Всем привет! Меня зовут Александр, и я хочу поделиться опытом использования CIM-модели и моделирования её расширений при разработке интеллектуальной системы учета электроэнергии. На самом деле материалов по этой теме у нашей команды накопилось достаточно — хватит на целую серию статьей. Начну с основ. В чем особенности рынка электроэнергетики, почему важно обеспечить унифицированный обмен данными между его участниками и как в этом помогает CIM? Давайте разбираться.

Как всё начиналось

В 2022 году компания, в которой я работаю, — СИГМА — начала работу над масштабным проектом. Нам необходимо было создать интеллектуальную систему учета электроэнергии (ИСУЭ) для энергосбытовых компаний. Она должна выполнять целый комплекс задач: автоматически собирать, хранить, обрабатывать информацию, полученную с интеллектуальных приборов учёта (ИПУ) электроэнергии, и обмениваться ею с другими системами. Причем обмен данными необходимо было обеспечить не только со смежными информационными системами (ИС) заказчика, но и с ИС других участников розничного рынка электроэнергии. Это связано с тем, что по закону энергосбытовые компании, которые являются гарантирующими поставщиками электроэнергии, обязаны предоставлять информацию из своей ИСУЭ смежным участникам рынка.

Здесь нужно немного углубиться в особенности отрасли, чтобы понять, насколько сложная и амбициозная перед нами стояла задача.

На розничном рынке электроэнергии присутствует множество субъектов: сетевые организации (СО), гарантирующие поставщики (ГП) и независимые энергосбытовые компании, потребители, поставщики коммунальных услуг и их партнеры. Все они обмениваются данными: нормативно-справочной информацией (НСИ), показаниями, событиями интеллектуальных приборов учета (ИПУ) и не только. Эти процессы строго регулируются рядом документов:

• Постановлением Правительства РФ от 19 июня 2020г. №890 «О порядке предоставления доступа к минимальному набору функций интеллектуальных систем учета электрической энергии (мощности)»;

• Федеральным законом от 26 марта 2003г. №35-ФЗ «Об электроэнергетике» в редакции ФЗ от 27 декабря 2018г. №522-ФЗ;

• Постановлением Правительства РФ от 4 мая 2012г. №442 «О функционировании розничных рынков электрической энергии, полном и (или) частичном ограничении режима потребления электрической энергии» (с изменениями и дополнениями, касающимися ИСУ ЭЭ).

С одной стороны, Постановление Правительства РФ от 19 июня 2020г. №890 определяет, какую функциональность ИСУЭ её владелец (в зависимости от того, является ли он ГП или СО) должен предоставлять различным участникам рынка электроэнергии. Это могут быть сетевые организации, частные энергосбытовые компании и гарантирующие поставщики, управляющие компании, ТСЖ, конечные потребители электроэнергии и другие. Все зависит от договорных отношений на рынке и балансовой принадлежности интеллектуальных приборов учета (ИПУ). А с другой стороны, ФЗ №35-ФЗ «Об электроэнергетике» (в редакции ФЗ №522-ФЗ) регламентирует, какой субъект рынка, за счет каких доходов и в каких точках электрических сетей устанавливает ИПУ и предоставляет функциональность ИСУЭ.

Приведу несколько примеров, с которыми здесь можно столкнуться. Часто контрагенты по договорам, балансодержатели ИПУ и сетей в точках поставки (ТчП) — это разные субъекты рынка. Поэтому невозможно определить единую мастер-систему или мастер-субъект для информационного обмена (ИО) по отдельной сущности. Возможен ряд сценариев, когда для одних экземпляров одной и той же сущности по разным атрибутам возможны разные мастер-субъекты ИО. При этом для других экземпляров этой же сущности — наоборот.

Например, сетевая организация может установить ИПУ в коттедже, но договор на энергоснабжение у потребителя заключен с гарантирующим поставщиком. В этом случае у ГП изначально нет нормативно-справочной информации о приборе и точке учета, так как балансодержателем является другая организация.

Обратная ситуация возникает со счетчиками в многоквартирных домах, особенно если это общедомовые приборы учета (ОДПУ). В таких случаях по одному прибору учета, принадлежащему ГП, может быть оформлено несколько документов: договор оказания услуг между гарантирующим поставщиком и сетевой организацией, договор купли-продажи потерь и даже потребительский договор с УК. По закону все участники этих соглашений могут запрашивать у ГП данные по договорам и связанным с ними контрагентами, энергообъектами, точками поставки и учёта, ИПУ, их показаниями, событиями и расходами.

В итоге для одной и той же сущности «ИПУ», в зависимости от её характеристик (например, балансовой принадлежности или места установки), мастер-системой могут выступать как ИСУ сетевой организации, так и ИСУ гарантирующего поставщика. При этом, например, для сущностей типа «точки поставки» мастер-системы могут различаться для разных атрибутов одной точки (одного экземпляра соответствующего класса).

В результате информация у участников рынка хранится в разрозненном виде, что серьезно осложняет её передачу и обработку. А в нашем проекте по разработке ИСУЭ стояла задача обеспечить максимально эффективный информационный обмен. Для этого был необходим централизованный подход к ведению и синхронизации НСИ, который мы реализовали за счет использования СIM-модели (не без ряда исправлений, дополнений и расширений, конечно).

Почему именно CIM?

Теперь давайте разберемся, что такое CIM и как она помогла нам унифицировать обмен данными. Общая информационная модель (Common information model, CIM) — это стандартизированная объектная модель данных, разработанная для упрощения моделирования объектов, их свойств и связей, а также для обмена информацией и, как следствие, — повышения совместимости между различными системами в области электроэнергетики. CIM-модель универсально и единообразно описывает ключевые элементы энергосистемы (начиная от структуры, схемы и оборудования электрической сети, включая договоры, контрагентов и их роли на рынке электроэнергии и заканчивая ПУ, их показаниями и событиями), их характеристики и взаимосвязи для максимального приближения цифровой модели к реальным представлениям объектов, технологических и бизнес-процессов.

Применение CIM в энергетике позволяет эффективно интегрировать различные информационные системы и использовать стандартизированный подход к управлению энергетическими объектами, независимо от их технологических и функциональных особенностей.

В России CIM регламентируется рядом нормативно-технических документов (НТД) и нормативно-правовых актов (НПА), такими как:

• серия национальных стандартов ГОСТ Р 58651 «Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Информационная модель электроэнергетики»;

• рекомендации, разработанные АО «СО ЕЭС», Р 1323565.1.049-2023 «Информационная модель электроэнергетики. Рекомендации по разработке и применению профилей информационной модели и профилей информационного обмена и построению диаграмм классов»;

• Приказ Минэнерго №1234 «Об утверждении перечня и спецификации защищенных протоколов передачи данных, которые могут быть использованы для организации информационного обмена между владельцами и пользователями ИСУ».

Все эти НТД и НПА подготовлены на базе серий международных стандартов МЭК 61970 и МЭК 61968 и уже имеют ряд расширений, связанных с особенностями отечественной электроэнергетики и рынка ЭЭ в РФ.

В данной статье хотелось бы больше рассказать про наш опыт и особенности внедрения CIM-модели в России, поэтому уделять большое внимание роли вышеуказанных серий стандартов МЭК 61970 и МЭК 61968 на зарубежных рынках электроэнергии не хотелось бы. Однако один факт для понимания фундаментальности этого вопроса обходить стороной не будем, а именно — на Европейском рынке электроэнергии ИС, которые не поддерживают информационный обмен на базе этих стандартов, запрещены к использованию уже более десятка лет.

За счет своих уникальных характеристик CIM-модель сыграла важную роль в нашем проекте разработки интеллектуальной системы учета. Расскажу о нем подробнее.

ИСУЭ федерального масштаба

В рамках проекта ИСУЭ ГП мы разработали комплекс ИТ-продуктов, который автоматически собирает, хранит, обрабатывает НСИ и информацию, полученную с интеллектуальных приборов учёта электроэнергии, и обменивается ею как со смежными системами заказчика (биллинги, личные кабинеты клиента, сервисные системы), так и с другими субъектами рынка электроэнергии. Решение позволяет минимизировать расхождение взаиморасчетов между участниками процесса генерации, передачи и потребления электроэнергии, повысить скорость сбора и обмена данными и снизить риск человеческого фактора.

Платформа охватывает работу 13 энергосбытовых компаний в 16 регионах России. Уточню, что наша ИСУЭ включает в себя 13 информационных систем для сбора данных с ИПУ и единую систему хранения и обработки мастер-данных (в том числе – НСИ). Она обменивается уже не сырыми данными, напрямую собранными с приборов учета, а унифицированными данными, а также управляет НСИ. Целевое количество приборов учета, с которыми она может работать, — 20 млн. Однако помимо записей о ПУ и данных, полученных в результате их работы, она хранит информацию (в том числе — историческую) о точках учета, точках поставки, договорах между участниками рынка и т.д. — колоссальный объем информации.  

Что первично: ПИО или ПИМ

В процессе работы над проектом перед нами встал вопрос — что же первично, профили информационной модели (ПИМ) или профили информационного обмена (ПИО)?

При разработке информационных систем с использованием CIM ключевым является понимание иерархии и взаимосвязи различных профилей. Основной постулат проектирования информационного обмена (ИО), выбранный нашей командой при разработке ИСУЭ с применением CIM, гласит: профили информационной модели (ПИМ) первичны.

ПИМ отражают структуру, семантику и взаимосвязи данных в системе, являясь базой, на которой строится вся информационная модель предприятия или процесса. Именно ПИМ определяют, какие объекты, атрибуты и отношения необходимы для отображения реальной предметной области. Благодаря этому подходу модель становится независимой от специфики конкретных систем или технологий обмена данными.

Профили информационного обмена строятся уже на основе ПИМ и ориентированы на техническую реализацию обмена данными между различными компонентами или системами в рамках конкретных бизнес-процессов. Они учитывают особенности реализации протоколов передачи, форматы сообщений, стандарты коммуникаций и другие нюансы, связанные с обменом данными. Несмотря на важность и практическую необходимость ПИО в процессе интеграции различных систем, они опираются на фундаментальную объектную информационную модель, заданную ПИМ.

Преимущества такого подхода очевидны:

1. Универсальность и независимость от технологий. Разработка ПИМ позволяет создать абстрактное представление предметной области, которое можно использовать для различных платформ и систем.

2. Гибкость в развитии. При необходимости модернизации или интеграции новой системы достаточно скорректировать профиль информационного обмена, оставив неизменной базовую структуру, описанную профилем информационной модели.

3. Согласованность и целостность данных. Выстраивание обмена данными на основе уже устоявшейся информационной модели способствует уменьшению ошибок при передаче информации между системами, так как все компоненты используют единый набор правил для интерпретации информации.

Концепция первичности ПИМ над ПИО позволяет сначала точно определить, какими сущностями представлена предметная область, какими свойствами и связами они обладают, затем определить, что именно необходимо передавать и как эти данные организованы, а впоследствии уже подобрать приемлемые методы и стандарты для обмена информацией. Такой подход служит гарантией, что технические решения неразрывно связаны с концептуальными основами информационных моделей предприятия (а в нашем случае — единой информационной модели отрасли). Он позволил нам обеспечить согласованность и стабильность данных в условиях постоянно меняющихся требований нормативной базы — от ГОСТов до федеральных законов и международных стандартов.

Ну и, в завершение тезиса первичности ПИМ над ПИО, немного технических подробностей наших шагов:

1. На основе канонической CIM-модели, выполненной на базе полной актуальной версии двух международных стандартов IEC 61968-11 «Application integration at electric utilities – System interfaces for distribution management – Part 11: Common information model (CIM) extensions for distribution» и IEC 61970-301 «Energy management system application program interface (EMS-API) - Part 301: Common information model (CIM) base», с учётом имеющихся расширений rf: на базе серии национальных стандартов ГОСТ Р 58651 «Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Информационная модель электроэнергетики», было выполнено расширение ПИМ в минимальном, но достаточном для описания целевой объектной модели объёме (об этом, как о центральной теме этой серии статей, подробнее ниже);

2. На основе действующего поверх SOAP протокола обмена IEC 61968, в соответствии с международным стандартом IEC 61968-100 «Application integration at electric utilities - System interfaces for distribution management - Part 100: Implementation profiles», объединением профилей из трёх канонических ПИО IEC 61968-4 «Application integration at electric utilities - System interfaces for distribution management - Part 4: Interfaces for records and asset management», IEC 61968-8 «Application integration at electric utilities – System interfaces for distribution management – Part 8: Interfaces for customer operations» и IEC 61968-9 «Application integration at electric utilities – System interfaces for distribution management – Part 9: Interfaces for meter reading and control», с учётом внедрения ряда расширений (как атрибутивного состава канонических профилей, так и полностью новых ПИО), были разработаны целевые схемы информационного обмена, применяемые для выполнения тех или иных целевых бизнес-процессов и определены перечень, границы и состав целевых ПИО;

3. На основе принципов, заложенных международным стандартом IEC 62361-100 «Power systems management and associated information exchange - Interoperability in the long term - Part 100: CIM profiles to XML schema mapping», было выполнено преобразование расширенных ПИМ в расширенные ПИО – по сути преобразование UML-диаграмм классов в XSD схемы.

Как мы расширили CIM

В ходе проекта мы пришли к выводу, что просто взять готовую каноническую CIM-модель недостаточно. Профили информационной модели необходимо было расширить и вдобавок гармонизировать как с канонической CIM-моделью и семейством национальных стандартов ГОСТ Р 58651, так и с наработками в этой части у смежных субъектов рынка ЭЭ. Это решение связано с рядом факторов:

• Основные стандарты канонической CIM не дают полного представления о классах, их атрибутах и ассоциациях, необходимых для реализации минимального функционала ИСУЭ.

• В части первоисточников основную модель электросетевой инфраструктуры предоставляет стандарт IEC 61970-301, а систем учета ЭЭ и субъектов электроэнергетики — стандарт IEC 61968-11. Однако эти стандарты, даже на уровне зарубежных первоисточников, недостаточно гармонизированы между собой, особенно в части связи процесса учета электроэнергии и измерений в топологии электрической сети.

• Основные стандарты CIM не имеют достаточных инструментов моделирования ряда свойств оборудования, в частности — метрологических данных, оборудования связи и сбора данных, паспортов функций оборудования и его встроенного программного обеспечения (ВПО – прошивок).

• Основные стандарты CIM не имеют достаточных инструментов моделирования присоединения измерительного оборудования (вторичных цепей) к силовой электрической сети (первичные цепи).

В части моделирования субъектов и их связей на розничном рынке электроэнергетики (РРЭ) стандарты серий IEC 61968 и IEC 61970 существенно отличаются от модели РРЭ по ФЗ №35-ФЗ и ПП РФ №442, в частности, отсутствуют в требуемом объёме необходимые элементы (классы, их атрибуты и ассоциации), связанные с моделированием:

• ОДПУ и ОКПУ и иных аспектов, критически важных по ПП РФ №354;

• зон деятельности субъектов РРЭ и действия тарифов в них;

• договорных отношений субъектов РРЭ.

При разработке расширений CIM-модели наша команда ориентировалась на такие критерии, как: процесс учета электроэнергии и его связь с измерениями в топологии электрической сети; расчетные иерархии точек использования электрической сети и объектов энергоснабжения; особенности российского рынка электроэнергии в части взаимоотношений его субъектов и моделирования тарифов; требования ПП РФ №890 в части событий ИПУ, показаний, результатов измерений, расчета потерь и их типов.

В этой работе нашей главной целью было обеспечить гармонизацию ПИМ с существующей нормативно-технической документацией и синхронизацию с историческими и смежными информационными моделями.

Какие изменения и расширения CIM реализовала наша команда в рамках проекта по разработке ИСУЭ:

• были исправлены ошибки и опечатки в канонической СІМ;

• расширена модель в части моделирования связи процесса учёта и измерений в точке топологии электрической сети (связь учёта ЭЭ с объектами электросетевого хозяйства – ЭСХ);

• внесены изменения, необходимые для моделирования расчётной иерархии точек использования электрической сети (ТУ и/или ТчП) и объектов энергоснабжения (в том числе, в части ОДПУ/ОКПУ, расчетных точек и субабонентов);

• внесены расширения для моделирования отдельных аспектов оборудования учёта ЭЭ и связи, в том числе в части метрологии, ВПО и его функций;

• добавлены расширения для моделирования особенностей рынка электроэнергии в РФ в части его субъектов, их взаимоотношений и документооборота;

• внесены изменения, необходимые для моделирования особенностей рынка электроэнергии в РФ в части тарифов и связанных с ними сущностей;

• разработаны расширения для выполнения требований ПП РФ №890 (в основном в части событий, показаний, результатов измерений расходов и потерь ЭЭ и типов этих сущностей).

Всего было реализовано несколько сотен расширений, представленных более чем в 50 предметных областях профилей канонической CIM-модели в соответствии с российскими и международными стандартами. Эта комплексная работа позволила нам обеспечить максимально эффективный обмен данными с помощью интеллектуальной системы учета электроэнергии, которой пользуются энергосбытовые компании заказчика.

Подробнее про выполненные нами расширения ПИМ в каждой из ключевых предметных областей я расскажу в следующих статьях. Буду рад, если тоже поделитесь опытом. Использовали ли вы CIM в проектах, с какими сложностями сталкивались и как их решали?