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关于数字化供电系统建设的关键技术研究和实践

作者: 来源: 发布时间:2010-7-23 9:15:56  点击数:3684



  论文摘要:简要回顾了数字化供电系统的理论,从数据集成与应用集戍两个方面介绍了数字化供电系统建设中的关键技术,并结合系统建设实践重点介绍了公共信息模型(cIM)、服务构建技术与专业图形控件技术等内容,为进一步完善数字化供电系统技术理论体系做出了有益的尝试。


  论文关键词:数字化供电系统;公共信息模型;面向服务架构;数据集成;应用集成

 

  作者:赵蔚 解思江 叶妍 王浩


  0  前言

  作为一种广为接受的技术体系,“数字化供电系统”的内涵包括:数字化电网、信息化管理和企业应用集成。从本质上说,“数字化供电系统”是企业适应内外部变化,提升管理能力、提高服务水平、增强核心竞争力的一种技术手段。它不是一个刚性的系统,而是有生命力的系统工程。随着IT技术的发展,数据传输技术、数据转换技术、接口整合技术、商业流程支持技术在电力企业信息化建设中得到了深入的应用,“数字化供电系统”的技术实现体系正在逐步完善中。
  本文以“数字化供电系统”技术实现中数据集成与应用集成技术为主线,结合重要客户供电风险预控管理的业务需求,介绍了实践过程中的公共信息模型、数据整合与数据访问、基于SOA架构的应用集成、服务构建技术、专业图形构建技术等内容。
  1建设背景
  重要客户供电风险预控管理需要将分散在不同系统中的表征电网风险因素的数据,集成起来进行分析,这些数据包括scADA/EMs中的电网实时数据,生产系统中的设备技术规范数据、缺陷数据、维护检修数据,营销系统中的客户数据等,这些数据是企业层面的全局数据,通过企业数据中心,将这些数据按照统一的标准进行描述与标识,形成数字电网的核心内容,未来可以给更多的业务系统应用。
  重要供电客户风险预控管理的业务应用功能,如供电风险评估、方案优化等功能都需要以数字电网为基础,以电网拓扑分析计算为手段来实现,还需要图形化的形式来展示数据和分析结果。而拓扑计算与自动成图等业务逻辑存在于电网GIs系统中,采用开放的、集成的技术体系架构对这些业务逻辑进行封装与部署,为各类有需求的应用服务,从而逐步建立完善企业应用集成的技术体系。
  2数据集成
  数据集成的首要指导原则是:尽管数据可能在不同的地方、以不同的语义、格式存储,访问方法各异,但是,对于数据使用者而言,数据好像驻留在一个单一的数据源里一样。因此,数据集成技术实质上将信息需求者屏蔽于所有这些复杂性之外,使用者的应用程序可以通过诸如SQL或XML的标准语言,或标准网络服务来对数据进行使用。
  对于数字化供电系统而言,首先,需要将来自不同层面、不同系统的、具有不同结构的数据整合在一起,并实现数据统一表达、统一管理、统一访问途径,最终实现各业务管理间有序的信息交换与共享,保障各管理条线的业务协同。将这些来源不同、结构不同、标准不同的数据按照统一的格式和标准进行规范,要求企业构建一个统一的企业级公共数据模型,从而将原本分散在不同应用中的信息按照该模型组织为一个整体。
  其次,数字化供电系统采用集中统一存贮的数据整合模式来实现数据集成。这种模式可以有效地保证对共享数据的访问效率,从而有效地保证基于共享数据的业务应用的执行效率和实现方便性,并使得共享信息易于管理。对于整合后的信息,对外提供多种数据访问服务手段,使整合后的信息资源能方便地提供给各类业务系统使用。
  2.1公共信息模型
  公共信息模型用于在企业级规范信息分类、各类信息的属性、各类信息间的关系以及约束规则。其范围包括电网结构及运行工况、业务活动相关信息、企业架构等基础管理信息等方面完整的定义和描述,实现统一的数据元素标准和信息编码体系。通过公共信息模型可以有效地实现企业级数据表示的一致性和唯一性,并在公共信息模型的基础上构建统一的访问信息途径,实现跨业务域的信息共享和交互,并易于在此基础之上实现企业级信息的分析和挖掘。
  公共信息模型涉及对象多且关系复杂,信息共享和支持未来应用的目标,也对公共信息模型质量和前瞻性提出了很高的要求。本文的公共信息模型设计基于IEC CIM模型进行剪裁和扩展。IECCIM模型是IEc61970、IEc61968系列标准的一个重要组成部分,CIM是使用UML类图描述的信息模型,其内容包括电力系统资源及电力企业的主要业务活动对象,该模型提供了一个电力系统管理对象的信息结构视图。
  基于cIM模型设计公共信息模型可以重用现有的设计,以提高效率;利用成熟的设计,以避免设计中可能出现的疏漏,保证设计质量;利用标准化的设计,可以使系统更加开放,使系统和众多遵循CIM标准的其它系统可以更好地交互。公共信息模型的设计是一件复杂的系统工作,通过确定待分析的对象、归纳现实对象、抽象设计类、建立类层次结构等过程,最终形成统一的公共信息模型(见图1)。


  目前北京市电力公司已完成了变电、输电、配电、自动化、保护、IT、通信等共130多种设备和客户资料等营销系统对象的建模工作。建立起兼容已有的国际标准和北京电力的业务实际情况,经过多次测试和迭代,从较高层次上抽取出共性的数据和模型(见图2)。


  2.2数据整合与数据访问
  共享数据库ETL服务负责从各数据源获取数据。数据转换服务将获取的数据按照公共信息模型设计规范把数据转换清洗,然后装载到共享数据库。同时,还提供RDF支持手段实现大批量一次性的数据装载和交换。通过多样化的数据集成手段实现数据的集成性、完整性、一致性、安全性等目标。

  各个业务应用系统是共享数据库的消费者。访问共享数据库中数据的方式主要有3种。一是通过在企业服务总线部署的基于CIS标准接口的数据访问服务实现,适用于数据交换类型的数据业务访问;二是通过在企业服务总线部署的业务域数据服务进行访问,适用于专业性较高、数据关系复杂、数据处理逻辑实现难度较高的数据访问,例如对电网拓扑数据的访问服务;三是通过数据连接器访问共享数据库,适用于在共享数据库上建立新的应用系统。 
  3应用集成技术
  应用集成技术的核心是通过各种软硬件技术将已有的和新建的业务系统集成起来,共同完成企业的各种业务活动,并能够灵活快速地适应企业的发展和市场的变化。对于重要客户供电风险预控管理而言,需要将电网GIS系统、400主动服务系统、短消息系统内私有的业务功能按照标准的规约进行封装与部署,形成企业层面可复用、可管理、可信任的资源。如电网GIS系统提供的自动成图服务、拓扑计算服务等。数字化供电系统应用集成技术应用主要包括:基于SOA的应用集成架构、服务构建技术及专业图形控件技术。
  3.1基于SOA的应用集成架构
  数字化供电系统采用SOA架构的松耦合方式,构造出为企业层面服务资源平台,使原来各个业务系统私有的应用功能成为可由其他业务信息系统自由调用的服务。在保证服务可以独立运行的同时又可与其它应用系统进行协同作业,实现了系统的应用集成和功能重用,促进了多个业务信息系统的应用水平提升。服务使用了开放、中立的标准来定义接口规范(包括格式和传输协议),与其所使用的硬件平台、操作系统和编程语言无关,所有服务调用方及服务提供方之间均可用统一和标准的方式进行通信,能够很好地解决传统模式下异构系统间接口困难的问题。通过基于SOA架构的服务,数字化供电系统在体系结构上的优势表现为:
  (1)在企业层面拥有一个功能完备的可复用、可信任、可管理的服务集合;
  (2)不需要大量数据维护与管理工作;
  (3)提高了跨业务域的应用系统共享全局信息的能力;
  (4)可以方便地整合不同类型的电网数据用于自身的分析与决策。
  3.2服务构建技术
  由于数字化供电系统采用SOA这种服务架构体系,需要对服务根据自身业务“按需(ONDE—mand)”分析、拆迁、改造为不同粗细等级的服务,如粗颗粒度服务、细颗粒度服务、基础性服务、高级性服务。细颗粒度服务,既可被粗颗粒度服务调用,也可被高级性服务调用;基础性服务,既可被高级性服务调用,也可被粗粒度服务调用;同时基础性服务和细颗粒度服务之间也可相互调用。粗粒度服务及服务组合,简化相关应用的调用过程,调用效率大大提高。服务设计时,服务之间复用性与复杂性关系也做了有效平衡。
  数字化供电系统根据自身业务的需求,需要在公共信息模型的基础上开展“按需(ONDE.mand)”构建方面的研究。其基本内容是以“按需模式”来抽取完备电网结构模型的信息子集,构造出不同的专业电网模型,如专题图电网数据模型、主配网一体化双向拓扑分析等,以满足不同专业的功能业务应用需求。根据具体的应用需要,通过专业需求规则进行电网结构模型数据的自动抽取,从而生成特定电网结构模型提供给特定应用系统应用。这样不仅可以大大提高专业信息系统的开发效率,保证了特定应用系统数据的准确性,同时也保证了不同应用系统的电网模型信息共享。
  3.3专业图形控件技术
  应用控件是指基于微软公司Activex技术的可重用的软件组件。可用这些组件增加网页、桌面应用程序和软件开发工具的交互性以及更多的功能,例如图形显示效果或弹出式选单等。应用控件可用不同程序设计语言编写,包括Java、c++和VisualBasic等。应用控件一旦被开发出来,设计和开发人员就可以把它当作预装配组件,用于开发客户程序。以此种方式使用Activex应用控件,使用者无需知道这些控件是如何开发的,在很多情况下,甚至不需要自己编程,就可以完成网页或应用程序的设计。
  重要客户供电风险预控管理对电网资源的展现形式给出了明确的方案:对系统中涉及的各种信息(包括:电网图形、电网拓扑、设备开关状态、实时负荷等方面的信息)通过图形方式统一展现,对重要客户供电风险分析结果的展现形式同样以图形展示为主(包括:全数字电网设备逻辑接线、电源点到客户的供电系统图、线路地理图等)。
  为满足图形化展示的要求,需要开发一系列专业图形应用控件来满足要求,把电网地理信息系统的部分功能适当抽象,以控件的形式供开发者或最终用户使用,将会带来许多传统地理信息系统开发工具无法比拟的优点。应用控件小巧灵活。各应用控件都集中地实现与自己最紧密相关的系统功能,该控件提供空间数据管理能力,并且能以灵活的方式与数据库系统连接。在保证功能的前提下,系统表现得小巧灵活,能够满足用户各种应用需求。
  强大的地理信息系统功能。这些应用控件采用直接调用形式,无论是管理大数据的能力还是处理速度方面均不比“电网地理信息系统”内部应用逊色。小小的应用控件完全能提供地理图形、电网图形、专题分析等空间处理能力和丰富的空间查询与统计能力。
  与其他应用系统精密结合。由于这些应用控件可以直接嵌入其他电网信息化应三用系统开发工具中,对于广大开发人员来讲,就可以自由选用他们熟悉的开发工具,并与那些应用系统紧密结合。而且,其他系统的开发人员可以像管理数据库表一样熟练地管理电网图形等空间数据并调用其查询统计及分析结果,无须对开发人员进行特殊的培训,而且开发的系统能够满足实际应用的需求。
  4结束语
  本文解决了管理信息系统领域内企业应用集成的技术难点,从数据集成与应用集成两个方面进行了积极而有意的尝试,取得了显著的实用化效果。但是,我们还应该清楚地看到,数字化供电系统建设仍然面临诸多难题没有解决,数字化供电系统建设是技术与业务互动的过程。只有紧跟数字化供电系统建设的核心技术,不断探索并实践电网企业数据标准与业务标准,才能不断解决数字化供电系统建设中出现的新问题,最终实现真正意义上的数字化供电系统。

 


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