基于IEC-CIM標準的電力安全生產管理系統設計與實現
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摘 要：作為我國基礎性產業之一的電力行業，其安全可靠的電力供應是國民經濟又好又快發展的前提。為進一步提高電力行業的規范化、標準化、信息化水平，提出了基于IEC-CIM國際標準的電力安全生產管理系統設計與實現。文章主要通過對系統需求進行分析，制定出系統技術架構、功能架構的總體設計方案，并對系統的實現與測試進行了闡述。
關鍵詞：IEC;CIM;電力安全生產
中圖分類號：TM732 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）08-0082-02
Abstract： As one of the basic industries in China， the safe and reliable power supply is the premise of the good and rapid development of the national economy. In order to further improve the standardization， standardization and information level of power industry， the design and implementation of power safety production management system based on IEC-CIM international standard is put forward. Based on the analysis of the system requirements， this paper formulates the overall design scheme of the technical architecture and functional architecture of the system， and expounds the implementation and testing of the system.
Keywords： IEC; CIM; electric power safety production
近年來，隨著我國電力行業信息化建設的不斷推進，電力安全生產管理系統已成為電力部門貫徹落實中共中央辦公廳、國務院《關于進一步加強電力安全生產工作的意見》精神的重要載體。但由于以往對此類系統建設時，沒有統一的標準可供參考，使得互聯互通開放性、信息數據共享性較差，信息流程化處理還有待提高。因而，電力行業急需要一個規范化、信息化水平比較高的標準作為基礎，來開發出一套能夠對電力安全生產進行管理的系統。而正是因為國際電工委員會（IEC） 制定的 IEC 61970系列電力系統公共信息模型（CIM）標準，才使得目前國內的電力安全生產管理系統能夠基于此國際標準進行設計與開發?；贗EC-CIM標準的電力安全生產管理系統是以CIM為數據源，對電力系統進行監控管理與預測分析，并提供及時準確地可視化數據信息，以提高各相關部門人員對電力安全生產管理的水平，即為領導層提供輔助決策平臺、為管理層提供集約化的監管平臺、為員工層提供業務操作平臺。
1 系統需求分析
在系統功能性需求方面，電力行業信息化是未來電力安全生產的有效助推劑，在電力行業特定的管理體系下，需要一套標準統一、互通性、開放性、共享性較好的系統平臺，以解決現有電力行業中存在的數據分析監管、資源共享等短板問題。在系統的非功能性需求方面，結合用戶對重要數據冗余安全備份、雙服務器應急切換、冗余配置標準化程度高的重要產品部件、故障隔離排除的應用可靠性需求;對數據信息實時同步更新、校驗、傳輸及斷點續傳的數據準確性需求;對系統服務器集群工作站的主機安全、數據異地容災分散備份管理及數據存儲傳輸加密的數據安全、服務器雙機熱備及內外網防火墻隔離配置的網絡安全、用戶注冊登錄的系統認證安全事件快速響應等情況的安全性需求;對設備產品進行國際化標準的選配、設備生產運行異常故障發生后快速診斷與處理的易維護性需求;對電力行業相關數據保持一致的實時性需求;對符合IEC61970標準的開放接口與CIM信息模型的開放式體系結構系統的開放性需求;對系統逐步升級、容量擴充、整體設計可擴展性等需求進行系統設計，實現用戶多樣化、個性化的需求。同時還應滿足電力設備初始化、客戶端登錄賬戶的安全保護、電力設備技術參數監管維護、不同用戶層對接線圖分層管理、統一標準簡單快捷修改設備屬性、方便瀏覽工作票及接線圖并生成可編輯的統一標準的工作票、批量導入與生成屬性相同的電力設備、管理與錄入設備相關信息等功能需求。系統設計的初期就是對用戶目標進行精細化地需求分析，建立起功能、信息、行為的系統模型，為后續系統的總體設計奠定基礎。
2 系統總體設計方案
基于IEC-CIM標準的電力安全生產管理系統的構架體系是在高級的業務架構平臺上所構建。業務架構平臺的基本原理是捆綁業務平臺的運行、建模、資源等技術以實現需求頻繁變動的微觀化改變;實現分離系統與模型資源已達到技術無關性。系統技術架構設計采用邏輯架構與物理架構相結合的多層架構模式，其中系統物理架構（PMS）分為四層，即用戶層、WEB服務層、應用層和數據層。用戶利用PC登錄客戶端使用IE訪問IIS與Tomcat軟件所搭建的WEB服務器，業務一體化功能模塊作為系統應用平臺，數據庫的訪問與操作設計是本系統能否正常運行的核心，因此要加大提高數據庫安全性，將數據庫服務器連接到存儲區域網絡（SAN） 中，并采用集群服務器并行搭建的思路的進行設計。系統功能架構主要由權限、兩票及設備三個功能管理模塊組成。
權限管理模塊是構成系統安全控制體系的主要功能模塊。提供用戶（User）的注冊認證與授權管理，將業務類型、管理權限較為相近的用戶進行集合化角色認證和授權，并自動分配相應的操作權限，以便使用戶權限管理工作越發安全可靠、高效便捷。權限、角色與用戶是一對多的對應關系，角色（Role）的管理是權限管理的基礎，即一種角色對應于多個用戶和多種權限。角色中的成員擁有其所有權限，而角色與角色之間只支持多級繼承。系統可以直接將權限分配給用戶，也可指派用戶到已賦予權限的角色處繼承權限。繼承角色權限的并集與用戶自身權限構成了用戶的實際權限。在用戶登錄系統時，系統會通過查詢比較已加密保存的User數據表統計信息來判斷登錄用戶所使用的用戶名與密碼是否準確，以決定其能否合法進入。同時，提供授權范圍的擴充與定制、設備及工作組的管理授權與組織機構的創建。實現系統能夠有效地進行安全規則或安全策略的設置，達到安全保障管理的目的。 兩票管理模塊是根據IEC-CIM標準所規定的對從業者及設備安全保障的工作票、操作票制度規定來進行設計。使用兩票的所有從業人員必須通過相關專業的考試考核并取得資格證書后方可使用。通過對系統的需求分析發現，第一種工作票的流程管理設計是本系統兩票管理模塊的設計重點。工作票流程管理包括填寫、簽發、接收、許可、終結等內容，無論在某一流程出現異常情況系統都會提供必要的解決措施。電氣接線圖與地理圖的全閉環管理以及用戶的權限管理是兩票管理的基礎，根據不同層次的用戶進行嚴格的權限分配，使用戶依據權限范圍來處理工作票。并且系統實現用戶對工作票進行查詢與維護、創建與修改、統計與打印等工作票的操作功能。
設備管理模塊是系統數據源統計、輸出、管理與維護的重點，是電力生產應用的核心。本系統通過利用工具自動建站與導入原有設備數據的方式實現變電設備初始化。依據公共信息模型（CIM）將設備管理屬性與間隔圖形、類型的模板相關聯，實現間隔下設備資源的快速自動建站以及電力設備圖模一體化管理。通過分析網絡拓撲關系，并運用圖形編輯等工具來實現設備管理數據圖像化、視覺化、層次化的用戶體驗效果。將設備動靜態關聯信息作為設備關系維護的重點，并實現主附設備屬性的批量修改與維護功能。
本系統的數據庫設計遵循IEC-CIM標準，采用FastDB（內存實時數據庫）、SQL Server（關系型數據庫）對數據信息進行存儲以保證其安全可靠性，并實現CIM模型在當前應用數據與持久數據存儲的數據庫設計。在系統中主要以物理設備總臺帳、命名設備總臺帳、設備所屬關系表、運行設備總臺帳來記錄電力設備的層次關系?？傮w設計是從全局高度、用長遠眼光來合理分析優化方案，從而用較低的開發成本完成電力安全生產管理系統高質量的設計。
3 系統實現與測試
（1）系統登錄。為了限制登錄權限，用戶必須正確的輸入用戶名與密碼后方能進入系統的主界面。主界面顯示功能由管理員分配的權限所決定，大多數用戶可在主界面的左側對樹形結構目錄的節點進行快捷的單擊，并同步實現在右側區域進行相關的操作編輯工作。而新用戶必須完成注冊認證后，才能獲得系統給予的相應訪問權限來合法進入本系統。（2）權限管理。通過權限管理模塊不但可以實現對眾多顆?；巧珕卧M行權限分配，同時還能夠對新角色相關的信息進行創建。通過在系統主界面上進行簡單的拖拽操作就可實現角色與角色之間權限的多級繼承、也可指派用戶到已賦予權限的角色處繼承權限，系統還可以實現直接將權限分配給用戶。（3）變電設備初始化。用戶通過對設備樹單擊操作，就可以實現設備管理屬性的修改、新建、刪除、插入等編輯功能，單擊導入或更新功能鍵后，即可完成導入原有設備數據與自動建站。主變與公共間隔是自動建站所生成的，以樹形結構形式來顯示不同間隔的二級數據，可以對設備所屬的間隔類型進行相關操作，但初始化是變電設備間隔在使用前必須要完成的操作。（4）設備管理屬性的修改與維修，可以分別在屬性修改與系統維護兩個不同的模塊中進行操作。如需批量修改時，可在相應的設備屬性下點擊進入批量修改模塊中進行維護。設備屬性中的數據信息可以在變電初始化時被直接引用。（5）不同權限的用戶可以對工作票進行相對應的操作。用戶也可以利用圖形編輯器完成設備接線圖的繪制工作。
本系統的基層測試部分主要采取白盒、黑盒測試相結合的核心軟件測試技術，來進行系統邏輯驅動與結構測試、系統接口數據與功能測試。其中第一步是對系統中每個子系統及其模塊進行的單元測試，單元測試是整個系統測試中的濫觴;第二步是針對于發現設計問題及接口缺陷的集成測試;第三步是驗證系統的特性、性能及功能與用戶需求是否相匹配的確認測試，確認測試開始前需要對測試過程進行計劃制訂;最后通過對以上測試過程所得出的測試結果，進行相應的數據傳輸，模塊系統功能的測試分析。
4 結束語
通過精細地分析電力安全生產管理系統在電力行業中的需求，并基于IEC-CIM標準的基礎上提出了電力安全生產管理系統的技術架構及功能架構的總體設計方案，依據此方案設計開發了權限、兩票及設備等功能管理模塊。經系統測試實現了電力行業的技術要求和系統需求。同時，為今后電力行業的規范化、標準化、信息化程度的提高奠定了堅實的基礎。
參考文獻：
[1]束洪春.電力系統以可靠性為中心的維修[M].北京：機械工業出版社，2009.
[2]王民昆.電力系統CIM模型描述及數據交換實現的研究[D].四川大學，2004.
[3]Byong-Kwan， Yang， Seung-Ho， Yang， Hyo-Sik， Kim. Communication architecture of the IEC61850-based micro grid system[J]. Journal of Electrical Engineering and Technology，2011.
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