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[摘要]智能配电网是智能电网的重要组成部分，但配网中各种应用系统缺乏统一的信息模型和接口标准，导致信息集成的困难。本文首先介绍了IEC61968标准及其定义的公共信息模型（CIM）的基本概念和技术现状，最后阐述了国内基于CIM模型的互操作实验的研究应用成果。
[关键词]智能电网；IEC61968标准；公共信息模型；互操作
引言
经济的发展对电能的需求、气候变化和环境的压力、清洁能源的电网消纳、电力市场的深入改革、系统的开放与互动要求、新技术的挑战、用户对于优质服务强烈的呼吁等，都要求电网企业与时俱进，开拓创新，智能电网在此背景下应运而生。智能配电网是智能电网的重要组成部分，其目的是将电工技术、高级传感和测控技术、现代计算机和通信技术结合起来，支持分布式电源的接入和提高自愈能力。但由于配网中存在的各种管理系统及其软件通常来自不同的制造商，应用系统缺乏统一的信息模型和接口标准，导致信息孤岛众多，信息集成度低，无法相互协作发挥整体效应等问题。因此，必须加快制定电力行业信息化标准，建设统一的电力信息平台，整合现有各信息系统，实现企业内的数据一体化、应用集成化、服务标准化。
1.CIM模型概述
国际电工技术委员会IEC发布了IEC61970和IEC61968标准，两个系列标准共同定义了一种电力系统公共信息模型CIM（Common Information Model）。CIM是电力企业应用集成的重要工具，以统一建模语言（UML）为基础，它包括公用类、属性、关系等，这些类、属性、关系等对象是一个抽象的模型，它是逻辑数据结构的灵魂，在此基础上扩展定义数据交换模型。这个标准可以被看作一个系统集成的工具，可以运用于任何涉及到电力系统模型的系统集成中去，以此来促进应用程序间的互操作性和兼容性。
电力系统各种资源表示为对象的类和属性及类间关系。CIM有如下三种类间关系：1）普遍化：一个较普遍的类与一个较具体的类之间的一种关系，较具体的类只能包含附加的信息。例如，一台电力变压器（Power Transformer）是设备（Equipment）的一种具体类型。普遍化使得具体的类可以继承上层更普遍的类的属性和关系。
2）简单关联：关联是类之间的一种概念上的联系。每一种关联都有两个作用（role）。每一个作用表示了关联中的一种方向，表示目标类作用（即作用goes to的类）和源类（即，作用 goes from的类）有关系。作用给定为目标类的名字，可以带或不带动词。每个作用还有重数/基数 ，用来表示有多少对象可以参加到给定的关系中。
3）聚集关系：聚集是关联的一种特殊情况，表明类与类之间的整体与部分的关系。整体类由部分类“构成”或“包含”部分类，而部分类是整体类的“一部分”。
2.基于IEC61968标准的配网CIM模型
目前，国内针对输电网EMS的IEC61970已进入了工程实用化阶段，但是 IEC61968的实用化进展比较缓慢。这是因为IEC61968所面对的配电网管理内容庞杂，设备类型众多，而且配电网在持续发展，新设备和装置在不断地投入使用，所以需要对CIM进行不断地扩展。例如，IECTC57WG14工作组正在制定的IEC61968标准时针对配电的开关设备：熔断器（Fuse）、跳线（Jumper）、隔离开关（Disconnector）、断路器（Breaker）、负荷开关 （LoadBreakSwitch）、对地隔离开关（Ground- Disconnector）等建立了模型的定义和描述。其中开闭所、环网柜、电缆分支箱等设备是基于原有CIM模型拓展的新类。
另外，太阳能光伏发电系统、燃料电池发电系统、风力发电系统以及储能等分布式发电系统在未来智能配电网系统中也占用重要位置，有必要对其建立完整的电网信息模型。新类的产生是通过分析分布式发电系统中的相关设备并对其抽象实现的。例如表1总结了光伏电站扩展的所有类：
3.配网应用软件的互操作研究
基于IEC61968实现配网互操作的实现技术主要包括企业集成总线、信息交换模型及工具、现有配网应用软件与 IRM 的对应关系、中间件适配器、组件适配器等。互操作的体系架构遵循IEC61968的标准，如图2所示：与IEC61970标准不同，IEC61968涉及的是松耦合应用，这些应用在语言、操作系统、协议和管理工具有更多不同，所以其侧重点在于应用间的信息交换。在这种背景下，SOA架构将应用系统抽象成一个个粗粒度的服务，标准化服务接口，松耦合服务架构，其思想可以与IEC61968结合在电力企业中应用。一个典型的SOA架构有以下的特点：
SOA在相对较粗的粒度上对应用服务或业务模块进行封装与重用；
服务间保持松散耦合，基于开放的标准，服务的接口描述与具体的实现无关；
灵活的架构-服务的实现细节，服务的位置乃至服务请求的底层协议都应该透明。
3.1 企业服务总线（ESB）是用来整合应用和服务的一个灵活的基础架构，是一种在松散耦合的服务和应用之间标准的集成方式。它可以作用于：面向服务的架构（分布式的应用由可重用的服务组成）；面向消息的架构（应用之间通过ESB发送和接受消息）；事件驱动的架构（应用之间异步地产生和接收消息）。ESB位于SOA的中心，并通过减少接口的数量、大小和复杂度使得SOA更为强大。ESB主要完成以下功能：1）服务之间的消息路由；2） 请求者和服务之间的传输协议转换；3） 请求者和服务之间的消息格式转换；4） 处理各种来自不同业务的事件；5） 保证服务质量（安全、可靠和交互处理）。
3.2 IEM是由元数据描述、应用发布的事件类型，它的实现在物理上可能是分布的，在事件驱动的架构中特别重要，是组件间交换数据的基础。IEM维护组件间交换信息的内容，即元数据或数据词典，并支持组件通过注册服务注册组件的名字、可能发布的事件类型、可能订阅的事件类型、运行上下文（实时、研究或测试）。
3.3 中间件适配器扮演中间件“门户”的角色，需要实现如下功能：1）提供中间件服务的映射，满足组件的接口需要；2）当一个中间件服务不符合IEC61968环境时，至少存在一个中间件适配器使该能适应于IEC61968。
3.4 组件适配器是遵循 IEC61968 的软件，它使不遵循IEC61968 架构的软件应用能够使用服务，是为特定的组件而定制的，它非常依赖组件实现的体系结构和具体实现，所以组件实现、组件适配器和硬件/操作系统（HW/OS）完全相互依赖。
结语
综上所述， IEC61968标准很好地实现了接口与实际网络的解耦，有效解决了DMS中异构系统之间信息传输的问题，具有相当广阔的应用前景，可以对提高我国智能配电网的信息化和自动化水平起到至关重要的作用。
参考文献：
[1]顾建炜，周志芳. 基于IEC61968标准智能电网信息集成的应用研究[J]. 供用电，2010，27（5）： 19-22.
[2]丁明，张征凯， 毕锐. 面向分布式发电系统的CIM扩展[J]. 电力系统自动化， 2008，32（20）： 83-87.
[3]崔占飞. 基于IEC61968的配电网应用软件的互操作研究[D]. 上海：上海交通大学硕士论文，2012.
[关键词]智能电网；IEC61968标准；公共信息模型；互操作
引言
经济的发展对电能的需求、气候变化和环境的压力、清洁能源的电网消纳、电力市场的深入改革、系统的开放与互动要求、新技术的挑战、用户对于优质服务强烈的呼吁等，都要求电网企业与时俱进，开拓创新，智能电网在此背景下应运而生。智能配电网是智能电网的重要组成部分，其目的是将电工技术、高级传感和测控技术、现代计算机和通信技术结合起来，支持分布式电源的接入和提高自愈能力。但由于配网中存在的各种管理系统及其软件通常来自不同的制造商，应用系统缺乏统一的信息模型和接口标准，导致信息孤岛众多，信息集成度低，无法相互协作发挥整体效应等问题。因此，必须加快制定电力行业信息化标准，建设统一的电力信息平台，整合现有各信息系统，实现企业内的数据一体化、应用集成化、服务标准化。
1.CIM模型概述
国际电工技术委员会IEC发布了IEC61970和IEC61968标准，两个系列标准共同定义了一种电力系统公共信息模型CIM（Common Information Model）。CIM是电力企业应用集成的重要工具，以统一建模语言（UML）为基础，它包括公用类、属性、关系等，这些类、属性、关系等对象是一个抽象的模型，它是逻辑数据结构的灵魂，在此基础上扩展定义数据交换模型。这个标准可以被看作一个系统集成的工具，可以运用于任何涉及到电力系统模型的系统集成中去，以此来促进应用程序间的互操作性和兼容性。
电力系统各种资源表示为对象的类和属性及类间关系。CIM有如下三种类间关系：1）普遍化：一个较普遍的类与一个较具体的类之间的一种关系，较具体的类只能包含附加的信息。例如，一台电力变压器（Power Transformer）是设备（Equipment）的一种具体类型。普遍化使得具体的类可以继承上层更普遍的类的属性和关系。
2）简单关联：关联是类之间的一种概念上的联系。每一种关联都有两个作用（role）。每一个作用表示了关联中的一种方向，表示目标类作用（即作用goes to的类）和源类（即，作用 goes from的类）有关系。作用给定为目标类的名字，可以带或不带动词。每个作用还有重数/基数 ，用来表示有多少对象可以参加到给定的关系中。
3）聚集关系：聚集是关联的一种特殊情况，表明类与类之间的整体与部分的关系。整体类由部分类“构成”或“包含”部分类，而部分类是整体类的“一部分”。
2.基于IEC61968标准的配网CIM模型
目前，国内针对输电网EMS的IEC61970已进入了工程实用化阶段，但是 IEC61968的实用化进展比较缓慢。这是因为IEC61968所面对的配电网管理内容庞杂，设备类型众多，而且配电网在持续发展，新设备和装置在不断地投入使用，所以需要对CIM进行不断地扩展。例如，IECTC57WG14工作组正在制定的IEC61968标准时针对配电的开关设备：熔断器（Fuse）、跳线（Jumper）、隔离开关（Disconnector）、断路器（Breaker）、负荷开关 （LoadBreakSwitch）、对地隔离开关（Ground- Disconnector）等建立了模型的定义和描述。其中开闭所、环网柜、电缆分支箱等设备是基于原有CIM模型拓展的新类。
另外，太阳能光伏发电系统、燃料电池发电系统、风力发电系统以及储能等分布式发电系统在未来智能配电网系统中也占用重要位置，有必要对其建立完整的电网信息模型。新类的产生是通过分析分布式发电系统中的相关设备并对其抽象实现的。例如表1总结了光伏电站扩展的所有类：
3.配网应用软件的互操作研究
基于IEC61968实现配网互操作的实现技术主要包括企业集成总线、信息交换模型及工具、现有配网应用软件与 IRM 的对应关系、中间件适配器、组件适配器等。互操作的体系架构遵循IEC61968的标准，如图2所示：与IEC61970标准不同，IEC61968涉及的是松耦合应用，这些应用在语言、操作系统、协议和管理工具有更多不同，所以其侧重点在于应用间的信息交换。在这种背景下，SOA架构将应用系统抽象成一个个粗粒度的服务，标准化服务接口，松耦合服务架构，其思想可以与IEC61968结合在电力企业中应用。一个典型的SOA架构有以下的特点：
SOA在相对较粗的粒度上对应用服务或业务模块进行封装与重用；
服务间保持松散耦合，基于开放的标准，服务的接口描述与具体的实现无关；
灵活的架构-服务的实现细节，服务的位置乃至服务请求的底层协议都应该透明。
3.1 企业服务总线（ESB）是用来整合应用和服务的一个灵活的基础架构，是一种在松散耦合的服务和应用之间标准的集成方式。它可以作用于：面向服务的架构（分布式的应用由可重用的服务组成）；面向消息的架构（应用之间通过ESB发送和接受消息）；事件驱动的架构（应用之间异步地产生和接收消息）。ESB位于SOA的中心，并通过减少接口的数量、大小和复杂度使得SOA更为强大。ESB主要完成以下功能：1）服务之间的消息路由；2） 请求者和服务之间的传输协议转换；3） 请求者和服务之间的消息格式转换；4） 处理各种来自不同业务的事件；5） 保证服务质量（安全、可靠和交互处理）。
3.2 IEM是由元数据描述、应用发布的事件类型，它的实现在物理上可能是分布的，在事件驱动的架构中特别重要，是组件间交换数据的基础。IEM维护组件间交换信息的内容，即元数据或数据词典，并支持组件通过注册服务注册组件的名字、可能发布的事件类型、可能订阅的事件类型、运行上下文（实时、研究或测试）。
3.3 中间件适配器扮演中间件“门户”的角色，需要实现如下功能：1）提供中间件服务的映射，满足组件的接口需要；2）当一个中间件服务不符合IEC61968环境时，至少存在一个中间件适配器使该能适应于IEC61968。
3.4 组件适配器是遵循 IEC61968 的软件，它使不遵循IEC61968 架构的软件应用能够使用服务，是为特定的组件而定制的，它非常依赖组件实现的体系结构和具体实现，所以组件实现、组件适配器和硬件/操作系统（HW/OS）完全相互依赖。
结语
综上所述， IEC61968标准很好地实现了接口与实际网络的解耦，有效解决了DMS中异构系统之间信息传输的问题，具有相当广阔的应用前景，可以对提高我国智能配电网的信息化和自动化水平起到至关重要的作用。
参考文献：
[1]顾建炜，周志芳. 基于IEC61968标准智能电网信息集成的应用研究[J]. 供用电，2010，27（5）： 19-22.
[2]丁明，张征凯， 毕锐. 面向分布式发电系统的CIM扩展[J]. 电力系统自动化， 2008，32（20）： 83-87.
[3]崔占飞. 基于IEC61968的配电网应用软件的互操作研究[D]. 上海：上海交通大学硕士论文，2012.