基于IEC61970的CIM模型映射技术研究

刘吉财+刘志永+韩学军

摘 要 当前很多电力企业都是利用自身的技术开发不同的应用系统，这些不同时期、不同技术开发的系统所构成的数据中心控制平台，对电力对象的不同设计导致出现电力信息模型私有、访问接口私有、互操作性差等“信息孤岛”问题。本文是将重庆新世纪电气有限公司开发的电力自动化监控系统软件（P7000G）进行组件化的封装，保留原系统的功能，而将获取的电力对象映射为基于IEC61970的CIM模型。

关键词 IEC61970；信息孤岛；CIM模型

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）06-0050-02

随着电力工业技术的发展和软件工程技术的革新，电力自动化系统的各种应用不断出现。系统数据结构和数据通信接口不统一的问题不断出现，这样使得各个电力应用系统之间难以实现数据模型的转换和数据业务的互联。基于IEC61970标准的公共信息模型CIM模型的提出为解决上述问题提供了理论基础。

本文主要是将私有系统平台的数据模型转换为公共信息模型，实现不同系统之间电力对象模型的互相转换。

1 公共信息模型（CIM）的介绍

公共信息模型（CIM）模型是IEC61970标准的核心部分，它应用编程语言中面向对象的思想描述了所有电力应用系统中的数据结构对象，如开关、变压器等电力对象，描述覆盖了发电领域、输电领域、配电领域等电力行业。针对每个电力系统数据对象，应用编程语言C++中类的概念进行定义，把定义好的数据结构模型对应到CIM模型中，根据CIM模型对该数据对象类的定义，实现对电力应用系统中电力对象的数据结构进行描述。通过这种方法定义的电力数据对象模型就是标准的CIM模型。

在公共信息模型当中，每个电力对象模型之间的关系可以分为3类：第一类关系是“普遍化关系”，普遍化关系实际上在编程思路里叫继承关系，一个普遍的类继承一个抽象的类；第二类是关联关系，关联关系有两个作用，每一个作用都表示关联了一个对象；聚集是关联的一种特例。但是聚集关系更强调的是整体和部分的关系，整体结构有部分结构组成，部分结构只是整体结构的一部分，而不是从整体结构中继承而来。

2 公共信息模型（CIM）的映射方法

图1主要有私有电力系统及SCADA系统为例来描述公共信息模型映射方法，实现方法主要有两部分，原有SCADA系统和公共信息模型，原有SCADA系统的数据模型是设计人员自己定义的。因此，原有SCADA系统和公共信息模型的数据模型的一致性，就需要对他们进行转换，基于IEC61970的公共信息模型CIM模型是国际标准定义的数据模型，因此，具有通用性，通过把私有系统的数据模型转换为IEC61970标准定义的公共信息模型。

本文是通过在SCADA系统中将数据结构信息生成，SCHEMAL文档，XSL文档和XML文档，XSL文档记录了两者数据结构的中间转换过程。最后通过读取XML文档解析后转换为公共信息模型。2.1 设备模型的映射方法

设备模型是针对一次设备建立的CIM模型。在CIM模型的描述中电力系统资源类描述的是电力监控系统中的具体电力对象，例如一个开关设备。因此，在映射的过程中首先要读取原有SCADA系统中的XML文件，获取设备信息。具体配置如图2所示。

1）在CIM模型中，间隔类，电压等级类都是设备容器的派生类，因此，在映射过程中设计变电站的模型类型确定为设备容器类。按照这种方法，就可以形成公共信息模型。

2）一次设备模型的设计需要按照设备所属的设备类型建立映射对象，例如在私有SCADA系统中定义的导电设备，则在映射过程中通过读取XML文件接口，把读取的设备信息经过判断后映射为对应的CIM模型，这样就实现了统一的公共信息模型的映射。同理其他的一次设备的映射方法同样采用这种方法即可。3）每个电力对象映射完成后，形成统一的CIM模型，每个模型的属性信息以及动态属性需要关联原有SCADA系统的测控设备，这样就可以完全的映射关系。

在CIM模型标准体系中电力设备分为导电设备和非导电设备两大类，导电设备和非导电设备都是有Core包的Equipment类派生类同时也是PowerSystemResource类的派生类，故各个电力设备都继承了大量来自基类的属性。

2.2 XML文件中设备命名规范

IEC61970标准中定义了基类的命名规范，本文把基类规定了命名规范中6种不同用途的名字，它们从不同应用角度描述每个电力对象。表1记录了这6种名字的详细内容。

2.3 XML文件中設备类型的区分规则

在CIM模型中都对每个具体的电力对象都进行了抽象，使得不同的电力对象属于不同的类型，但是在私有SCADA系统中的电力设备对象没有定义其设备的类型，因此在模型转换时需要设定设备类型选项供用户选择。综上分析，可以知道当建立一个变压器对象时是需要与绕组、散热片以及分接头对象关联，为建立这些对象时方便将它们互相关联起来。

2.4 设备容器区分规则

在公共信息模型中，通过设备容器类来定位或者区分设备属于哪个区域或者位置，如间隔类可能通过断路器物理的将母线分为几个部分。每个间隔电压等级可能不一样，但是它们同时也可能属于同一个变电站。当用户选择一个新建对象时，系统根据新建对象的类型，将其可能的容器资源罗列出来供选择。

2.5 保护单元区分规则

保护单元区分的目的是与原系统SCADA系统对接。经过前面命名规则、设备类型规则以及设备容器规则的设计已经完成了电力设备本身的所有关系的确定，唯一不能确定的就是与每个设备对象相关联的保护单元的定位。设计保护单元区分规则的目的是为获取到设备对象的量测信息，量测信息是指原有SCADA系统从现场保护设备中的接收到的数据信息经过解析后值。虽然CIM服务器和原有SCADA系统采用不同方式构建了系统结构，但实时数据是可以共享的。

3 CIM模型的导出设计与实现

1）在电力系统原配置模块中通过读取的私有数据结构，建立XML文档和SCHEMAL文档，目的是用于实现中间转换介质XSL文件和给外部异构系统提供文件格式；同时在CIM模型映射模块中同样建立具有IEC61970标准定义下的CIM模型框架的XML文档和SCHMEAL文档，目的用于实现中间转换介质XSL文件和给我外部异构系统提供文件格式，值得注意的是在CIM映射模块中，也可以在程序内部之间实现其数据结构，最终可实现CIM模型标准映射结构。

2）对形成的XML文档，SCHEMAL文档的校验。主要分为两个方面，一是对XML文档格式和SCHEMAL文档格式的校验，二是对XML文档和SCHEAML文档内容的校验；对文档格式的校验主要参考基于DOM的文档格式定义，进行校验，也可用XML解析软件进行校验，文档内容的校验主要是有针对私有SCADA系统数据结构内容进行校验，参考的标准为P8000数据结构；针对CIM模型映射的进行校验，参考的标准为IEC61970的301部分及CIM模型。

3）转换为XSL文件，XSL文件也叫XSLT文件也被称为“可扩展样式表语言”，是一种将XML文档转换为其他文档形式的技术，XSLT文档本质上记录了一个包含一堆标记的XML文档，要实现XML文档的转换，就需要一个程序来解析XSLT文档中描述的规则，并执行相应的命令，并输出内容，因此需要一个XSL处理器。当前我们形成了两个XML文档，一个是基于私有SCADA系统的XML文档，一个是基于IEC61970的CIM抽象模型的映射的文档，分别对其去形成XSL文档，经过对比，进行校验和修改，最终形成一个具有通用转换能力的XSL文档，作为私有系统和CIM模型映射的XML文档的转换中间介质。

4）形成统一的XSL文件后，就为CIM模型映射的通用性打下了坚实的基础。当私有系统的XML文档是标准定义的，都可以通過XSL文件转换为CIM的映射模型，具备了通用性。

参考文献

[1]辛耀中.新世纪电网调度自动化技术发展趋势[J].电网技术，2001，25（12）：1-10.

[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.