CN104680429A - 智能电网互操作概念模型 - Google Patents

Abstract

智能电网互操作概念模型，由业务互操作层、功能互操作层、信息互操作层、通信互操作层、组件互操作层组成；所述组件互操作层表征描述智能电网中的硬件设备；所述通信互操作层描述通信机制；所述信息互操作层描述功能,服务和组件使用的以及交换所使用的信息；所述功能互操作层描述功能和服务，及功能和服务之间的关系；所述业务互操作层描述智能电网中信息交换相关的全部业务。采用本发明所述的智能电网互操作概念模型，把相关的互操作内容进行了分组，抽象成五层互操作层，便于在具体实际工程中实现，进一步采用TOGAF架构方法，使得企业能够建立符合标准、易于扩展而且面向服务的架构。

Description

智能电网互操作概念模型

技术领域

本发明属于电子通信领域，涉及一种模拟智能电网的操作模型，具体是一种智能电网互操作概念模型。

背景技术

信息***是信息资源的载体,但是由于标准协议接口不统一和信息分散重复等问题的存在,信息***难以互联,基础信息无法共享,信息化建设陷入“自动化孤岛”的困境。智能电网要求全面、及时的掌握电网运行的信息,并能综合各自动化***分析的结果,做出最优的反应。因此,精确、快速、开放和共享的信息***是智能电网的基础,也是智能电网和传统电网最大的区别,而基础信息的标准化和规范化工作刻不容缓。现已发布的标准如IEC 61970、IEC 61968和IEC 61850是智能电网的核心标准,正推动着电网信息标准化和规范化的进程。

上述数据的整合和数据管理标准化,正是基础信息的标准化和规范化,其表述虽有所不同,但其目标相同,就是要做到数据定义的一致性和规范性,即数据语义的一致性和规范性,这就必须要釆用电力行业的公共信息模型,即IEC 61970/61968共同定义的C1M,用CIM来规范数据对象的命名和接口的语义。基础信息的标准化是信息传输过程中的通信协议与接口标准,规范化指电网中各种数字化信息都有统一时标并实现存储格式规范化;然而协议接口标准和存储格式等,只是触及软件工程中数据表达的语法问题,而其语义问题能否得到彻底的解决,实现企业内部信息***架构中信息纵横向交互的语义一致性,才能从根本上解决“信息孤岛”的问题,而CIM中所提供的模型其目的便在于从语义层面解决,信息资源整合的方法便和CIM的构建思想和方法并无二致,最终解决信息集成的语义问题。

信息***互操作的复杂性与难度，很大程度上取决于信息***的多层次结构，所以对于信息***的集成，需要按照信息***的层次结构有计划、有层次地进行。如图1为美国GWAC提出的公认8层协议，分为体系、信息、技术三大互操作层次。

上述互操作层次主要是对互操作层次的静态描述，缺乏方法论的指导自顶向下或自底向地分析各个互操作层次之间的关联及依赖关系。

发明内容

为克服现有互操作模型仅基于静态描述，对各个互操作层次之间的关联及依赖关系描述不足的技术缺陷，本发明公开了一种智能电网互操作概念模型。

本发明所述智能电网互操作概念模型，所述智能电网互操作概念模型由业务互操作层、功能互操作层、信息互操作层、通信互操作层、组件互操作层组成；

所述组件互操作层表征描述智能电网中的硬件设备和软件组件；

所述通信互操作层描述硬件设备和软件组件之间的通信机制；

所述信息互操作层描述功能,服务和组件使用的以及交换所使用的信息；

所述功能互操作层描述功能和服务，及功能和服务之间的关系；

所述业务互操作层描述智能电网中信息交换相关的全部业务。

优选的，所述智能电网互操作概念模型基于TOGAF架构框架。

进一步的，所述智能电网互操作概念模型使用 TOGAF架构开发方法中所使用的元模型作为智能电网互操作概念模型中各层的元模型。

采用本发明所述的智能电网互操作概念模型，把相关的互操作内容进行了分组，抽象成五层互操作层，便于在具体实际工程中实现，进一步采用TOGAF架构方法，使得企业能够建立符合标准、易于扩展而且面向服务的架构。

附图说明

图1为美国GWAC公司提出的互操作模型具体实施方式示意图；

图2示出本发明所述智能电网互操作概念模型的具体实施方式示意图。

图3示出本发明所述智能电网互操作概念模型的各个层次的相互作用关系具体实施方式示意图。

图4示出采用元模型的智能电网互操作概念模型内部关系示意图。

图3和图4中的功能层、组件层、通信层、业务层、信息层分别表示功能互操作层、组件互操作层、通信互操作层、业务互操作层、信息互操作层。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图2所示，是本发明所述智能电网互操作概念模型的一种具体实施方式示意图，基于原有八个层次的整合。将技术部分划分为通信互操作层和组件互操作层。

原有的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，其运行的操作***与网络通信协议会有所不同，从而产生了异构的网络环境，使得上层的数据与应用在异构网络环境下无法实现相互的传输与通信。网络层互操作主要为了实现异构网络间设备互联，网络软件互操作与数据互通信，以给数据层与应用层的集成提供一个一致、通畅的网络支撑环境。网络通信协议不兼容是造成异构网络最主要的原因，对于网络层互操作，根据网络支持平台的功能，主要包含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***间交换信息的格式的理解。语法互操作相当于对交互的编码信息的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***互操作在本质上就是为了实现各孤立运行***中信息（数据）的共享与交换，数据层的集成语法互操作可以通过数据集成（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。

面向服务架构SOA也是企业应用集成的发展方向,服务间松散耦合可重用的理念很好,关键在于如何划分原子服务和封装组合。参照IEC 61968-1标准文档, DMS的接口参考模型IEM中规划的各业务功能及其子功能和组件,划分非常清晰细致,而我国电网企业的信息***,还存在信息冗余而且功能组件规划凌乱、难成体系,因此信息***集成的工作需要充分考虑信息***规划和组件划分。

本发明中，将其简化划分为通信互操作层和组件互操作层。

通信互操作层重点描述在实际用例中，支撑功能、服务、相关对象或数据模型信息交换互操作的协议和机制。组件互操作层重点描述在智能电网背景下所有参与的物理分布组件。这包括角色、应用***、电力***设备(通常位于一次设备和现场二次设备层),保护和遥控设备,网络基础设施(有线/无线通信连接、路由器、交换机、服务器)和任何类型的电脑。

在信息互操作层中，包括语义理解和业务上下文两个子集。语义理解子集是对包含在信息数据结构中的概念的理解。在建立一种公共语言时，仅有语法是不够的，***还必须理解字的意思，否则***会造出语法正确但没有意义或意义错误的句子。这就需要定义语义的类别，用规则来定义概念以及相互之间的关系。这些东西组织在一起，就构成了信息模型。在智能电网领域就是指CIM模型，这些模型通常会表示成基于对象的类、属性、关系等。业务上下文子集是应用语义和相关业务过程的业务知识。完整的CIM模型内容描述了电力企业运作的所有方面，包括电网运行部分，资产管理、工作管理、客户管理部分，及电力市场部分。它的设计准则是适应多种不同的业务应用。建立一个业务应用子集相当于提炼或约束在一个业务过程中的信息模型，这些约束可能包括参与者的角色、交换信息的具体规则和约束等。一个业务应用可能会用到不同领域的信息模型。

由于业务环境描述了将通用的信息模型用到一个业务过程中，则可能需要修改业务规则、并限制参考的模型。

例如：分布式发电用户（微型燃气轮机发电）签署了一个基于日前的能量供应协议，则一个能源交易协议便发生在***运行方和分布式发电用户之间，交易的内容是基于CIM中关于微型涡轮机的子集，在这个例子中，涡轮特性是不需要的，主要需要燃料和排放等方面的信息。

信息互操作层描述了功能,服务和组件使用的以及交换所使用的信息。它包含信息对象和底层的规范化数据模型。这些信息对象和规范化数据模型代表了功能和服务的公共语义,以允许一个通过各种通信方式实现可互操作的信息交换。

功能互操作层包括业务流程互操作，业务流程互操作反映信息***中的业务模型，属于以业务人员为主导的工作范畴。业务流程需要依据电力企业经营战略的调整做出不断的变化，业务的易变性确实给信息***的集成带来了很大的挑战，需要集成后的信息***具备灵活性的特征。在电力企业互操作关系中，需要认清业务与 IT ***之间的从属关系，信息***不论是在技术层的互操作，还是在信息层的互操作，其最终目的都是为了对业务处理的支撑，实际上是体现了流程到应用的思想。电力企业需要以业务流程的运行规律与运行过程中对信息处理的需求为向导，进行信息***在 IT 层面的集成工作。如今对于业务流程互操作，不论是在理论、实现方法还是应用工具上，都有了快速的发展。

功能互操作层从体系结构上描述相关的功能和服务，包括它们之间的关系。所代表的功能是独立于角色和具体实现的应用程序、***和组件。功能是从相关的用例中抽取的,它是独立于角色的。

业务互操作层由业务目标层和效益/监管政策层组成，其中效益/监管政策层主要涉及政策和规章中的政治和经济目标。业务目标层是商业组织之间的互操作，要求组织之间的战略目标和战术目标应该是互补的、兼容的，说明组织间的商业和驱动力是一致的。业务目标则集成了多个业务流程，可能涉及和其它组织之间的多个交互接口。目前还缺乏信息***的支撑。

业务互操作层代表了与智能电网信息交换相关的业务视图。可以用来映射监管和市场的结构和政策,商业模式、业务组合(产品和服务)的市场各方。业务功能和业务流程也可以在这一层。以这种方式支持企业决策相关(新)的商业模式和特定的业务项目(业务)。

以上五层即业务互操作层、功能互操作层、信息互操作层、通信互操作层、组件互操作层；

所述组件互操作层表征描述智能电网中的硬件设备和软件组件；

所述通信互操作层描述硬件设备和软件组件之间的通信机制；

所述信息互操作层描述功能,服务和组件使用的以及交换所使用的信息；

所述功能互操作层描述功能和服务，及功能和服务之间的关系；

所述业务互操作层描述智能电网中信息交换相关的全部业务。

各个层次之间的具体关系可以如图3所示，组件层的软、硬件组件包括了智能电网的各个应用***设备及软硬件之间的信息通信关系和电气关系，包括角色、应用***、电力***设备(通常位于一次设备和现场二次设备层),保护和遥控设备,网络基础设施(有线/无线通信连接、路由器、交换机、服务器)和任何类型的电脑。在通信层，支撑功能、服务、相关对象或数据模型信息交换互操作的协议和机制，可以通过IEC（国际电工委员会International Electro technical Commission）的系列标准，例如IEC61970、61968、61850等通信标准对智能电网的软硬件组件之间的通信建立通信关系。在信息层，利用通信层对应的IEC C61970、61968、61850模型层标准，对通信信息进行处理，信息层中的信息对象和规范化数据模型代表了功能和服务的公共语义,以允许一个通过各种通信方式实现可互操作的信息交换。并通过接口子集传递到功能层。功能层从体系结构上描述相关的功能和服务，包括它们之间的关系。所代表的功能是独立于角色和具体实现的应用程序、***和组件。功能是从相关的用例中抽取的,用例是独立于角色的。

在图3的功能层中，角色表示可以在业务活动中承担交互的任务。高层用例则描述了一个功能的主要内容及其相关的角色。高层用例可能有多种不同的实现方式，因此高层用例不能映射到一个具体的***或实现架构上。例如电网中的故障定位、隔离与恢复等。主用例是指由某个具体的***在一个限定的范围内来实现的用例，也就是说，高层用例可以被分解成一个或多个实现方式，即主用例。例如上述故障定位、隔离与恢复可以基于不同的电网拓扑结构，采用集中式处理或者分布式处理模式。场景是指在一个主用例中，根据不同的触发信号产生不同的执行路径。例如分别在正常情况下、备选情况下以及接收到错误信号情况下的场景。用例步骤是指描述在一个特定场景下，所有按照一定顺序执行的行为，例如在正常情况下的集中式故障处理步骤。

业务互操作层代表了与智能电网信息交换相关的业务视图。可以用来映射监管和市场的结构和政策,商业模式、业务组合(包括产品和服务)的市场各方。业务功能和业务流程也可以在这一层。以这种方式支持企业决策相关的商业模式和特定的业务项目。

本发明中，优选采用TOGAF架构实现。

智能电网互操作结构本质上是描述企业架构的一种互操作分层方式，而TOGAF企业架构方法论恰恰又是包含了企业架构层面的各个方面的内容，因此，这也就找到了二者的切合点：

TOGAF的方法论是一种元模型驱动的方法，可以有效地指导智能电网互操作的开发。这是业界普遍达成共识的框架和企业架构（EA）方法。这个框架可以被看成是一种帮助我们理解业务，技术以及项目块之间是如何协调工作以及它们之间是如何相互影响的工具。

TOGAF是一种架构框架，可以从四个角度描述企业架构：业务架构(Business)，业务策略、管理、组织和关键业务流程;数据(信息)架构(Data)，组织逻辑和物理数据资产、数据管理资源的结构;应用架构(Application)，被部署的单独应用功能、***、它们之间的交互、以及它们与组织核心业务流程之间关系的蓝图;技术架构(Technology)，软硬件逻辑上的能力，这些能力要求对业务、数据和应用服务的部署提供支持。该架构包括IT基础设施、中间件、网络、通信、处理流程和标准。

由此可见，TOGAF四个角度描述的架构涵盖了本发明中业务互操作层、功能互操作层、信息互操作层、通信互操作层、组件互操作层五个操作层的全部内容，因此可以从TOGAF的四个角度来描述本发明的五个互操作层，即用业务架构来描述业务互操作的内容，应用架构来描述功能互操作的内容，数据架构来描述信息互操作的内容，技术架构中的逻辑技术构件组成组件互操作层，技术架构中的物理技术构件组成通信互操作层，如下图所示：这些层之间的关系，就是TOGAF四种架构之间的关系，本发明中利用业务互操作层、功能互操作层、信息互操作层、通信互操作层、组件互操作层TOGAF 的元模型加以扩展后的具体实施方式可以参考图3。

该方法基于本身的架构元模型，主要分为以下几个阶段:

·初步设计阶段。初步设计阶段就是一个架构小组要设计架构的阶段。我们可以根据企业和架构小组的具体需求指定ADM。

·第一阶段——架构视图。架构小组要在这个阶段定义架构项目的规模，风险承担者以及架构视图，还有继续授权，以便明确这一措施的业务目标，得到业务风险承担者的补仓。

·第二阶段——业务架构。架构小组要在这一阶段开发出一个基准和目标业务架构，并进行支持已有架构视图的缺口分析，这个阶段的重点从SOA(面向服务的体系结构)转移到了义务需求的决策以及业务服务的认证方面。

·第三阶段——信息***架构。这一阶段解决的是应用架构和数据架构问题。架构小组开发基准和信息***服务（IS），进行支持已有架构视图的缺口分析，架构IS服务，并将它们与业务服务相关联。这也是此阶段SOA活动的主要方面。

·第四阶段——技术架构。架构小组会开发一个基准线和目标技术架构，进行支持已有架构视图的缺口分析，决定SOA基础设施组件，例如SOA中介物，或者SOA治理平台。

·第五阶段——机会和解决方案。通过识别交付工具（项目、程序、组合），架构小组将在这一阶段完成架构定义。这些识别交付工具可以有效的交付他们在先前几个目标架构识别的目标架构。

·第六阶段——迁移规划。第六阶段的重点是和项目经理一同创建可行的实施和迁移。我们会在这个阶段为SOA措施设计全景规划，因此这个阶段涵盖了架构和实施阶段。

·第七阶段——实施治理。

·第七阶段将通过架构合同，建立架构和实施之间的联系，该服务合同可以帮助我们观察整个架构，同时检查实施情况。确保架构按照设计需求实施架构。这一阶段的活动将会对齐实施与业务目标。

·第八阶段——架构变化管理。架构变化管理的目标是要确保架构能够实现其原有的目标业务值。这一目标包括以紧凑的架构方式管理架构变化。为了保证持续对SOA措施进行架构描述，需要实施变化管理，这样机构便可以快速的对业务和技术变化做出回应，这样的变化往往会影响SOA实施。

·架构请求管理阶段。请求管理流程一直在驱动ABM。架构经常处理业务驱动器和约束条件，从本质上来说，这些都是企业所无法控制的（不断变化的市场条件，新法律法规的出台等等），缺乏控制就会产生许多无法预测的变化，ADM对于业务要求的关注对SOA 措施的成功实施有着重要的影响。如果将架构定义以及实施与业务要求对齐就会实现业务目标，使整体措施的期望值得以实现。

使用TOGAF架构开发方法(ADM)，ADM能够架构工作提供，在互操作环境下使用TOGAF可以带来的收益包括：TOGAF为互操作提供了一种架构方法;TOGAF ADM覆盖了互操作整个生命周期;使用像TOGAF ADM的标准方法可以降低项目风险;TOGAF可以更好的将业务策略与优先顺序对齐。

在依据TOGAF进行企业架构规划的过程中，当对企业的业务架构进行规划时，就可以为企业架构全面实现互操作的方式提供铺垫。

TOGAF与互操作的结合使得企业在架构体系方面有了保障，使之能够建立符合标准、易于扩展而且面向服务的架构，比如开发服务、业务创新与优化服务、管理服务、基础设施服务、交互服务、流程服务、信息服务、伙伴服务、业务应用服务、接入服务等。因此TOGAF与互操作的结合是一个优秀的解决方案。

在元模型中，业务和信息***服务相互分离，这已经成为了一种规范，同时也高度重视对于IS服务的部署，部署IS服务支持业务价值的。

同时TOGAF也为内容元模型提供服务扩展，除了业务服务的核心理念之外，还创建了IS服务概念，这样可以更为准确的模拟服务组合。应用直接支持IS服务，创建IS服务抽取层，这样可以放松对业务范围的限制，同时风险承担者也能赋予IS服务目录形式。内容元模型还指导互操作实践者如何定义服务目录，如何将服务定义整合到全部业务和解决方案架构当中。

本发明中元模型优选使用 TOGAF ADM 中所使用的术语作为正式元模型的基础，包括了以下术语：

Actor（参与者）：人、组织或***，在架构模型之外，但与之进行交互。

Application Component（应用组件）：应用功能的封装，与结构实施一致。

Business Service（业务服务）：通过显式定义的接口支持业务能力，由组织明确地治理。

Data Entity（数据实体）:由业务域专家确认为离散概念的数据封装。数据实体可以与应用、存储库、服务相关联，还可能根据实施考虑而构造。

Function（功能和流程）:传递与组织紧密一致的业务能力，但并不由组织明确地治理。

Organization（组织单元）:具有资源的自包含单元，伴随着管理职责、目标、对象、方法。组织还可以包括外部人士和业务合作组织。

Platform Service（平台服务）:一种技术能力，提供可以支持应用传递的基础设施。

Role（角色）: 施动者需要承担一种角色来完成某项任务。

Technology Component（技术组件）: 技术基础设施的封装，代表了一类或特定的某些技术产品。

元模型中的对象（施动者、业务服务、功能和流程等）即企业概念数据模型实体，他们之间的关系则为实体间的关系。TOGAF 作为指导性的架构框架并没有给出各个实体的具体实例，以 TOGAF 为基础构建的企业架构可以根据内容元模型来创建各个实体的实例（业务服务的实例“购买订单”）及各实例间的关系。

如图4所示给出采用元模型的智能电网互操作概念模型内部关系示意图,组件层中的逻辑技术组件由物理技术组件实现，逻辑技术组件实现平台服务，并为业务层的业务服务提供平台，功能层中的物理应用组件实现逻辑应用组件，逻辑应用组件实现信息***服务并自动应用到业务层的业务服务中。信息层中包括逻辑数据组件将数据封装成数据实体，逻辑数据组件由信息层中的物理数据组件实现。在业务层中，包括参与者、角色、事件、功能、流程、组织和场所等多个元模型，参与者作为业务层的核心对功能和角色进行访问，并对事件进行处理。

本发明中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.智能电网互操作概念模型，其特征在于，所述智能电网互操作概念模型由业务互操作层、功能互操作层、信息互操作层、通信互操作层、组件互操作层组成；

所述组件互操作层表征描述智能电网中的硬件设备和软件组件；

所述通信互操作层描述硬件设备和软件组件之间的通信机制；

所述信息互操作层描述功能,服务和组件使用的以及交换所使用的信息；

所述功能互操作层描述功能和服务，及功能和服务之间的关系；

所述业务互操作层描述智能电网中信息交换相关的全部业务。

2. 如权利要求1所述智能电网互操作概念模型，其特征在于，所述智能电网互操作概念模型基于TOGAF架构框架。

3. 如权利要求2所述智能电网互操作概念模型，其特征在于，所述智能电网互操作概念模型使用 TOGAF架构开发方法中所使用的元模型作为智能电网互操作概念模型中各层的元模型。