基于实时历史数据库的电力系统CIM模型研究

冉 冉，胡 楠，刘鹏宇，王丹妮

（国网辽宁省电力有限公司信息通信分公司 辽宁 沈阳110000）

基于实时历史数据库的电力系统CIM模型研究

冉 冉，胡 楠，刘鹏宇，王丹妮

（国网辽宁省电力有限公司信息通信分公司 辽宁 沈阳110000）

随着电力系统的迅速发展，以标签点为主线存储数据信息的实时历史数据库，在电力系统发挥着重要的作用，然而实时历史数据库系统在信息集成、共享、处理等方面比较复杂，理论规范缺乏。因此建立一个容易扩展、开放性好、存取效率高、数据模型规范输配电网模型软件对促进实时历史数据库电力系统发展有重要意义。公共信息模型（CIM）为电力系统资源提供了可靠的理论依据，本文通过分析CIM模型和关系模型的特点，提出了关系模型与对象模型间的映射关系，在实时历史数据库中建立了CIM库，并证明了公共信息模型对象能够在实时历史数据库中正确存储，分析了实时历史数据库的特点，建立了数据字典，提高了查询效率，实现跨平台、跨系统的业务集成，为提升电网的核心业务能力提供理论化支撑，向全面建成智能电网目标迈进。

实时历史数据库；电力系统；映射；建模分析

随着经济的快速发展，电力规模不断增大，电网的运行模式变得更为复杂，对电网的稳定性提出了更高要求[1]。系统运行过程中运用输配电网分析软件对电网系统进行分析计算变得尤为重要。电网系统设计过程中，应用计算分析软件对进行模拟分析，发现潜在问题并找出解决方案。在电网实际运行过程中，电网负荷发生变化或系统扰动时，利用电力系统CIM模型软件可以快速了解电网运行情况做出正确决策。通过实时历史数据库可以更好对数据进行检测分析，对保证电网持续稳定运行有重要意义。

公共信息模型（CIM）作为抽象模型是IEC61970系列标准的重要组成部分，提供了用类、属性等来表示电网资源的方法[2]。基于实时历史数据库的电力系统公共信息模型，研发数据开放共享的输配电网数据软件，可实现电力系统的数据采集和分析并做检测性评估。良好的数据存储模型，可提高系统数据的访问效率，节约时间，故研究实时历史数据库的电力系统CIM模型具有重要的实用意义和理论价值。

文中通过分析公共信息模型和关系模型的特点[3]，提出了对象模型与关系模型间的映射关系，在实时历史数据库中建立了CIM库，并证明了 CIM对象能够在该数据库中正确存储，分析了实时历史数据库的特点，建立了数据字典，提高了查询效率，实现跨平台、跨系统的业务集成，为提升电网的核心业务能力提供理论化支撑，对我国电网智能化水平的发展有着重要的意义。

1 概 述

1.1 CIM模型的建模方法

文中采用面向对象的建模方法[4]来定义的实时历史数据库模型，由电厂设备采集数据信息，并储存在数据库中，检索出含有相同属性的数据，分析设备信息，实现模型的构建。运用建模语言中的类图来描述该数据库中数据的静态信息。文中按照电网实时历史数据库的特点，制订了数据标签点建立模型的要求，实现基于实时历史数据库公共信息模型的构建。

1.2 实时历史数据库建模分析

实时历史数据库建模时要研究设备之间的外围逻辑关系，分析不同标签点的所属设备[5]。对实时历史数据库进行建模分析，在系统运行过程上形成数据库模型的包，明确各系统的组成、不同标签点所代表的电厂设备，对发电厂各主要设备进行研究，根据各系统的包含和功能关系，完成各个系统包建模、系统作为对象的固有属性，进而对类进行研究分析并把不同资源连接起来。

1.3 实时历史数据库的建立

为了提高输配电网分析软件的信息存取速率，在实时历史数据库中建立公共信息模型[6]。以字段、表为基础构建数据库，该数据库是面向对象数据储存系统，具有面向对象的继承特点，用类的方式来定义表的组成，直接对CIM对象进行操作。CIM模型向实时历史数据库的映射与 SQL Server数据库相似，即用数据库中的字段、主外键、表来构建公共信息模型的属性、类之间的关系。在实时历史数据库中建立 CIM模型，模拟研究用 Class、Property、Relation 3类不同的资源进行建立模型来表示元模型，用Association、Link、Instance来表示类的实例信息，实现 CIM类到实时历史数据库间的映射[7]。

2 CIM模型映射

CIM用对象、类来描述电力信息，系统数据库通过主外键、表来描述实体设备信息，即数据库中的表类似于公共信息模型中的类，表中的列作为类的属性，表中的行看作类的具体实例，表与表间的关系可以认为类与类之间的联系。关系模型与CIM模型间的对应关系，如图1所示。

图1 CIM模型与关系模型对应关系

2.1 主键的生成

在数据库中主键是唯一标识表中记录的元素。一张表有且仅有一个主键，并将主键定义为列名的组合，一张表的主键与不同表外键进行关联，表间关系由外键和主键建立[8]。在面向对象理论中对象标识符唯一的使用标识符，并与关系数据库中表的主键相对应。公共信息模型中将电力资源对象的标识符作为区分对象的唯一标志。映射中根据类的Resource ID在数据表中形成 Resource ID字段，将其定义为主键，对象的Resource ID属性值作为其记录的Resource ID列的值。

2.2 属性类型映射

公共信息模型域包定义了不同类的属性类型，包括枚举型和基本型。基本型数据主要包括浮点型、字符串、整型，其中基本型的固有属性包括 value属性或units和value属性。基本型的映射包含unit和value两个属性的表，若某基本型仅包含 value属性，则将其映射表的 unit列设为 null。基本型 Current Flow的映射，如表1和图2所示。

表1 Current Flow类型映射表

图2 Current Flow类型定义

将枚举型映射到关系数据库，需构建一个表，表中储存编号、String型属性名。表中枚举型字段类型设为Int型，用字段表与该表建立联系，储存枚举型的属性 ID号，模型中，其他数据类型可看作类之间聚集关系的映射。以Day Type Name名称类为例，weekday、weekend、holiday为其枚举值，其映射如表2。

表2 Day Type Name映射表

2.3 CIM类的关系映射

CIM类的映射关系主要由关联、聚合和继承，把CIM类之间的关系映射到关系数据库是模型建立的重点[9]。CIM中关联关系映射是类与类之间的静态关系，实时历史数据库中对关联关系的映射是通过设置主、外键来实现的。聚集关系映射表示类部分与整体的关系，其映射处理是在在表中增加类的OID，同时在整体类表中添加相应类的字段，从而实现部分与整体间的联系。

继承关系映射是具体的类与普遍的类之间的关系， 为具体的非虚子类建立一个表， 图 3为Equipment类和 Power Transformer类之间继承的关系，图中 Equipment是抽象父类，Power Transformer是具体子类。表3是对图 3继承关系的映射。

表3 Power Transformer类映射表

图3 继承类图

3 CIM模型构建

3.1 映射测试

模型拓扑包包含了 CIM的3种基本关系，结构简单且类型不多，该映射测试选用拓扑包来进行来完成试验分析[10]。

对象图中类之间关系有关联、聚集和继承，拓扑包对象如图4所示。其中 Equipment Container类继承 Power System Resource类；Equipment Container类与 Connectivity Node类之间 1对多关联；Topological Node类聚集成 Topological Island类。

图4 拓扑包对象图

3.2 数据字典的建立

通过建立Association表[11]来实现类之间的关联。代表两类间多对多关联关系的Association ID为第一字段，第二、三字段为两个关联表的主键。

在实时历史数据库中，建立数据字典，可以方便查找信息，其中用字段编号、是否主键、字段名、字段长度、字段类型[12]等来描述表的信息。数据字典的属性信息如表4所示。

表4 数据字典属性信息

3.3 序网电路模型设计

实时历史数据库的公共信息模型无序网模型，着重于的电力模型实际应用的分析，扩展序网组件可以提高系统的分析计算速度。以电网连接方式为参考，建立零序、正序和负序三序电路结构。正序网、负序网模型包含各节点与各支路的信息，试验发现[13]，电网的局部电路和不同设备相对应，序网电路的拓扑节点与公共信息模型中的拓扑节点对应。序网电路拓扑表示了支路与节点的连接关系，其组件包括：电路电源类、理想电源类、电路节点类、电路支路类、电路负荷类等，依据不同设备在序网中的等值模型，完成节点与电路的连接，实现序网电路拓扑模型的构建，图5为CIM中相关类模型。

图5 CIM中相关类模型

3.4 序网电路集成

在电网实际运行中，开关状态发生变化会对局部产生影响。应用拓扑分析理论实现电压等级的划分，不同电压等级下开关情况的变化仅影响该状态下的拓扑结构。搜索变位开关状态，判断开关节点的电压等级，可以确定拓扑类型，从而降低了搜索范围，减少了搜索时间。序网电路模型具有CIM的特征[14]，具有模型扩展功能，类似于 CIM 模型到关系数据库的映射，根据映射方法创建各个类的映射表进而实现关系数据库与序网电路模型间的映射[15]，创建序网电路模型的实体关系图，在实时历史数据库中完成不同映射表的程序。

4 结 论

开发基于实时历史数据库的电力系统CIM模型可以为电力工作人员提供简便的电力分析、监测方法，该模型可以解决数据接口不规范、可扩展性差、实时性得不到满足、数据模型不统一等问题。本文研究了基于实时历史数据库的电力系统CIM模型[16]，分析 CIM模型和关系模型的特点，提出了关系模型与对象模型间的映射关系，得出的结论如下：

1）制订了数据标签点建立模型的要求，实现基于实时历史数据库公共信息模型的构建。

2）分析了实时历史数据库的特点，给出了用表、行、字段来存储CIM类、对象、属性的方法并在实时历史数据库中建立了CIM库。

3）证明了公共信息模型对象可以在实时历史数据库中正确存储，建立了数据字典，提高了查询效率，实现跨平台、跨系统的业务集成，为提升电网的核心业务能力提供理论化支撑，向全面建成智能电网目标迈进。

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Research on CIM model of power system based on real time history database

RAN Ran，HU Nan，LIU Peng-yu，WANG Dan-ni
（Information and Communication Branch of State Grid Liaoning Electric Power Supply Co.，Ltd.，Shenyang 110000，China）

With the rapid development of power system，with a label for real-time history database main storage data information，plays an important role in the power system，but the history of real-time database system integration，sharing，information processing in the complex，the lack of normative theory.Therefore，it is important to establish an easy to expand，open，efficient access，data model specification transmission and distribution network model software to promote the development of realtime history database power system.The common information model （CIM）to provide a reliable theoretical basis for the power system resources，this paper discusses the characteristics of the CIM model and the relational model，proposes the mapping relationship between the model and the object model of the real-time database is established in the history of the CIM library，and it is proved that the public information model object can be stored correctly in real-time and history database in the analysis of the characteristics of real-time and history database，a data dictionary，improve the query efficiency，realize the cross platform and cross system business integration，to provide theoretical support for improving the grid core business ability to complete the goal of smart grid.

real time history database；power system；mapping；modeling analysis

TN98

A

1674－6236（2017）10-0158-04

2016-09-18稿件编号：201609160

冉 冉（1980—），女，辽宁沈阳人，硕士，高级工程师。研究方向：电力信息化运行与维护。