智能电网调度技术支持系统研究

李娜，刘德强，梁永青，李焕群（.西南交通大学电气工程学院，成都　60000；.国网菏泽供电公司，菏泽　74000）



智能电网调度技术支持系统研究

李娜1，刘德强1，梁永青2，李焕群2
（1.西南交通大学电气工程学院，成都610000；2.国网菏泽供电公司，菏泽274000）

摘要：

关键词：

0　引言

随着电力市场化的发展，业务流程敏捷性的要求逐渐提高，同时随着智能电网战略的实施，电网一体化特征日益明显，电网调度控制复杂性大大增加，这些都对调度技术支持手段提出了更高的要求[1]。各调度中心必须通过技术手段实现调度中心之间以及调控中心内部的信息集成与共享，为电网调度运行人员提供全面细致的电网状态，并提供相应的辅助决策支持、控制方案和应急预案等，实现多维度的全景监视、综合智能预警和大电网协调控制。为满足上述要求，OPEN3000、D5000系统等调度技术支持系统相继开发完成并上线运行，为调度一体化集成提供了一体化平台和应用集成环境。

本文就基于面向服务的灵活架构SOA[2]和公共信息模型SG-CIM[3]，综合目前已有的技术和国际标准[4]，对智能电网调度技术支持系统做了研究分析，并对已有系统适当改进。综合从技术集成和信息集成两个方面，阐述其对智能电网调度横向集成、纵向贯通以及提高调度业务敏捷性的支撑。

1　基于SOA的系统总体架构

面向服务架构SOA为调度业务系统提供了灵活的IT支持。SOA作为一种应用框架，它将业务应用划分为独立的、接口中立且完整描述的业务功能模块（即服务），使用户可以构建、部署和整合这些服务，且无需依赖应用程序及其运行平台，从而解耦功能组件接口与具体实现，并将应用逻辑和业务流程分开，快速支持流程变化。基于SOA思想，采用总线和消息中间件技术，能进一步实现服务的空间解耦以及时间解耦，为调度业务系统集成提供标准的技术集成方案，解决应用集成技术异构问题。

基于SOA的智能电网调度系统采取分层分布式总体架构，如图1。

应用层是指调控中心各集群化应用、数据库以及传统应用，包括数据采集群、实时监控群、网络分析群、调度计划群、数据库集群以及现有的遗留打包应用等。系统接入层按照支撑平台服务组件标准完成对上述应用的服务化封装，支持传统接入和集群化接入方式。对于传统打包应用，通过相应的适配器完成服务化改造；对于集群应用，提供集群化管理、资源定位、资源调度、心跳管理、分布式数据存储与访问等集群应用开发支持以及对外提供一体化透明访问接口的代理运行支持。逐渐实现数据采集系统、SCADA数据处理、AGC、AVC以及其他高级分析应用的集群改造，充分响应智能调度的海量数据采集和处理需求，并在数据可靠采集的基础上通过集群式的在线预警分析实现全网快速计算，为智能电网提供实时预警决策支持。

图1　基于SOA的电网调度技术支持系统总体架构

接入平台的应用以及平台功能均以满足平台要求的标准服务方式公开，并按照重用性分为基础服务、业务服务和流程服务。基础服务是统筹电力调度中心各应用功能的数据及应用需求而抽象出的公共服务集，主要包括报表服务、告警服务、人机界面服务、数据服务、图形服务、模型管理服务、CASE服务等业务基础服务以及事务、安全、事件、管理等平台公共服务。这些公共服务是实现各级调度一体化和调控一体化的基础，为各分布式业务应用的开发和运行提供一致的基础功能。业务服务和流程服务涵盖了调度中心的所有业务，根据智能电网调度需求，分为四类服务集：实时监控与预警类、调度计划类、安全校核类和调度管理类。为使服务接口尽量简单并方便从已有系统功能封装，采用业务应用功能自然大小确定业务服务划分粒度，如数据采集服务、SCADA服务、AGC、AVC、状态估计、静态安全分析服务等。流程服务层封装调度流程业务逻辑，将其与下层无状态的应用逻辑和表示层的会话控制逻辑分开，提高应用逻辑的重用性和流程的灵活性，并简化应用前端。流程创建、执行和管理由平台公共工作流服务提供。工作流服务完成流程文件解析，并利用流程引擎自动通过服务总线实现服务的灵活编排和顺序调用。

交互层基于单点登录和图数模一体化技术[5]提供统一交互界面，实现各应用服务的界面整合，为调度各专业人员和系统维护人员提供可视化的监控、操作和维护工具。

2　系统总线

总线为上述架构的实现提供了基础软件平台，支持异构环境中的服务以基于消息和事件驱动模式的交互，实现了集成组件之间的位置解耦和协议透明。为满足调度控制系统的特殊数据传输要求，通过对企业服务总线[6]、中间件技术[7]、订阅/发布策略[8]等技术的融合和扩展，采用服务总线和高速数据总线的集成总线模式，同时满足实时监控I区的实时数据高速传输以及横向跨区、纵向跨级的安全可靠交互。

2.1服务总线

服务总线作为服务中介，提供服务注册、服务目录查询、服务代理、服务请求路由等功能。挂接在服务总线上的服务发布到注册信息库，并提供多种视图的目录分类和查询，返回服务描述。服务描述包含供其他组件连接和调用所需要的服务接口信息，统一按照Web Service标准服务描述WSDL提供。服务请求者通过查询服务列表定位服务，并根据得到的服务描述信息调用服务或通过服务总线完成服务交互。

服务总线支持服务代理模型，服务代理接收客户端服务请求，并将其路由到提供功能实现的业务服务，实现业务服务的位置解耦；同时能够完成消息格式和协议的转换，从而支持不同类型业务服务的接入。业务应用通过服务代理参与到工作流服务[9]的流程编排中，能充分适应业务流程变化，并且在业务应用替换或维护时不会影响到流程其他部分，保证流程的正常运转。

服务总线模型如图2。

2.2高速数据总线

为满足调度I区的实时需求，在I区服务总线基础上扩充高速数据总线，用于电网遥测数据、开关变位信息、事故信号、控制信息等实时信息和电网事件的直接传输。高速数据总线采用同节点共享内存、节点间基于TCP/IP点对点或组播通信的内部实现机制，并基于事件的发布/订阅模式，满足SCADA、AGC、AVC等实时自动服务。事件集根据系统应用需求定义，包括各类告警信事件、告警确认事件、人工置数事件、SCADA数据更新、模型数据更新、保护动作事件等。消息总线通过提供一系列简单的消息原语屏蔽其内部实现细节，包括总线的连接/断开、事件订阅/撤销、事件发布等。基于高速数据总线实现安全I区事件驱动式的功能调用，例如由模拟量状态变化事件触发实时数据库更新以及越限识别报警，由指定设备运行状态变化事件触发拓扑动态分析着色，由人工置数事件触发在线潮流计算及安全分析等。高速数据总线交互模型如图3。

图2　服务总线模型

图3　高速数据总线模型

3　信息集成

3.1信息模型标准

接口标准化只是系统集成的一方面，另一方面是信息集成，即语义标准化和语法标准化。

SG-CIM为此提供了公共语义。SG-CIM是在IEC61970/61968等标准制定的公共信息模型CIM基础上，按照电网公司的业务特点，对国际标准的研究成果进行扩展和优化而形成的电力通用信息模型。SG-CIM提供用对象类和属性以及它们之间的关系来表示电力系统资源的标准方法，同时提供了用户扩展规范。SGCIM为调度中心信息集成提供了统一的信息数据模型支撑[10]，为各系统应用模型定义、总线消息模型定义以及数据库模型定义提供了元数据模型。

模型描述目前有CIM/XML和CIM/E[11]两种方式。E格式是在XML格式的基础上表格化的格式扩展，更适合传统面向关系应用的数据交换。CIM/E格式示例：

＜CIM_E Version=”1.0”name=”example”＞

＜class_name＞

@AttributesAliasTypeSize Unit…

Attr1Alias1 string64

Attr2Alias2int4kv

…

＜/class_name＞

＜/CIM_E＞

CIM/E将传统面向关系的数据描述方式与面向对象的CIM相结合，不仅吸收了面向对象方法的特点，同时保留面向关系方法的高效率，在一定程度上解决了CIM/XML文档描述冗余而造成的文件大、交换效率低的问题[12]，更适用于较大模型数据的在线交换和共享。同时表格化的关系描述，方便数据库实现和数据读取及处理，可作为状态估计、潮流计算、安全分析等业务应用传递实时数据的消息载荷。

3.2基于CIM的一体化建模和维护

电网模型一体化创建和全局共享是调度中心信息交互的基础。调度技术支持平台基于SG-CIM语义和图数模一体化技术实现模型管理和图形服务，并通过图形编辑器提供基于CIM/E模型格式和CIM/G格式的一体化建模和维护。图形编辑器提供对应于元数据设备对象模型的图元库，图元模型采用与CIM元数据模型相同的元数据标识GUID实现图模一体化。在图形编辑器中通过拖拽图元完成对象实例创建并命名，图元对象实例与设备对象实例采用相同的对象实例标识mRID实现图模数一体化，完成电网模型创建，并保存相应的G格式图形文件。

电网模型中的设备参数信息分别由调度端不同专业各自维护，如静态参数由自动化设置，暂态参数由方式设置，完成本区域全业务模型分布式维护。由模型服务连同上级下发的等值模型以及下级电网模型合并成本区域全景模型，保存为E格式模型文件。

模型服务接收不同应用对不同层次模型的订阅请求，通过模型拆分技术，利用模型拓扑关系和层次逻辑关系，从模型中提取出符合规则的子模型，包括与模型对象对应的图形数据和通信表，生成新的模型文件并发布，完成模型实时更新。模型服务模型如图4。

图4　模型服务模型

3.3基于CIM的统一数据服务

各业务功能应用按照统一电网信息模型要求产生的数据由数据服务统一管理。传统数据交互方式主要有以下方式：直接访问物理数据库以及通过服务封装访问业务系统内部数据，这两种方式由于消息格式不容易统一，不同模块之间交互困难，同时接口与数据耦合性高，应用服务维护繁琐。为解决上述问题，利用服务总线的代理模式建立统一数据代理服务，以CIM模型类和属性为数据访问对象，同时基于对象全局标识mRID通过全景模型将不同存储实体中统一对象的各种数据关联在一起，实现数据的逻辑集中。通过服务总线ESB提供跨越多个业务应用和多个异构数据库的单一数据视图和统一数据访问接口，包括模型数据、历史数据、文件的服务访问接口。数据代理服务统一接收数据请求消息，利用服务总线的动态路由功能将请求消息转发到各个业务服务进行处理，并返回结果数据，由数据代理服务返回给数据服务客户端。数据服务模型如图5。

图5　数据服务模型

4　结语

面向服务架构SOA为系统集成提供了灵活的基础架构，采用总线技术作为智能电网调度技术支持系统SOA架构的实现基础，一方面为各调控中心各应用提供了松耦合的交互集成方式，另一方面提炼出一系列重用性较高的功能作为公共服务，为各应用提供了一体化的开发和运行支持。同时，技术支持系统支持基于电网公共模型SG-CIM的广域范围内的统一建模和协调维护，在模型共享的基础上实现各级调度中心之间以及调控中心内部的数据共享。从而从技术集成和信息集成两大方面，有效地为智能电网全局、广域、协调调度控制提供一体化信息交互和应用集成平台，并满足调度业务敏捷性的要求。

参考文献：

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[7]张云勇.中间件技术原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004，10.

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李娜（1991-），女，山东菏泽人，硕士研究生，研究方向为电力系统及其自动化

刘德强（1970-），男，四川成都人，副研究员，从事领域为电气化自动化研究与软件开发及交通智能监控系统的研究与开发

梁永青（1972-），女，山东菏泽人，中级工程师

李焕群（1964-），男，山东菏泽人，助理工程师

Research on Smart Grid Dispatching Technical Support System

LI Na1，LIU De-qiang2，LIANG Yong-qing2，LI Huan-qun2
（1.Department of Electrical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 61000；2.State Grid Heze Power Supply Company，Heze 274000）

Abstract：

Proposes a model named SG-CIM，the smart grid dispatching technical system based on the flexible architecture service-oriented architecture（SOA）and state grid-common information model，the realization of the system is based on the integration of several standards including CIM/E language，service description language（WSDL），and bus technology，cluster technology，subscribe/publish strategy，model split/merge and other technologies.As a result，the system provides a flexible integration platform for intelligent dispatching operation and management，including technology integration and information integration，so as to realize wide-area information interaction and application integration inside dispatching and control center and among control centers at all levels.

Keywords：

基于面向服务架构SOA和电力公共信息模型SG-CIM，综合CIM/E语言、服务描述语言WSDL、Web Service等现有规范以及总线、集群化、发布/订阅、模型拆分/合并等多种技术，从技术集成和信息集成两大方面对智能电网调度技术支持系统做研究分析，为智能调度提供灵活的一体化平台，实现调控中心内部以及各级调度中心的信息交互和应用集成。

智能电网调度技术支持系统；SOA；Web Service；总线；SG-CIM；CIM/E；统一建模和维护；数据服务

文章编号：1007-1423（2016）14-0069-05

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.14.015

作者简介：

收稿日期：2016-03-22修稿日期：2016-05-10

Smart Grid Dispatching Technical Support System；SOA；Web Service；Bus；SG-CIM；CIM/E；Unified Modeling and Maintenance；Data Service