基于IEC61970的CIM 模型的研究

苏豪飞

（河南能源集团鹤煤公司 热电厂，河南 鹤壁458000）

0 引言

随着电力工业化和信息化的发展，电网调度自动系统对大电网调度的要求也越来越高，市场涌现了大批综合性，分布式应用系统。这些应用系统可能在不同时期，不同硬件平台下开发，并可能来自不同的生产厂家， 因此系统数据模型和数据访问接口不统一的问题日益严重，导致各个系统间难以实现互联互通和信息共享。IEC61970 标准的公布为解决上述问题提供了理论基础。该标准包含公共信息模型和组件接口规范两部分内容。

1 IEC61970 标准概述

IEC61970 标准是由电力系统控制通信委员会及第57 技术委员会制定和发布，该标准主要包括能量管理系统EMS 的应用方法、公共信息模型CIM 以及数据访问接口CIS， 一共分为5 个部分，CIM 模型主要以面向对象的方式定义了电力对象模型， 它是该标准的核心内容， 也是本文讨论的重点内容，CIS 数据访问接口则以API 的形式提供了如何进行数据的访问。 实现数据的互联互通。

该标准定义的最终目的是实现异构系统的互联互通，同时实现数据信息模型与底层技术无关。实现国际统一的数据信息模型和数据访问方式，因此，通过按照IEC61970 标准定义的CIM 模型和面向对象的方法对电力对象进行建模，可实现上层应用与底层技术无关，这也是我国电力发展的方向，同时也提高了我国电网调度自动化的水平[1]。

2 公共信息模型CIM

公共信息模型CIM 以面向对象的方式描述了几乎所有电力系统中的电力对象，如变压器，母线，断路器等电力对象，涵盖了发电、输电、配电以及终端售电等电力行业的各个领域，通过面向对象的方法，依据IEC61970 标准定义的CIM 模型，对每个电力对象建模，类似于C++中类的数据结构， 通过应用端的电力对象对应到CIM 模型中，找到该电力对象在CIM 模型中定义的地方， 根据该CIM 模型对该电力对象类的属性的定义，对应的对电力对象的数据属性进行定义。 这样定义出来的数据模型就是标准的数据对象模型，及通过使用类、类的关系以及属性来描述和体现电力对象本身的属性以及相互之间的关系。

3 CIM 模型的组成结构

图1 CIM 模型的包结构

CIM 模型一共有13 个包组成，所有这些包涵盖了发电、输电、变电、配电以及基于终端售点在内的所有领域的电力对象。 而包的作用是通过电力对象的功能特点等方式进行分类。以便给使用者建模时便于查看和理解。 虽然标准通过电力对象的功能分成了不同的包，但是这并不意味着包和包之间没有任何关系，相反，在实际的应用中会涉及到许多包的内容，因此，在对电力对象建模时，数据模型的属性可能使得不同包中的电力对象的模型相互关联。下图体现了各个包以及各包之间的联系。

如图体现了CIM 模型包的相互之间的联系， 而核心包是整个CIM 模型的核心[2]，它定义了电力系统中应用最多，最广泛的电力对象的核心命名（naming），如，电力系统资源，导电设备，电力变压器以及设备容器等实体，并定义了这些实体的组合，拓扑包是在核心包的基础上进行了扩展，体现电力设备之间的连接关系，它们通过开关的闭合实现电力设备的连接关系的变化。 下面对其他包进行简单的介绍。

1）Wires（电线包）

电线包主要定义了电力系统中的线路等电力对象模型， 如母线，包括直流母线、交流母线、普通线路。 该包是在拓扑包的基础上拓展，同时还可以将这些电力设备的检测数据用于潮流计算和状态估计。

2）Outage（停运包）

停运包在电线包的基础上进行了拓展，主要定义了电力系统或者电网调度自动化系统停运计划的建模方法，如某地区或者某线路要准备检修，就要在检修前准备停运计划。 保证用户利益和检修人员的安全。

3）Protection（保护包）

保护包在电线包的基础上扩展，主要对电力系统中的保护设备进行了定义，当电网出现故障时，保护设备将起到保护该故障区域后端设备不受故障端破坏。 同时可定位故障地点。 其次在模拟培训中也可以使用其信息。

4）Meas（量测包）

量测包是在拓扑包的基础上拓展，主要定义了电力系统中的二次设备如何建模，如何量测电压、电流、功率等

5）LoadModel（负荷模型包）

负荷模型包是在核心包和电线包的基础上拓展，主要定义了电力系统在运行状态下，各个电力用电设备的用电量，同时还可以将检测的负荷电量生成曲线，便于观察和调度；也可以为用电客户提供所需信息。

6）Generation（发电包）

发电包有Production 包和Generation-Dynamics 两个子包组成。主要定义了电力系统中的发电设备模型。 如发电机。 调相机等。

7）Domain（域包）

域包定义了CIM 模型中电力对象模型属性的所有数据类型，同时也定义了数据类型可以使用的测量单位。 如电压数据类型是float，测量单位为v 等。

8）SCADA（数据采集监控包）

数据采集与监控包主要定义了电力系统二次设备中如何测量数据以及各个二次设备之间的关系，如电流互感器，电压互感器等。

4 CIM 模型三个关系简述

CIM 模型中的各个包都包含有若干个类。 类是客观事物的抽象，如猫和狗都是动物，因此可将猫和狗抽象为动物类。 运用类的基本思想从而形成面向对象的开发方法。 既然采用了类的基本思想，那就应该用类方法来定义CIM 模型。 同时也应该应用类与类之间的关系，在CIM 模型当中，对象模型之间的关系是通过“普遍化关系”、“关联关系”以及“聚集关系”体现的，这也是CIM 模型研究的重点，同时也是实现的难点。 下面先对CIM 模型的三大关系进行简述。

4.1 普遍化关系

普遍化关系实际上就是面向对象中的继承关系，一个具体的类继承自一个更普遍的类。 具体的类不但继承了普遍类的所有属性外，还定义了自身所具有的属性。 如电力系统资源类是一个较普遍的类，它包含所有类的共有属性；设备和设备容器是两个较具体的类，它们通过普遍化关系从电力系统资源类继承了其共有属性，自身又有各自的附加属性；这样设备类和设备容器类既有其电力系统资源类的共有属性，还具有自身的属性。同过上例可以看出普遍化具有类的继承特性，是一种比较重要的关系。

4.2 关联关系

关联是类在概念上的一种联系， 关联更强调的是它有两个作用，每一个作用都表示了关联中的一个方向。 如一个导电设备可能有0-n个端点，而一个端点只属于一个导电设备，也就是说，一个端点只能跟一个导电设备相关联， 同样也只能与0 个或者1 个连接节点相关联，而一个连接节点可能与1-n 个端点相关联；1 个连接节点只能跟1 个设备容器相关联，而一个设备容器可以跟0—n 个连接节点相关联。因此关联关系也是同一个包或者不同包中的类之间的一种很重要的关系，也是实现对电力系统一次设备的监控和采集的重要部分。

4.3 聚集关系

聚集是关联的一种特殊情况。 聚集表示一种弱的“拥有关系”，更强调的是类与类之间的整体和部分的关系，整体类包含部分类，而部分类只是整体的一个成员，仅仅是体现包含关系。 如Topologicallsiand（拓扑岛）跟TopologicalNode 是聚集关系，1 个TopologicalNode 只能属于Topologicallsiand， 它是Topologicallsiand 的一部分， 而Topologicall siand 是一个整体类，它可以有任意多个TopologicalNode。

［1］李灿，陈琰，陈春霖.电网企业一体化信息模型设计及其应用[J].华东电力，2009,37（6）：0929-0932.

［2］黄 乐，郑 圣，赵 舫.IEC61970 及 对EMS、SAS 系 统 的 新 挑 战[J].浙 江 电 力，2006,2：15-18.