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摘要：CIM模型在配电网中得到广泛而深入的应用，然而也面临着版本难以同步升级以及不同系统不同应用自定义建模带来的互操作困难等问题。本文针对的CIM模型节点的语义特征，提出了基于关键字符匹配的CIM模型节点自动关联方法，并经过案例进行验证说明。本文提出的方法可以有效解决由于版本更新以及不同系统自定义扩展模型导致CIM模型不兼容问题，实现模型之间的自动关联。本文提出的CIM模型关联方法将为实现配电网不同系统互操作创造可行的实现手段。
关键词：CIM；字符匹配；关联；配电网；模型
0 引言
配电系统信息具有总量大、种类多的特点，涉及不同系统的信息交互，随着智能配网的深入发展，统一的通信标准以及信息模型不可或缺。
为实现电力系统中不同应用、不同系统之间的信息互联与数据交换，IEC TC57提出了描述电力系统对象的方法，抽象为公共信息模型CIM，CIM模型在配电网领域中也得到了广泛的应用。其中，IEC 61968标准扩展了CIM模型，使得CIM适用于配电网建模。包括了配电系统中的设备元件，还包括数据结构表以及动态数据与量测数据等。利用CIM对配电网进行建模建立和维 护配 电网数据库，另一方面也为其他应用软件如配电潮流、短路计算等提供依据。
近年来，国内外研究机构对CIM开展多方位研究，建立了配电网各种元件设备模型以及模型与应用兼容方法。另一方面，研究促使CIM版本不断升级与更新，各厂家的产品在版本上往往难以保持同步，模型语义存在差异，由此带来不同系统之间版本号不同导致信息部分模型缺少统一标准的情况，使得不同系统之间互操作困难，需要进行模型映射。不同模型映射方法相继提出，如，文献[4]提出了基于本体的模型比对及融合方法，文献[5]提出以字符编辑操作确定关联关系等方法，但相对不够直观。
1.CIM模型更新与扩展场景
CIM为配电网模型标准化提供有效建模方法，然而在基于CIM的信息交换和应用集成的实际应用中，可能存在模型格式差异问题，主要原因有两个方面：
CIM随着应用的需求不断进化，版本更新频繁，主要表现在：
1）随着模型版本的更新，增加或删除了部分类型；
2）模型演变过程中，其属性或者关系发生了新的变化，造成模型的关联从属关系变化；
3）模型的重命名，虽然在模型的建立过程基本保留本体语义，但可能由于表述形式的变化造成模型改变。
另一方面，不同应用或不同业务系统对CIM进行相应扩展以满足自身需求，这些私有扩展模型导致语义的冲突与不一致，应用模型之间难以通过语义直接辨识，从而造成组件间数据共享障碍。
为实现不同业务系统之间的数据交换与信息互联，需要建立不同版本、不同应用之间的CIM模型映射方法。
总体来说，虽然CIM版本的改变以及不同业务系统自定义模型使得同一模型可能具有不同的表达形式，但是，通过语义解析，以及关键字符算法，能够实现不同版本、不同业务系统自定义模型之间的关联。
2.基于关键字符匹配的CIM模型关联方法
2.1关键字符提取
现阶段，配电网线路结构、设备均按照IEC 61970/IEC 61968标准定义的CIM模型进行建模。运用DOM4J对于XML文件进行处理，对构建的CIM模型采用信息提取技术，对得到的模型信息进行分类处理，包括类、包、属性、实例、自己数据类型，并生成模型节点树。模型节点树从语义上保留了对模型节点的说明，可将模型节点树解析为不同的关键字符。
本文将CIM模型和的关键字符定义为：
1）从表达方式不同、功能相同的一系列节点模型名称及定义中提取出的具有共同语义的特征字符。通过查找关键字符，可对具有相同功能的模型节点实现精确匹配。对每一个模型节点分别提取关键字符，构成关键字符矩阵。
2）对于每个模型节点都包含的字符，可不设为关键字符，以减少程序运行时间。
2.2 关联矩阵
若模型节点A中包含关键字符X，同时模型节点B也包含关键字符X，则认为A和B是相关联的，关联度为1，如果有多组关联关系对应，则关联度与关联关系组数相等，相反的，如果模型节点A与模型节点B无关联，则关联度为0。关联度越大，则模型节点中包含该组关键字符的字符数量越多，这意味两组模型节点关联的概率越大，由此可以认为，关联度高的两个模型节点相关联。
根据关联关系与关联度建立模型节点之间的关联矩阵，行和列分别表示两组系统不同模型节点，如下列式子所示
3 案例分析
以CIM14版本与CIM16版本部分模型进行案例分析，假设两组业务系统分别采用CIM14以及CIM16版本对配电网模型进行建模。CIM14版本与CIM16版本分模型构建思路基本保持一致，但由于CIM16模型中增加部分设备类型类型，另外对CIM14种一些模型相应的变化与更新。例如，变压器绕组类名及相关关联属性变化以及分布式电源模型变化等。因此，需要建立起CIM14版本与CIM16版本之间的模型映射关联。
采用本文提出的关键字符匹配方法，建立两组版本CIM模型之间的关联，首先根据CIM14版本与CIM16版本分别生成模型节点树并提取关键字符如表所示。
根据上述两个表格分别提取关键字符，并进行关键字符匹配，例如，CIM14版本中模型节点形成模型节点WindGenerator.ConductingEquipment.Terminals具有关键字符关联关系矩阵'Wind'、'Generator'、'Conducting'、'Equipment'以及'Terminal'，而版本CIM16模型节点PowerTransformerEnd.IdentifiedObject.description具有关键字符'Power'、'Transformer''End'、'Identified'、'Object'以及'description'，两者之间没有相同的关键字符，因此对应的关联度为0，依次类推，形成关联关系矩阵如下式所示：其中，列表示CIM14版本部分模型节点，行表示CIM16版本部分模型节点。
4 结语
本文针对的CIM模型节点的语义特征，提出了基于关键字符匹配的CIM模型节点自动关联方法，并经过案例进行验证说明。通过该方法，可以有效解决由于版本更新以及不同系统自定义扩展模型导致CIM模型不兼容问题，实现模型之间的自动关联，自动匹配，提升关联效率和质量，大大减少工作量并具有较好的兼容性，具有可观的推广应用前景。
参考文献：
［1］陆一鸣，刘东，柳劲松，等．智能配电网信息集成需求及模型分析[J]．电力系统自动化，2010，34（8）：1-4．
［2］李荔芳，刘东，陈清鹤.公共信息模型在配电网建模工具中的应用[J].电力系统自动化，2005，（24）：55-59.
［3］曹哲，刘东，包海龙． 基于本体的公共信息模型更新与扩展分析［J］． 电力系统自动化，2013，37（11）：71－75．
论文作者:路学刚,赵川,叶华
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/6
标签：模型论文; 节点论文; 字符论文; 版本论文; 关键论文; 语义论文; 方法论文; 《电力设备》2017年第26期论文;