Современные подходы к построению информационных

главная тема
Современные подходы
к построению информационных
моделей в электроэнергетике.
Проблемы создания Единой системы
классификации и кодирования информации
Борис Макоклюев
Юрий Кудряшов
главный научный сотрудник филиала
«НТЦ Электроэнергетики» — ВНИИЭ, д. т. н.
руководитель департамента проектирования ИТ
ЗАО «КУБ», к. т. н.
Андрей Полижаров
Павел Литвинов
ведущий инженер
ООО «Энергостат»
заместитель начальника отдела разработки ОИК
ЗАО «Монитор Электрик»
В связи с осуществляемыми в электроэнергетике реформами, запуском рынка электроэнергии и мощности многократно увеличилось число предприятий и организаций, участвующих
в процессах выработки, транспортировки, распределения и потребления электроэнергии.
В ходе реформ каждая компания разрабатывала свою методологию построения информационных моделей. Таким образом, в отрасли естественным путем сформировалась информационная среда, состоящая из «островов» информации. Это обстоятельство осложняет обмен
данными и снижает надежность системы в целом.
Подходы к построению
информационных моделей
Во многих зарубежных публикациях подчеркивается важность согласования методов построения информационных моделей, необходимость
создания единой информационной
среды [1–5]. В США различные подходы к организации информационных сред в разных штатах затрудняют
взаимодействие операторов и энергокомпаний. Несогласованность в этом
вопросе приводится как одна из причин сравнительно большого числа системных аварий [2]. В других развитых странах проблема информационного обмена стоит не менее остро.
На предприятиях энергетики за
рубежом функционирует множество
программных комплексов, таких
как SCADA, EMS, DMS и GIS-системы
от различных производителей: ABB,
SIEMENS, General Electric, AEG, AREVA.
Все они нуждаются в обмене данными. Количество адаптеров и конверторов, необходимых для этого, достаточно высоко. Большинство конверторов требует индивидуального
проектирования и разработки либо
производителями программного обеспечения (ПО), либо непосредственно ИТ-службами предприятий.
Очень похожая ситуация в этой
сфере сложилась в российской электроэнергетике. Постепенное формирование информационных сред обеспечивалось созданием и внедрением программных средств для решеПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ
0 2 ( 6 3 ) Ф Е В Р А Л Ь 2009
59
главная тема
Диаграмма пакетов CIM IEC61970, версия 12
Generation
Load
Models
Outage
Protection
SCADA
Equivalents
Wires
Meas
Topology
Core
«Global»
Domain
ния определенных задач отделов,
служб, территориально распределенных энергообъединений и энергокомпаний. Локальные информационные системы проектировались для
выполнения одной или нескольких
конкретных задач. Обмен данными
между уровнями управления и энергокомпаниями, как правило, происходил с помощью файлов определенной структуры (макетов).
В настоящее время в энергообъединениях и на предприятиях отрасли используется большое количество
программ и баз данных самых разнообразных форматов. Программные
продукты и базы данных созданы различными фирмами, их интеграция
существенно затруднена, что приводит к большим затратам на разработку различных конверторов, шлюзов,
обменных блоков. Ситуацию не улучшает и практикующееся внедрение
«больших» систем управления предприятием общего назначения (типа
SAP/R3, Oracle E-Business Suite и др.),
так как они не имеют стандартных
информационных шлюзов с системами ОИК, АСДУ, АСКУЭ.
О важности решения проблем
стандартизации информации в электроэнергетической отрасли говорят
и принятые в конце 2008 г. поправки
к Закону «О естественных монополиях» [6,7]. Закон предписывает естественным монополиям предостав60
ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ
0 2 ( 6 3 ) Ф Е В Р А Л Ь 2009
лять информацию о своей деятельности «в соответствии со стандартами
раскрытия информации, утвержденными Правительством Российской
Федерации», что предполагает наличие единой системы структуризации и
классификации. При этом к обязательным для раскрытия отнесены не только финансовая и бухгалтерская информация, но и технико-экономические
показатели деятельности субъектов
естественных монополий.
Решением указанных проблем может стать интеграция и стандартизация информационного и программного обеспечения. Для этого следует
создать единую обобщенную модель
данных, способную достаточно полно описать обрабатываемую информацию для широкого круга задач.
Модель должна поддерживать так называемую семантическую интероперабельность — возможность устанавливать связь между понятиями в информационных системах, изначально
не предполагающих обмена данными.
Подобная модель должна быть достаточно глубокой для описания необходимой информации и иметь механизмы расширения (добавления новых типов информации).
За рубежом наибольшее распространение получили две модели, обес­
печивающие интероперабельность
информационных систем в энергетике. Они описываются стандартами
NRECA MultiSpeak 2.2 и группой стандартов IEC 61970 CIM, IEC 61968 [1].
Стандарт MultiSpeak 2.2 разработан ассоциацией National Rural Electric
Cooperative Association (NRECA) в США.
В этой организации состоят около
1 000 различных энергокомпаний
страны. Стандарт создан, прежде всего, для поддержки интеграции программных продуктов членов NRECA.
Существуют две основных версии.
Версия 1.1 описывает процесс обмена данными в пакетном режиме, версия 2.2 — процесс обмена данными в
режиме реального времени. Стандарт
предназначен для описания классов
объектов и процессов распределения
электроэнергии. Для описания модели используется XML Schema.
Стандарт IEC 61970 основан на общей информационной модели CIM. Его
разработкой занимается технический
комитет TC57 — Power systems management and associated information exchange
в рамках International Electrotechnical
Commission (IEC). В структуре комитета создано несколько рабочих групп.
Основную роль в развитии стандарта
играет рабочая группа WG13 — Energy
management system application program
interface. С целью интеграции комплексов различных разработчиков
группой был реализован проект прикладного программного интерфейса
(CCAPI) [3].
Информационная модель CIM
предусматривает:
• стандартизированный метод описания общих объектов и оборудования энергосистем (электростанций,
ЛЭП, подстанций, фидеров, энергоблоков, турбин, трансформаторов,
выключателей и т. д.);
• стандартизированные объектноориентированные взаимосвязи для
указанных объектов и оборудования (например, трансформаторы
размещены внутри подстанций, выключатели подключены к фидерам
и т. д.);
• стандартизированные методы определения отдельных показателей функционирования модельных объектов;
• стандартизированный метод представления модели энергосистемы,
основанной на указанных объектах, с использованием XML.
Созданную информационную модель предприятия электроэнергетики
могут применять для описания своих
объектов и показателей. Эта модель
является не базой данных, а способом
представления различных объектов и
их отношений в рамках энергосистемы.
CIM не обязательно должна использоваться всеми приложениями, она лишь
определяет правила интеграции приложений. Наличие общей информационной модели обеспечивает представление и обмен данными между элементами систем управления на предприятии,
а также связь с внешними системами
стандартизированным образом, который не зависит от поставщика систе-
главная тема
мы и технологии, использованной при
ее построении. Данные представляются как классы с атрибутами и связями
между ними. В модели проработаны
вопросы описания процессов генерации, передачи, распределения электроэнергии, включая отдельные вопросы
планирования режимов энергосистем.
Модель CIM реализована с использованием объектного подхода и представляет собой иерархию классов. Она состоит из пакетов (pakages), каждый из
которых описывает свою предметную
область. Стандарт IEC 61970 расширяет
модель, добавляя пакеты, связанные с
предметной областью энергетики (см.
рисунок). В модели используется язык
UML, в качестве рабочего инструмента
применяется Rational Rose.
Основные пакеты стандартов IEC:
• стандарт IEC 61970, часть 301:
-- Core (ядро);
-- Domain (описание типовых
свойств атрибутов классов);
-- Equivalents (эквиваленты) — впервые появился в 12-й версии;
-- Generation (генерация);
-- Generation Dynamics (динамические характеристики генерирующих единиц);
-- LoadModel (модель нагрузки/потребления);
-- Meas (измерения);
-- Outage (описание модельной электрической схемы);
-- Production (характеристики производства электроэнергии) —
входит в пакет Generation;
-- Protection (защита);
-- Topology (топология);
-- Wires (описание характеристик
сетей);
• стандарт IEC 61970, часть 302:
-- Energy Scheduling (планирование
энергетического режима);
-- Financial (финансирование);
-- Reservation (резервирование);
-- стандарт IEC 61970, часть 303:
-- SCADA;
• стандарт IEC 61968:
-- Assets (активы);
-- Consumer (потребитель);
-- Core2 (ядро 2);
-- Distribution (распределение);
-- Documentation (документация).
Важно отметить, что разработчики CIM реализовали в модели
возможность описывать не только
структуру объекта, что реализовано
в большинстве других методик, но и
типы взаимодействия между объектами. Предполагается также допустимость расширения модели, однако при добавлении нового класса
требуется одобрение соответствующей комиссии IEC.
Как подчеркивается в одной из
публикаций [8], несмотря на то, что
модель, предлагаемая в стандарте IEC
61970, является, пожалуй, наиболее
полной из существующих, она недостаточно глубоко описывает предметную область для решения ряда
задач российской электроэнергетики. Тем не менее, любая современная
разработка должна учитывать методики IEC 61970.
Стандарты IEC 61970 и NRECA
MultiSpeak 2.2 могут использоваться
энергокомпаниями для удовлетворения основных требований по формированию информационной модели, но стандарт NRECA MultiSpeak 2.2
содержит описание относительно небольшого сегмента энергетики, кроме того, он ориентирован на задачи
энергосистем США. В то же время
IEC 61970-301 CIM является международным стандартом и содержит более широкое описание модели энергосистемы.
Вместе с тем следует подчеркнуть, что распространенные международные стандарты, в том числе
IEC 61970, не могут применяться без
расширения и локализации для нужд
российской электроэнергетики из-за
ее определенной специфики.
Это обстоятельство требует разработки в России собственных информационных моделей, синхронизированных с международными стандартами, прежде всего с IEC 61970-301
CIM. Процесс их создания подразумевает формирование и обобщение
состава объектов и оборудования, а
также перечня решаемых технологических задач.
Компании-разработчики программного обеспечения могут при
этом извлечь ряд преимуществ не
только из удобства интеграции, но
также от использования классов CIM
для программирования, подготовки,
проверки и обмена данными.
Следует отметить значительные
усилия в последние годы ОАО «ФСК
ЕЭС» и ОАО «СО ЕЭС», направленные на внедрение стандартов CIM, и
достигнутые успехи. Продолжаются
масштабные работы по сбору и обработке данных. В ближайшей перспективе становится реальной возможность построения единой модели энергосистемы России, описанной
в терминах стандарта, и экспорта частей модели для решения прикладных электротехнических задач.
Работы в этом направлении ведут и компании-разработчики программного обеспечения. В качестве
примера можно привести разработку ЗАО «Монитор Электрик» [8] —
ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ
0 2 ( 6 3 ) Ф Е В Р А Л Ь 2009
61
главная тема
режимный тренажер диспетчера
(РТД) «Финист». Это программноаппаратный комплекс, предназначенный для подготовки оперативнодиспетчерского персонала электро­
энергетических систем. Архитектура
комплекса основана на CIM и группе
стандартов Generic Interface Definition
(GID), что позволяет компонентам
РТД и внешним системам эффективно взаимодействовать с использованием международных стандартов. Сервер РТД хранит описание
энергосистемы, выполненное в соответствии со стандартом CIM (IEC
61970-3xx). Доступ к описанию обеспечивается по Net-версии интерфейса Generic Data Access (IEC 61970403). Использованная архитектура
решает задачи интеграции тренажера в единый комплекс тренажерного центра, а также взаимодействия с
современными отечественными и зарубежными SCADA-системами и другими приложениями. Использование
программ-конверторов дает возможность получать xml-файлы с требуемой структурой и составом данных
по оборудованию энергосистем и системе измерений из унаследованных
приложений, что существенно удешевляет и ускоряет внедрение тренажера. Интеграция может осущест62
ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ
0 2 ( 6 3 ) Ф Е В Р А Л Ь 2009
вляться как в режиме импорт/экспорт, так и в режиме реального времени.
Одной из разработок для решения ряда технологических задач, в
том числе расчета балансов на основе объектной масштабируемой информационной модели, является информационная система «Энергостат»
[9, 10]. Система функционирует
на базе единого классификатора,
описывающего организационнотехнологические объекты, оборудование и режимные параметры в рамках ЕЭС. На текущий момент реализована версия классификатора для
определенного круга решаемых задач. Для этих задач версия расширена относительно стандартов IEC.
Классификатор и программный инструментарий системы обеспечивают возможность синхронизации с
международными стандартами, а
также создание и ведение других
классификаторов.
Существуют и другие разработки, нацеленные на стандартизацию
и унификацию данных в других областях деятельности энергокомпаний.
Так, в проекте ЗАО «КУБ» «Сметный
центр» обеспечивается импорт информации из различных сметных
программ, формализация, накопление стоимостных и объемных показателей работ по объектам и оборудованию в сфере энергетического
строительства, а также их использование для планирования и контроля деятельности. При этом накапливаемые данные синхронизируются с
основными едиными классификаторами и справочниками, ведущимися
в АСУ «НСИ» ОАО «ФСК ЕЭС».
Между тем финансирование этих
и подобных проектов может быть сокращено или приостановлено в условиях кризиса. Для сохранения направлений и объемов работ рецепт
экономии средств — координация
усилий. На первом этапе реформирования элеткроэнергетики отсутствие единой отраслевой технической политики в ряде случаев способно было дать положительный эффект, поскольку параллельно шло
развитие самых разных технологий
и программных систем, поставщики
оборудования и программных продуктов конкурировали и предлагали
лучшие условия. На сегодняшний
день особенно в вопросах внедрения стандартов обязательно должна быть налажена координация со
стороны государственных органов и
инфраструктурных компаний. Ранее
эту функцию координации частично выполняло РАО ЕЭС, теперь же
ее реализация пока остается неопределенной. По всей видимости, с учетом существующих условий следует
вернуться к проектированию и внедрению Единой системы классификации и кодирования информации в
электроэнергетике (ЕСККЭ) на предприятиях отрасли — уже под эгидой
Минэнерго РФ.
Создание Единой системы
классификации и кодирования
информации в электроэнергетике
Данная система должна основываться на национальных стандартах и сочетаться с международными стандартами в рассматриваемой
области. Широкое внедрение ЕСККЭ
позволит сократить сроки постав-
главная тема
ки и стоимость ПО, используемого в
электроэнергетике, дать мощный импульс разработке нового отраслевого программного обеспечения, снизить стоимость внедрения зарубежных ИТ-продуктов, а также упростить
процесс адаптации классификаторов
в связи с предполагаемым вступлением России в ВТО.
Задача создания и внедрения
ЕСККЭ сложна и многогранна, и она
не может быть решена силами одной
компании, научной или проектной
организации. Для ее успешного выполнения требуется консолидировать творческий потенциал специалистов отрасли, в том числе опытных
разработчиков информационного и
программного обеспечения. Ход работ должен быть открытым для всестороннего обсуждения.
В 2006 г. в ОАО «ВНИИЭ» (в настоящее время это филиал ОАО «НТЦ
Электроэнергетики») состоялась
научно-практическая конференция
«Единая система классификации и
кодирования в электроэнергетике.
Проблемы и пути решения» [11].
Участники конференции (представители РАО «ЕЭС России», СО ЕЭС, ФСК
ЕЭС, ВНИИЭ, «Энергосетьпроект»,
ЭНИН, ГВЦ Энергетики, специалисты ИТ-фирм) отметили, что эффективное функционирование отрасли
возможно только при условии информационной совместимости данных, представляемых энергокомпаниями [12, 13].
На конференции была сформирована рабочая группа, которая позднее подготовила концепцию создания ЕСККЭ [14]. В ней описаны
основные принципы создания подобной системы.
ЕСККЭ должна представлять собой систему, включающую:
• общероссийские классификаторы
технико-экономической и социальной информации, применяемые в
отраслевых ИT-системах;
• отраслевые классификаторы;
• организационные, нормативные
и методические документы, регламентирующие разработку, ведение
и применение отраслевых класси-
фикаторов, интеграцию их с общероссийскими и международными
классификаторами;
• автоматизированную систему, обеспечивающую поддержку ЕСККЭ.
Наличие ЕСККЭ, унификация
стандартов совместимости данных
является обязательным условием
развития рынка ПО, а также повышения конкурентоспособности отечественных ИТ-решений.
ЕСККЭ рассматривается как составная часть общей отраслевой информационной системы, охватывающей технологические объекты и предприятия (организации), связанные
как технологическим процессом производства, преобразования, передачи,
распределения, потребления электрической и тепловой энергии, так и рыночными взаимоотношениями:
• генерирующие, распределительные сетевые, сбытовые энергокомпании;
• ОАО «ФСК ЕЭС»;
• ОАО «АТС»;
• ОАО «СО ЕЭС»;
• НП «Совет Рынка»;
• ОАО «Концерн Энергоатом»;
• ремонтные и сервисные компании.
Формирование ЕСККЭ не должно нарушать функционирование
действующих технологических задач и систем обработки информации. Работу необходимо выполнять
в четырех взаимосвязанных направлениях:
• развитие существующих и создание
новых классификаторов;
• создание системы ведения классификаторов;
• разработка методологии применения классификаторов, методов и
средств идентификации, в том числе интеграции ЕСККЭ с действующими приложениями;
• cоздание системы сертификации
информационного и программного
обеспечения в части соответствия
ЕСККЭ.
При этом следует максимально использовать отечественные ИТрешения, имеющие положительный
опыт применения в отраслевых системах и классификаторах, а также
ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ
0 2 ( 6 3 ) Ф Е В Р А Л Ь 2009
63
главная тема
осуществлять гармонизацию с международными стандартами.
Каждый отдельный классификатор системы должен представлять собой множество однородных объектов
классификации, выделенных в ходе
структуризации информации.
Объектами классификации в
ЕСККЭ являются ключевые элементы
информации, которые требуют однозначного понимания всеми участниками единого процесса производства,
преобразования, передачи, распределения и потребления электрической
и тепловой энергии.
Формирование ЕСККЭ и включение в систему отдельных классификаторов должно происходить поэтапно и производиться на основе отечественных и международных нормативных документов, содержащих как
методические рекомендации, так и
правила, регламентирующие процессы разработки, внедрения и ведения
классификаторов, в том числе терминологию в области классификации и
кодирования информации.
В значительной степени вопрос
формирования Единой системы классификации и кодирования зависит
от решения организационных вопро-
сов. Так, например, отправной точкой
для создания условий формирования
ЕСККЭ может стать специализированная научно-практическая конференция по этой проблеме, где специалисты будут иметь возможность на профессиональном языке обсудить задачи, обменяться мнениями. Подобное
мероприятие должно проводиться
под эгидой Министерства энергетики с участием инфраструктурных организаций (НП «Совет Рынка», ОАО
«ФСК ЕЭС», ОАО «СО ЕЭС»), крупных
генерирующих компаний, научноисследовательских и проектных организаций. На конференции необходимо рассмотреть проект решения
о создании системы ЕСККЭ. Данный
проект должен открыто обсуждаться.
В дальнейшем подобная конференция может проводиться ежегодно.
Местом проведения может быть одна
из научно-исследовательских или проектных организаций, например филиал ОАО «НТЦ Электроэнергетики»,
имеющий опыт проведения подобных
конференций. Дискуссию по этому
вопросу, проект решения конференции, а также ход ее подготовки предлагается освещать на страницах журнала «ЭнергоРынок».
Литература:
1. IEC — International Electrotechnical Commission: IEC 61970-301: Energy management system application program interface (EMS-API) — Part 301: Common Information
Model (CIM) Base // International Electrotechnical Commission, 2003.
2. Mathias Uslar. Semantic interoperability within the power systems domain. Proceedings of the first international workshop on Interoperability of heterogeneous information
systems / Session 3, Pages: 39—46. Oldenburg: OFFIS, 2005.
3. Becker D. The Benefits of Integrating Information Systems Across the Energy Enterprise: The Power of Control Center Application Program Interface (CCAPI) and Common
Information Model (CIM) // EPRI, Palo Alto, CA. 2001.
4. Neumann Scott. Comparison of IEC CIM and NRECA MultiSpeak // UISOL. 2003.
5. Makoklyev B. I., Antonov A. V., Nabiev R. F. Information structure and software for processing and storing data on operating environment and parameters // Power Technology
and Engeineering. 2004. № 6.
6. Федеральный закон от 17 августа 1995 г. № 147-ФЗ «О естественных монополиях» (Собрание законодательства Российской Федерации: 1995, № 34, ст. 3426;
2001, № 33, ст. 3429; 2003, № 2, ст. 168; № 13, ст. 1181; 2004, № 27, ст. 2711; 2006, № 1, ст. 10; № 19, ст. 2063; 2007, № 43, ст. 5084).
7. Федеральный закон от 25 декабря 2008 г. № 281 «О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» // Российская газета.
30 декабря. 2008. № 4823.
8. Литвинов П. В. ОИК СК — платформа для CIM-совместимых приложений: Сборник докладов четвертого специализированного научно-технического семинара
«Современные методы и программные средства анализа и планирования электропотребления, балансов мощности и электроэнергии». М.: Элекс-КМ, 2006.
9. Макоклюев Б. И., Полижаров А. С. Информационные системы для решения технологических задач на энергообъектах // Энергетик. 2007. № 8.
10. Макоклюев Б. И. Анализ и планирование электропотребления. М.: Энергоатомиздат, 2008.
11. Макоклюев Б. И., Попов С. Г., Шадунц Ю. А. О конференции по единой системе классификации и кодирования в электроэнергетике // Электрические станции,
2006. № 11.
12. Макоклюев Б. И., Лондер М. И., Попов С. Г., Котляр М. Л., Кудряшов Ю. М., Шумилин В. Ф., Шадунц Ю. А. Единая система классификации и кодирования в электроэнергетике. Проблемы и пути решения // Там же. 2006. № 3.
13. Кудряшов Ю. М., Шадунц Ю. А. Проблемы единой классификации объектов и оборудования и формирование балансов: Сборник докладов четвертого специализированного научно-технического семинара «Современные методы и программные средства анализа и планирования электропотребления, балансов мощности и электроэнергии». М.: Элекс-КМ, 2006.
14. Вишняков Л. Н., Кудряшов Ю. М., Литвинов П. В., Лондер М. И., Макоклюев Б. И., Попов С. Г., Тулинов Ю. В., Чирков С. А., Шадунц Ю. А., Шумилин В. Ф. О концепции формирования Единой системы классификации и кодирования информации в электроэнергетической отрасли // Электрические станции. 2008. № 1.
64
ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ
0 2 ( 6 3 ) Ф Е В Р А Л Ь 2009