口机制的语法，使得不同应用可以互相连接，交换信息，解决了“数据如何获取”的问题。充分利用CIM/CIS标准，将有助于提高电力企业的信息化水平，本文将就如下几个方面来阐述CIM/CIS标准在电力企业信息化应用中的重要作用。
2 单个应用的组件化
    CIM/CIS标准提出的目标就是实现EMS系统和DMS系统组件化和开放化，EMS和DMS都包含了大量相对独立的功能模块，以EMS系统为例，它包含了状态估计、调度员潮流、静态安全分析、最优潮流等高级应用功能，这些模块的实现往往难度较大，因此不同厂商的优势可能集中在某个特定的功能模块上，对于用户来说，最理想的解决方案是博采众家之长，但是由于这些功能模块所需要的电网参数、拓扑关系、实时数据等都保存在EMS服务器的商用数据库和实时数据库中，如果由另一家厂商来开发的话，必然需要与EMS平台厂商开发专用的接口，同时不同的功能模块之间往往也需要数据的交换，由此带来的开发工作量和维护工作量都大大增加。在这种情况下，用户往往会退而求其次，选择一体化的解决方案，即所有功能模块完全由一家厂商提供。
    近年以来，基于CIM/CIS标准设计开发新一代的组件化EMS/DMS成为研究的热点[4] 。图1给出了一种组件化EMS系统的设计示意图，其中最为核心的部分就是提供了基于CIM/CIS标准的支撑平台，这要求EMS平台厂商在数据建模时按照CIM标准组织和存储核心数据，并提供标准化的CIM/CIS服务，包括利用CIM/XML方式和CIS/GDA方式提供电力系统模型，利用CIS/HSDA和CIS/TSDA方式提供SCADA的实时数据，利用SVG（IEC61970未来的图形交换方案）提供矢量图形文件，而其他应用的提供商，只要遵循CIM/CIS标准来设计接口，就可以方便的将所开发的应用模块在该平台基础上运行，从而实现“即插即用”式的组件化EMS。

图1 基于CIS/CIS标准的组件化EMS示意图

虽然CIM/CIS标准是为了实现EMS/DMS系统的标准化而提出的，但是由于在IEC61968中对CIM进行了扩展，使之不仅仅适用于电力企业生产自动化系统，对于管理信息化系统的标准化设计与开发同样具有指导和借鉴意义。比如CIM中的资产管理、停运管理、建设管理都可以为管理信息系统中的相关模块所用。同时，IEC TC57 WG14在IEC61968 part10中面向供应链、零售、财务、人力资源等领域进行了建模，并与OAG组织（Open Application Group）开展了合作，其目标是提高输配电应用系统（IEC TC57领域）和ERP系统（OAG领域）的集成水平。这些信息模型和接口一方面有助于管理信息化模块本身的标准化，另一方面在生产自动化系统与管理信息化系统之间架起了桥梁，为不同应用间的功能集成和实现整个电力企业的综合信息平台打下了基础。
3 不同应用的集成化
    电力企业的信息数据分布在不同应用中，而某个应用的运行往往需要另一个应用中的模型和数据进行支持，因此提出了数据交换的需求。另一方面，电力企业出现了一些新的功能需求，往往需要利用第三方的应用软件利用现有的平台和数据加以实现，因此提出了在功能上进行集成的要求。现有的集成解决方案是开发一对一的专用接口，这导致了电力企业的信息系统形成了复杂的网状结构，接口数目随着应用系统数目的增加而急剧膨胀，大大增加了开发成本和维护难度。而CIM/CIS标准的提出以及中间件技术的日趋成熟，为不同应用系统的集成化提供了新的解决思路。

图2 利用CIM/CIS平台实现不同应用间的集成
    图2给出了利用CIM/CIS平台实现不同应用间数据交换和功能集成的一个简单示意。其中EMS系统作为服务端，向外发布了电网模型、实时量测和历史数据；负荷预测系统利用CIS/TSDA客户端获得历史数据，用来完成对未来系统负荷的预测；离线规划软件利用CIS/GDA客户端和CIS/HSDA客户端分别获得电网模型和实时量测，从而可以实现利用在线数据来进行电网规划；而电压控制系统作为第三方软件与EMS系统实现了功能集成，它一方面作为客户端从EMS系统获得电网模型和实时量测，完成电压控制策略的计算，另一方面作为服务端将控制策略发送给EMS系统，利用EMS系统的遥控和遥调功能将控制策略下发，完成闭环控制。
4 电力综合信息平台
    不同应用之间的数据交换解决了数据的复用问题，但是信息仍然分散在不同应用之间，“信息孤岛”问题仍然存在。近年来一些电力企业开始尝试建立“电力综合信息平台”，其基本思想如图3所示[5] 。建设“电力综合信息平台”的目的就是为了能够更有效的整合已有的信息资源，通过数据集成、门户集成、流程集成等手段将已经建成的应用系统整合在一起，成为电力企业所有人员进行信息共享的统一工作平台。

图3 电力综合信息平台示意图

    实现电力综合信息平台的关键在于如何构建一个统一的电力企业信息模型，从而将原本分散在不同应用中的信息按照该模型组织为一个整体。设计和实现电力企业信息模型应当遵循IEC61970/61968所提出的公共信息模型(CIM)标准，这主要基于以下原因：
    4．1 CIM基本涵盖了电力企业中的主要对象（输电网相关部分在IEC61970中描述，配电网部分和与之相关的管理信息系统部分在IEC61968中描述），并充分考虑了不同对象之间的关系，这是经过多年的研究和讨论最终形成的国际标准，凝结了前人的经验和智慧。基于CIM来构建电力企业信息模型，可以充分利用已有的成果，大大简化设计的工作。
    4．2 综合信息平台的数据获取必然涉及到与大量现有的应用系统进行数据交换，只有遵循国际标准，才能保证这种数据交换的可靠性和可扩展性（可参考第4节）。
    4．3电力企业未来的很多新应用将基于综合信息平台基础上进行开发，未来的应用具有不可预知性，不可能设计专门的接口方案。只有基于CIM标准设计统一的电力企业信息模型，利用CIM/XML方式提供数据的发布，利用标准的CIS服务提供数据的获取接口，才能保证综合信息平台的开放性，从而防止综合信息平台变成新的信息孤岛。
    作为国际标准，CIM本身并不是无所不包的，它描述的是最核心的信息模型，因此具体到某个电力企业的统一信息模型，不可能完全照搬CIM，必须要对其进行合理的扩展，在扩展过程中应当注意以下几点：
    4．4 对于需要扩展的部分，要进行分析和研究，从较高层次上抽取共性的数据与模型，只有这样，才能保证扩展后模型的广泛适用性。
    4．5 准确理解现有的公共信息模型，需要分析新应用中哪些部分可以在现有的CIM中实现，要充分利用标准中已有的模型，避免不必要的修改。
    4．6 在扩展模型与现有CIM结合时，应该充分利用面向对象设计中的继承和组合等特性，使得现有CIM中的模型和信息得到最大程度的复用。
5 结语
    从单个应用的组件化，到多应用之间的集成化，到最后实现电力企业的综合信息平台，电力企业信息化发展的每个阶段都对软件系统的标准化和开放性提出了更高的要求，在这个过程中，CIM/CIS系列标准将对于电力企业信息化水平的提高具有极大的促进作用，理解标准、遵循标准、使用标准、扩展标准也必将成为广大电力企业信息化发展的共识。( 罗四夕)
6 参考文献
[1]  IEC61970. Energy Management System Application Program Interface (EMS-API) Part I: CCAPI Guidelines Preliminary Draft. 1999
[2]  IEC61970. Energy Management System Application Program Interface (EMS-API) Part 301: Common Information Model (CIM) Base Draft Reversion 5. 1999
[3]  Draft IEC 61970: Energy Management System Application Program Interface (EMS-API) -Part 401: Component Interface Specification Framework Draft , Revision 3.2000.
[4]  吴文传，孙宏斌，张伯明等，基于IEC 61970标准的EMS/DTS一体化系统的设计与开发，电力系统自动化，2005，29（4）：53～57
[5]  曹军，王永福. 电力信息集成的研究与实践[J]. 电力信息化. 2005, 3(3)


信息来源：贵州电网公司