CN103197926A - 一种实现建立iec61970电能质量cim模型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种建立电能质量数据交换接口的方法，该方法的步骤如下：第一步、对模型中电力系统资源的类型进行分组：IEC61970电能质量CIM中的包主要分为：Core，Topology，Wires，Protection，Meas；第二步，分析模型，建立类之间的关系结构：基于第一步中划分的包，将每个包中用到的类进行分析，建立类的组织结构，确定类之间的关系；第三步、根据上面的类层次结构，建立类的属性，实现类的方法；第四步、建立模型数据库：为每个类在服务器端建立数据库，对表可以删除、更新、添加数据。本发明将为电能质量监测系统提供一致性的建模标准，统一的模型能使得不同应用实现真正意义上的信息共享，由不同厂家开发的电能质量应用软件可以互相交换数据、共享信息；同时也使新的系统或应用便于与原有系统互通、互连、互操作，降低互连接口的难度与成本。

Description

一种实现建立IEC61970电能质量CIM模型的方法

技术领域

以IEC 61970 CIM为基础，结合电能质量监测领域的实际需要对IEC 61970 CIM进行构建，形成适应于电能质量监测系统建设的通用信息模型的方法。

背景技术

信息模型是对某系统中客观存在的一系列物理对象及其相互关系的抽象描述，而采用公共信息模型（Common Information Model, CIM）是实现信息共享的基础，面向对象的系统理论为建立领域内通用信息模型奠定了理论基础，IEC 61970国际标准提供了具有广泛适用性的电网系统CIM。CIM的概念和思想，可应用到所有领域的自动化及信息化建设中。因为基于电能质量系统中设备的多样性和灵活性，非常有必要开发针对电能质量系统的CIM模型，这样更能准确并全面的描述电能质量设备的各项信息，根据系统特点满足各种应用需求。同时，该CIM模型能够规范化电能质量系统的数据信息，使其以统一的标准处理资源，提高资源利用率，避免信息孤立，为系统的可持续发展提供有利保证。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种实现IEC61970电能质量CIM模型的方法，为监测系统提供标准的数据模型，该方法将为电能质量监测系统提供一致性的建模标准，统一的模型能使得不同应用实现真正意义上的信息共享，由不同厂家开发的电能质量应用软件可以互相交换数据、共享信息；同时也使新的系统或应用便于与原有系统互通、互连、互操作，降低互连接口的难度与成本。

本发明特别针对电能质量系统建设所要用到的CIM部分进行研究，实现CIM模型构建方法。

本发明的技术方案为：一种实现IEC61970电能质量CIM模型的方法，其步骤如下：

第一步、对模型中电力系统资源的类型进行分组

CIM模型包含了所有的电力系统资源，比如变电站、电压等级、开关、线路等等，每一种类型的电力系统资源都能在CIM模型中找到，比如，变电站有Substation类，开关有Switch类，线路有Line类，这些类型众多，涵盖了所有电力系统资源。所以，首先需要对这些类进行分组，把具有共通属性的类放置在一起组织成一个集合，这个集合就称为包（Package）。包的建立在语义上没有特定的意思，主要为了使整个模型更简单设计、了解和研究。

IEC 61970电能质量CIM中的包主要分为：Core，Topology，Wires， Protection，Meas等，如图1所示。

（1）核心包（Core）。核心包包含命名（Naming）、电力系统资源（PowerSystemResource）、设施容器（EquipmentContainer）、导电设施（ConductingEquipment）、开关（Switch）等类。核心包定义了厂站类Substation、电压等级类VoltageLevel等许多应用公用的模型。核心包被所有应用系统共享，它不依赖于其他任何包，但是绝大多数其他包都有依赖于核心包的关联关系（Association）和泛化关系（Generalization）。

（2）拓扑包（Topology）。拓扑包是核心包的扩展，通过与描述连接关系的终端类（Terminal）建立关联关系，定义了设施的物理连接关系。拓扑包定义了连接节点（Connectivity Node）和拓扑岛（Topological Island）等拓扑关系模型；同时，拓扑包还描述了拓扑结构，即设备通过闭合开关或刀闸连接在一起的逻辑连接关系。拓扑定义与其他电气参数无关。

（3）电网包（Wires）。电网包是核心包和拓扑包的扩展，它描述输电网、配电网设备的电气参数信息，这些信息将被用于状态估计、潮流计算、安全分析、最优潮流等应用。电网包定义断路器Breaker，隔离开关Disconnector等网络分析应用需要的模型。

（4）测量包（Meas）。测量包包含描述各个应用间交换的动态测量数据的实体。

每个包包含一个或多个类图，用图形方式展示该包中的所有类及他们的关系。

第二步、分析模型，建立类之间的关系结构

基于第一步中划分的包，将每个包中用到的类进行分析，建立类的组织结构。用到的类之间的关系主要包括：

继承——一个类（称为子类、子接口）继承另外的一个类（称为父类、父接口）的功能，并为该子类增加新的功能，如图3所示。

关联——一个类对象与另一类对象的固定关系，该关系是非偶然性的强依赖，如图4中ConnectivityNode和Terminal。

聚合——一个类对象成为另一类对象的组成部分，如图4中Equipment和EquipmentContainer。

依赖——一个类用到了另一个类，但该关系是偶然性的弱依赖。

根据模型中各个类的关系属性，最终建立类的关系结构，如图4、图5所示。

第三步、根据上面的类层次结构，建立类的属性，实现类的方法。利用计算机软件的面向对象的思想体系，建立类中的属性、实现类的方法，从而构造完整的类功能，实现CIM模型服务程序。

比如每个类中都包含它们的共同父类IdentifiedObject的属性：名称name，标识符id，描述desc，标识符uri。而类的方法也同样包含能访问这些数据的接口服务：

String name() const;

Id id() const;

String desc() const;

String uri() const;

第四步、建立模型数据库

按照第三步中类的具体实现，为每个类在服务器端建立相应的数据库。数据库中一个表记录了一个类的相关属性，表中的字段就是类的属性名称。

每个表的必备字段是rid、name、uri、desc这三个字段。rid字段存储对象的唯一数字标识，uri字段存储资源的uri（为字符串），name和desc字段存储对象的名称和描述。对表可以删除、更新、添加数据。

模型数据库严格按照IEC61970 CIM模型标准，描述所有对象的逻辑结构和组织关系，构成系统资源拓扑结构的主要节点，针对这些对象的查询分析是实现信息处理的必要环节。

本发明的有益效果为：

优点如下：

（1）良好的互通、互连及互操作性。

实现IEC61970电能质量CIM模型，使得由不同厂家开发的电能质量应用软件可以互相交换数据、共享信息；同时也使新的系统或应用便于与原有系统互通、互连、互操作，降低互连接口的难度与成本。

（2）封装完善。

该方法符合面向对象的开发思想，逻辑清晰且封装良好，可维护性强。最终该方法实现的接口不必改变，即使接口的内部实现发生变化，也不会对使用该接口的应用或系统造成任何影响，良好的封装防止了程序相互依赖性而带来的变动影响。

（3）实现简单

最终实现的数据交换接口实现非常简单，只需要定义非常少的接口，就可以满足模型访问的需求，同时，该方法不依赖于任何数据库系统和操作系统。

（4）性能高效

该方法结构良好，能满足大规模的CIM电能质量模型数据的访问需求，且具有高效的性能。

通过IEC61970电能质量CIM模型的实现，使得系统通过标准方法获取公共数据，保护了现有的电力应用资源，提高了电能质量应用软件的开发效率，保障了系统间的相互通信，大大提高了系统的开放性、可移植性和可扩展性。

技术效果

根据本发明方法，为电能质量系统各应用功能提供一些通用的数据访问接口，根据各应用功能不同，可提高2-4倍的开发效率，节约资源、降低开发和维护成本。从而，使得电能质量系统不再局限某个厂家，不同厂家之间可以利用该方法实现的模型数据进行交互。

附图说明

图1为CIM模型中的各个包。

图2为包中的模型类的继承关系示意图。

图3为模型类的继承关系。

图4为设备和设备容器的包含关系。

图5为程序实现的类继承关系。

图6为IdentifiedObject类的成员。

图7 为设备和设备容器的类成员。

图8为Switch的类成员。

图9为设备表、设备容器表的字段结构图。

图10为开关表的字段结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，以开关（Switch）模型建立为例：

第一步、对模型中电力系统资源的类型进行分组

开关（Switch）是一种常用的电网设备，Switch类负责记录开关的所有参数信息，在IEC 61970 中，它被归类到电网（Wires）包中。因此，将它的实现放在电网包的模块中，在程序中的表现就是，在电网包的代码文件中加入类Switch的声明： extend  class  Switch。

第二步、分析模型，建立类之间的关系结构

IEC 61970 CIM中将Swtich定义为ConductingEquipment（可导设备）的子类，具体的类结构图如图2、3所示，类的层次为IdentifiedObject（可识别的对象）——PowerSystemResource（电力系统资源）——Equipment（设备）——ConductingEquipment（可导设备）—— Switch（开关）。

同时，如图4所示，各个类的拓扑包含关系是：Equipment（设备）被EquipmentContainer（设备容器）包含，也就是说，通过EquipmentContainer的Containes_Equipments（）方法可以得到设备容器中的所有设备对象，当然其中包括Switch；同样，通过Equipment的Member_Of_EquipmentContainer（）方法可以得到设备所在的设备容器。

如图4所示，设备容器的类层次为：IdentifiedObject（可识别的对象）——PowerSystemResource （能量系统资源）——ConnectivityNodeContainer（连接点容器）——EquipmentContainer（设备容器）。

第三步、根据上面的类层次结构，建立类的属性，实现类的方法。

在软件程序中，实现完整的类层次结构，如图5。对每个类的属性和方法加以实现，比如IdentifiedObject类是所有类的基类，如图6，它的成员函数中包含：

QString name() const；

QString uri() const；

DAIS::ResourceID id() const；

这三个方法用来访问name、uri、id，而这三个变量是CIM中所有类对象都有的，用来保存最基本的属性信息。

同时，实现类EquipmentContainer和类Equipment的属性及方法如图7所示，可以互相访问，以便获取设备对象或者设备容器对象。

类Switch的属性及方法如图8所示。Switch除了包含它的上级父类的方法，还包含compositeSwitch(),switchOnCount()等方法，用来获取组合开关以及开关数量等。

第四步、建立模型数据库：建立数据库，其中的表包括IdentifiedObject、PowerSystemResource、EquipmentContainer等，跟之前实现的类一一对应。表的结构见图9、图10。每个对象表中都有字段rid作为数字唯一标识符，字段uri作为字符串唯一标识符，比如Switch的字段rid的值为2316000000字段uri的值为http://td.sduept.com/mailman/listinfo/test#Disconnector_10406900000092335928，字段name的值为滨江变候潮344线刀闸，而字段Equipment_EquipmentContainer则是Switch所在的设备容器的rid，可以根据设备容器的rid找到滨江变候潮344线刀闸所在的线路或者变电站，由此建立了设备与设备容器之间的对应关系。

Claims (1)

1.一种建立电能质量数据交换接口的方法，其特征在于该方法的步骤如下：

第一步、对模型中电力系统资源的类型进行分组

CIM模型包含了所有的电力系统资源，比如变电站、电压等级、开关、线路等等，每一种类型的电力系统资源都能在CIM模型中找到，比如，变电站有Substation类，开关有Switch类，线路有Line类，这些类型众多，涵盖了所有电力系统资源；

所以，首先需要对这些类进行分组，把具有共通属性的类放置在一起组织成一个集合，这个集合就称为包（Package）；

包的建立在语义上没有特定的意思，主要为了使整个模型更简单设计、了解和研究；

IEC 61970电能质量CIM中的包主要分为：Core，Topology，Wires， Protection，Meas；

第二步，分析模型，建立类之间的关系结构

基于第一步中划分的包，将每个包中用到的类进行分析，建立类的组织结构，确定类之间的关系；

用到的类之间的关系有：

继承——一个类（称为子类、子接口）继承另外的一个类（称为父类、父接口）的功能，并为该子类增加新的功能；

关联——一个类对象与另一类对象的固定关系，该关系是非偶然性的强依赖，如图4中ConnectivityNode和Terminal；

聚合——一个类对象成为另一类对象的组成部分，如图4中Equipment和EquipmentContainer；

依赖——一个类用到了另一个类，但该关系是偶然性的弱依赖； 

第三步、根据上面的类层次结构，建立类的属性，实现类的方法：

    利用计算机软件的面向对象的思想体系，建立类中的属性、实现类的方法，从而构造完整的类功能，实现CIM模型服务程序；

第四步、建立模型数据库

为每个类在服务器端建立数据库，数据库中的表是按照之前划分的各个包中的类定义的，数据库中一个表记录了一个类的相关属性，表中的字段就是类的属性名称；对表可以删除、更新、添加数据；

模型数据库严格按照IEC61970 CIM模型标准，描述所有对象的逻辑结构和组织关系，构成系统资源拓扑结构的主要节点，针对这些对象的查询分析是实现信息处理的必要环节。

Images