基于电力系统公共信息模型的互操作试验潘毅，周京阳，吴杏平，樊涛（中国电力科学研究院，北京100085）
以IEC61970标准的公共信息模型（CIM）为基础，介绍了基于CIM/XML文件的国内外互操作试验情况，包括互操作试验的目的、所用的模型以及试验的内容和方法等。试验在验证了CIM模型正确性的同时，也证明了控制中心各应用之间的信息交换和控制中心以外系统间的信息交换的可能性。此外还验证了EMS的不同应用之间以及不同厂家的EMS产品之间的互操作性。
关键词：能量管理系统应用程序接口；公共信息模型；可扩展标志性语言；互操作试验；导入/导出
1引言
随着电力系统和计算机技术的发展，电力系统的自动化水平不断提高。电力市场的逐步实现，需要电力市场技术支持系统和更多功能的EMS应用软件。因此，在电力系统中实现信息和功能共享越来越重要，各应用系统之间接口的标准化工作就具有很重要的意义[1]。IEC61970系列标准定义了能量管理系统应用程序接口（EMSAPI）。公共信息模型（CIM）是整个EMSAPI框架很重要的一部分。EMSAPI标准的目的是为了促进对不同卖方独立开发的EMS应用进行集成和对独立开发的整个EMS系统进行集成，或对EMS系统和其他涉及电力系统运行的不同方面的系统，例如发电或配电管理系统进行集成。用于控制中心各应用之间的信息交换以及控制中心以外系统间的信息交换[2]。通过定义标准应用程序接口，使得这些应用或系统能够不依赖于信息的内部表示而存取公共数据和交换信息，完成对EMS的集成。
一般情况下，SCADA/EMS/DMS应用需要一个详细模型来支持它运行，包括量测、网络连接关系、设备参数等。CIM就提供了这种模型，为这些应用提供了一个全面的电力系统逻辑视图。它是IEC制定的电力系统自动化中通用的数据模型和数据接口，目前国际上许多厂家已经将电力系统自动化的各级产品，例如RTU，自动抄表，电量设备和SCADA/EMS/DMS/PM的各种模型逐步采用CIM数据模型。CIM数据模型包含基本上所有和电力生产有关的数据，如RTU设备、SCADA数据、财务、网络连接、发电、检修和电力市场等。CIM是一个抽象模型，它表示了EMS信息模型中典型包含的电力企业的所有主要对象，包含这些对象的公共类和属性，以及它们之间的关系。对EMS应用而言，就是类与对象以通用的方式对电力系统中需要表示的模型进行建模。类是对现实世界中对象的描述，例如EMS中需要表示的电力系统模型，变压器、发电机、负荷和断路器等。这些对象需要以一种通用的形式表示，以达到兼容插入和互联运行的目的。
美国电科院（EPRI）于1994年启动了控制中心应用程序接口（CCAPI）项目，该项目的主要任务就是形成一套标准或规范，使得能够在控制中心环境中创建“即插即用”的应用。“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。CCAPI项目的主要目标是：①减少向EMS中增加新应用所需要的费用和时间②保护对EMS中正在有效工作的现有应用的投资③促进不同系统控制中心内部以及控制中心与外部系统之间信息交换的能力[2]。
为了验证CIM模型的完整性、通用性、实用性和正确性，以及通过CIM进行数据交换的可行性，目前一般采用互操作试验的方式。进行EMSAPI互操作实验意义重大，试验的目的是多个EMS厂家的产品可以实现信息交换和“即插即用”，这对快速提高我国自动化技术水平具有巨大的促进作用，是赶超世界先进水平、实现与国际接轨的有利时机。
2国外互操作试验介绍
2.1概述
进行互操作试验的最初动机是北美电力可靠性委员会（NERC）需要在安全协调员之间交换电力系统模型数据。现在，电力系统公共信息模型（CIM）已经可以用可扩展的标志性语言（XML）来描述，这样，模型就可以以标准格式进行交换。国外从2000年12月到现在已进行了四次基于CIM的互操作试验。现在，互操作试验的工作重点已由Corba等中间件的应用，转移到以CIM/XML为载体实现电力系统数据和信息的交换，并在交换的基础上实现不同厂家的各应用产品的互操作。
在美国进行的互操作试验，有多个具有电力系统EMS产品的公司参加（并不是所有厂家都参加了全部互操作试验），包括ABB，ALSTOM，CIM-Logic，Langdale，PsyCor，Siemens，SISCO，GENetworkSolution，LangdaleConsulting和PTI。为了用XML标准文档格式在多个EMS厂家之间交换电力系统模型，每个厂家都准备了基于CIM的XML交换文件，并通过试验证明他们都能将电力系统模型转化成XML文件，并将XML文件描述的电力系统模型转化成各自软件所需的数据格式，进行应用软件计算。
2.2互操作试验所用的模型
美国到目前为止已经针对EMSAPI标准的CIM模型进行了4次互操作试验。互操作试验的样本数据是由参加者提出的可以公开使用的模型，模型必须通过XML的有效性检验。这几次互操作试验使用的模型主要包括：PsyCor的2厂站小模型，ALSTOMESCA的60母线模型（29个厂站，41条输电线），ABB的40母线模型（15个厂站，26条输电线），Siemens的100母线模型（68个厂站，37条输电线）[3]，Dukeenergy的实际系统模型（2000条母线，1752个厂站，3095条输电线），和CAISO实际系统模型（2473个厂站，3186条输电线）[4]。
2.3互操作试验的目的
进行互操作试验的目的可以综合为以下几个方面[5]：①证明不同厂家基于CIM的产品具有互操作性，这些产品包括EMS的各个应用以及第三方独立开发的产品；②验证信息交换中包含的类和属性是否完全遵循CIM；③证明用基于CIM的XML描述文件可以交换电力系统模型数据；④校验IEC61970标准（主要是301部分）的正确性和完整性，通过剔除差异和明确一些模糊的概念得到一个高质量的标准；⑤校验CIM各版本的模型的正确性，到目前已经验证了CIM09b和CIM10；⑥建立一个大的实际系统模型，验证用基于CIM的XML文件传输数据的可行性；⑦运行潮流计算软件，验证模型文件的充分性和正确性。看模型中是否包含潮流计算用的所有设备参数；⑧在第二次互操作试验中，还验证了NERC的公共电力系统模型工作组（CPSM）提出的最小数据需求模型的正确性和完整性。
在第4次互操作试验中，除了达到以上目的外，还增加了3项特殊的目标[6]：①验证增量模型的传送，即传送模型的变化。②验证部分模型的传送。③对内部控制中心通信协议（ICCP）的结构数据进行交换。
2.4互操作试验的内容
在正式进行互操作试验之前，各厂家都必须事先准备好模型文件样本（基于CIM的XML文档），然后再集中到一起进行互操作。试验内容包括以下几个方面。
（1）模型文件的基本导入/导出[3]
在导出过程中，每一个试验参与者必须将模型从自己私有的数据描述格式转化为标准的CIM/XML文件格式。该CIM/XML文档能够通过浏览器读到，而且必须通过格式校验与XML/RDF语法一致。导入过程就是将标准的CIM/XML文件转化成参与者私有的内部数据描述形式。导入的正确性应当由参与者特有的校验工具进行检验。
（2）互操作试验
一般情况下，进行互操作试验的参与者都需要带来自己的硬件/软件产品，在实验室组成一个局域网。用于试验的模型样本文件都放在局域网服务器上，每个参与者正确导出的文件也都放到这个服务器上，以便其他参与者访问这些文件来测试它们的导入能力[4]。试验分两部分：
1）每个参与者必须对标准的CIM/XML格式的文件正确地导入/导出，从而证明各自的产品可以满足标准的要求。导入正确性的校验应当由各产品的内部校验功能完成。而导出文件的正确性应当通过XML/RDF校验工具验证。
2）每个参与者都必须能够成功地导出CIM/XML格式的文件，放到服务器上并可用于其他参与者导入，从而证明通过使用CIM/XML标准文件可以实现不同产品间的互操作。同时验证导出的文件应与原始模型文件相同。
（3）应用软件计算
应用软件计算的测试主要为了验证电力系统模型数据的完整性以及数据传送和交换的正确性，通过运行潮流计算程序来实现[4]。主要内容包括：首先，每个参与者（例如A）都必须导入标准的电力系统模型文件，将其转化为私有的数据描述格式，并通过模型校验，进行潮流计算，保存计算结果。计算结束以后，再导出一个CIM/XML文件；然后，其他参与者（例如B）将这个导出文件导入到自己的私有系统中，经过校验以后进行潮流计算，计算结束以后，再导出一个CIM/XML文件；最后，第一次导入原始文件的参与者（即参与者A）再将这个导出文件导入自己的系统，进行潮流计算，并与对原始数据进行潮流计算得到的结构相比较，若差别在合理的范围内，则说明试验成功。
这里需要说明的是，可能不同参与者的潮流计算结果没有可比性。因此最好用同一参与者的应用软[1][2]下一页
