DKE CIM Informationsveranstaltung

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1 DKE CIM Informationsveranstaltung CIM Modellierungsbeispiel Seite 1

2 Agenda Die Architektur des Common Information Model (CIM) Modellierung: Überblick / Basistechnologien Beispiel: Überführung eines Stromnetzes in CIM-Objekte Zusammenfassung Seite 2

3 Die Architektur des Common Information Model (CIM) Informationsmodell Verallgemeinertes Modell aller Objekte eines Energieversorgungsunternehmens und deren Beziehungen untereinander Anwendungsunabhängig, definiert aber alle Konzepte die eine beliebige Anwendung benötigt Kontextabhängiger Layer schränkt das Informationsmodell ein Spezifiziert welche Teile des CIM für ein bestimmtes Profil benutzt werden Zwingend vorgegebene und optionale Informationen; Einschränkungen Kann keine zusätzlichen Informationen hinzufügen Die Message Syntax beschreibt das Format für die Instanzdaten Kann Elemente umbenennen Verändert Assoziationen um eine einheitliche Struktur für Nutzdatenmeldungen zu definieren Abbildungsvorschriften für verschiedene Technologien können definiert werden Seite 3 Context Message Syntax Profiles Message / File Format (XSD, RDF Schema, OWL) CIM Layered Architecture

4 Agenda Die Architektur des Common Information Model (CIM) Modellierung: Überblick / Basistechnologien Beispiel: Überführung eines Stromnetzes in CIM-Objekte Zusammenfassung Seite 4

5 Übersicht UML Die CIM Standards basieren auf der Unified Modeling Language class LineModel (UML) Notation Core:: PowerSystemResource 0..* Core:: Equipment +Equipments Core:: ConductingEquipment 0..1 Core:: EquipmentContainer +EquipmentContainer Conductor + length: Length [0..1] SeriesCompensator + r: Resistance [0..1] + r0: Resistance [0..1] + x: Reactance [0..1] + x0: Reactance [0..1] Core:: SubGeographicalRegion DCLineSegment ACLineSegment Line 0..* +Lines Region + b0ch: Susceptance [0..1] + bch: Susceptance [0..1] + g0ch: Conductance [0..1] + gch: Conductance [0..1] + r: Resistance [0..1] + r0: Resistance [0..1] + x: Reactance [0..1] + x0: Reactance [0..1] +ACLineSegments 0..* +PerLengthImpedance 0..1 PerLengthImpedance PerLengthSequenceImpedance + b0ch: SusceptancePerLength [0..1] + bch: SusceptancePerLength [0..1] + g0ch: ConductancePerLength [0..1] + gch: ConductancePerLength [0..1] + r: ResistancePerLength [0..1] + r0: ResistancePerLength [0..1] + x: ReactancePerLength [0..1] + x0: ReactancePerLength [0..1] PerLengthPhaseImpedance + conductorcount: Integer [0..1] +PhaseImpedance 1 +PhaseImpedanceData 1..* PhaseImpedanceData + sequencenumber: Integer [0..1] + b: SusceptancePerLength [0..1] + r: ResistancePerLength [0..1] + x: ReactancePerLength [0..1] Seite 5

6 Überblick Basistechnologien CIM verwendet UML (Unified Modeling Language) um die in Energieversorgungsunternehmen verwendeten Informationen zu beschreiben. Klassen In einem System repräsentiert eine Klasse einen spezifischen, zu modellierenden Objekttyp. Jede Klasse kann eigene interne Attribute und Beziehungen zu anderen Klassen haben. Jede Klasse kann beliebig oft instanziiert werden. Jede Instanz hat die gleiche Anzahl von Attributen und Beziehungen aber mit eigenen internen Werten. Beispiel: Kreis auf einem Blatt Papier Die Attribute definieren den Kreis eindeutig. Beliebig viele Kreise können auf dem Blatt Papier enthalten sein. Alle Kreise sind voneinander unabhängig. Quelle: IntelliGrid Common Information Model Primer: First Edition, EPRI, Palo Alto, CA: 2011, // Aktuell in der 3. Edition vorhanden. Seite 6

7 Überblick Basistechnologien CIM verwendet UML (Unified Modeling Language) um die in Energieversorgungsunternehmen verwendeten Informationen zu beschreiben. Vererbung / Klassenhierarchie Vererbung definiert eine Klasse als Unterklasse einer anderen Klasse (Parent/Child). Eine Unterklasse erbt alle Attribute der übergeordneten Klasse, kann aber eigene Attribute haben. Es gibt abstrakte und konkrete Klassen. Nur konkrete Klassen können instanziiert werden. Beispiel: Formen auf einem Blatt Papier Form (Shape) ist die übergeordnete Klasse. Form ist eine abstrakte Klasse. Ein Quadrat ist die untergeordnete Klasse eines Rechtecks. Quelle: IntelliGrid Common Information Model Primer: First Edition, EPRI, Palo Alto, CA: 2011, // Aktuell in der 3. Edition vorhanden. Seite 7

8 Überblick Basistechnologien CIM verwendet UML (Unified Modeling Language) um die in Energieversorgungsunternehmen verwendeten Informationen zu beschreiben. Association Neben Parent/Child-Beziehungen gibt es auch anders geartete Klassenbeziehungen. Beispielsweise können die vorherigen Formen eine zugeordnete Stilart haben. Diese Stilarten können von verschiedensten Formen verwendet werden. Beispiel: Formen mit zugeordneter Stilart auf einem Blatt Papier Name Attribut zur Referenz. Formen (Shape) hat eine Rolle Stilart (Style) mit der Kardinalität 1 à Form muss eine Beziehung zu Stilart haben. Stilart (Style) hat eine Rolle Formen (Shapes) mit der Kardinalität 0..* àstilart kann mit 0 oder mehr Formen eine Beziehung haben. Quelle: IntelliGrid Common Information Model Primer: First Edition, EPRI, Palo Alto, CA: 2011, // Aktuell in der 3. Edition vorhanden. Seite 8

9 Überblick Basistechnologien CIM verwendet UML (Unified Modeling Language) um die in Energieversorgungsunternehmen verwendeten Informationen zu beschreiben. Aggregation Die Aggregations-Beziehung definiert eine spezielle Association-Beziehung. Diese besagt dass eine Klasse eine Container-Klasse einer anderen ist. Beispielsweise können die vorherigen Formen in definierten Weltbildebenen liegen. Beispiel: Formen in zugeordneten Weltbildebenen Layer/Ebene hat eine Rolle Formen (Shapes) mit der Kardinalität 0..* à Ein Layer/Ebene kann 0 oder mehr Instanzen einer Form beinhalten. Form (Shape) hat eine Rolle Layer mit der Kardinalität 0..1 à Eine Form kann in 0 oder einem Layer/Ebene liegen (Unter der Voraussetzung das Layer optional sind). Darstellung mit offener Raute auf der Container-Seite symbolisiert das beide Klassen nicht vollständig voneinander abhängig sind. à Wenn ein Layer/Ebene gelöscht wird würden die Formen dennoch weiterexistieren. Quelle: IntelliGrid Common Information Model Primer: First Edition, EPRI, Palo Alto, CA: 2011, // Aktuell in der 3. Edition vorhanden. Seite 9

10 Überblick Basistechnologien CIM verwendet UML (Unified Modeling Language) um die in Energieversorgungsunternehmen verwendeten Informationen zu beschreiben. Composition Die Composition-Beziehung definiert eine spezielle Aggregation-Beziehung. Diese besagt dass ein Objekt in einem Container dabei ein grundsätzlicher Bestandteil des Containerobjektes ist. Wenn ein Container objekt gelöscht wird werden auch alle zugehörigen Objekte gelöscht. Beispielsweise erhalten die vorherigen Formen einen Ankerpunkt an dem später ein Text angebracht werden kann. Der Ankerpunkt hat einen Offset zur Position der Form. Beispiel: Formen mit Ankerpunkten Anker hat eine Rolle Form (Shape) mit der Kardinalität 1 à Ein Anker muss eine Form haben Form (Shape) hat eine Rolle Anker mit der Kardinalität 0..* à Eine Form kann 0 oder mehrere Ankerpunkte haben (Unter der Voraussetzung das Anker optional sind) Darstellung mit gefüllter Raute auf der Container-Seite symbolisiert das beide Klassen voneinander abhängig sind à Wenn eine Form gelöscht wird, wird auch der Ankerpunkt gelöscht. Quelle: IntelliGrid Common Information Model Primer: First Edition, EPRI, Palo Alto, CA: 2011, // Aktuell in der 3. Edition vorhanden. Seite 10

11 Überblick Basistechnologien CIM verwendet UML (Unified Modeling Language) um die in Energieversorgungsunternehmen verwendeten Informationen zu beschreiben. Komplettes UML-Diagramm des Beispieles Quelle: IntelliGrid Common Information Model Primer: First Edition, EPRI, Palo Alto, CA: 2011, // Aktuell in der 3. Edition vorhanden. Seite 11

12 Überblick Beispiel Leistungsschalter Beschreibung eines s in CIM A is a mechanical switching device capable of making, carrying, and breaking currents under normal circuit conditions and also making, carrying for a specified time, and breaking currents under specified abnormal circuit conditions Abstraktion eines s in CIM kann durch eine Schutzeinrichtung betätigt werden (Protection Equipment) kann offen oder geschlossen sein à Switch ist Teil des physischen Netzwerks, das Elektrizität leitet à Conducting Equipment ist eine Art der generische Geräte à Equipment ist eine Ressource innerhalb des Stromnetzes à Power System Resource Seite 12

13 Überblick Beispiel Klassenhierarchy In der CIM Klassenhierarchie wird der wie folgt auf die verschiedenen Abstraktionsebenen aufgeteilt: Identified Object root class for this particular branch of the CIM class hierarchy PowerSystemResource used to describe any resource within the power system, whether it be a physical piece of equipment or an organizational entity such as ControlArea Equipment which refers to any piece of the power system that is a physical device, whether it be electrical or mechanical Conducting Equipment used to define types of Equipment that are designed to carry current or that are conductively connected to the network Switch a generic class for any piece of ConductingEquipment that operates as a switch in the network Protected Switch Switch that can be operated by protection equipment and has a breaking capacity a specific sub type of ProtectedSwitch, with an additional attribute to define the transit time Seite 13

14 Überblick Definieren von Komponentenverbindungen CIM verwendet Terminals und Connectivity Nodes zur Definition wie die Komponenten eines Energienetzes miteinander verbunden sind: Connectivity Nodes (Anschlussknoten) Eigene Klasse für die Darstellung der Netztopologie. Selbst wenn drei oder mehr Betriebsmittel an einem T- oder Knotenpunkt verbunden sind wird die Netztopologie exakt dargestellt so wie dies im zweiten Bild ersichtlich ist. Terminals (Anschlusspunkte) Einem leitenden Betriebsmittel sind ein oder mehrere Terminals zugeordnet. Diese Terminals wiederum sind mit einem einzelnen Connectivity Node verbunden. Quelle: IntelliGrid Common Information Model Primer: First Edition, EPRI, Palo Alto, CA: 2011, // Aktuell in der 3. Edition vorhanden. Seite 14

15 Agenda Die Architektur des Common Information Model (CIM) Modellierung: Überblick / Basistechnologien Beispiel: Überführung eines Stromnetzes in CIM-Objekte Zusammenfassung Seite 15

16 Überblick Überführung eines Stromnetzes in CIM-Objekte Identifizierung der CIM Komponenten Transformatoren vor CIM v15 Betriebsmittel Container Terminals Connectivity Nodes 33kV 17kV SubStation Lines 132kV ACLineSegment Load A Line 1 EnergyConsumer 2 3 PowerTransformer PowerTransformer Transformer Transformer Busbar 17kV BusbarSection 1 Generator Alpha SynchronousMachine Quelle: IntelliGrid Common Information Model Primer: First Edition, EPRI, Palo Alto, CA: 2011, // Aktuell in der 3. Edition vorhanden. Seite 16

17 Überblick Überführung eines Stromnetzes in CIM-Objekte 33kV SubStation 132kV Load A EnergyConsumer 2 Lines ACLineSegment Line kV PowerTransformer Transformer PowerTransformer Transformer Busbar 17kV BusbarSection 1 Generator Alpha SynchronousMachine Quelle: IntelliGrid Common Information Model Primer: First Edition, EPRI, Palo Alto, CA: 2011, // Aktuell in der 3. Edition vorhanden. Seite 17

18 Überblick Überführung eines Stromnetzes in CIM-Objekte 33kV 132kV Terminals Connectivity Nodes SubStation Lines Lines ACLineSegment ACLineSegment 17kV Load A 2 Transformer Line 1 3 Transformer Busbar 17kV SubStation EnergyConsumer EnergyConsumer PowerTransformer PowerTransformer PowerTransformer PowerTransformer BusbarSection 1 BusbarSection Generator Alpha SynchronousMachine SynchronousMachine Quelle: IntelliGrid Common Information Model Primer: First Edition, EPRI, Palo Alto, CA: 2011, // Aktuell in der 3. Edition vorhanden. Seite 18

19 Überblick Überführung eines Stromnetzes in CIM-Objekte 33kV 132kV Terminals Connectivity Nodes Lines ACLineSegment Load A Line 1 SubStation 2 3 EnergyConsumer 17kV Transformer Transformer Busbar 17kV PowerTransformer PowerTransformer 1 BaseVoltage 132kV BusbarSection Generator Alpha BaseVoltage 33kV BaseVoltage 17kV SynchronousMachine Quelle: IntelliGrid Common Information Model Primer: First Edition, EPRI, Palo Alto, CA: 2011, // Aktuell in der 3. Edition vorhanden. Seite 19

20 Agenda Die Architektur des Common Information Model (CIM) Modellierung: Überblick / Basistechnologien Beispiel: Überführung eines Stromnetzes in CIM-Objekte Zusammenfassung Seite 20

21 Das Common Information Model (CIM) extensible Markup Language (XML) Message Syntax XML (extensible Markup Language) ist ein plattformunabhängiges, maschinenlesbares, universelles und standardisiertes Format für strukturierte Dokumente und Daten. Die Daten liegen als Klartext vor. Das Resource Description Framework (RDF) ist ein XML Schema, wird in CIM definiert und für den Austausch von Energienetzmodellen verwendet. Existierende Applikationen und Werkzeuge können das Modell in ein RDF Schema überführen. Seite 21 CIM RDF XML bietet eine logische Serialisierung der CIM-Daten; Somit können Instanzdaten miteinander ausgetauscht werden Context Message Syntax Profiles Message / File Format (XSD, RDF Schema, OWL) CIM Layered Architecture

22 Zusammenfassung CIM ist grundsätzlich CIM bietet die Grundlage für ein erweiterbares Enterprise-Datenmodell mit standardisierten Klassen und unterstützt viele Funktionen/Anwendungsfälle durch eine Kombination von Re-use und Erweiterungen. CIM legt einige Grundsätze bei der Modellierung fest: Jedes Objekt hat einen eindeutigen Identifikator. Art und Weise der Beschreibung der Netz-/Betriebsmitteldaten inkl. der Topologie. Der Datenaustausch zwischen Systemen erfolgt immer auf Basis von CIM Profilen (Untermenge des Enterprise-Datenmodells) und ist anwendungsspezifisch. Als Implementierungstechnologie wird XML zur Erstellung des Schemas für die Serialisierung der Instanzdaten in Dateien oder Nachrichten verwendet. Daraus resultieren: Standards für elektrische Energienetzmodelle Standards für den Nachrichtennutzdatenaustausch Die Architektur unterstützt zukünftige, noch nicht bekannte Anwendungen CIM ist mehr als ein Satz von Standards es ist ein Lösungskonzept! Seite 23

23 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Energy Management all the way Seite 24