用于电力系统的数据交换系统及方法.pdf

本发明提供了一种用于电力系统的数据交换系统及方法，该系统包括：数据提供单元，用于将表示共享数据和/或公共服务的公共数据提供到数据中心；数据中心，利用CIM公共模型将数据提供单元提供的公共数据转换为规定格式并进行存储，以及在数据需求单元需要提取数据中心存储的具有规定格式的数据时，将具有规定格式的数据转换为数据需求单元能够处理的格式；以及数据需求单元，从数据中心获取具有其能够处理的格式的共享数据以及使用公共服务的业务。本发明实现了数据的统一描述与标识，提高了数据质量，降低了数据管理的难度与强度。

1.  一种用于电力系统的数据交换系统，其特征在于，包括：
数据提供单元，用于将表示共享数据和/或公共服务的公共数据提供到数据中心；
所述数据中心，利用CIM公共模型将所述数据提供单元提供的所述公共数据转换为规定格式并进行存储，以及在数据需求单元需要提取所述数据中心存储的具有所述规定格式的数据时，将具有所述规定格式的数据转换为所述数据需求单元能够处理的格式；以及
所述数据需求单元，从所述数据中心获取具有其能够处理的格式的所述共享数据以及使用所述公共服务的业务。

2.  根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述公共数据包括客户信息、产品信息、市场信息、以及设备信息。

3.  根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据需求单元还用于发送包含对所述数据的要求的指令到所述数据中心。

4.  根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据中心不能访问存储的所述公共数据，在所述数据需求单元需要所述公共数据时，所述数据中心直接向所述数据需求单元发送数据。

5.  根据权利要求1所述的系统，其特征在于，对所述数据中心的访问需要身份认证。

6.  一种用于电力系统的数据交换方法，其特征在于，包括：
将表示共享数据和/或公共服务的公共数据提供到数据中心；
利用CIM公共模型将所述数据提供单元提供的所述公共数据转换为规定格式并进行存储，以及在数据需求单元需要提取所述数据中心存储的具有所述规定格式的数据时，将具有所述规定格式的数据转换为所述数据需求单元能够处理的格式；
以及
从所述数据中心获取具有其能够处理的格式所述共享数据以及使用所述公共服务的业务。

7.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述公共数据包括客户信息、产品信息、市场信息、以及设备信息。

8.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述数据需求单元还用于发送包含对所述数据的要求的指令到所述数据中心。

9.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述数据中心不能访问存储的所述公共数据，在所述数据需求单元需要所述公共数据时，所述数据中心直接向所述数据需求单元发送数据。

10.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对所述数据中心的访问需要身份认证。

用于电力系统的数据交换系统及方法
技术领域
本发明涉及电力系统，更具体地，涉及用于电力系统的数据交换系统及方法。
背景技术
电力企业信息化系统主要包括了生产自动化系统和管理信息化系统两大范畴，而每个范畴下根据功能和对象的不同又划分为若干的应用系统。由于这些系统是在不同时期、不同技术条件下、不同专业分别建设的独立系统，由于缺乏整体规划，各个系统之间无标准关联性，从而在电力企业内部形成了若干的专业“信息孤岛”。
随着电力系统的不断发展和电力市场改革的不断深入，电力企业对自身信息化水平的要求越来越高。电力企业不仅需要内部各部门、各系统之间信息顺畅沟通，而且，还需要企业之间的信息交互，以实现业务的高效协作及商务智能。无疑，这些“信息孤岛”的存在，导致了电力企业单位间及内部各部门间的信息互通形成了阻碍，使管理流程难于实现重构，多年积累、沉淀的数据不能实现价值转换，进而降低了企业的核心竞争能力和应变能力，增加了电力部门的运营成本。
为了实现各业务系统间的信息交换与共享，保障各业务系统的协同运作，目前主要有三种技术方案，用以解决“信息孤岛”的问题：(1)点对点的数据接口，实现应用两两间的数据交换；(2)通过统一的数据交换中心，实现应用间的数据交换，但在数据交换中心不提供统一的数据交换模型，数据交换中心的数据模型随着数据交换应用的实施逐步实现和完善；(3)基于统一数据交换模型的数据交换中心，实现统一的数据交换。
点对点数据接口的技术方案，通常是根据两个应用间的具体业务问题，以及两个系统所采用的技术，选择共享部分数据库、建立中间数据存贮或互相提供应用开发接口的方式实现，由于此方式难于管理和维护，目前，此方案已很少采用。点对点数据接口的技术方案的主要缺点是针对不同的系统以及数据集成要求，采用不同的技术方法，技术不统一、开发工作量大，当接口多时难于管理，当部分系统升级时将影响相关的系统。
通过统一数据交换中心进行交换的技术方案，是建立统一的数据交换平台，提供对各业务系统的数据源进行定义，并根据各业务系统的数据模型，在数据交换平台定义数据模型，并通过数据交换平台实现数据从数据源到数据交换中心的抽取和转换。同时，数据交换中心提供数据访问功能，供各业务系统从数据交换中心获取信息。这种技术方案和点对点的数据接口方案相比具有开发工作量小、易于管理和维护的优点，但当需要交换的信息范围扩大时，各业务系统信息模型重复、不一致等问题将导致数据交换中心数据模型的混乱，使得数据的集成共享难于适应大规模的应用以及应用的扩展。
基于统一数据模型的数据交换中心方案，是在统一数据交换中心的技术方案基础上，规范了统一的数据交换模型，以及数据访问接口。因为，它统一规划了完整的数据模型，而不依赖于业务系统的数据模型，因而，它在数据唯一性、一致性方面更有优势，同时，它规范并加强了数据访问方式，使得数据交换更为容易。然而，前期规划的数据模型的质量将很大程度地影响数据集成的效果。该方案的主要缺点是数据模型的质量对数据集成的影响重大，同时，全局地设计全面的数据模型难度大，从而导致实施难度大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够解决上述问题的用于电力系统的数据交换系统及方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于电力系统的数据交换系统，包括：数据提供单元，用于将表示共享数据和/或公共服务的公共数据提供到数据中心；数据中心，利用CIM公共模型将数据提供单元提供的公共数据转换为规定格式并进行存储，以及在数据需求单元需要提取数据中心存储的具有规定格式的数据时，将具有规定格式的数据转换为数据需求单元能够处理的格式；以及数据需求单元，从数据中心获取具有其能够处理的格式的共享数据以及使用公共服务的业务。
其中，公共数据包括客户信息、产品信息、市场信息、以及设备信息。
其中，数据需求单元还用于发送包含对所述数据的要求的指令到数据中心。
优选地，数据中心不能访问存储的所述公共数据，在数据需求单元需要公共数据时，数据中心直接向数据需求单元发送数据。
其中，对数据中心的访问需要身份认证。
根据本发明的另一方面，还提供了一种用于电力系统的数据交换方法，包括：将表示共享数据和/或公共服务的公共数据提供到数据中心；利用CIM公共模型将公共数据转换为规定格式并进行存储，以及在需要提取数据中心存储的具有规定格式的数据时，将具有规定格式的数据转换为数据需求单元能够处理的格式；以及从数据中心获取具有其能够处理的格式共享数据以及使用公共服务的业务。
其中，公共数据包括客户信息、产品信息、市场信息、以及设备信息。
其中，数据需求单元还用于发送包含对所述数据的要求的指令到数据中心。
优选地，数据中心不能直接访问存储的所述公共数据，在数据需求单元需要公共数据时，数据中心直接向数据需求单元发送数据。
其中，对数据中心的访问需要身份认证。
本发明按照公共数据模型实现了数据的统一描述与标识，并据此将不同系统中的数据按照应用需求进行整合，提高了数据质量，降低了一线人员数据管理难度与强度。在核心应用系统及跨业务域的应用建设中，实现多个来自不同系统数据的统一访问与共享，实现了基于公共数据模型的定制服务/组件的集中统一管理。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的用于电力系统的数据交换系统的方框图；
图2是根据本发明另一实施例的用于电力系统的数据交换方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的用于电力系统的数据交换系统的设计流程图；
图4是根据本发明实施例的用于电力系统的数据交换系统的抽象连接图；
图5A-5F是根据本发明实施例的用于电力系统的数据交换系统中的设备模型、设备与设备容器模型、资产模型、变压器模型、生产设备维护业务、以及营销生产交互模型的实例。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。全文中，相同参考标号表示相同装置。
本发明将以EC61970/61968标准作为基础和标准，基于公共信息模型CIM来设计和实现电力系统统一的公共数据模型，并利用CIM/XML方式提供数据的发布，利用标准的CIS服务提供数据的获取接口。从而提供一个统一的架构，使得当前及未来的数据和业务应用可以一致地进行整合与集成，为统一提供战略性的企业级服务(而不是停留在部门级)，提供对各个管理层面的集成化应用奠定基础。
设计和实现公共数据模型参照IEC61970/61968标准，这主要基于以下原因：(1)CIM基本涵盖了电力企业中的主要对象(输电网相关部分在IEC61970中描述，配电网部分和与之相关的管理信息系统部分在IEC61968中描述)，并充分考虑了不同对象之间的关系，这是经过多年的研究和讨论最终形成的国际标准，凝结了前人的经验和智慧。基于CIM来构建电力系统公共数据模型，可以充分利用已有的成果，大大简化设计的工作；(2)公共信息模型CIM是IEC61970系列标准的一个重要组成部分，CIM是表征电力系统运行与管理在现实世界中的对象的信息模型，该模型提供了一个电力系统的标准的逻辑视图。电力企业中各应用系统共同遵循CIM，以统一的标准描述电力系统对象，可以实现高效率的数据交换和“即插即用”的应用程序设计效果；(3)未来的很多新应用将基于统一平台和技术基础上进行开发，未来的应用具有不可预知性。只有基于IEC61970/61968标准设计统一的电力系统公共数据模型，利用CIM/XML方式提供数据的发布，利用标准的CIS服务提供数据的获取接口，才能保证开放性，从而防止新的信息孤岛；以及(4)数据中心的数据获取，以及不同业务应用间的数据交互，必然涉及到与大量现有的应用系统进行数据交换，只有遵循国际标准，才能保证这种数据交换的可靠性和可扩展性。
作为国际标准，IEC61970/61968标准本身并不是无所不包的，它描述的是最核心的信息模型，因此具体到电力系统的公共数据模型，不可能完全照搬，本发明按照以下原则对其进行合理的扩展：(1)对于需要扩展的部分，要进行分析和研究，从较高层次上抽取共性的数据与模型，只有这样，才能保证扩展后模型的广泛适用性；(2)准确理解现有的公共信息模型，需要分析新应用中哪些部分可以在现有的CIM中实现，要充分利用标准中已有的模型，避免不必要的修改；以及(3)在扩展模型与现有CIM结合时，应该充分利用面向对象设计中的继承和组合等特性，使得现有CIM中的模型和信息得到最大程度的复用。
图1是根据本发明实施例的用于电力系统的数据交换系统100的方框图。
参照图4，用于电力系统的数据交换系统100，包括：数据提供单元102，用于将表示共享数据和/或公共服务的公共数据提供到数据中心104；数据中心104，利用CIM公共模型将数据提供单元提供的公共数据转换为规定格式并进行存储，以及在数据需求单元106需要提取数据中心104存储的具有规定格式的数据时，将具有规定格式的数据转换为数据需求单元106能够处理的格式；以及数据需求单元106，从数据中心104获取具有其能够处理的格式的共享数据以及使用公共服务的业务。
数据提供单元102和数据需求单元106不是绝对的数据提供方和数据需求方。其可能在某一时刻从数据中心104提供数据而在另一时刻从数据中心104获取数据。
公共数据包括：客户信息，包括描述企业潜在用户信息和企业用户信息，包括客户的基本信息、计费规则信息、抄表计费信息、账单信息、缴费信息、信用信息、客户变更信息。客户主题域引用综合主题域中合同主题的合同信息、产品主题域中电价信息和客户的服务信息，引用设备主题域中的计量设备信息，营销帐务信息通过财务核算对象与财务主题域的帐簿主题的帐簿相关联；产品信息，包括企业提供的电能产品和通过企业资源向用户提供的各种服务的信息；市场信息，包括企业经营过程中发生的企业内部组织之间和企业组织与外部组织之间的商品交易形成的市场信息。产品进入市场流通被称为商品；以及设备信息，包括企业物理的、电子的和机械的设备，包括在发电、输电、变电、供电和用电中用到的在网运行的电力设备和其它设备(如通信设备，屏柜，建筑物)的信息。
在公共数据中，除上述几种信息之外，还可以包括：电网信息，包括由设备组成的电网的信息，包括电网的基本信息，拓扑信息，电网的负荷运行信息。电网主题域引用设备主题域中的设备主题描述电网的设备信息，引用组织主题域描述电网所属组织信息、电网空间地理信息；安全信息，包括企业运行过程中有关设备、电网和人员的安全检查、培训防护以及安全事故的信息。安全主题域包括安全检查、安全培训、安全评价、安全预防、安全规范和安全事故等信息；财务信息，包括企业财务管理的账簿；资产信息，包括投资、融资、产权和资产信息；以及人员组织、物资、项目、综合等信息。
数据需求单元106数据需求单元还用于发送包含对所述数据的要求的指令到数据中心104以便于数据中心104准备适当的数据。该详细说明包括：需求数据项说明、实时性要求、数据需求时段等。
为保证数据的安全，在安全分区上属于管理信息区的数据中心104不能直接访问存储的公共数据，在数据需求单元106需要获取公共数据时，数据中心104直接向数据需求单元106发送数据。同时，也是为了安全的考虑，对数据中心104的访问需要身份认证通过才能进行。
数据中心104的公共服务接入采用SOA(面向服务)构架。公共服务接入的公共服务支持Webservice的技术标准，包括：传输协议标准：HTTP、HTTPS；描述和发现标准：UDDI 3.0、WSDL 1.1WSDL 1.2和WSDL 2.0。
ETL是数据抽取、清洗、转换、装载的过程，同时提供数据质量的管理、数据的清洗、和调度监控。数据中心提供ETL(数据抽取、转换和载入)工具以从数据提供单元102将公共数据抽取到数据中心104以及从数据中心104到目的数据需求单元106。
数据抽取主要用于数据量较大、实时性要求不高的公共数据集成和共享。数据的抽取必须能够充分满足数据中心和业务系统的需要，同时必须保证不能影响业务系统和数据中心的性能，所以进行数据抽取时必须充分考虑这些因素，制定相应的策略，包括抽取方式、抽取时机、抽取周期等内容。(1)抽取方式：增量抽取、完全抽取等。(2)抽取时机：尽可能避开业务系统的高峰时段，比如在夜间业务系统比较闲时。(3)抽取周期：综合考虑业务需求和系统代价，制定合理的抽取周期，如按照小时、天、周、月、季度等。
数据中心104提供数据服务的主要方式是数据交换服务，同时提供数据的读写功能，读写功能由数据提供单元和数据需求单元调用。数据交换服务遵循J2EE框架和Webservice标准，电力系统的数据传输采用CIMXML格式，以及其它公共数据采用XML格式。消息服务采用J2EE框架下的JMS服务。Java消息服务支持两种消息模型：Point-to-Point消息(P2P)和发布订阅消息(Publish Subscribemessaging，简称Pub/Sub)。(1)发布/订阅(publish/subscribe)消息系统支持一个事件驱动模型，消息产生者和使用者都参与消息的传递，产生者发布事件，而使用者订阅感兴趣的事件，并使用事件。产生者将消息和一个特定的主题(Topic)连在一起，消息系统根据使用者注册的兴趣，将消息传给使用者。(2)点对点(Peer to peer)消息系统中，消息分发给一个单独的使用者。它维持一个″进入″消息队列。消息应用程序发送消息到一个特定的队列，而客户端从一个队列中得到消息。
图2是根据本发明另一实施例的用于电力系统的数据交换方法的流程图。
参照图2，根据本发明另一实施例的用于电力系统的数据交换方法包括以下步骤：
步骤S202，将表示共享数据和/或公共服务的公共数据提供到数据中心；
步骤S204，利用CIM公共模型将公共数据转换为规定格式并进行存储，以及在需要提取数据中心存储的具有规定格式的数据时，将具有规定格式的数据转换为数据需求单元能够处理的格式；以及
步骤S206，从数据中心获取具有其能够处理的格式的共享数据以及使用公共服务的业务。
图3是根据本发明实施例的用于电力系统的数据交换系统的设计流程图。
公共数据模型的设计是一件复杂的系统工作，通过确定问题域和系统责任、确定待分析的对象、归纳现实对象、抽象设计类、建立类层次结构等过程，最终形成统一的电力系统的数据模型。
公共数据模型的表示采用标准建模语言UML来表示，UML是支持面向对象的分析和设计的标准建模语言。UML定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用。它溶入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术。它的作用域不限于支持面向对象的分析与设计，还支持从需求分析开始的软件开发的全过程。
UML表示法通过定义UML符号，为开发者或开发工具使用这些图形符号和文本语法为系统建模提供了标准。这些图形符号和文字所表达的是应用级的模型，在语义上它是UML元模型的实例。
标准建模语言UML的重要内容可以按如下定义：第一类是用例图，从用户角度描述系统功能，并指出各功能的操作者。第二类是静态图(Static diagram)，包括类图、对象图和包图。其中类图描述系统中类的静态结构。不仅定义系统中的类，表示类之间的联系如泛化、关联、依赖、聚合等，也包括类的内部结构(类的属性和操作)。
基于CIM的公共数据模型的实现主要包括基本对象模型与核心业务模型：基本对象模型主要包括：1)设备模型；2)设备与设备容器模型；3)变电站模型；4)变压器模型；5)线路及导线模型；6)母线模型；7)调节导电设备模型；8)开关模型；9)结构模型；10)互感器模型；以及11)资产模型。核心业务模型主要包括：1)电力营销业务模型；2)安全生产业务模型；以及3)营销、生产交互模型。
图4是根据本发明实施例的用于电力系统的数据交换系统的抽象连接图。
参照图4，根据本发明实施例，以数据中心为中心的数据交换系统集成了地理信息系统GIS、生产管理系统PMS、调度自动化系统、配网自动化系统、营销管理信息系统的相关数据和应用，建立了重要客户供电风险预控系统。
根据本发明实施例的用于电力系统的数据交换系统中的设备模型、设备与设备容器模型、资产模型、变压器模型、生产设备维护业务、以及营销生产交互模型的实例分别如图5A-5F所示。
通过上述实施例，本发明以CIM公共数据模型为基础实现了数据的统一描述与标识，并据此将不同系统中的数据按照应用需求进行整合，提高了数据质量，降低了数据管理的难度与强度。在核心应用系统及跨业务域的应用建设中，实现多个来自不同系统数据的统一访问与共享，实现了基于公共数据模型的定制服务/组件的集中统一管理。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。