費(fèi)建法，方 泉，王成現(xiàn)，郝思鵬，張仰飛

(1.江蘇省電力信息技術(shù)有限公司，江蘇南京210024；2.南京工程學(xué)院，江蘇南京211167)

我國電網(wǎng)調(diào)度已建成國調(diào)、網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、地調(diào)和縣調(diào)（配調(diào)）五級體系。隨著電網(wǎng)規(guī)模越來越大，采用分級調(diào)度方式，容易形成信息孤島，需要建立同級或上下級調(diào)度間模型共享和信息交換機(jī)制。國際電工技術(shù)委員會（IEC）制定了EMS應(yīng)用程序接口的IEC61970系列標(biāo)準(zhǔn)，為應(yīng)用系統(tǒng)提供了一個(gè)基于公共信息模型(CIM)、公共體系結(jié)構(gòu)和組件技術(shù)的系統(tǒng)集成框架，通過定義標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序接口,使得這些應(yīng)用或系統(tǒng)能夠自由交換信息。IEC 61970系列標(biāo)準(zhǔn)的兩大支柱是CIM和組件接口規(guī)范（CIS）。CIM作為一種基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的抽象模型，統(tǒng)一了電力信息模型，為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)調(diào)度應(yīng)用軟件的“即插即用”以及和其他信息子系統(tǒng)的無縫連接提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型[1]。配電網(wǎng)中存在多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，如：配網(wǎng)自動化系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)（PMS）、營銷系統(tǒng)、95598系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)、電能質(zhì)量監(jiān)控、停電管理系統(tǒng)等。各應(yīng)用系統(tǒng)相對獨(dú)立，系統(tǒng)間的信息交互困難。IEC61968系列標(biāo)準(zhǔn)用于支持配電網(wǎng)內(nèi)多種應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用集成，由代理消息的中間件服務(wù)實(shí)現(xiàn)。配電自動化主站系統(tǒng)設(shè)立了支撐平臺層，使得主站系統(tǒng)的功能擴(kuò)展和信息交互更為靈活。提供公共服務(wù)、各應(yīng)用系統(tǒng)以及第三方軟件之間規(guī)范化的交互機(jī)制?；贗EC61968/IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的信息交互總線（IEB），既支持系統(tǒng)內(nèi)部各組件的集成，也支持應(yīng)用系統(tǒng)間的集成。

1 基于CIM的配電網(wǎng)絡(luò)模型

CIM采用面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)。使用統(tǒng)一建模語言（UML）表示法，把CIM模型定義為一組包。每一個(gè)包包含一個(gè)或多個(gè)類圖，表示該包中的所有類及其關(guān)系，以簡化應(yīng)用系統(tǒng)間的互操作。CIM使用高度精細(xì)化的格式，與每一應(yīng)用兼容，標(biāo)準(zhǔn)格式中包含了電力系統(tǒng)需要的基本數(shù)據(jù)，同時(shí)也支持不影響標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式前提下的其他自定義數(shù)據(jù)。CIM采用類形式來描述各電力系統(tǒng)對象,通過類之間關(guān)系描述電力系統(tǒng)各對象之間的關(guān)系，包括繼承、關(guān)聯(lián)、聚集等。

1.1 配電容器模型

配電網(wǎng)絡(luò)主要包括配電線路、配電變壓器、開關(guān)、補(bǔ)償電容、負(fù)荷等元件。這些元件構(gòu)成了一個(gè)容器。其基本架構(gòu)如圖1所示?；愒O(shè)備容器并不建立實(shí)體對象,而將其屬性和關(guān)聯(lián)擴(kuò)充到派生類,將派生類的屬性和關(guān)聯(lián)、派生類從基類繼承的屬性和關(guān)聯(lián)都存儲在派生類中,并建立相應(yīng)的實(shí)體對象。

圖1 配電設(shè)備容器模型

早期的配電容器類包含在IEC 61968WiresExt包中，作為對IEC 61970 Wires包的擴(kuò)展。最新版的IEC 61968已經(jīng)去除了WiresExt包，將其整合進(jìn)IEC 61970 Wires包中，進(jìn)一步統(tǒng)一了輸電網(wǎng)絡(luò)模型以及配電網(wǎng)絡(luò)模型。

1.2 配電設(shè)備模型

配電設(shè)備主要包含配電變壓器、配電線路以及開關(guān)等設(shè)備。以配電線路為例[2]，其模型如圖2所示。所有設(shè)備類均從設(shè)備基類（Equipment）繼承。與設(shè)備包容器類類似,設(shè)備類的底層建立對象，類中設(shè)置各自的屬性。由于低壓配電線路存在參數(shù)不對稱，設(shè)置了對應(yīng)的單相單位長度阻抗等子類。

圖2 配電線路模型

1.3 配電拓?fù)淠Ｐ?/h3>

配電設(shè)備的連接關(guān)系通過端點(diǎn)（Terminal）和節(jié)點(diǎn)（ConnectivityNode）的關(guān)系進(jìn)行描述。拓?fù)浞治鼍哂?個(gè)基本模型，即Switch/Node模型和Bus/Branch模型。Switch/Node模型是基于ConnectivityNode的開關(guān)/節(jié)點(diǎn)模型。Bus/Branch模型是基于拓?fù)涔?jié)點(diǎn)類（TopologicalNode）的節(jié)點(diǎn)/支路模型，如圖3所示。

和連接性相關(guān)的量測類（Measurement），主要為電壓、電流、功率等，和終端關(guān)聯(lián)，并通過終端附著于設(shè)備。和連接性無關(guān)的量測類如溫度、重量、大小等，則通過電力系統(tǒng)資源關(guān)聯(lián)到設(shè)備。

2 配電網(wǎng)絡(luò)模型拼接和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互

圖3 配電拓?fù)淠Ｐ?/p>

配電自動化主站系統(tǒng)對電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控需要獲取電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)。涉及和上級電網(wǎng)以及末端電網(wǎng)的連接關(guān)系以及數(shù)據(jù)交互。

2.1 模型拼接

配電網(wǎng)絡(luò)模型主要包括上級主網(wǎng)及變電站模型、配電網(wǎng)饋線模型和用戶側(cè)模型。主網(wǎng)和變電站模型通過地調(diào)EMS系統(tǒng)獲??；配電網(wǎng)饋線模型通過用電管理系統(tǒng)（PMS）獲??；用戶側(cè)模型通過用電信息采集系統(tǒng)獲取。構(gòu)建統(tǒng)一的配電網(wǎng)絡(luò)模型需要拼接不同系統(tǒng)間的模型數(shù)據(jù)。

配電網(wǎng)和變電站的拼接需要從EMS中導(dǎo)入變電站的CIM模型，從PMS中導(dǎo)入配電網(wǎng)CIM模型。模型的連接點(diǎn)通常為變電站的出線開關(guān)，清理EMS出線開關(guān)處的其他模型和PMS中出線開關(guān)以上的模型。進(jìn)行開關(guān)匹配，合并網(wǎng)絡(luò)模型。同時(shí)根據(jù)PMS中配電網(wǎng)信息變化，實(shí)現(xiàn)動態(tài)更新[3，4]。

配電網(wǎng)和用戶側(cè)的拼接主要實(shí)現(xiàn)配變終端和配電臺區(qū)低壓出線對接以及用戶和配電變壓器關(guān)聯(lián)。目前配電臺區(qū)具有綜合采集功能的智能監(jiān)控終端安裝較少，多數(shù)采用負(fù)荷模型等值表示。

2.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

配電自動化系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測也通過不同系統(tǒng)獲取。主網(wǎng)和變電站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)一般由地調(diào)EMS定時(shí)通過符合IEC 61970/61968信息交互總線（IEB）發(fā)送到配電主站，配電自動化主站通過EMS實(shí)現(xiàn)對變電站的遙控；配電自動化終端采集的信息包括饋線終端（FTU）、配變配電終端（TTU）、開閉所配電終端（DTU）遙測和遙信的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)直接發(fā)送到配電自動化主站，并接受主站的遙控信息；用戶側(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過IEB由用電信息采集系統(tǒng)定時(shí)發(fā)送到主站[5]，部分具有遙控功能的配電臺區(qū)和負(fù)控終端接受主站的遙控信息。完整的數(shù)據(jù)監(jiān)測實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

2011年，揚(yáng)州實(shí)施智能電網(wǎng)綜合示范工程，首先在揚(yáng)州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)建成了配電自動化系統(tǒng)。2013年，進(jìn)一步擴(kuò)展到農(nóng)村區(qū)域（公道鎮(zhèn)）。揚(yáng)州配電自動化系統(tǒng)框架如圖3所示。其數(shù)據(jù)采集和傳輸通過光纖送入主站。和其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互通過信息交互總線（IEB）實(shí)現(xiàn)。

圖4 配電自動化系統(tǒng)框架

3.2 配電網(wǎng)絡(luò)建模

配電主站系統(tǒng)通過PMS系統(tǒng)獲取10 kV配網(wǎng)圖模數(shù)據(jù)，把配電調(diào)度圖形系統(tǒng)中的電網(wǎng)模型和圖形，按照IEC 61968消息格式，通過配置在通信接口服務(wù)器上的適配器發(fā)送到信息交互總線，配電自動化主站通過總線獲取圖模數(shù)據(jù)并完成數(shù)據(jù)模型和圖形的更新。

變電站內(nèi)模型由調(diào)度EMS系統(tǒng)的主站維護(hù)人員在EMS上通過作圖工具和數(shù)據(jù)庫維護(hù)工具建立電網(wǎng)模型，然后通過與調(diào)度EMS系統(tǒng)的接口轉(zhuǎn)換到配電調(diào)控一體化系統(tǒng)中。

配電自動化主站系統(tǒng)通過配電調(diào)度圖形系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換流程獲取10 kV配網(wǎng)圖模數(shù)據(jù)，通過上級EMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換流程獲取了主網(wǎng)圖模數(shù)據(jù)，然后在圖模庫一體化平臺上實(shí)現(xiàn)饋線模型與站內(nèi)模型拼接[6]，從而在配電調(diào)配一體化系統(tǒng)中得到110 kV到10 kV完整的配電網(wǎng)絡(luò)模型，為配網(wǎng)調(diào)度的指揮管理準(zhǔn)備完整的電網(wǎng)模型及拓?fù)滟Y料。

配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鍪桥渚W(wǎng)所有分析應(yīng)用的基礎(chǔ)。用于構(gòu)建動態(tài)的配電網(wǎng)絡(luò)模型，模型體現(xiàn)了設(shè)備之間的連接關(guān)系、連通關(guān)系、配電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。根據(jù)模型，可進(jìn)行帶電區(qū)域劃分和動態(tài)著色，分析確定配電區(qū)域的供電源點(diǎn)和各點(diǎn)供電路徑。模型結(jié)構(gòu)隨著配電接線圖的設(shè)備變更而變化，狀態(tài)隨著配電實(shí)時(shí)信息的刷新而相應(yīng)變動。

3.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互

配電自動化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)主要包括配網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及變電站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)兩部分，外加部分建有監(jiān)控終端的配電臺區(qū)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

城區(qū)配電網(wǎng)和農(nóng)村集鎮(zhèn)配電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)由配電終端采集并通過光纖專網(wǎng)送入配電自動化主站，農(nóng)村邊遠(yuǎn)地區(qū)由于架設(shè)專用光纖通信成本較高，采用LTE230無線專網(wǎng)采集并送到配電自動化主站，主站的各種控制命令也是通過通信直接下發(fā)到配電終端。變電站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)由地調(diào)EMS系統(tǒng)每隔5分鐘發(fā)送到配電主站，主站通過接口與調(diào)度自動化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)對變電站出線開關(guān)的控制操作。配電臺區(qū)包括公變、專變等設(shè)備量測通過GPRS無線公網(wǎng)通信送至用電信息采集系統(tǒng)，配電自動化主站通過信息交換總線從SG186系統(tǒng)中的用電信息采集系統(tǒng)獲取。

4 結(jié)束語

CIM模型為不同系統(tǒng)和應(yīng)用間的信息交互提供了統(tǒng)一的平臺，為構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)、開放的一流配電網(wǎng)集成體系奠定了基礎(chǔ)。新建的配電自動化主站系統(tǒng)中一般都建設(shè)了符合IEC 61970/61968標(biāo)準(zhǔn)的信息交互總線，為實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)下的信息共享提供了支撐。隨著配電自動化系統(tǒng)逐步擴(kuò)展配電管理自動化功能，需要加強(qiáng)配電網(wǎng)和上級系統(tǒng)的信息交互以及配電網(wǎng)內(nèi)各系統(tǒng)間的信息集成。文中在CIM模型和CIS交互規(guī)范的基礎(chǔ)上，研究了配電網(wǎng)跨平臺的模型拼接以及信息交互，為后續(xù)高級應(yīng)用功能的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

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