电力系统异构应用信息共享和互操作理论与方法研究

论文摘要

随着社会和经济的快速发展以及电力系统互联的逐步实施,电网的安全稳定和控制问题日益突出,各种应用软件和硬件系统在电力系统调度中心和变电站等各个环节发挥着越来越重要的作用,对各种应用系统间的信息共享和互操作也提出了越来越迫切的要求。但目前各种应用系统的异构性极大地制约了信息共享和互操作的实现,成为当前电力系统应用软件发展中的突出问题。研究电力系统异构应用信息共享和互操作的理论与方法,建立开放的电力系统软件系统和平台,具有重要的理论与实际意义。本文以此为出发点,对电力系统异构应用信息共享与互操作理论和方法进行了深入研究,涉及公共信息模型的形式化表达和电力系统应用中图形信息的共享与互操作等方面,并结合电力调度中心的实际应用系统进行了深入探讨。国际电工委员会制定了IEC 61970标准,以实现EMS应用的即插即用和信息互操作。本文首先分析了IEC 61970中的公共信息模型CIM和组件接口规范CIS的构建方法;然后借助形式语义理论论述了基于UML构建的CIM模型语义空间的可互操作性,分析了IEC 61970采用扩展RDF模式和简化RDF语法对CIM模型进行形式化表达的方法;最后,指出了RDF难以完备表达模型的信息语义等缺点,提出了结合本体技术实现CIM的语义形式化表达,构建电力系统语义信息模型的方法,该方法可以较好弥补RDF表达模型语义方面的不足,提供等同描述逻辑的逻辑推理能力,有助于实现电力系统信息模型的语义一致性理解。在电力系统图形信息共享和互操作方面,本文首先对比分析了CCAPI推荐的图形中心和域中心图形交换方案,指出图形中心方案在实现一对象多图、支持背景图形显示以及支持图形扩展等方面的优点,并论述了基于CCAPI图形交换方案实现信息共享和互操作的关键问题;然后,提出了利用SVG Metadata模型和IEC 61968 Location包规范图形位置、拓扑和附带电气信息,实现图形交换和图形分拆、合并的具体方法;最后,针对图形中心互操作方案不同应用中的组合图形之间、组合图形和电气模型之间难以关联的问题,提出了基于本体的解决方案,该方案利用各异构系统内的应用本体增强电气模型的横向关联和语义约束,实现图形和电气模型的紧密关联,并将异构系统间的图形信息共享和互操作转化为本体间的辨识和映射,有助于有效解决组合图形的互操作等问题。最后,以继电保护定值单管理系统和继电保护定值校核预警系统为例,研究了开放性数据模型和组件技术在电力系统应用软件系统中的具体应用。在继电保护定值单管理系统中,利用基于COM的Active X组件技术和OWC Spreadsheet控件实现了定值单计算原则和显示样式的自定义,完成了定值单管理系统与整定计算系统的集成和信息交换;基于工作流技术实现了定值单审核、下发、回执、执行等工作在广域分布式环境下多部门、多用户中的网络化控制和定值信息共享。在继电保护定值校核系统中,利用CORBA中间件对并行计算的良好支持,设计了多线程并行计算的在线校核系统,采用决策表搜索和多组校核计算组并行计算同时进行来提高在线定值校核的速度,利用以IEC 61970 CIM和本体技术为基础的语义信息模型对涉及的电网拓扑和一次设备模型进行了建模,基于IEC 61850的保护逻辑节点对CIM的保护设备模型进行了扩展,从而提高了定值校核系统的开放性和信息共享能力。上述系统都已经在实际大型电网调度中心得到成功应用,大大提高了继电保护相关工作的效率,为电网的安全运行提供了有力保证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 信息共享和互操作的基本理论与方法
• 1.3 电力系统信息共享和互操作的研究现状
• 1.4 本文所做的工作及章节安排
• 2 电力系统异构应用集成和信息共享的基本理论与方法
• 2.1 引言
• 2.2 公共信息模型
• 2.3 分布式对象技术与组件接口规范
• 2.4 基于IEC 61970的异构电力系统集成和信息交换
• 2.5 小结
• 3 基于形式语义学的公共信息模型形式化表达方法
• 3.1 引言
• 3.2 基于形式语义学的CIM语义空间可互操作性分析
• 3.3 IEC 61970中公共信息模型的形式化实现
• 3.4 本体的概念及其作用
• 3.5 基于OWL本体语言的IEC 61970语义形式化表达
• 3.6 小结
• 4 电力系统异构应用系统集成中的图形互操作问题
• 4.1 引言
• 4.2 SVG图形及其特点
• 4.3 CCAPI图形互操作方案
• 4.4 图形互操作具体实现中的关键问题
• 4.5 小结
• 5 电力系统图形交换中的Location包和SVG metadata应用方法
• 5.1 引言
• 5.2 基于SVG的电力系统图元构建
• 5.3 图形交换信息的规范化表达方法
• 5.4 图形分拆合并中的坐标变换方法
• 5.5 应用举例
• 5.6 小结
• 6 基于本体的电力系统异构图形信息互操作研究
• 6.1 引言
• 6.2 本体的形式化表达
• 6.3 基于本体的图形信息共享和互操作
• 6.4 基于本体的组合图元互操作
• 6.5 小结
• 7 基于扩展CIM保护模型的继电保护定值单流转管理系统
• 7.1 引言
• 7.2 基于IEC 61850保护相关逻辑节点的CIM保护模型扩展
• 7.3 基于组件技术的定值单管理系统与整定计算系统的信息交换
• 7.4 基于网络的定值单流转及定值信息交换管理
• 7.5 小结
• 8 基于CORBA的继电保护定值在线校核预警系统设计
• 8.1 引言
• 8.2 校核系统的总体结构及功能分解
• 8.3 开放式数据模型在校核系统中的应用
• 8.4 校核系统各CORBA组件间的协作与信息交换
• 8.5 校核系统与EMS/SCADA系统的异步发布/订阅式信息交换
• 8.6 小结
• 9 全文总结
• 9.1 总结
• 9.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1攻读博士学位期间发表的学术论文
• 附录2攻读博士学位期间参加的与论文相关的课题