公共信息模型课件

公共信息模型CIM,华南理工大学电力学院 荆朝霞 2010.04.09,内容概要,1.CIM的研究背景,信息共享和集成的需求,发展历程,应用系统 千差万别,必要性,公共 信息 模型,数据模型不同,开发平台不同,应用接口不同,供应商 不同,应用功能 即插即用,实现,EMS系统,EMS系统是为电力系统控制中心提供数据采集、监视、控制和优化，以及为电力市场提供交易计划安全分析服务的计算机软硬件系统的总称。 它包括为上层电力应用提供服务的支撑软件平台和为发电和输电设备安全监视和控制、经济运行提供支持的电力应用软件，其目的是用最小成本保证电网的供电安全性,信息集成的必要性,尽管目前绝大多数能量管理系统(EMS)，配网网管理系统(DMS)等运行在通用的计算机硬件平台上，基于标准的通用操作系统但是这些系统仍然基于专有的数据库。 各厂商的数据库定义格式和数据字典被视为商业机密，每一家都采用了不同的数据库格式，但实际上它们表达的是基本相同的信息。应用系统的专有数据库大都仅仅针对各自系统的功能和特性要求进行设计和开发，用户只能按照开发者预先定义的数据模式和结构输入数据。系统厂商有时可以提供从其他系统输入数据的功能，但是很少为其他系统提供深入的、完整的信息。,专有数据库造成的问题,专有数据库限制了第三方的访问，使其很难在现有系统上开发新的应用，或是将第三方软件集成进已有的系统。 如果要在已有的系统上作较大的升级或改动，只能由原来的开发商进行，或是用户自己完成。这给用户造成升级和移植的不便，极大地增加了开发和维护的费用，甚至会导致系统重新设计开发的灾难性后果。通常情况下，只能由用户来承担所有的成本,数据建模,在软件系统开发设计时，需要对电力系统在应用中建模，如何描述电力系统取决于各个不同的应用。 目前EMSDMSTMSTMR等软件系统通常包括许多不同的模块，各个模块仅分析电力系统运行的一个方面，可能需要不同格式的数据输入。 当应用要求发展时，所设计的数据结构可能要做频繁的更改，一些基础的修改可能会扩散到所有开发的模块。 对于大型软件系统这种建模方法会导致灾难性的后果，系统变得难以管理和维护必须重新设计。,数据接口,为了满足特殊的需要，不同的功能由许多不同类型的计算机系统和应用软件来执行，而这些系统和应用软件很少有被设计成能够彼此交换信息的。 通常每个系统的数据格式应用接口都是不同的，每个应用需要针对其他应用开发专门的数据接口转换程序以实现信息共享。 在没有通用的数据接口的情况下，N个应用所需要的数据接口转换程序数量为N(N-1)2。 随着应用系统数量的增加，这样做的成本很高，管理维护困难，不能灵活地实现各个应用问的互操作，不能充分有效地保护在各个应用中已有的投资。,解决方案,建立一个标准的、开放的电力系统信息模型，并提供通用的数据接口，支持应用功能的“即插即用”。 “即插即用”应用定义为以最小代价和无任何代码改动就可以安装在系统中的一套软件。,标准化,在90年代中期，标准化的概念已经被业界广泛认可，在操作系统层面有POSIX标准，在通讯层面有Ethemet、TCPIP、ICCP标准，在用户接口方面有MotifX Windows等标准，在数据库访问方面有SQL2。 对于电力系统而言，急需制定应用系统接口层面的标准,CIM发展历程,1993年，美国电力科学研究院（EPRI）启动了“控制中心应用接口”（Control Center Application Program Interface， CCAPI）研究项目。,1995年3月第一份CIM规范被提出，CIM模型技术规范的制定由来自EMS厂商和EMS软件开发商的专家完成，采用了EPRI的操作员培训模拟系统(OTS)为基础。,发展历程,1996年国际电工委员会第57技术委员会EMS-API工作组，开始与EPRI紧密合作，在CCAPI项目基础上启动IEC-EMS-API项目，使CCAPI项目的研究成果符合国际标准的规范。,1995年6月，经过Incremental Systems公司、Power Data公司、Macro公司和Southern CompanyServices公司的共同努力，一个新版本的CIM模型正式发布。,发展历程,1999年IEC TC57大会上，中国代表和德国代表提议TC57应该开发一套电力系统统一的国际标准，筛选现有标准系列，在同一领域只保留一套标准。IEC 61970 系列标准 IEC 61970-301，定义了CIM 的基本包集，提供了能量管理系统信息的物理方面的逻辑视图。,IEC,国际电工委员会(IEC)是一个全球性的标准化组织，由各国电工委员会（IEC 国家委员会）组成。 IEC 的目标是就电工与电子领域内有关的各种标准化问题促成国际间的合作。为了这个目的及其它目的，IEC 发布国际标准， 技术规范，技术报告和导则（统称为IEC 出版物）。其准备工作被委托给各技术委员会。任何对相关问题感兴趣的IEC 国家委员会都可以参与此项准备工作。与IEC 有联系的国际的、政府的和非政府的组织也可参与此项准备工作。IEC 依照与国际标准化组织（ISO）之间达成协议的条款，与ISO 紧密合作。,IEC,IEC 就技术方面的正式决定或协议尽可能地表达了相关主题的国际一致观点， 因为每个技术委员会都有来自所有感兴趣的IEC 国家委员会的代表。,IEC61970标准,国际电工委员会（IEC）第57 分会（电力系统控制与相关通信）第13 工作组制定了IEC61970 系列标准，这是一套能量管理系统应用程序接口（EMS API）的国际标准。,内容概要,CIM基础介绍,1.CIM概念定义 2.CIM规范简介,CIM包 CIM类和关系 模型转化简例 CIM模型特点,3.CIM/XML语言,可扩展标记语言（XML） 资源描述框架（RDF Schema) CIM/XML文档,1.CIM概念定义,公共信息模型是一个抽象模型，它表示包含在企业运行中的电力企业的所有主要对象。 提供一种用对象类和属性及他们之间的关系来表示电力系统资源的标准方法。 CIM 方便了实现不同卖方独立开发的管理系统应用的集成，例如配电管理系统DMS，能量管理系统EMS。,CIM,CIM的最初版本提供了基本完整的电力系统对象(实体)、属性和关系的模型表达，用于支持调度员模拟培训(OTS)、调度员潮流(DPF)、状念估计(sE)、最优潮流(OPF)、安全分析(CA)等EMS应用功能。 最初的模型包括了描述电力系统各种导电设备的对象，例如电抗器、电容、开关、负荷、线路、母线、变压器和发电机等。 1995年6月一个新版本的CIM模型正式发布。这个版本增加了描述公司、区域、交易、断面和联络线等内容的对象，用于支持交换计划、机组组合、交易评估、经济调度、交易代理等应用。,CIM建模方法,最初的CIM模型的描述是基于关系数据库的，采用传统的实体关系图(ER图)来表达内部结构。 从第7版开始，CIM模型改用通用建模语言(UML)来描述，将传统的实体关系图(ER图)映射为完全的面向对象(ObjectOritent)的表达方式，采用Rational ROSE CASE工具来维护，采用Rmional SODA作为文档生成维护工具。,CIM建模方法,CIM模型只是一个抽象的模型，它既未定义模型数据库的规范，也未定义数据交换的格式。在工程应用中，需要对CIM模型的实现方式作出明确、可行的规定。,XML,XML(eXtensible Markup Language，可扩展标记语a-)规范是由世界因特网联盟于1998年2月发布的一种互联网上交换和表达数据的标准 它是一套定义语义标记的规则。它以种开放的自我描述方式定义了数据结构， 在描述数据内容的同时能突出对结构的描述，从而体现出数据之间的关系,XML,XML的优点 可扩展性极好，允许用户建立适合自己需要的标记集合，并且这些标记可以迅速地投入使用； 自我描述性质能够很好地表现许多复杂的数据关系，提供了描述结构化的复杂数据的能力。,CIM基础介绍,1.CIM概念定义 2.CIM规范简介,CIM包 CIM类和关系 模型转化简例 CIM模型特点,3.CIM/XML语言,可扩展标记语言（XML） 资源描述框架（RDF Schema) CIM/XML文档,2.CIM规范简介,CIM包,完整的CIM模型包括以下包，分别在几个不同的标准中定义：,1、IEC 61970 Part 30I 核心包(Core) 域包(Domain) 发电包(Generation) 负荷模型包(LoadModel) 量测包(Meas) 停运包(Outage) 保护包(Protection) 拓扑包(Topology) 电线包(Wires),CIM包,2、IEC 61970 Part 302 能量计划包(Energy Scheduling) 财务包(Financial) 备用包(Reservation),3、IEC 61970 Part 303 SCADA包（Supervisory Control And Data Acquisition）,4、IEC 61968 资产（Assets） 用户（Consumer） 核心2（Core2） 配电（Distribution） 文件（Documentation）,CIM包中的常用包,CIM包中的常用包,连接节点类 ConnectivityNode,连接节点是这样一些点，在这些点上导电设备的端点通过零阻抗连接在一起。,CIM包中的常用包,CIM包中的常用包,电线包（Wires）,下面以交流线段ACLineSegment类、断路器Breaker、补偿器Compensator为例介绍其中的常见属性。,交流线段类 ACLineSegment,一段导线或一组电气特性相同的导线，组成一个简单的电气系统，用来在电力系统的各点之间传输交流电流。,交流线段类 ACLineSegment,断路器类 Breaker,一种机械切换设备，能在正常电路条件下接通、承载和切断电流，也可以在指定的异常电路条件下，例如在短路情况下，在规定的时间内接通和承载电流以及切断电流。属性typeName 是断路器的类型， 如油开关、空气开关、真空开关、六氟化硫开关。,补偿器类 Compensator,一个并联或串联电容器，或可切换的并联或串联电容器组。电容器组的并联或串联应用取决于它在网络中的连接。一个并联补偿器只有一个端点（隐含接地），串联补偿器有两个端点。,补偿器类 Compensator,CIM包中的常用包,CIM包中的常用包,IEC 61970-301 CIM 基本包及它们之间的依赖关系,CIM基础介绍,1.CIM概念定义 2.CIM规范简介,CIM包 CIM类和关系 模型转化简例 CIM模型特点,3.CIM/XML语言,可扩展标记语言（XML） 资源描述框架（RDF Schema) CIM/XML文档,CIM类和关系,每一个CIM 包的类图展示了该包中的所有的类及它们的关系。,CIM 定义一些通用的类，由属性来给定类型名。因而可以根据需要使用这一信息去实例化具体的对象类型。,类具有描述对象特性的属性。CIM 中的每一个类包含描述和识别该类的具体实例的属性。,CIM类,CIM类之间的关系,CIM 的类之间的关系揭示了类是如何被组织在一起的。有三种基本的静态关系：,泛化 关联 聚集,泛化（Generalization）,泛化又称为普遍化，是一个较普遍的类与一个较具体的类之间的一种关系使具体的类可以从它上层的所有更普遍的类继承属性和关系。,普遍化例子,关联（Association）,关联是类之间的一种概念上的联系。每一种关联都有两个作用。每一个作用表示了关联中的一种方向，表示目标类作用（作用go to 的类）和源类（作用 go from 的类）有关系。,重数在关联的两端都有显示。下图中， 一个TapChanger 对象可以有0 个或1 个RegulationSchedule，一个RegulationSche