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DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE

Einführungsbeitrag

Im Bereich der Standardisierung von Systemschnittstellen und Datenmodellen für die Netzführung sowie der Integration von Anwendungen in die IT-Systemlandschaft eines Energieversorgungsunternehmens (EVU) hat die IEC ab dem Jahr 1996 das so genannte Common Information Model (CIM) als Basis für die Normenreihen IEC 61968 und IEC 61970 vom Electric Power Research Institute (EPRI) in den USA übernommen und führt diese Arbeiten seitdem auf internationaler Ebene fort. Diese Normenreihen werden im IEC/TC 57 "Datenmodelle, Schnittstellen und Informationsaustausch für Planung und Betrieb von Energieversorgungssystemen" hauptsächlich in der WG 13 ("EMS Application Interfaces") und WG 14 ("System Interfaces for Distribution Management") durchgeführt und von den Tätigkeiten anderer Arbeitsgruppen flankiert. CIM wird im allgemeinen Sprachgebrauch oft als Name für die beiden Normenreihen IEC 61968 und IEC 61970 verstanden.

Ziel des Common Information Models ist es, die Zeitaufwände und die Kosten zu reduzieren, die bei einer Integration von Anwendungen in einem Energiemanagementsystem (EMS) anfallen, sowie durch die Normung einen Investitionsschutz in Systeme zu bieten und den effektiven Betrieb dieser Systeme sicherzustellen. Um dies zu erreichen, wurden sowohl verschiedene Schnittstellen und Datenmodelle für EMS als auch das Verteilnetzmanagement (DMS) definiert und standardisiert.

Am Markt existieren erste Implementierungen zu den diversen Teilen der Normenreihen. Die beiden Normenreihen mit ihren einzelnen Teilen werden im Folgenden genauer dargestellt.

Die Normenreihe IEC 61970

Die Normenreihe IEC 61970 "Schnittstelle für Anwendungsprotokolle von Energieverwaltungssystemen (EMS-API)" besteht aus den folgenden Teilen:

• Teil 1: "Leitfaden und allgemeine Anwendungen" (Status: Norm, veröffentlicht 2006)
• Teil 2: "Glossar" (Status: Technische Spezifikation (TS), veröffentlicht 2004)
• Teil 301: "Common Information Model (CIM) Base" (Status: Norm, veröffentlicht 2004)
• Teil 401: "Rahmenspezifikation für Betriebsmittelschnittstellen (CIS)" (Status: Technische Spezifikation, veröffentlicht 2006)
• Teil 402: "Rahmenspezifikation für Betriebsmittelschnittstellen (CIS) - allgemeine Dienste" (Status: Norm, veröffentlicht 2008-06)
• Teil 403: "Rahmenspezifikation für Betriebsmittelschnittstellen (CIS) - allgemeiner Datenzugriff (Status: Norm, veröffentlicht 2008-06)
• Teil 404: "Rahmenspezifikation für Betriebsmittelschnittstellen (CIS) - Hochgeschwindigkeitsdatenzugang" (Status: Norm, veröffentlicht 2008)
• Teil 405: "Rahmenspezifikation für Betriebsmittelschnittstellen (CIS) - Übermitteln von Ereignismeldungen" (Status: Norm, veröffentlicht 2008)
• IEC 61970-407: "Rahmenspezifikation für Betriebsmittelschnittstellen (CIS) - Zugriff auf Daten, die auf Zeitfolgen beruhen" (Status: Norm, veröffentlicht 2008)
• Teil 453: "Übermittlung von CIM-basierten Daten für die graphische Darstellung" (Status: Norm, veröffentlicht 2008-06).

CIM ist in verschiedene Untergruppen unterteilt. In den Teilen IEC 61970-x finden sich allgemeine, einleitende Begrifflichkeiten, die eine Übersicht über die Normenreihe bieten und sich für ein erstes Verständnis der Normenreihen anbieten. Drei weitere Gruppen von Normen innerhalb der Reihe IEC 61970 können dann noch identifiziert werden. Dies ist zum einen die Gruppe IEC 61970-3xx, die die eigentlichen Entitäten des CIM, das heißt die definierten Begriffe und ihre Attribute sowie Relationen umfasst. Das CIM (im engeren Sinne) umfasst verschiedene Pakete und ist als UML-Modell genormt. Im CIM sind die typischen Objekte enthalten, die ein elektrisches Stromnetz ausmachen, das heißt Generatoren, Leitungen, Umspanner, Messwerte, Schalter, Verbraucher oder auch Basiseinheiten wie Spannung oder Leistung. Das CIM bildet ein Basisdatenmodell, das in den folgenden Normenreihen dazu genutzt wird, um zum einen plattformunabhängige Spezifikationen (PIM), so genannte Level-1-Spezifikationen, für generische Schnittstellen im Rahmen der Normen IEC 61970-4xx zu erstellen. Zum anderen werden die künftigen Level-2-Spezifikationen der Normen 61970-5xx plattformspezifische Modelle, das heißt PSM, definieren.

Die Normenreihe IEC 61968

IEC 61968 ("Integration von Anwendungen in Anlagen der Elektrizitätsversorgung - Systemschnittstellen für Netzführung") umfasst das so genannte Interface Reference Model (IRM) für das CIM. Dabei handelt es sich nicht wie bei dem CIS um eine recht generische Schnittstelle, es werden stattdessen genaue Anwendungsfälle für die Kopplung zwischen zwei Systemen sowie die dazu auszutauschenden XML-Nachrichten definiert. Dabei liegt der Fokus nicht auf den primären Objekten des CIM. Das Basis-CIM aus IEC 61970-301 wird in der in Arbeit befindlichen Norm IEC 61968-11 um weitere Entitäten ergänzt. Die einzelnen Teile der Reihe IEC 61968 umfassen Schnittstellen für Netzbetrieb, Asset Management, Planung und Optimierung des Netzbetriebs, Ausbau und Wartung des Netzes sowie Zählerwesen. Die Normenreihe umfasst die folgenden Teile:

• Teil 1: "Systemschnittstellen für Netzführung - Schnittstellenarchitektur und allgemeine Anforderungen" (Status: Norm, veröffentlicht 2004)
• Teil 2: "Systemschnittstellen für Netzführung - Glossar" (Status: Technische Spezifikation (TS), veröffentlicht 2004)
• Teil 3: "Systemschnittstellen für Netzführung - Schnittstelle für Netzbetriebsarten" (Status: Norm, veröffentlicht 2005)
• Teil 4: "Systemschnittstellen für Netzführung - Schnittstellen für Berichtswesen und Asset Management" (Status: Norm, veröffentlicht 2007)
• Teil 11: "System interfaces for distribution management (SIDM) - Common Information Model for DMS" (noch Norm-Entwurf, nicht als Deutsche Norm verabschiedet)
• Teil 13: "Systemschnittstellen für Netzführung - RDF-Austauschformat des CIM-Models für Verteilnetze" (Status: Norm, veröffentlicht 2008-06).

Die Normen IEC 61968-1 und IEC 61968-2 definieren die grundlegende Übersicht über das Interface Reference Model (IRM) und das Glossar, während die Teile 3 bis 10 die jeweiligen Systemschnittstellen zu Systemen definieren beziehungsweise zukünftig definieren werden. Die Teile 11 und 13 bilden zwei Sonderfälle. Bei der künftigen Norm IEC 61968-11 wird es sich um eine Ergänzung des CIM-Modells handeln, die in das elektronische Modell der Norm IEC 61970-301 integriert wird und das eigentliche elektronische Modell, das Kern-CIM, bildet. Dieses CIM lässt sich in Form eines UML-Modells bei der CIM-user-Group unter htttp://www.cimuser.org laden und im Entwicklungsprozess nutzen. Die Norm IEC 61968-13 ist das so genannte Common Distribution Power System Model (CDPSM), das ein CIM-Profil für die Modellierung und Serialisierung von Verteilnetzen mittels Entitäten und Relationen aus dem CIM-UML-Model bietet.

Die neuesten Normen, die zurzeit in die deutsche Normung übergeführt und veröffentlicht werden, sind:

• IEC 61970-402: "Rahmenspezifikation für Betriebsmittelschnittstellen (CIS) - allgemeine Dienste" (Status: Norm, veröffentlicht 2008-06)
• IEC 61970-403: "Rahmenspezifikation für Betriebsmittelschnittstellen (CIS) - allgemeiner Datenzugriff" (Status: Norm, veröffentlicht 2008-06)
• IEC 61970-453: "Übermittlung von CIM-basierten Daten für die graphische Darstellung" (Status: Norm, veröffentlicht 2008-06)
• IEC 61968-13: "Systemschnittstellen für Netzführung - RDF-Austauschformat des CIM-Models für Verteilnetze" (Status: Norm, veröffentlicht 2008-06)

Die Inhalte dieser Normen werden im Folgenden kurz skizziert:

IEC 61970-402: "Rahmenspezifikation für Betriebsmittelschnittstellen (CIS) - allgemeine Dienste"

Die Norm IEC 61970-402 definiert die so genannten Common Services (deutsch: allgemeine Dienste), die als Basis für die Generic Interface Definition (GID) dienen. Die in der Norm enthaltenen API-Dienste werden für die weiteren Normen der Reihe als Basisdienste vorausgesetzt. Daraus folgt, dass sämtliche Dienste aus der Norm IEC 61970-402 implementiert werden müssen, wenn die Schnittstellen:

• Generic Data Access (GDA)
• High-Speed Data Access (HSDA)
• Generic Eventing and Subscription (GES)
• Time Series Data Access (TSDA)

implementiert werden sollen. Die in den Schnittstellen genutzte Semantik entspricht dabei der des CIM aus dem Teil 301 beziehungsweise dem Teil 11.

Die allgemeinen Dienste lassen sich dabei in drei Kategorien unterteilen:

• Ressourcenidentifikatoren: generische Dienste, um Klassen, Klassenattribute und Objektinstanzen in Systemen zu identifizieren
• Ressourcenbeschreibungen: generische Dienste, um die mit Klassen, Klassenattributen sowie Objektinstanzen assoziierten Werte zu enkodieren
• Sichten: Dienste, um Klassen, Klassenattribute und Objektinstanzen mittels Hierarchien und Bäumen in Systemen darzustellen.

Obwohl die Normenreihe einen starken Fokus auf das Leitsystem hat, können die hier spezifizierten Dienste in einer Reihe von Systemen wie etwa Verteilnetzmanagementsystemen (DMS), Asset-Management-Systemen, Geographischen Informationssystemen (GIS) oder auch Outage Management-Systems (OMS) genutzt und implementiert werden. Die Dienste können dann zur Kopplung der Systeme über CIM-konforme Schnittstellen verwendet werden.

IEC 61970-403 "Rahmenspezifikation für Betriebsmittelschnittstellen (CIS) - allgemeiner Datenzugriff"

Die Norm IEC 61970-403 basiert auf den "allgemeinen Diensten" der Norm IEC 61970-402 und baut auf diesen auf. Das GDA definiert Dienste, die dazu genutzt werden, um auf Entitäten, die gemäß dem CIM definiert sind, zuzugreifen. Das GDA erlaubt dabei einem so genannten Client, Daten einer anderen Komponente (hier: beispielsweise eine Datenbank oder ein anderes System) zu nutzen, ohne dabei Wissen über das interne logische Schema zur Speicherung der Daten zu haben. Die Dienste sind dabei für eine synchrone, nicht realzeitfähige Kommunikation der komplexen Datenstrukturen zwischen den Komponenten ausgelegt. Ein klassischer Anwendungsfall für das GDA-Interface wäre beispielweise der Massendatenaustausch zwischen einer Datenbank und einer Netzzustandsidentifikation, die auf Basis der aktuellen Daten eine Identifikation durchführt und das Resultat wieder an die Datenbank zurückgibt und eine Benachrichtigung an das den Prozess anstoßende System übermittelt.

Es wurde dabei versucht, die Dienste so einfach wie möglich zu definieren, um die Komplexität zu senken und datenbankunabhängige Technologien zu nutzen. Die Dienste beschränken sich daher auf Lesen, Aktualisieren und Nachrichten über Veränderungen auf einem Objekt. Durch diese Dienste kann das GDA auch als ein klassischer Enterprise Information Integration Adapter genutzt werden.

IEC 61970-453 "Übermittlung von CIM-basierten Daten für die graphische Darstellung"

Die Norm IEC 61970-453 ist Teil der Gruppe IEC 61970-450 bis -499, die sich auf einer abstrakten Ebene mit dem Austausch von Inhalten und Austauschmechanismen zwischen verschiedenen Leitsystemkomponenten befasst. Diese Norm umfasst allgemeine Anwendungsfälle zum Austausch von schematischen Graphikdarstellungen wie einphasige Darstellungen (Single-Line Diagram) in Leitsystemen oder Geoinformationssysteme (GIS). Zusätzlich werden Schemata und Mechanismen definiert, wie sich diese mit CIM-Daten aus den Normen IEC 61970-301 beziehungsweise IEC 61968-13 verbinden lassen. Die generischen Anwendungsfälle umfassen dabei die Kopplungen von Leitsystemen untereinander, mit GIS-Systemen, Planungs- und Handelsystemen. Neben dem Metamodell zur Annotierung der Graphikdaten an das CIM-Modell wird noch die Serialisierung der Modelle mittels XML (als SVG) in der Norm definiert.

IEC 61968-13 "Systemschnittstellen für Netzführung - RDF-Austauschformat des CIM-Models für Verteilnetze"

Die Norm IEC 61968-13 definiert das so genannte Common Distribution Power System Model (CDPSM). Dabei handelt es sich um ein so genanntes CIM-Profil. Unter einem CIM-Profil ist eine definierte Menge von Klassen mit dazugehörigen Klassenattributen sowie Relationen zwischen den Klassen zu verstehen, die für einen speziellen Anwendungsfall die zu nutzende Untermenge von CIM-Objekten aus dem Gesamtmodell definieren. Dies erleichtert dem Entwickler und Systemhersteller die Definition von Schnittstellen. Durch den eingeschränkten und für die Anwendung angepassten Umfang werden Interoperabilitätsprobleme weniger häufig auftreten, weil die in einem bestimmten Fall zu nutzenden Klassen exakt definiert worden sind und damit weniger bis keine optionalen Definitionen übrig bleiben. Die Norm IEC 61968-13 definiert die Klassen und Relationen, die bei der Serialisierung von Verteilnetzen im europäischen Kontext genutzt werden sollen. Die Serialisierung der Objekte erfolgt dann mittels XML und RDF.

Dies stellt sicher, dass ausgetauschte Topologiedaten zwischen Systemen interoperabel bleiben. Die Interoperabilität wird in so genannten CIM-Interoperabilitätstests zwischen Herstellern auch in der Praxis überprüft. Das CDPSM wird dazu als RDF-Schema (technisch ähnlich einem XML-Schema zu Überprüfung von XML-Nachrichten) definiert und erlaubt eine automatische Prüfung, ob die Instanzen der Daten korrekt serialisiert worden sind. Aktuell ist das CDPSM in der Version 2.0 als RDF-Schema in elektronischer Form unter www.cimuser.org bei der CIM-user Group erhältlich.