微电网系统CIM/XML模型分析

微电网系统CIM/XML模型分析

李国臣

李国臣（广西绿能电力勘察设计有限公司，广西南宁530000）

摘要：建立基于公共信息模型（CIM）的微电网系统，不仅可以实现高效率的数据交换和“即插即用”的应用程序，而且也便于系统模型的扩展。针对现行电力系统模型在信息交换方面的限制，按照IEC61970标准将模型通用化。模型的建立方法是将开关/节点模型扩展为母线/支路模型，再描述为通用信息模型/可扩展标记语言（CIM/XML）的形式。方法的可用性已得到互操作试验的证实。最后，以IEEE5节点系统为例进行操作的说明，方法易于操作，可扩展性强。

关键词：CIM；XML；格式；建模；问题

1简述微电网系统CIM/XML模型

随着计算机技术在各个领域里的不断普及应用，电力工业自动化程度也得到了前所未有的提高，利用计算机代替传统的手工生成拓扑数据文件也成为必然的趋势，因此各种拓扑分析软件不断涌现，但由于各个软件的设计机理和实现算法的不同，性能和应用范围有很大差异。目前，电力系统自动化软件业又掀起了网络化、组件化的浪潮，从厂站侧间隔级的过程总线到主站侧的电力系统企业集成总线将全面组网和互联，IT流行的公共对象代理请求体系结构CORBA、企业Java组件EJB、分布式对象组件模型DCOM和基于简单对象访问协议SOAP的XMLWebServices等组件模型开始运用于电力系统自动化的解决方案。对电力系统自动化而言。组件化不仅需要提供组件交互的互操作机制，而且需要定义组件间的公共信息模型CIM和组件接口规范CIS。为此国际电工技术委员会推出了系列标准IEC61970，使得能源管理系统EMS的应用软件组件化和开放化，能即插即用和互联互通。

电力系统模型现状电力系统模型是电力系统设计和分析的基础。现行的电力系统模型表示方式主要有两种：开关/节点（Node/Breaker）模型和母线/支路（Bus/Branch）模型。开关/节点模型是母线/支路模型的基础，它包含了电力系统实时运行操作所需要的有关现场设备及其连接关系的详细信息，例如开关、刀闸、母线分段、线路的连接关系、各个设备的状态信息、量测信息等。SCADA系统是基于开关/节点模型的典型应用。开关/节点模型的实现依赖于不同的EMS厂商，通常是以专用的内存数据库的方式来存储、表达。通过对开关/节点模型进行网络拓扑处理，可以得到母线/支路模型。在母线/支路模型中，复杂的开关配置和设备连接通常被省略，数据采集和控制设备也没有在模型中体现。在EMS系统中，状态估计、调度员潮流、安全分析、电压无功优化、最优潮流等功能实现都是基于母线/支路模型。

2微电网系统CIM/XML模型存在的问题

随着配网自动化的不断深入，配网管理系统（DMS）与其他系统间的模型交互越来越多，特别是增量模型的导入很频繁，因此也就面临着一些问题，目前在变电站综合自动化系统选型当中存在着如所选系统功能不够全面，产品质量不过关，系统性能指标达不到要求等情况，主要有以下问题：

（1）在模型结构方面，CIM模型和SCL模型中定义的变电站模型在类层次、属性层次、关系层次上存在差异，需要对模型进行互补和修改，实现模型的协调。

（2）在数据模型方面，CIM模型通过RDFSchema解析模型结构，而SCL模型通过XSD模式进行规范。要实现数据的一致性，必须通过相应的映射规则进行处理。

（3）在系统遗留方面，由于历史原因，变电站系统中可能存在遗留数据库、不同厂商提供的具有不同标准理解的数据库，这些数据库的格式可能不符合CIM和SCL模型的要求，因此进行数据交互时需要通过符合IEC61968的中间件进行处理。

由于变电站综合自动化设备的生产厂家过分重视经济利益，用户又过分追求技术含量，而不重视产品的性能及实用性，因而一批技术含量虽较高，但产品并不过关，甚至结构、可靠性很差的所谓高技术产品不断被使用。厂家只要有人买就生产，改进的积极性不高，甚至有些产品生产过程中缺乏起码的质量保证措施，有些外购部件更是缺乏管理，因而导致部分投产的变电站问题较多；目前，变电站综合自动化系统绝大部分设备的维护依靠厂家，在专业管理上几乎没有专业队伍，出了设备缺陷即通知相应的厂家来处理，从而造成缺陷处理不及时等一系列问题。鉴于变电站综合自动化系统当前还缺乏一个统一的国家标准，这就需要与之相关的各岗位的电力工作者在实际操作过程中不断总结经验，找到其规律性，不能因循守旧，而应根据具体情况，遵循科学、严谨的工作原则，用发展的眼光来进行变电站综合自动化系统的建设，以保证电网安全、经济、优质地运行。

3CIMXML/RDF格式文件分析

国际电工委员会制定了IEC61970、IEC61968、IEC61850等标准，IEC61970和IEC61968构成完整的CIM模型[1-3]，应用于调度中心系统。IEC61850定义了一种基于XML的语言，用来描述变电站智能电子设备配置和通信系统，称为变电站配置描述语言，针对这一语言对CIMXML/RDF格式文件解析之前为每个CIM类分配一个内存，用来记录解析的类对象。解析时首先判断是不是CIM元件类，如果是则记录元件类型，并到对应的内存中查找，如果找不到则创建。根据CIM模型的层次结构特点，对CIM对象属性和关联解析时先解析基类的属性和关联，再解析自己的属性和关联。将电网CIM模型导出为CIMXML/RDF格式，使用XMLXML/RDF规范表示电力系统数据。CIMXML/RDF格式文件为每个对象分配唯一的RDF，关联的对象的RDF前加#标识。实现变电站系统与调度中心系统的信息交互，关键是实现系统模型的互操作。IEC61970、IEC61968的CIM模型和IEC61850的SCL模型在结构和内容上具有差异性，在详细讨论两种模型差异的基础上，基于XML，设计构造了文档转换器，实现XML文档和CIMXML文档之间的转换。基于CIM模型和SCL模型的对应关系，通过对两种模型的类、属性、关系的协调，整合变电站模型，实现变电站系统模型与其它电力系统模型的互操作，保证数据的一致性。通过软件设计，经实验室模拟仿真，结果表明能够实现CIM模型和SCL模型在数据交换方面的要求。

4结论

国际电工委员会TC57制定了CIM模型和SCL模型，以解决电力系统应用间的数据交互问题。本文利用工作组提出的解决方案，构造了文档格式转换器，将各种系统模型的数据进行转换，形成统一的CIM/XML文档。通过对CIM和SCL模型的一致性研究，利用整合模型实现模型的互操作性。

参考文献

[1]布伯克，裴剑锋.XML高级编程[Z].2009.

[2]基于CIM/XML技术的EMS与其它系统异构的实现[C].2004全国电力系统自动化学术交流研讨大会，2008.

[3]杨胜，石东源.基于有效量的CIM/XML互操作问题研究[J].水电能源科学，2007（4）.

[4]朱见伟，丁巧林，等.配电网CIM综合模型的构建与应用[J].继电器，2006（4）.

[5]林昌暖，吴健.基于RDF的CIM数据存储方案研究与实现[J].科学技术与工程，2007（12）.