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大渡河水电开发公司数据交换平台的设计与实现

作者:原创论文网 时间:2017-05-19 17:15 加入收藏
摘要

  国电大渡河流域水电开发有限公司(简称“大渡河公司”)于2000年11月在成都注册成立,是集水电开发建设与运营管理于一体的大型流域水电开发公司。目前,公司拥有水电项目45个,水电资源约3000万千瓦。其中大渡河干流总装机约1800万千瓦,帕隆藏布干流约1200万千瓦。大渡河干流已投产电站4座,装机容量568万千瓦,另有其他河流投产电站约40万千瓦。

  为满足企业经管管理需要,大渡河公司先后建设了财务管理、人资管理、生产管理、工程管理、物资管理等业务系统。伴随信息化应用建设逐步深化,业务系统之间融合度需进一步提高。虽然大渡河公司现有业务系统能满足基本业务需求,但部分信息系统建设初期并未进行统一规划。系统建设过程中不同时期、不同环境下采用了异构的平台和软件架构;系统由不同的开发商提供,并且所使用的数据模型、应用接口、开发平台存在差异,因此每个应用需要针对其他应用开发数据接口程序以实现信息共享。这种方式使信息在部门间和系统间难以高效的交换与共享,不仅信息应用有限和效率低,而且造成系统重复建设,给系统的运维带来了诸多问题。综上所述,需要建立一个统一的、标准的、开放的、灵活的信息交换标准和方式,为各业务系统数据集成提供统一的“入口”,用于实现企业内部与企业所在上下游单位间的数据及时交换,以达信息资源充分共享和高度利用的目的。

  1、数据交换研究与设计思路

  参考国内外大型电力企业信息化领域数据交换、信息集成建设经验,大渡河数据交换参考架构应以信息交换模型建立的中间件服务为总线,各系统通过设定符合标准接口适配器进行信息交换集成。因此,根据大渡河公司目前的数据源、数据交换、数据查询、数据接口的现状与需求,数据交换的设计思路首先应遵循 GD193一体化技术构架,以数据中心为交换数据的存储,以公共信息模型为标准,以业务融合和数据综合利用为目标,实现企业“总线型”的数据交换与共享,充分发挥分散的业务数据资源二次利用价值。根据以上思路,数据交换设计应满足以下需求。

  1)数据采集自动化

  数据采集应能够实时监测数据源数据对象的变化情况,如数据增、删、改等操作,并能自动捕获变更数据,确保数据的真实性和可追溯性。能提供多种策略的数据捕获,如经过审批的报表数据方可被捕获,未经审批的数据不被捕获。平台采集和交换数据的原理基于读取源系统的日志文件,对源系统的影响几乎可以忽略不计。

  2)安全可靠的数据传输

  为企业提供一个双向、可靠、安全的信息高速通道,不仅仅可以将本级系统数据上传至上级单位,还可以接收上级分发的共性数据或本企业的专属数据,并自动同步到本级对应业务系统,实现跨地域、跨组织的数据贯通。传输过程时效性强,可以达到准实时。传输过程中数据包“不丢不漏”,确保及时送达,具有完善的纠错、抗干扰、断点续传等修复机制,确保事务的完整性。

  3)数据标准模型和统一编码

  数据标准是数据交换与共享的基础。引入公共信息模型相关标准,并结合大渡河流域水电业务对模型进行适当的扩展,最终形成统一规范的组织资源、电力系统资源、量测资源和指标体系。编码部分依据集团颁布的组织机构代码管理办法和相关水电指标编码的规定和要求,逐步构建大渡河公司数据编码体系。

  4)支撑多类型的数据交换

  根据业务源系统的安全级别和开放程度,需满足多类型的数据交换。如源系统开放数据库或数据视图,可以采取直接从业务数据库直接数据捕获,然后同步至目标的方式;如源系统只开放接口服务,可采取源系统主动推送或被动调用服务方式,结合消息机制,来完成源系统向目标系统数据同步。总之,需结合特定的业务场景,采用不同的交换方式。

  2、基于公共信息模型的数据交换平台实现

  根据数据交换研究和设计思路,并结合大渡河公司上有集团,下有基层电厂的实际情况,应需建立一个公共的、标准的、通用性好的数据交换平台,引入统一的数据交换标准、数据交换方式,来支撑数据的横向交换和纵向贯通,使企业级数据资源得到最大程度的利用。因此,数据交换平台的实现应遵循标准的数据交换架构、统一的数据交换模型、标准的数据交换方式、数据交换格式、统一的数据审核机制。

  2.1、数据交换逻辑架构

  数据采集与交换应遵循 GD193数据交换规范,实现本级横向交换、三级纵向贯通的逻辑架构,如图1所示。在数据标准与规范方面,始终遵循指标规划成果、编码规范、公共信息模型中的电力系统资源体系、资源的参数体系、量测体系等。数据横向交换指在企业内部信息系统之间的数据共享和交换,实现系统之间的集成,比传统一对一数据接口开发更规范、高效、可维护、可复用。数据纵向贯通指大渡河公司与上下级单位之间的跨地域、跨系统的数据交换和整合,包括分级部署的同一业务系统、两级数据中心的贯通,数据流向有上行和下行之分。上行是指下级企业数据向上级企业进行传输同步过程;下行是指上级企业数据向下级企业进行传输同步过程。数据交换具备监控功能,对数据在采集、转换、传输、应用的全过程实施质量监控;全面监测相关信息系统、网络、通道、数据库对象的性能、状态和运行参数;以捕获异常为核心,确保及时发现异常,从技术和管理上快速跟踪和及时解决。

图1 数据采集交换逻辑架构
图1 数据采集交换逻辑架构

  2.2、数据交换语义模型

  当前大渡河公司在数据交换的模型领域,参考了国际公共信息模型标准和国家电力行业相关标准,结合本公司实际共享交换业务需求,对公共信息模型进行了应用和扩展,形成了一套更符合本公司需求,用于指导水电领域信息系统数据交换与集成的语义层的数据模型。

  根据大渡河公司对国际公共信息模型研究和理解,提出对模型的应用概括为三类:第一类为“静态模型”,即水电领域资源模型;第二类为“动态模型”,即水电领域运行模型;第三类为“管理模型”,即为水电领域指标管理模型。

  1) 水电领域资源模型

  大渡河公司以水力发电为主,其中主要的发电资源包括大坝、厂房、水库、发电机组等。在设计公司的水电领域资源模型时引入了 IEC 61970-301 CIM生产包中的水电站类图,由于大渡河流域包含从上至下的梯级水库,因此用类图中水库模型的自关联关系来表示水库上下游关系。一个水电厂包含多个发电机组和水泵资源,每个水库含有相应的目标水位计划,每个水泵含有相对应的水泵运行计划。

  2) 水电领域运行模型

  建立大渡河公司水电运行模型时引入了 IEC61970-301 CIM 量测包中的量测类图。量测模型的应用不仅多用于电网企业的实时设备监测,而且可适用于火电、水电等大型发电企业,在大渡河公司中,主要体现对水利发电机组的监测。量测值包含两种类型,分别是模拟量和离散量。模拟量包含机组的负荷、发出的电流、电压等,离散量主要指机组的关停状态等。

  3) 水电领域管理模型

  根据国际上各国电力公司对公共信息模型应用的成功经验,在保证原始公共信息模型不变的基础上,结合大渡河公司业务实际,对 IEC 指标模型做了适度的扩展。依据指标规划,分类分解方式,对各类指标设定指标阀值和相关参数。技术经济指标描述 GD193指标规范的分类及编码、量度等规范;指标参数描述指标规范的技术参数、阀值等,用于指标质量监控与预警提示;指标采集值表示的是可通过系统采集的量测值、报表导入值、人工填报值。

  2.3、数据交换方式

  在大渡河公司数据交换方式主要有三种,分别是数据捕获与实时同步服务、基于公共信息模型的交换服务、其它形式的交换服务。

  1) 数据捕获与实时同步服务根据数据源不同

  形式,包括在线捕获、离线采集、人工填报三种类型。对于有业务系统数据库支撑的结构化数据源,并且安全等级处于较低级的系统,建议使用在线捕获方式,自动化完成数据采集与目标同步;对于安全等级处于较高级的系统,建议由源系统按照前置数据库的规范要求进行数据推送;对于电子表格形式的半结构化数据源,应提供离线采集方式,即适用于二维结构规则的电子表格和多维结构的不规则电子表格,通过对电子表格进行配置,实现数据源与标准格式的关系映射;对于缺乏电子形式存在的数据,需要由专职人员通过录入指标数据界面进行手工填报,来补录数据。

  2) 基于公共信息模型的交换服务是指向数据

  源方和目标方,发布一个基于公共信息模型语义的一种 web 服务,这种服务基于 IEC 61960-503 CIMXML 格式标准,数据存储在数据中心。源和目标方通过调用服务接口,结合消息机制,实现数据的交换与同步。此方式在电网系统涉及到电力资源交换中被广泛应用。例如,源方向目标发送某个测点的实时数据,调用 CIM 公共信息交换服务,将数据存储至数据中心,然后系统为目标发送消息通知,目标方接到通知后,调用公共信息模型交换服务将数据取走。

  3) 在以上两种方式都难以满足需求的情况

  下,可以采用其它形式的交换服务。比如采用自动ETL 方式,可针对数据量大、实时性要求不高特点,用于数据的初始化、全量更新、数据定期的增量更新。假使业务应用中数据无法通过 ETL 工具直接抽取,可授权由技术人员将数据从数据库中手工导出,然后手工同步至目标库。

  2.4、公共信息模型交换服务的数据格式

  由于 CIM 只是一种抽象模型,一般用可扩展置标语言(XML)描述公共信息模型作为公共信息交换的格式,即以公共信息模型作为语义制定电力行业的“CIM XML”语言。“CIM XML”是资源描述框架(RDF)针对电力系统领域 CIM 的应用,它是 CIM、RDF Schema 和 RDF 语法规范有机结合的产物。用统一建模语言 UML 描述的 CIM 模型可以直接映射到 RDF 模型,并利用 XML 语言加以描述,即可获得 XML 文档形式的 CIM RDF Schema。

  CIM RDF Schema 一旦确定,则 CIM XML 语言已经确定,只要所有的 XML 文档遵循该 CIM RDFSchema,就能保证所有应用对 XML 文档数据语义理解的一致性,实现数据标准化交换。

  大渡河公司用一个统一的 CIM RDF Schema,可将水电资源模型转换成 XML 文档导出,如下样本模板,这个 XML 文档又称为 CIM XML 文档。

  下图是数据交换格式片段:

CIM XML 片段 ( 基于 CIM 语义 )
CIM XML 片段 ( 基于 CIM 语义 )

  2.5、数据审核

  下级企业的数据同步到上级企业之后,上级企业可以对下级企业的数据进行审核,对审核不通过的数据进行回退。根据数据审核的差异化情况,应提供三种审核模式:串联模式、并联模式和混合模式。

  串联模式:统计类数据适用串联模式,整个审核过程以串行的形式逐级审核。如首先部门审核,审核通过后再由领导审批,审批通过后上报数据。

  并联模式:针对业务类数据审核采用并联模式,整个审核过程以并行的形式同时审核。如企业内部计划类数据审核,首先由各个业务部门独立审核各自对应的业务数据,当所有业务部门完成数据审核后,统一由计划部进行审核,该过程称为会签。会签审核完成后可由领导进行审批或对本企业或上下级共享数据。

  混合模式:针对业务类数据分级审核采用混合模式,整个审核过程既有串行审核,也有并行审核。如分级上报的计划类数据审核,在企业内部多采用并行会签审核模式,在上下级企业之间多采用串行审核模式。在数据审核的过程中,不论采用何种审核模式,都应提供了两种审核策略:单项审核与多项审核。单项审核:当某一个下级企业或某一张报表数据确认正确后,可率先对单个企业或单个报表进行单项审核;多项审核:当负责的所有下级企业或所有报表数据都确认正确后,可对所有企业或所有报表数据统一审核。在审核过程中发现数据不正确,可针对某一个不正确的指标数据进行回退,也可以对所有企业或所有报表进行统一回退。

  3、结束语

  随着大渡河公司在智慧企业建设和信息领域应用的发展,从单个应用建设的组件化到多个应用间数据集成化,到最后实现企业级的一体化平台,企业的信息化发展的每个阶段都对数据资源的整合、共享、利用提出了更高的要求。在公司信息化发展过程中,统一、标准的数据交换与共享,对企业信息资源的利用起到标准引领、支撑业务融合的作用。它不仅帮助企业的管理者有效整合企业的数据资源,大大降低了系统间集成的成本,而且使跨部门、跨应用的智能化业务需求的实现成为可能。

  参考文献
  [1] IEC TC 57 Work Group 13, IEC 61970cim15v33.
  [3] IEC TC 57 Work Group 13,IEC 61970-503 Cim Xml odel Exchange Format Revision 3b,September 4,2004.
  [3] 维基百科 .Data Exchange [EB/OL] .
  [4] 姚宏宇 , 田溯宁 . 云计算 . 电子工业出版社,北京,2013.3:81-88.


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