智能用电信息集成模型与信息交互方法的研究

【摘 要】当前，配电自动化、用电信息采集、园区信息集成、电动汽车充放电设施等各类试点项目的建设，大大带动了配用电领域的技术发展。随着信息化、自动化、互动化程度的提高，在区域电网中，配电业务与用电业务的结合越来越紧密，对信息共享的要求越来越高;同时，随着分布式电源、储能装置、电动汽车充放电设施等新型元素的出现，配用电领域各类新型业务快速涌现。本文通过对用电侧统一信息模型和交互方法的研究，提出了智能用电一体化信息模型及信息交换模型，解决目前用电领域信息融合问题，促进智能用电发展。

【关键词】配电自动化;分布式电源;信息交互

一、国内外现状分析

国际电工委员会制定了用于电力企业应用集成的 IEC 61968 标准、用于能量管理系统应用接口的IEC 61970 标准、信息总线通信安全的IEC62351标准、客户信息系统（CIS）推荐信息模型IEC62056标准、用于营销系统（ERP）的IEC62325标准等。美国电气和电子工程师协会（IEEE）也根据清洁能源的发展和广泛应用推出了分布式电源（DER）信息模型的IEEE 1547 标准、考虑智能电网信息融合和互操作的 IEEE P2030等。IEC TC57专门成立了WG19工作组，以研究不同模型之间的互操作和兼容问题。现有的信息标准也必将随着智能电网的发展而不断更新【1】。

清华大学基于CIM、XML研究了电网模型互操作，基于实时库技术设计构造了数据交换适配器，实现了原有EMS的数据库与符合CIM标准的数据存储器之间的数据交换和数据传递，根据IEEE给出的14节点标准系统数据，建立了符合CIM标准的电力系统模型。西北工业大学，研究分析了最新的IEC 61970高速数据存取（HSDA）标准引用的工业系统数据获取（DAIS）的Node2Item数据模型，提出了一个满足该标准的基于DAIS数据存取（DA）接口的电力数据交换服务设计方案。广东电网公司电力科学研究院在研究IEC 61970/ IEC 61968 系列标准的基础下为电网调度自动化系统之间的互操作提出基于公共信息模型（CIM） / 组件接口规范（CIS） 互操作细则，包括明确规定系统间交换涉及的模式、使用的接口方法和涵盖图元细化定义的图形交换规范，以及基于互操作细则的调度自动化模型互导、拆分和合并【2】。

综上，国际上在智能电网各个环节的信息集成方面开展了大量标准制定、工程实践和互操作研究工作，随着用电领域业务的扩展，需要实现用电相关系统的信息集成，但在智能用电领域还没有形成统一标准和技术规范，国内目前信息交互总线的研究主要集中在调度和配电网应用领域，智能用电领域信息总线还需要进一步深入研究。

二、研究理论依据分析

相关国际标准、国家标准、行业标准、国家电网公司企业标准，国内外科研机构的相关研究成果，国家电网公司的相关文件，以及计算机领域的相关理论都可以作为该领域的理论研究依据。具体理论依据综述如下：

（一）IEC61970标准。IEC 61970是国际电工委员会制定的《能量管理系统应用程序接口（EMS-API）》系列国际标准，对应国内的电力行业标准DL890。IEC 61970主要由接口参考模型、公共信息模型（CIM）和组件接口规范（CIS）三部分组成。接口参考模型说明了系统集成的方式，公共信息模型定义了信息交换的语义，组件接口规范明确了信息交换的语法。虽然IEC 61970称为“能量管理系统应用程序接口”，但实际上，IEC 61970的思路可适用于电力自动化、信息化乃至其他行业的应用系统集成【3】。

（二）IEC61968标准。IEC61968是在IEC61970的基础上制定的，面向配电工作管理和配电设施管理系统建设的国际标准。IEC61968标准倾向于支持电力企业的应用间集成，促进企业配电网管理的多种分布式软件应用系统的集成和互联。IEC61970/IEC61968标准的核心就是面向对象的组件化设计CIS和CIM。虽然CIM/CIS标准是为了实现EMS/DMS系统标准化而制定的，但由于IEC61968对CIM进行了扩展，使之不仅能适用于电力企业生产管理系统，对于管理信息化系统的标准化设计与开发同样具有指导和借鉴意义。

（三）IEC61850标准。IEC61850标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，由国际电工委员会负责制定。IEC61850的特点是：1）面向对象建模;2）抽象通信服务接口;3）面向实时的服务;4）配置语言;5）整个电力系统统一建模。IEC61850建模了大多数公共实际设备和设备组件，这些模型定义了公共数据格式、标识符、行为和控制。IEC61850作为电力系统远动无缝通信系统的基础，解决了变电站自动化系统产品的互操作性和协议转换问题。

（四）面向对象理论。面向对象的思想方法是一种目前最先进的系统“问题求解方法策略”（problem solving strategy），强调直接以问题域（即现实世界）中的客观事物为中心来思考问题、认识问题，并根据这些事物的本质特征，把它们抽象的表示为系统中的对象，作为系统的基本构成单位。该方法可以使系统直接映射问题域，保持问题域中事物及其相互关系的本来面目。IEC 61970/61968 CIM（电网公共信息模型）国际标准，就是一种面向对象的电网系统模型，面向对象的模型非常适合于构建不依赖于特定功能的“信息平台”，具有很好的可扩充性和可维护性，从而为真正意义上的系统整合奠定基础。

（五）面向服务结构（SOA）。面向服务结构（SOA）是一种架构模型，它可以根据需求通过网络对松散耦合的粗粒度应用组件进行分布式部署、组合和使用【4】。

三、智能用电一体化信息模型及信息交换模型

本文结合上述研究现状和理论依据，经过大量的研究和分析，提出了一种智能用电一体化信息模型及信息交换模型，其具体技术路线如图所示。该模型基于IEC61970/61968等CIM标准，抽取用电模型，并扩展到分布式能源、储能装置、电动汽车、用电设备等模型，形成一体化智能用电信息模型，较已有的用电信息模型具有电源接入类型广、信息交互灵活、自动化程度高等优点。

智能用电一体化信息模型及信息交换模型

另外，经多方调研分析，结合电力公司各业务系统跨部门、跨专业的应用需求及典型应用场景，该模型为满足智能用电需求的提供了信息交换模型和接口服务模型。利用目前配电信息总线技术，设计智能用电信息总线，定义智能用电信息总线通讯技术协议，扩展企业服务总线（ESB）的调用模式，开发适应用电业务特点的高速数据服务总线（HSB）并融入到企业服务总线（ESB）中。

目前，基于该模型系统构建的智能用电信息系统正处于试运行阶段，试运行期间，各项数据均达到预想效果。

四、结语

随着分布式电源、储能装置、电动汽车充放电设施等新型元素的出现，配用电领域各类新型业务快速涌现，为保证各项业务能顺利开展，要求所构建的信息交互系统能实现数据共享能力强，信息交互能力强，扩展方式灵活等特点，本文研究了国内外用电信息交互模型的现状，并经过大量调研分析，提出了满足上述要求的智能用电一体化信息模型及信息交换模型，并给出了模型的技术路线，解决目前用电领域信息融合问题，促进智能用电发展。

参考文献：

[1] 刘崇如，孙宏斌，张伯明，等.基于CIM XML电网模型的互操作研究.电力系统自动化，2003，27（14）.

[2] 谢善益，高新华，周伊琳，等.IEC TC 57 CIM和IEC 61850 SCL 模型整合及UCIM构建.电力系统自动化，2009，33（17）.

[3] 刑佳磊，王洪耕.一种面向应用系统的CIM数据处理方法. 电力系统自动化，2010，34（18）.

[4]吴维宁，辛耀中，姚建国，等.IEC TC57 2011年会和SAC/TC82 工作近况. 电力系统自动化，2012，36（1）.

基金项目：本文系2015年福建省中青年教师教育科研项目（项目编号：JA15799 ）。