一种换流站设备运行状态信息的集成方法及装置与流程

本发明涉及一种换流站设备运行状态信息的集成方法及装置，属于异构数据处理技术领域。

背景技术：

换流站设备运行状态在线监测及决策支持系统的信息来源分布广且异构程度高,处于多信息孤岛的状况。因此,实现信息和功能共享越来越重要,而如何实现信息集成标准性和灵活性的统一、避免出现新的信息孤岛成为了一大难点。

IEC61970系列标准定义了公共信息模型(CIM,Common Information Model)和组件接口规范(CIS，Component Interface Specification)。CIM提供了一个详细模型来支持电网调度管理的运行，包括量测、网络连接关系、设备参数等，为这些应用提供了一个全面的电力系统逻辑视图，它是电力系统自动化中通用的数据模型和数据接口。而CIS则是在CIM基础之上的接口标准，当在数据上遵循CIM，在接口上基于组件技术遵循CIS时，则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，完成对换流站设备运行状态在线监测及决策支持应用的集成。

信息集成的过程是孤立信息被完整、有效和一致地整合于相对集中的逻辑视图当中的过程。而CIM和CIS规范事实上给出了集成的结果，却并没有给出集成的具体框架和手段，这使集成的方式非常的不统一，加上多数集成应用架构的非开放性和其对CIM遵循的不完整性，这些集成方式将会导致新的信息孤岛的产生。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种换流站设备运行状态信息的集成方法，以解决目前集成方式不统一导致新的信息孤岛的产生的问题。同时，本法还提供了一种换流站设备运行状态信息的集成装置。

本发明为解决上述技术问题而提供一种换流站设备运行状态信息的集成方法，方案一：该集成方法构建于异构集成环境，包括设置在中心服务器上的服务端和分散节点上的客户端，客户端通过向服务端的停泊服务动态申请需要的客户，该集成法包括以下步骤：

1)将数据发布/订阅/代理从服务端迁移到的客户端，以形成数据发布客户和数据订阅客户；

2)数据发布客户对本地换流站设备运行状态信息数据进行映射，并将通过CIM曝露的数据视图注册到全局视图/编码管理服务中供订阅客户获取；

3)全局视图/编码管理服务对注册的各局部CIM数据进行拼接和整合，形成全局视图，数据订阅客户则通过全局视图/编码管理服务的全局视图中发现和订阅需要的局部数据集合；

4)根据客户需求服务端的数据服务将数据回调至订阅端，并在客户端的发布/订阅工作最终完成后，释放代理。

方案二：在方案一的基础上，所述步骤2)中数据发布客户对本地数据进行映射指的是对遗留系统中的关系数据进行映射，将作为局部资源的唯一性标识ID在全局视图/编码管理服务中上升为全局资源唯一性标识。

方案三：在方案二的基础上，所述步骤2)的映射包括基本类映射、多值映射、多态映射、具体化映射、泛化映射和物理换算映射，

所述的基本类映射只对遗留系统的关系视图和CIM类作简单映射，用于解决视图中含有多主键而CIM对象只以ID表示其唯一性的问题；

所述的多值映射用于解决面向对象数据包含一对多数据属性的问题；

所述的多态映射用于解决面向对象数据中属性域为抽象类对象引用的问题；

所述的具体化映射用于解决遗留系统中只含有泛化数据的问题，需要给定具体类的特有信息，并且提供筛选数据的过滤信息；

所述的泛化映射用于解决查询CIM抽象类的问题，需要提供各个具体类对象的信息，需要对各类作泛化分析，提取公共信息；

所述的物理换算映射用于解决遗留系统电气量和CIM类中电气量表达不一致的问题，需要提供设备参数约束条件以及备选的数值计算方案。

方案四：在方案一的基础上，所述步骤3)采用节点(Node)、数据项(Item)的划分方式，通过曝露CIM的名字空间来进行管理，以实现各局部系统视图的拼接与整合。

方案五：在方案一的基础上，换流站设备运行状态信息数据采用元数据进行描述。

方案六：在方案五的基础上，所述换流站设备运行状态信息数据按照ISO/IEC14977的要求基于XML的数据交换格式标准制定抽象数据交换格式标准。

方案七：在方案六的基础上，所述服务端与客户端以及客户端与客户端之间的数据交换混合采用以下两种方式：

a.将待集成的数据移植到新系统的数据库中；

b.不进行数据的物理移动来实现数据的交换和共享。

方案八：在方案七的基础上，所述步骤a包括同构数据之间和异构数据之间的移植，对于同构数据之间，采用数据库复制技术实现数据的交换；对于异构数据之间，采用数据的抽取、转换、加载过程来实现数据的整合、共享。

方案九：在方案七的基础上，不进行数据物理移动而实现数据交换和共享的方法包括：

A.通过应用之间或者应用与数据库之间的数据访问接口实现；

B.通过中间件进行交换，利用应用中间件访问异构的数据源，利用消息中间件实现不同应用间的数据交换；

C.采用数据联邦的方法，通过建立一个虚拟层在后台真实数据库和访问之间建立一个映射，将多数据库集成为统一数据视图。

本发明还提供了一种换流站设备运行状态信息的集成装置，方案一：该集成装置构建于异构集成环境，包括设置在中心服务器上的服务端和分散节点上的客户端，服务端包括系统数据中心、停泊服务模块、全局监控服务模块、数据服务模块、元数据管理模块和全局视图/编码管理模块，客户端通过向服务端的停泊服务模块动态申请需要的客户；

所述的系统数据中心模块用于系统本身状态以及客户端逻辑视图和需求信息的存储；

所述的停泊服务模块用于将数据发布/订阅/代理从服务端迁移到的客户端，以形成数据发布客户和数据订阅客户；

所述的全局监控服务模块用于负责对运行中系统的所有节点进行监控；

所述的数据服务模块用于负责与客户端的数据交换；

所述的元数据管理模块用于数据发布客户对本地换流站设备运行状态信息数据进行映射，并将通过CIM曝露的数据视图注册到全局视图/编码管理模块；

所述的全局视图/编码管理模块用于负责各局部CIM数据的全局拼接/层次化。

方案二：在方案一的基础上，所述元数据管理模块中数据发布客户对本地数据进行映射指的是对遗留系统中的关系数据进行映射，将作为局部资源的唯一性标识ID在全局视图/编码管理服务中上升为全局资源唯一性标识。

本发明的有益效果是:本发明构建于异构集成环境，包括设置在中心服务器上的服务端和分散节点上的客户端，客户端通过向服务端的停泊服务动态申请需要的客户，将数据发布/订阅/代理从服务端迁移到的客户端，以形成数据发布客户和数据订阅客户；数据发布客户对本地换流站设备运行状态信息数据进行映射，并将通过CIM曝露的数据视图注册到全局视图/编码管理服务中供订阅客户获取；全局视图/编码管理服务对注册的各局部CIM数据进行拼接和整合，形成全局视图，数据订阅客户则通过全局视图/编码管理服务的全局视图中发现和订阅需要的局部数据集合。本发明给出了集成的具体框架和手段，解决了目前集成方式不统一导致新的信息孤岛的产生的问题，提高了换流站设备状态检修信息的集成程度和系统灵活度。

附图说明

图1是所采用的异构集成环境系统层次结构图；

图2是基本类映射示意图；

图3是多值映射示意图；

图4是多态映射示意图；

图5是具体映射示意图；

图6是泛化映射示意图；

图7是物理计算映射示意图；

图8是系统视图；

图9是集成应用层次示意图；

图10是信息集成协作流程图；

图11是简单的点对点集成示意图；

图12是标准接口多对多集成示意图；

图13是提取封装公共服务示意图；

图14是支持流程和基于服务的集成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

本发明换流站设备运行状态信息的集成方法的实施例

本发明的集成方法构建于异构集成环境，包括设置在中心服务器上的服务端和分散节点上的客户端，客户端通过向服务端的停泊服务动态申请需要的客户，首先将数据发布/订阅/代理从服务端迁移到的客户端，以形成数据发布客户和数据订阅客户；然后数据发布客户对本地换流站设备运行状态信息数据进行映射，并将通过CIM曝露的数据视图注册到全局视图/编码管理服务中供订阅客户获取；全局视图/编码管理服务对注册的各局部CIM数据进行拼接和整合，形成全局视图，数据订阅客户则通过全局视图/编码管理服务的全局视图中发现和订阅需要的局部数据集合；最后根据客户需求服务端的数据服务将数据回调至订阅端，并在客户端的发布/订阅工作最终完成后，释放代理。

具体地，该方法构建于异构集成环境(VSE Varied-Structure Environment)之上，为用户提供了常规用户界面和开发接口(前者用于系统的监控和展示，后者用于面向高级应用的二次开发并且提供了用于非VSE开发的桥接器)。系统层次结构如图1所示，VSE停泊服务和系统服务端置于中心服务器上，而其他分散节点上的客户端以及代理端只需要配备多智能体基本环境以向服务端的停泊服务VSE动态申请需要的客户VSE(包括数据订阅客户VSE、数据发布客户VSE、数据代理VSE)。因此,只有VSE停泊服务置于固定的网络节点,，提供静态服务和动态服务环境的联结，也即向服务端智能体提供动态的维护和更新。

服务端中，系统数据中心VSE用于系统本身状态以及客户端逻辑视图和需求信息的存储；停泊服务VSE负责向客户端发布各个数据服务VSE以及用户界面VSE；全局监控服务VSE和全局监控界面VSE负责对运行中系统的所有节点进行监控。各个数据服务则负责与客户端的数据交换,是否选择实时方式由客户端环境决定。元数据管理将完成遗留系统数据到CIM的映射过程,而全局视图/编码管理则完成各局部CIM数据的全局拼接/层次化的工作，其余分别负责数据交换中的事务/并发控制、动态查询优化以及系统数据服务中的身份认证和视图观测粒度控制的工作。

本发明采用公共对象请求代理体系结构(Common Object Request Broker Architecture，CORBA)，遵循系统管理(A)、用户界面(U)、安全型(S)、编程服务(P)、互操作服务(I)、通信服务(C)、信息实体(E)的轮廓，支持信息的组织和不断改变、发展的服务要求。系统中的智能体停泊服务不仅用于暂存移动智能体以适应低质量网络环境，更主要用于提供对外部智能体的动态导入和生命周期的管理，负责需要变更的智能体的代码/编译阶段的更新工作，从而便于系统功能的动态更新和升级，极大地提供了系统的开放性管理能力。系统中的停泊服务采用了相同的工作机制，但其仅仅为客户端提供专门的代理，也可以从系统的停泊服务获取额外的客户端用代理。

换流站设备状态信息从管理角度分为台账数据、运行数据和事件数据三类。台帐数据如生产台帐、经营台帐等稳定而变化较少,运行数据如实时运行数据、日运行数据等周期产生、数据量大,而事件数据如停电数据、失压数据等随机出现、需要即时获取并分发,在管理上必须以不同的逻辑结构加以组织。如果从数据传输、存储角度分析,则信息可以分为实时和非实时两大类,在获取、分发过程中对数据的准确性、时效性以及可观性的要求都不同。IEC标准61970第三、第四部分就从信息模型、信息接口这两方面对电力信息操作进行了全面的规范化以有效管理上述各类信息。其中IEC61970-403的GDA(Generic Data Access)标准对IEC61970-301的CIM(Common Information Model)数据模型提供了接口层次的曝露,但因为其通用性和灵活性并没有指定系统可能的数据管理层次。而IEC61970-404的HSDA(High Speed Data Access)标准在曝露CIM数据的同时,为实时、非实时数据提供了标准的访问模式,并将台帐、运行、事件数据组织于同一视图之下以便层次化管理。本发明采用混合构架形式，即采用上述标准接口作为核心数据服务,并参考HSDA视图的组织形式构建系统的全局视图,使客户端通过全局视图/编码管理服务进行全局信息的订阅和发布。

遗留系统数据到CIM标准数据的转换也就是关系数据到面向对象数据的映射，这在理论上是可行的，但代价是查询性能的大幅度下降。而实际上,电力系统的数据如CIM所述，标准化后其表现形式是相对稳定的，而且具体的集成应用并没有表现出对面向对象数据的特别依赖，系统数据的彻底面向对象化反而是信息管理的一种退步，更合理的方式仍应是当前占统治地位的层次化管理，这也就是为什么IEC61970中高速数据访问接口(HSDA)采纳了OPC(OLE for Process Control)的大部分模式。针对CIM所作的映射即是对关系数据作一种面向对象化曝露，然后需要通过独立于CIM模式的额外信息对系统作层次化处理以便有效管理。

对遗留系统中关系数据进行映射指的是将作为局部资源的唯一性标识ID在全局试图/编码管理服务中被上升为全局资源唯一性标识。本发明采用以下六种模式进行映射，各个模式分别如图2-图7所示。其中ID表示资源标识,RC表示可逆计算,NC表示数值计算,DF表示数据筛选,GA表示泛化分析,P表示CIM属性,K表示主键,F表示字段。

1)基本类映射

只对遗留系统的关系视图和CIM类作简单映射,主要解决视图中含有多主键而CIM对象只以ID表示其唯一性的问题,需要注意的是到ID的映射必须是可逆的。

2)多值映射

用于解决面向对象数据包含一对多数据属性的问题。因为只是对遗留数据的一种曝露,并不需要面向对象数据库的支持。(现有规范CIM中只表现为某一资源对某一类资源ID的多引用。例如Substation类的属性Contains_Measurements)。

3)多态映射

用于解决面向对象数据中属性域可能为抽象类对象引用的问题,类似普通面向对象程序对多态的处理机制,需要提供各个具体类对象的信息,因此将以查询效率的降低为代价。(例如Switch类的属性MemberOf_EquipmentContainer)。

4)具体化映射

用于解决遗留系统只含有泛化数据的问题,需要给定具体类的特有信息,并且提供筛选数据的过虑信息,同样需要以查询效率的降低为代价。(例如从存放所有开关信息的遗留表中查询所有Breaker或者GroundDisconnector类的资源)。

5)泛化映射

用于解决查询CIM抽象类的问题。和映射模式3类似,需要提供各个具体类对象的信息,另外需要对各类作泛化分析,提取公共信息,查询效率也将有所降低。(例如需要查询Switch类,而遗留系统将Breaker、GroundSwitch等具体类各自建表)。

6)物理换算映射

用于解决遗留系统中电气量和CIM类中电气量表达不一致的问题。需要提供某一设备参数约束条件以及备选的数值计算方案,当然成功映射的前提是已有信息是物理完备的。

CIM所带来的是电力系统模型的统一定义和面向对象方式的重新组织，其逻辑结构明确而灵活。但是，电力信息最终还是需要层次化的管理，因为各个局部系统本身是已经存在并定义好的，系统中各个实体间联系也是相对固定的。这样才可以非常自然、直观地描述电力信息间的关系以便理解与管理。因此各局部系统视图的拼接与整合就成为异构电力信息集成的重要组成部分。本集成方法的具体实现中，视图采用节点(Node)、数据项(Item)的划分方式，并通过曝露CIM的名字空间来进行管理，而数据客户端最终都将通过全局视图选取需要发布/订阅的数据集合，视图集成如图8、图9所示。

信息集成主要包括点对点集成、标准化接口多对多集成、提取并封装公共服务以及支持流程和基于服务的集成。

1)点对点集成

如果待集成的应用较少，而且待集成应用系统接口非常明确，可以采用集成适配器模式封装应用系统的对外接口，直接供应用B等其他系统调用以实现集成，见图11所示。

2)标准化接口多对多集成

如果待集成应用提供的功能是通用的，在点对点集成的基础上可以采用集成中介器模式或集成消息器模式标准化应用系统的对外接口，利用集成中间件或消息中间件为更多的应用实现集成，提供服务，见图12所示。可根据需要建设综合门户，实现对最终用户界面展现方面的集成。

3)提取并封装公共服务

对于新建应用系统或要集成的已有系统，可逐步纳入到应用支撑平台的管理。如图13所示。对应用系统体系结构的业务支撑层，应用支撑平台提取或开发实现支持应用系统的通用和公共组件或服务。新建应用系统可以在应用支撑平台基础上进行定制化的开发。可评估已有系统集成的难度和成本，确定是否在应用支撑平台上实现集成。

4)基于流程和基于服务的集成

根据业务需要实现业务流程的集成，可以进行基于SOA(面向服务架构)的集成。新建应用系统采用SOA(面向服务架构)进行设计和实现，对需要集成的已有系统进行服务封装，如图14所示。

数据的集成包括数据组织和数据交换，数据组织用于数据资源的分类和管理，如建立资源管理目录等。换流站设备状态数据组织包括信息分类与数据描述，可采用的技术手段如下：

a)信息分类，是根据信息的属性或特征，将其按照一定的原则和方法进行区分和归类，并建立起一定的分类体系和排列顺序，以便更好的管理和使用信息。换流站设备状态数据的采集、管理、利用等过程，可根据现有的信息分类标准分别进行信息的分类。

b)数据描述，采用元数据实现对数据的描述。元数据是从外部对数据的规范化描述，是按照一定标准，从信息资源中抽取出相应的特征，组成的一个特征元素集合，这种规范化描述可以准确和完备地说明信息资源的各项特征。换流站设备状态数据用以描述换流站设备状态数据的标识、内容、分发、限制、管理和维护等信息，为各级部门信息资源的发现和获取提供一种实际而简便的方法。换流站设备状态元数据用于环境信息系统开发和运行中元数据的采集、元数据库建库等。

数据交换包括数据交换格式和数据交换技术部分，用于异构环境信息系统之间数据的传输和交换。数据交换格式是数据的一种特定编排格式，是数据格式不同的多个源数据系统进行数据交换的中介标准格式，以满足环境保护数据共享活动中对某类业务交换数据的共享要求，保证在双边或多边的数据交换中各方对所交换数据的无歧义理解和自动处理。数据交换格式应满足以下要求：1)满足异构环境信息系统间数据交换的需求；2)数据交换格式标准应在数据集模式标准、数据元标准和环境信息代码标准的基础上制定；3)数据交换格式规范化应包括规范化抽象的数据交换格式和基于具体技术的数据交换格式两部分。采用的具体手段如下：

1)按照ISO/IEC 14977的要求制定抽象数据交换格式标准。扩展巴氏范式的编码规则用以说明数据集模型中实体和属性间的关系和结构。扩展巴氏范式的简单性和精确性，可以确保其定义的数据集模型的实体、属性结构的稳定性，并独立于任何一种编码语言，即可以用任何一种编码来实现扩展巴氏范式所定义的数据结构。

2)基于抽象数据交换格式制定基于XML的数据交换格式标准。其中，数据交换格式的XML编码模式应符合W3C XML 标准的要求，包括《W3C XML 模式 第0部分：简介》、《W3C XML 第1部分：结构》、《W3C XML 第2部分：数据类型》和《W3C XML命名空间》。

数据交换混合采用将待集成的数据移植到新系统数据库中和不进行数据的物理移动实现数据交换和共享的手段。其中将待集成的数据移植到新系统的数据库中，可通过以下两种方式实现：1)同构的数据之间通过数据库复制技术实现数据的交换；2)异构的数据之间通过数据的抽取、转换、加载过程来实现数据的整合、共享。

不进行数据物理移动实现数据交换和共享通过以下三种方式实现：

1)通过应用之间或者应用与数据库之间的数据访问接口实现(具体数据源需要具体分析)。

2)通过中间件进行交换，利用应用中间件访问异构的数据源，利用消息中间件实现不同应用间的数据交换。

3)采用数据联邦的方法，通过建立一个虚拟层在后台真实数据库和访问之间建立一个映射，将多数据库集成为统一数据视图，这种方式可通过单一的预定义的联邦接口访问各类应用数据库，而无须改变源数据和应用。

本发明换流站设备运行状态信息的集成装置的实施例

本发明的换流站设备运行状态信息的集成装置构建于异构集成环境(VSE Varied-Structure Environment)之上,为用户提供了常规用户界面和开发接口(前者用于系统的监控和展示,后者用于面向高级应用的二次开发并且提供了用于非VSE开发的桥接器)。系统层次结构如图1所示，包括设置在中心服务器上的服务端和分散节点上的客户端，服务端包括系统数据中心、停泊服务模块、全局监控服务模块、数据服务模块、元数据管理模块和全局视图/编码管理模块，客户端通过向服务端的停泊服务模块动态申请需要的客户；系统数据中心模块用于系统本身状态以及客户端逻辑视图和需求信息的存储；停泊服务模块用于将数据发布/订阅/代理从服务端迁移到的客户端，以形成数据发布客户和数据订阅客户；全局监控服务模块用于负责对运行中系统的所有节点进行监控；数据服务模块用于负责与客户端的数据交换；元数据管理模块用于数据发布客户对本地换流站设备运行状态信息数据进行映射，并将通过CIM曝露的数据视图注册到全局视图/编码管理模块；全局视图/编码管理模块用于负责各局部CIM数据的全局拼接/层次化。