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基于语义集成的营配融合研究与应用

2018-04-20 11:33:55 大云网　点击量：评论 (0)

Research and Application of the Semantic Integration of CMS and PMS顾建炜1, 张鹏2, 程炜东31 国网杭州供电公司,浙江杭

Research and Application of the Semantic Integration of CMS and PMS

顾建炜1, 张鹏2, 程炜东3

1.国网杭州供电公司,浙江杭州310009

2.杭州余杭供电公司,浙江杭州 311100

3.杭州临安供电公司,浙江杭州 311300

GU Jian-wei1, ZHANG Peng2, CHENG Wei-dong3

1. State Grid Hangzhou Power Supply Company, Hangzhou 310009, China

2. State Grid Yuhang Power Supply Company, Yuhang 311100, China

3.State Grid Hangzhou Lin’an Power Supply Company, Lin’an 311300, China

文章编号: 2095-641X(2018)03-0087-07 中图分类号: TP319

摘要

为了解决配网生产与客户营销系统之间的信息集成问题,结合生产实践,文章对电力公司生产与营销信息集成的关键模型进行了研究。通过对比分析生产与营销业务中关键概念的IEC61968模型,理清了用户接入点、计量点以及受电点标准模型,为基于IEC61968/61970标准的语义集成营配贯通实现打下了基础。给出了建立配网生产系统与营销系统语义模型的过程并描述了基于统一模型驱动的营配集成开发方法,可用于指导营配信息集成工作。

关键词 : 智能配电网; 公共信息模型; 营配融合; 语义集成;

DOI：10.16543/j.2095-641x.electric.power.ict.2018.03.014

ABSTRACT

To solve the information integration problem between the production management system (PMS) and customer management system (CMS), based on the practical experience, this paper studied the key models in the integration of PMS and CMS. By comparing some concepts in PMS and CMS, this paper presented the corresponding models including EnergyConnection, UsagePoint and ServiceLocation in IEC 61968 standard to provide a foundation for the semantic integration of CMS and PMS supported by the common information model (CIM) established in IEC 61968/61970 standards. In addition, the process to make a semantic model and the integration development approach of CMS and PMS is described, which provides a reference for the integration work of CMS and PMS.

KEY WORDS : smart distribution network; common information model; integration of CMS and PMS; semantic integration;

著录格式：顾建炜, 张鹏, 程炜东. 基于语义集成的营配融合研究与应用[J]. 电力信息与通信技术, 2018, 16(3): 87-93.

0 引言

“十二五”期间,配用电领域作为智能电网建设的重要环节将得到大力关注和发展。用电信息采集、配电自动化、园区信息集成、电动汽车充放电设施等多种试点项目的建设,大大促进和引领了配用电领域技术的发展[1]。随着信息化、自动化、互动化程度的提高,在区域电网中,配电与用电业务的结合日趋紧密,随之对信息共享的要求更为迫切[2];同时,随着分布式电源、储能装置、电动汽车充放电设施等新元素出现,配用电领域相应新型业务快速开展。而目前在区域电网中,配电业务和用电业务比较独立,数据共享能力不强,配电生产和用电营销业务系统间的信息互操作能力比较弱[3],给区域配用电业务应用的开展带来了不便。

本文针对智能配电网建设中出现的配网生产与营销信息模型不统一导致异构系统信息交换不流畅问题,设计了适用于营配业务融合的统一信息模型,并且提出了生产系统（PMS）与营销系统信息融合的技术平台逻辑架构,以全面支持公共信息模型（Common Information Model,CIM）推广应用的开展。

1 语义互操作

互操作被视为是智能电网的关键因素。任何信息要实现共享,对同一事物语义有相同理解是基本的要求。按照IEC（国际电工委员会）的定义,互操作指的是2个及以上来自相同或不同供应商的系统（设备或组件）能够交互信息和使用信息正确地协作。国际智能电网委员会（Grid Wise Architecture Council,GWAC） [4]给出了电力企业更准确的8层互操作定义,从体系架构、信息架构以及技术架构方面提出了相关的要求,从多层次全面地体现了智能电网互联互通的内在需求。

语义互操作架构技术部分包括基础及网络互操作和语法互操作。基础及网络互操作主要包括不同的计算机与网络设备供应商所提供的产品,其所用操作系统与网络通信协议不同,从而产生异构网络环境,使上层的数据与应用在异构环境下无法实现相互传输与通信。网络层互操作主要目的是实现异构网络间设备互联,网络软件互操作与数据互通信,最终为数据层与应用层的集成提供一致、通畅的网络支撑环境。网络通信协议不兼容是导致异构网络的首要原因,对于网络层互操作,根据网络支持平台具有的功能,主要涉及网络接入与交换技术、异构网络间的协议转换技术。

语法互操作主要体现在系统间交换信息格式的理解。语法互操作相当于对交互的编码信息格式和结构一致性的管理。合适的语法有利于内容的分解,但是它不管内容是否有意义。信息系统互操作本质上是为了实现各孤立运行系统中信息（数据）的共享与交换,数据层的集成语法互操作可通过数据集成（采取包括数据接口、数据复制、数据联邦等方式）和SOA服务的方式实现。

GWAC定义的8层互操作可归纳为技术层、信息层和组织层互操作[4],其中E表示电力,I表示信息。GWAC互操作层次分类如图1所示。

1.3 组织层互操作

该层包含了具体需要互操作的业务过程、企业业务和管理目标以及相关的经济政策法规。规定了人与角色、组织与功能的相互关系、商业关系、法人与法律关系。

在技术语法层和信息语义层实现互操作后,再往上发展为组织协同的语用层互操作。当企业之间解决了相同语义环境下的信息互操作问题后,企业各组织之间会因为业务流程、企业目标以及对经济政策法规的理解不同造成互操作困难,从而使组织互操作对电力基础设施的影响增加而信息通信技术对基础设施的影响减小。当前,国内外若干企业、组织和机构都按照自己业务的理解开发了相关业务背景下的公共模型,如北美MutiSpeak[5]、IEC以及国家电网公司的CIM3.0电力系统模型。相关电力公共事业公司也发布了描述相应公共信息模型的应用报告和论文。

2 语义服务的集成架构

对于计算机系统而言,数据的含义理解一致,不同异构系统之间才能有效集成,因此共同的语义理解是信息集成的关键。语义进一步发展可以把知识转化为一种机器可以处理的形式,把知识形式化的描述语言通常称为本体语言（Ontology Web Language,OWL）[6]。电网知识可以用OWL表达[7]。

SOA[8]是一个组件模型,可以将应用程序的不同单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。服务层是SOA的基础,可以直接被应用调用,服务之间通过简单、精确定义接口进行通信,不涉及底层编程接口和通信模型,可以有效控制不同系统之间的依赖性。

语义与SOA相结合,从基于Web Service的松耦合架构发展为基于语义的SOA架构,解决了不同系统基于松耦合服务的语义互操作问题。有了公共语义的模型层,对下统一封装了数据层,解释了数据的含义,实现了数据语义的理解一致,对上支撑统一语义的服务建模,采用SOA架构形成面向公共语义环境的服务分析与设计,进一步支撑不同应用之间的互操作。

语义集成互操作架构[9]如图2所示,包含数据层、语义层、服务层和应用层。

基于语义集成的营配融合研究与应用

受电点在营销系统中指用电客户的受电信息,主要属性有受电点名称、受电点类型（配电室、台区等）,电源联锁方式、电源联锁装置位置和电源切换方式。用户可以包含多个受电点。研究对照IEC61968相关概念,营销中受电点的概念对应为IEC61968中客户包的ServiceLocation,该类具有进入方式、是否需要检查等属性。受电点与计量点存在一对多的关系,表明同一受电点可以具有多个计量点。

通过对现有生产与营销融合关键概念的梳理,在语义上明确了各个概念之间的关系,生产人员与营销人员在讨论具体营配贯通业务场景中没有歧义,大大加快了营配协同应用的开发。

5 应用层的设计与优势

营配融合模型的建立为图模一体化专题图成图的设计和开发奠定了基础。由于原先没有对照IEC标准模型梳理用户接入点概念,把用户接入点仅仅作为一个生产与营销工作的分界点,在生成的单线图中把接入点只简单表达为一个点（杭叉1号）,这个点在模型中的概念不明,专变PD站和公变PD站混淆,不能够区分公变与专变配电房。无用户接入点模型的单线图如图6所示。基于语义集成的营配融合研究与应用

根据营配融合统一模型,对用户接入点、计量点以及受电点进行了资源描述框架（Resource Description Framework,RDF）[17]的模型实例文件的抽取。以下为一个营配融合模型的配用电CIM/XML文件实例,列出了计量点、受电点和接入点模型。

< cim:UsagePoint rdf:id=”npx-cigwdcdgds”>//计量点描述

<cim:IdengifiedObject.name>00341T0018<cim: IdengifiedObject.name>

<cim:UsagePoint.Equipments rdf: resource=”#jitronzj4dwv5ue.Se7qs”

<cim:UsagePoint.SerciceLocation rdf:resource=”#k3sDXpTa941BnbpcJoa80u”

</cim:UsagePoint>

< cim:ServiceLocation rdf:id=” k3sDXpTa941BnbpcJoa80u”>//受电点描述

<cim:IdengifiedObject.name>杭州叉车集团股份有限公司</cim:IdengifiedObject.name>

<cim:IdengifiedObject.description>总容量=800+ 1250

</cim:IdengifiedObject.description>

</cim:ServiceLocation>

< cim:EnergyConsumer rdf:id=” jitronzj4dwv5ue.Se7qs”> //接入点描述

<cim:IdengifiedObject.name>杭叉1#</cim:Id-engifiedObject.name>

<cim:EnergyConsumer.ratedS.unitMultiplier>k<cim:EnergyConsumer.ratedS. unitMultiplier >

<cim:EnergyConsumer.ratedS.untiSymbol>VA<cim:EnergyConsumer.ratedS.Valu>

<cim:EnergyConsumer.ratedS.Value>500< cim:EnergyConsumer.ratedS.Value>

</cim: EnergyConsumer >

该CIM标准模型下的RDF文件描述了以下几方面数据：用户计量点UsagePoint的编号和名称;用户受电点ServiceLocation的编号、名称以及总容量,该容量在顶层类IdentifiedObject中的描述中表达;用户接入点EnergyConsumer中描述了编号、名称、用户数、基准电压以及额定视在功率等信息,并且也描述了该用户点是否是常供电源节点。

模型验证是检验数据生产者输出的中间数据文件是否符合所定义模型的语义语法要求。按照营配融合统一模型的规定,对上述输出序列化的模型RDF实例文件进行语义校验。模型验证是强制要求,不符合模型验证的文件不被允许输出给数据消费者。

互操作结果验证工具验证数据交换完毕后的数据互操作是否正确。数据消费者同样使用适配器,按子集模型的约定格式,导出数据交换文件,利用数据检验工具,检验两者是否一致。主要包括以下几个方面：设备之间的重数表达是否与模型一致;设备属性与类所规定的模型是否一致;设备拓扑是否与拓扑模型表达一致。

若通过了这几方面的检验,才可以认为此次数据交换成功。若不通过,则应查明问题产生的原因,修正并继续交换数据,继续进行校验。在对营配融合统一模型文件的校验中,可以发现语法和语义的错误。以下实例给出了校验可能出现的各种问题,如类型出错、孤立节点、变压器属性错误等。

BaseVoltage.nominalVoltage.unitMultiplie

Undefined property//属性值数据类型为CIMDatatype类型的属性,通过校验发现不存在该属性

BaseVoltage.nominalVoltage.unitSymbol

BaseVoltage.nominalVoltage.value

Conductor.length

Conductor.length.unitMultiplier

Conductor.length.unitSymbol

ConnectivityNode

Isolated node//校验出孤立的连接点

Feeder.NormalHeadTerminal

Minimum cardinality of Property//校验出缺少端子

PowerTranformerEnd.PowerTransformer

PowerTransformerEnd.PowerTransformer

Minimum cardinality of Property//校验出模型文件中不存在PowerTransformer属性

PowerTransformerEnd.connectionKind

PowerTransformerEnd.g

Literal value for Object property//校验出属性为空

PowerTransformerEnd.r

PowerTransformerEnd.ratedS

PowerTransformerEnd.x

Substation.NormalEnergizingFeeder

Minimum cardinality of Property//校验出缺少端子

Switch.CompositeSwitch

Terminal.phases

TransformerEnd.Terminal

Minimum cardinality of Property//校验出缺少端子

VoltageLevel.highVoltageLimit

Literal value for Object property//校验出属性为空

7 结语

营配贯通是国家电网公司提升客户服务质量、精益化管理电网的重要基础工作。由于缺乏统一标准的营配信息模型,在营配数据集成中存在诸多问题。本文从统一营配融合模型为工作出发点,理清了目前生产和营销侧的关键业务概念,遵照IEC61968标准给出一套科学稳定的营配融合模型,用标准模型指导营配信息集成实践,该工作已在国家电网公司营配贯通工作中取得良好的应用效果。

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顾建炜（1976-）,男,高级工程师,从事配电自动化工程管理及电力生产信息系统研究与建设工作,gu-jianwei@126.com;

张鹏（1983-）,男,高级工程师,从配网建设与管理工作;

程炜东（1980-）,男,高级工程师,从事配网建设与管理工作。