CN103825755A - 电力二次***的建模方法与*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力二次***的建模方法与***，根据本方法与***所建立的模型，包括数据模型、资源模型和依赖关系模型，分别解决了对象分类管理、管理对象的组织与电网架构的结合、复杂关系的描述三方面的问题，避免了用同一个模型解决三方面问题所带来的复杂度和维护难度。其中，资源模型中引入IEC61970 CIM模型相关概念，将二次***各个管理对象与电网一次模型相结合，提供了电网一二次模型统一模型；面向业务的依赖关系描述方法，总结四类基础服务，抽象公共基础服务，将复杂的多对多依赖关系，分解到各类服务中，并以最终反映业务运行情况为导向重新组织，解决了业务与软件、硬件，以及与其他业务之间的依赖关系定义的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种电力二次***建模方法与***。
背景技术
近十年来，电力***和信息技术的不断发展，电力二次***（以下简称二次***）的监控范围不断扩展、技术水平不断提高。信息与通信技术（以下简称ICT）的进步已经成为现代电网技术发展的重大推动力，以现代信息与通信技术为基础所构建的电力二次***，相当大程度上改变了电力基础设施的基础结构，成为电力一次***安全、可靠、稳定、经济运行的重要技术保障。在此情况下，由于二次***的广泛部署与互连，其所出现诸如物理安全、运行安全、信息安全等方面的问题，都有可能波及电力***的稳定，影响电网的可靠供电。
随着智能运行主站***及数字化变电站应用的不断增加和扩展，电力二次***硬件设备日益增多，业务互连形态日趋复杂，迫切需要建设符合电力二次***特点的监视与管理***。
监管***收集各种运行数据，诸如二次***业务运行状态、二次设备运行状况、网络互连情况、***信息安全、机房环境参数等。监管***将运行数据或告警分类展示给运维人员使用。由于电力二次***技术横跨电力***、自动化控制、计算机科学、通信技术等等诸多专业，监管***按照专业将数据整合，提供给不同专业的人员使用。当出现综合故障时，需要运维人员不仅具有较高的专业技术水平，还需要具备相当广泛的专业面。目前ICT业界有通用的安全管理***、网络管理***等等工具，电力行业生产控制***本身也有传统的监控模块，监管***会将各方数据整合，但由于各种监控***业务视角不同，监视范围和分析策略也不同，彼此之间协调分析的难度较大，有时还会产生不适用的噪声数据，影响运维工作的实际效率。
目前的监管***多数基于通用网络管理***扩展，继承了通用网络管理***的配置管理数据库中的配置建模机制，下面具体介绍此技术。
配置管理数据库配置建模技术：配置管理数据库（CMDB）存储与管理企业IT架构中设备的各种配置信息，它与所有服务支持和服务交付流程都紧密相联，支持这些流程的运转、发挥配置信息的价值，同时依赖于相关流程保证数据的准确性。在实际的项目中，CMDB常常被认为是构建其它ITIL流程的基础而优先考虑，ITIL项目的成败与是否成功建立CMDB有非常大的关系。
70%～80%的IT相关问题与环境的变更有着直接的关系。实施变更管理的难点和重点并不是工具，而是流程。即通过一个自动化的、可重复的流程管理变更，使得当变更发生的时候，有一个标准化的流程去执行，能够预测到这个变更对整个***管理产生的影响，并对这些影响进行评估和控制。而变更管理流程自动化的实现关键就是CMDB建模。
一个典型的CMDB配置模型如图1所示，其将业务***一层层拆分为相关模块和组件，并将ICT基础设施和业务***相关联。其中建模过程是在明确管理范围前提下经过配置项分类、属性定义、结构定义，最后是将配置项实例化，具体步骤如下：
CI分类：将全部的运维对象做一次逻辑划分以便于管理，按其物理形态来区分管理。利用CI分类动作，明确配置管理的范围与颗粒度，一级分类决定配置管理的范围，三级分类决定配置管理的颗粒度。CI分类的设计，会最大程度的满足管理统计需求与各种灵活的组合查询。利用CI分类作为桥接属性与CI实例的中间环节，便于效率的构建CMDB。将结构与关系独立出来，便于日后的管理扩展与延伸，做到应用焦点独点便于维护拆分，同时又可以起到高效组合的作用。
CI属性定义：针对每一个CI分类，设计属性，以便CI实例继承。CI属性本身带有层级(公用、一级、二级、三级）。CI属性具有父子继续性。CI属性会根据逻辑性划分（管理属性、技术属性等），每一个CI属性需要设计属性值约束机制，以规范及效率填写，同时便于后续的统计与计算。CI属性有狭义与广义之分（在技术层面，结构属性、关系属性也会纳入属性行列管理）。
CI结构定义：随着配置模型进一步挖掘，目前已考虑进一步深化结构信息，将原有的单纯父子结构类型，扩展为三种结构类型：
构成，真正意义上的父子，某个模块是一个程序的一部份，比如CPU是计算机的一部份。
连接(Is connected to)，两者间的连接关系，比如计算机与网络的节点。
需要(Is needed for)，一方对另一方的支撑作用，比如操作***与计算机，一个项目与一台服务器。
根据这三种结构类型，来构建CI集群。
CI实例化：完成以上三步后模型的模式基本确定，根据具体被监视对象完成对象实例的初始化，包括对象属性、关系的初始化等工作。
基于配置管理数据库建模技术可实现对IT***的自上而下的细化拆分，形成多层CI对象集群，从而为管理和监控IT***提供基础模型支撑。
配置管理数据库建模的局限性：首先，配置管理数据库建模方式是以业务***为单位描述各种IT设备的配置信息和关联关系，在电力***中主站***和子站***间有密切的纵向关联关系、且主站***间也有密切的横向关联关系，此种关联在配置管理数据库建模方式中较难描述；其次，配置管理数据库建模方式注重CI的分解，是一种静态分类模型，而电力***分析二次***故障的过程中关注的是逻辑的或者物理的关联关系，且需要对模型进行裁剪和重构，需要模型具备较好的动态特性。
在传统技术方案中，针对业务***采取配置管理对象层层分解的方法，将***分解成硬件和软件，硬件分解成服务器、图形工作站、网络设备、安全设备等具体的设备，并针对每种设备抽象其公共配置对象；同样的对软件也可以分解成一个个应用和模块；并通过单独的CI项间关系表示软件与硬件的部署关系，图1是EMS***的一个典型示例。
其中EMS***拆解为硬件部分，如图中的HISserver、PASserver、SCADAserver，每种类型的服务器还可以细化成多台服务器，如SCADA1、SCADA2，对于所有服务器类型可抽象其公共配置项计算机类配置项，包括CPU、内存、硬盘、主板、操作***；SCADA子***分支用来表示硬软件之间的部署关系，SCADA子***包括SCADA和ALARM两个应用，都部署在SCADA1和SCADA2主机之上；SCADA程序分支表示SCADA应用包括两个实例，其功能模块包括了数据接收、数据处理、数据入库等，可以进一步细化到功能点。在这种方式的问题在于：
1.一个***需要从硬件、软件和硬软件部署三个方面描述就要有至少三个分支，如果要扩展软件间的依赖关系就要再扩展一个分支，当描述的角度增多时分支数量会很多，冗余节点较多，不利于模型的日常维护和扩展；
2.电力二次***往往存在大量的主子站之间的业务联系，现有方案中只能在子站***和主站***中单独描述与对方的关系，关系的维护更加困难，缺乏跨***的描述能力；
3.电力***特有的电网架构，例如控制区、子控区等管辖范围概念在现有方案中只能通过增加分支的方式实现，无法从整体上将各个***的模型整体纳入到电力***的现有管理机制中。
4.现有方案对故障分析的辅助判断能力有限，比如以上模型中，如果某个硬件的某个组件出现问题，比如SCADA1节点CPU负载过高，能够从其分支回溯到SCADAserver类服务器出现问题，但如果进一步关联相关子***的模块实例则必须遍历其他分支，这种遍历当模型庞大时（比如上百个节点、几百个模块组成的***）效率低下，且无法与其他告警关联从而降低了故障影响业务范围分析的速度和准确度。
发明内容
基于上述情况，本发明提出了一种电力二次***的建模方法与***，以解决传统模型的以下问题：
1.分支较多，数据冗余，维护复杂；
2.跨***描述能力低；
3.无法融入电力***特有电网架构；
4.模型关联分析能力弱。
一种电力二次***的建模***，包括依次相连的数据模型单元、资源模型单元和依赖关系模型单元，
所述数据模型单元，用于对所述二次***的各类监测对象进行分类，形成数据模型；
所述资源模型单元，用于在IEC61970 CIM一次设备模型基础上扩展所述数据模型中所描述的各类监测对象，形成资源模型；
所述依赖关系模型单元，用于在所述资源模型基础上，将所述二次***划分为不同的业务，每项业务中包含业务运行所依赖的各类服务，服务再细化关联到其所依赖的各类监测对象，形成依赖关系模型。
一种电力二次***的建模方法，包括步骤：
依次建立所述二次***的数据模型、资源模型和依赖关系模型，
所述数据模型的建立方法，是对所述二次***的各类监测对象进行分类的过程；
所述资源模型的建立方法，是在IEC61970 CIM一次设备模型基础上扩展所述数据模型中所描述的各类监测对象的过程；
所述依赖关系模型的建立方法，是在所述资源模型基础上，将所述二次***划分为不同的业务，每项业务中包含业务运行所依赖的各类服务，服务再细化关联到其所依赖的各类监测对象的过程。
采用本发明的电力二次***的建模方法与***所建立的模型，包括数据模型、资源模型和依赖关系模型，分别解决了对象分类管理、管理对象的组织与电网架构的结合、复杂关系的描述三方面的问题，避免了用同一个模型解决三方面问题所带来的复杂度和维护难度。其中，资源模型中引入IEC61970CIM模型相关概念，将二次***各个管理对象与电网一次模型相结合，提供了电网一二次模型统一模型；面向业务的依赖关系描述方法，总结四类基础服务，抽象公共基础服务，将复杂的多对多依赖关系，分解到各类服务中，并以最终反映业务运行情况为导向重新组织，解决了业务与软件、硬件，以及与其他业务之间的依赖关系定义的问题。
附图说明
图1为一个典型的CMDB配置模型示意图；
图2为本发明电力二次***的建模***的结构示意图；
图3为本发明电力二次***的建模方法的流程示意图；
图4为数据模型中资源分类示意图；
图5为数据模型中运行关系分类示意图；
图6为数据模型中功能/业务/服务分类示意图；
图7为数据模型中规则分类示意图；
图8为资源模型示意图；
图9为依赖关系模型示意图。
具体实施方式
本发明的核心思想在于：构建一种通过归纳总结IT设备、电网二次设备、通用软件和业务软件的特征，抽象公共特征形成层次结构，建立了包括二次***主站端和子站端业务***、ICT基础设施、电网二次设备在内的有明确语法和语义定义的模型，此模型用来描述二次***各组成部分的运行状态和健康指标。模型分为三个部分：数据模型、资源模型和依赖关系模型。其中数据模型解决二次***中所有软硬件分类的描述，资源模型解决二次***的模型如何与现有电网一次模型对接的问题，依赖关系模型解决复杂的关联描述，有利于故障分析。下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
本发明的电力二次***的监测***，如图2所示，包括依次相连的数据模型单元、资源模型单元和依赖关系模型单元。
所述数据模型单元，用于对所述二次***的各类监测对象进行分类，形成数据模型；
所述资源模型单元，用于在IEC61970 CIM一次设备模型基础上扩展所述数据模型中所描述的各类监测对象，形成资源模型；
所述依赖关系模型单元，用于在所述资源模型基础上，将所述二次***划分为不同的业务，每项业务中包含业务运行所依赖的各类服务，服务再细化关联到其所依赖的各类监测对象，形成依赖关系模型。
作为一个优选的实施例，在建立所述数据模型时，将所述二次***的各类监测对象分为资源、运行信息、功能/业务/服务和规则四类。
作为一个优选的实施例，所述依赖关系模型的建立方法中，每项业务中包含业务运行所依赖的各类服务包括网络服务、计算服务、数据库服务和应用服务四类基础服务。
本发明电力二次***建模方法，如图3所示，包括步骤：
步骤S101、建立所述二次***的数据模型，所述数据模型的建立方法，是对所述二次***的各类监测对象进行分类的过程；
步骤S102、建立所述二次***的资源模型，所述资源模型的建立方法，是在IEC61970 CIM一次设备模型基础上扩展所述数据模型中所描述的各类监测对象的过程；
步骤S103、建立所述二次***的依赖关系模型，所述依赖关系模型的建立方法，是在所述资源模型基础上，将所述二次***划分为不同的业务，每项业务中包含业务运行所依赖的各类服务，服务再细化关联到其所依赖的各类监测对象的过程。
数据模型是通过对二次***中的主站端和子站端监视对象，包括IT设备、电网二次设备、通用软件和专业软件的特征分析，形成一种描述二次***的分类模型，它是构建资源模型和依赖关系模型的基础。二次***健康模型中的数据模型分为资源、运行信息、功能/业务/服务和规则四个分类。
1.资源
从电力二次***运维与管理***的角度，二次***中每个组成部分都是一种资源，他们为二次***的运行提供了某种功能，二次***的运行情况和健康度可以通过衡量每个资源的功能运行情况得到，因此资源是观测二次***运行状况的基础单位。本规范按照资源存在的方式将其划分为面向逻辑资源的软件和逻辑组件，面向物理资源的设备和设备组件，其组成如图4所示。
2.运行信息
电力二次***的运行过程中会产生各类运行状态信息，同时运维与管理平台还将利用这类信息经过计算和分析产生分写结果类信息。两类信息都反映了电力二次***各类资源的运行情况。本规范按照运行信息的特性将其划分为原始信息和分析结果，其组成如图5所示。
3.功能/业务/服务
功能/业务/服务是从业务运行的角度对各类支撑业务的资源按照其属性特征分为公共基础服务，包括计算服务、数据库服务和网络服务，以及应用服务。其中计算服务是指提供计算资源的服务，比如主机；数据库服务是指为业务运行提供数据存取类资源，包括实时库、时序库和关系数据库等；网络服务是指为业务运行提供网络环境的资源，包括交换机、路由器和各类安全设备等；应用服务是支撑业务运行的业务功能，比如支撑前置业务运行的站端远动业务，一项业务也可以成为另外一项业务的应用服务，比如前置业务支撑SCADA，因此前置也是一种应用服务。服务分类如图6所示。
4.规则
规则定义了分析电力二次***各组成部分的动态运行数据的判据，其分为业务行为规则、安全关联规则、性能分析规则和故障分析规则。其中业务行为规则是从业务角度分析电力二次***运行的各种行为特征，并依据此特征评价业务运行的状态；安全关联规则是从信息安全角度分析电力二次***运行状态，并计算安全运行的各类指标；性能分析规则是从***性能角度分析电力二次***整体运行状态，并计算***各类资源的运行性能指标；故障分析规则是从***的业务运行角度分析电力二次***各个业务的运行状态，并结合故障告警和各类资源的运行信息分析并定位故障根源。规则分类如图7所示。
资源模型是在IEC61970 CIM模型的基础上扩展数据模型中所描述的各类监视对象模型，从而形成了电网一二次结合的完整对象模型，用于对二次***的监视和统计分析。它解决了现有方案无法融入电力***特有电网架构的问题。
资源模型是在CIM模型的基础上扩展数据模型中所描述的各类监视对象，比如在变电站内各个电网一次设备下扩展二次设备模型，在厂站下和控制中心下扩展二次***分支，包含了子***、设备和公共基础设施，主要用于描述主站或子站的软件***资源及其支撑其运行的ICT基础设施资源。结构如图8所示。
其中，控制中心和厂站内的二次***中包含子***、设备、公共基础设施三个类，厂站内一次设备下的二次设备归为设备类。模型中每一个类下都可以包含模拟量、状态量等量测数据类。
依赖关系模型是在资源模型的基础上，将二次***划分为不同的业务，每项业务中包含业务运行所依赖的各类服务，服务再细化关联到其所依赖的各类监视对象，用于二次***的故障分析和定位。
依赖关系模型是在资源模型的基础上，将二次***划分为不同的业务，每项业务中包含业务运行所依赖的各类服务，服务再细化关联到其所依赖的各类监视对象，用于二次***的故障分析和定位。其架构如图9所示。
其中，控制中心和变电站下所包含的业务是从业务角度对应用重新分类，比如前置业务、SCADA业务、AGC业务等，每中业务在现有***中是靠一系列相关的软件模块和硬件设施等资源支撑的，依赖关系模型将这些支撑的资源抽象成各种服务，每种服务为相关的业务提供一种服务能力，比如网络服务提供网络互联与通讯能力、计算服务提供数据处理与运算的能力、数据库服务提供数据存取能力、应用服务提供业务所需的各种应用功能。
每种服务又与具体的资源相关联，比如网络服务与具体的交换机、路由器、隔离装置等关联，计算服务与服务器关联，数据库服务与具体的数据库实例关联，应用服务与具体的子***或功能模块关联。
依靠服务这个中介层，依赖关系模型将业务与相关的逻辑或物理资源解耦，从而为灵活的划分这些资源提供了方法。比如一台主机即可以部署前置应用，作为前置业务的计算服务，也可以同时部署SCADA应用作为SCADA业务的计算服务，因此这样的主机资源就可以放在公共基础服务中的计算服务下，而其他的业务中用到相关的服务可以到此公共基础服务中关联，减少多点关联容易造成的数据冗余与不一致情况出现。
一种业务也可以为另外一个业务提供支撑，这种情况下，前一种业务就是后一种业务的应用服务。利用应用服务的概念可以将有依赖关系的各种业务关联起来，包括主站或子站内的各类业务之间，以及主站与子站间相关的业务之间，比如子站的远动业务就支撑主站前置业务，因此可以认为子站远动业务是主站前置业务的应用服务，建立依赖关系。
按照业务与服务之间的关联关系可以建立业务与各类资源间的依赖关系，从而实现当某个资源出现故障时，能够迅速关联分析到依赖此资源的相关业务，为故障定位提供一种聚类分析方法。由于子站与主站间有业务依赖关系、二次设备与相关一次设备有依赖关系，因此运用依赖关系模型可以分析子站故障对主站的影响、一二次设备故障对对方的影响，为电网故障分析和预警提供了灵活的分析模型支持。
本方案的具有以下特点：
1.方案采用数据模型、资源模型和依赖关系模型分别解决了对象分类管理、电网既有架构的结合、复杂关系的描述三方面的难题，避免了用同一个模型解决三方面问题所带来的复杂度和维护难度。
2.数据模型根据电网二次***中软硬件的特点分类归纳总结，能够较为全面的反应二次***所包含的各类观测对象的分类关系，包括电网二次设备、通用IT设备、业务***及其模块、各类服务等，并且包括了对采集的二次***监视数据处理的规则。
3.资源模型依据现有电网模型IEC61970 CIM模型，能够将电网架构与二次***架构相融合，在纵向上主站和子站利用CIM的控制中心和厂站分支将其纳入到统一的资源模型中，在横向上不同的变电站或主站***在厂站分支和控制中心分支中扩展；同时按照CIM的主控区和子控区将各级电网调度部门统一到一个资源模型中，从而将二次***与电网架构和电力公司组织架构结合起来。
4.依赖关系模型采用面向业务的建模方式，按照***运行所需服务的分类方法，抽象出网络服务、计算服务、数据库服务和应用服务四类基础服务，并将业务***分解为各种业务，同时利用资源模型中的电网架构概念将各类业务组织起来，每类业务与四种基础服务建立依赖关系，从而解决了业务与软件、硬件，以及与其他业务之间的依赖关系定义问题。
相比现有技术方案，本发明具有以下优点：
1.解决了分支较多，数据冗余，维护复杂的问题，采用三个模型解决三方面的问题，建立彼此关联，减少冗余节点，维护也可以根据需要分开单独维护。数据模型定义了各种分类，当分类发生改变时才需要维护；资源模型描述各类监视对象，并不包括复杂的关联关系，当对象发生改变时才需要维护；依赖关系模型面向业务，按照四类基础服务归纳关系，并抽象出公共基础服务，对共用资源的关系集中管理，从而使得关系的维护调理清晰。
2.解决了跨***描述能力低的问题，一方面利用IEC61970 CIM模型的电网架构概念将纵向主子站间有机整合起来；另一方面横向上打破***边界，按照业务管理各资源间的依赖关系，为分析二次***的运行情况和故障提供了统一的横向、纵向可扩展模型支撑。
3.解决了无法融入电力***特有电网架构的问题，利用IEC61970 CIM的一次设备模型，可以将变电站端的二次设备与相关的一次设备相关联，解决了二次设备组织方法如何与电网架构结合的问题，为判断二次***对电网整体运行情况的影响提供了模型支撑。
4.解决了模型关联分析能力弱的问题，用专用的面向业务的依赖关系模型，通过梳理支撑业务运行的四类基础服务，抽象公共基础服务，将复杂的多对多依赖关系，分解到各类服务中，并以最终反映业务运行情况为导向重新组织，既起到了化繁为简，提高可维护性的目的，又强化了分析业务运行情况的模型支撑能力。
注：本发明已在公司内部进行了相关测试，经验证能够实现上述有益效果，具有良好的实用性和市场前景。
除本方案外，也可以通过在原有基于配置管理数据库建模技术的基础上先建立单个***的模型，在建立***间模型的方法实现类似的效果。但由于配置管理数据库建模技术用一个模型解决解决所有问题的固有制约，随着模型规模的增大其可扩展性和可维护将大大降低，并不能真正满足电网用户对整个二次***的建模需求。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种电力二次***的建模***，其特征在于，包括依次相连的数据模型单元、资源模型单元和依赖关系模型单元，
所述数据模型单元，用于对所述二次***的各类监测对象进行分类，形成数据模型；
所述资源模型单元，用于在IEC61970 CIM一次设备模型基础上扩展所述数据模型中所描述的各类监测对象，形成资源模型；
所述依赖关系模型单元，用于在所述资源模型基础上，将所述二次***划分为不同的业务，每项业务中包含业务运行所依赖的各类服务，服务再细化关联到其所依赖的各类监测对象，形成依赖关系模型。
2.根据权利要求1所述的电力二次***的建模***，其特征在于，
在建立所述数据模型时，将所述二次***的各类监测对象分为资源、运行信息、功能/业务/服务和规则四类。
3.根据权利要求1或2所述的电力二次***的建模***，其特征在于，
所述依赖关系模型的建立方法中，每项业务中包含业务运行所依赖的各类服务包括网络服务、计算服务、数据库服务和应用服务四类基础服务。
4.一种电力二次***的建模方法，其特征在于，包括步骤：
依次建立所述二次***的数据模型、资源模型和依赖关系模型，
所述数据模型的建立方法，是对所述二次***的各类监测对象进行分类的过程；
所述资源模型的建立方法，是在IEC61970 CIM一次设备模型基础上扩展所述数据模型中所描述的各类监测对象的过程；
所述依赖关系模型的建立方法，是在所述资源模型基础上，将所述二次***划分为不同的业务，每项业务中包含业务运行所依赖的各类服务，服务再细化关联到其所依赖的各类监测对象的过程。
5.根据权利要求4所述的电力二次***的建模方法，其特征在于，
在建立所述数据模型时，将所述二次***的各类监测对象分为资源、运行信息、功能/业务/服务和规则四类。
6.根据权利要求4或5所述的电力二次***的建模方法，其特征在于，
所述依赖关系模型的建立方法中，每项业务中包含业务运行所依赖的各类服务包括网络服务、计算服务、数据库服务和应用服务四类基础服务。
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