吳 善，王澤仁

(1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司徐州檢修分公司，江蘇 徐州 221000；2.江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇 南京 211167)

0 引言

隨著大量分布式電源(distributed generation，DG)、儲(chǔ)能系統(tǒng)(energy storage system，ESS)及電動(dòng)汽車(chē)(electric vehicle，EV)等新型電力設(shè)備的接入，主動(dòng)配電網(wǎng)(active distribution network，ADN)作為智能配電網(wǎng)未來(lái)的一種發(fā)展模式已經(jīng)受到越來(lái)越多的關(guān)注和重視[1-2]。ADN的概念于2008年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)由配電系統(tǒng)和分布式發(fā)電技術(shù)專(zhuān)委會(huì)(system and distributed generation technology committee， SC6)提出。主動(dòng)配電網(wǎng)中大量DG，ESS及EV等柔性負(fù)荷，為用戶(hù)提供與電力企業(yè)間的雙向互動(dòng)服務(wù)，使得配電網(wǎng)從傳統(tǒng)的單向單電源供電、被動(dòng)控制變成了雙向多電源供電、主動(dòng)控制。

配電網(wǎng)集成了多套自動(dòng)化系統(tǒng)，例如配電管理系統(tǒng)(DMS)、停電管理系統(tǒng)(OMS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)(PMS)、營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)(CS)、95598系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)、電能質(zhì)量監(jiān)控、綜合可視化平臺(tái)等。各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間存在著不同的操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、系統(tǒng)軟件相互交織，給構(gòu)建企業(yè)信息集成環(huán)境造成了極大的不便。配電網(wǎng)本身的數(shù)據(jù)規(guī)模和類(lèi)型已經(jīng)相當(dāng)巨大和復(fù)雜，而主動(dòng)配電網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)配電網(wǎng)的最大特點(diǎn)之一表現(xiàn)在接入的微電網(wǎng)、儲(chǔ)能單元、分布式發(fā)電單元、電動(dòng)汽車(chē)以及用戶(hù)和電網(wǎng)之間的雙向互動(dòng)，這些需求又將產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，使得不同系統(tǒng)間的信息交互愈發(fā)困難。因此亟須采用一種標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)公共信息模型(common information model， CIM)和基于面向服務(wù)的架構(gòu)(service-oriented architecture， SOA)來(lái)解決各應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)交互和信息集成問(wèn)題，為主動(dòng)配電網(wǎng)的高級(jí)應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)系統(tǒng)和應(yīng)用之間的“即插即用”[3-6]。

下面根據(jù)我國(guó)主動(dòng)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用要求，基于公共信息模型（CIM）、組件接口規(guī)范(CIS)、面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA)及電力GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)了主動(dòng)配電網(wǎng)信息集成平臺(tái)。在江蘇方天電力技術(shù)有限公司電力GIS平臺(tái)上進(jìn)行應(yīng)用，并對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電預(yù)約流程進(jìn)行升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)可視化。

1 主動(dòng)配電網(wǎng)信息集成需求

根據(jù)我國(guó)配電網(wǎng)各業(yè)務(wù)功能的特點(diǎn)，電力企業(yè)開(kāi)發(fā)了多套不同的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著電網(wǎng)規(guī)模和信息量的不斷擴(kuò)大，原有的信息表現(xiàn)方式將難以完整、直觀(guān)、便捷地向有關(guān)部門(mén)傳遞配電網(wǎng)各類(lèi)豐富的生產(chǎn)業(yè)務(wù)信息。為消除信息孤島，擴(kuò)大配電網(wǎng)信息的覆蓋面，2011年國(guó)家電網(wǎng)公司建立了國(guó)網(wǎng)公司企業(yè)公共信息模型(SG-CIM)；2012年國(guó)家科技部啟動(dòng)了包含主動(dòng)配電網(wǎng)間歇式能源等課題的研究發(fā)展計(jì)劃；2019年提出利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建立智慧信息服務(wù)系統(tǒng)；2020年國(guó)家提出大力發(fā)展以大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等為核心的新基建。

隨著主動(dòng)配電網(wǎng)的興起，分布式電源、儲(chǔ)能及電動(dòng)汽車(chē)等新型電力設(shè)備大量接入配電網(wǎng)，配電網(wǎng)中數(shù)據(jù)產(chǎn)生和需求巨大，如配電網(wǎng)相關(guān)區(qū)域的天氣信息、電動(dòng)汽車(chē)充電站選址信息以及雙向智能電表中用戶(hù)采集信息等都將產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)。要實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息集成和數(shù)據(jù)共享，構(gòu)建數(shù)字化電網(wǎng)、信息化企業(yè)，必須遵循IEC 61970/968標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用SOA架構(gòu)將與配電網(wǎng)相關(guān)的系統(tǒng)進(jìn)行整合，把配電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)和用戶(hù)數(shù)據(jù)、電網(wǎng)圖形和地理圖形集成在一起，全面實(shí)行信息共享與業(yè)務(wù)集成，這對(duì)提升主動(dòng)配電網(wǎng)管理水平、提高電能質(zhì)量、保障配電網(wǎng)安全運(yùn)行等方面都具有重要意義。

2 主動(dòng)配電網(wǎng)信息集成平臺(tái)

2.1 信息集成平臺(tái)構(gòu)成

2.1.1 基于CIM的數(shù)據(jù)集成

IEC 61968，IEC 61970和IEC 61850公共信息模型是智能電網(wǎng)的核心標(biāo)準(zhǔn)之一[7-8]，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型解決了各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間所交換的信息都必須具有共同的含義的問(wèn)題，使各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)可以在任何領(lǐng)域進(jìn)行集成。CIM在這三個(gè)不同的IEC標(biāo)準(zhǔn)系列中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)主要提供了能量管理系統(tǒng)應(yīng)用程序接口(EMS-API)，IEC 61968 通過(guò)配電信息交換建模所需的對(duì)象，對(duì)IEC 61970上的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型和更多的對(duì)象進(jìn)行了擴(kuò)展。IEC 61850則提供了變電站智能電氣裝置(IED)之間的標(biāo)準(zhǔn)接口和交互規(guī)范。國(guó)家電網(wǎng)公司也根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)建立了SG-CIM標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)如今CIM應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)原來(lái)設(shè)計(jì)的接口標(biāo)準(zhǔn)的概念，其核心應(yīng)用得到了擴(kuò)展和延伸，不僅作為一種接口標(biāo)準(zhǔn)對(duì)公共事業(yè)公司內(nèi)部或各系統(tǒng)之間語(yǔ)義交換進(jìn)行定義，更在統(tǒng)一接口、結(jié)構(gòu)模型、市場(chǎng)通信和數(shù)據(jù)交換等方面發(fā)揮著重要的作用。文獻(xiàn)[9]對(duì)儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)及智能配電臺(tái)區(qū)公共信息模型進(jìn)行了描述，為主動(dòng)配電網(wǎng)信息集成奠定了基礎(chǔ)。

2.1.2 基于SOA的業(yè)務(wù)服務(wù)集成

基于面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA)可以促進(jìn)在不同的軟件間進(jìn)行服務(wù)合成，是企業(yè)應(yīng)用集成方面比較先進(jìn)和成熟的技術(shù)。目前已經(jīng)將IEC 61968改為完全符合面向服務(wù)的架構(gòu)，使得電力企業(yè)可以按照模塊化的方式來(lái)添加新服務(wù)或更新現(xiàn)有服務(wù)，形成統(tǒng)一業(yè)務(wù)集成平臺(tái)。從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)生產(chǎn)服務(wù)管理數(shù)據(jù)共享、流程互通，支撐業(yè)務(wù)融合，實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能模塊平臺(tái)的統(tǒng)一化、數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性和數(shù)據(jù)共享，使得各部門(mén)的服務(wù)業(yè)務(wù)可以在公司層面統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一維護(hù)，提高業(yè)務(wù)的集成度。

企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)(enterprise service bus， ESB)架構(gòu)是IEC 61968標(biāo)準(zhǔn)提出的，同時(shí)，ESB是完全依據(jù)SOA架構(gòu)的服務(wù)總線(xiàn)要求設(shè)計(jì)的，是一種松耦合的服務(wù)和應(yīng)用之間的集成方式，是SOA的具體實(shí)現(xiàn)方式之一，它是目前信息集成的理想解決方案。SOA/ESB的出現(xiàn)為電力企業(yè)體系架構(gòu)提供了更加靈活的構(gòu)建方式。它獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的不同計(jì)算機(jī)平臺(tái)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)，使得在構(gòu)建各種業(yè)務(wù)服務(wù)時(shí)可以使用統(tǒng)一的交互方式，這為電力企業(yè)業(yè)務(wù)的擴(kuò)展打下了基礎(chǔ)，解決了企業(yè)部門(mén)間的信息交互，消除了信息孤島，實(shí)現(xiàn)了信息共享。

2.1.3 數(shù)據(jù)交互

組件接口規(guī)范(CIS)是一種信息交互數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范，CIM解決了數(shù)據(jù)模型之間的描述問(wèn)題，而CIS提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的接口來(lái)傳輸信息。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的方式使那些組件或應(yīng)用程序使用這些接口，實(shí)現(xiàn)他們所希望的與其他組件和應(yīng)用程序之間進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換，或者獲得公共可用數(shù)據(jù)。主動(dòng)配電網(wǎng)中存在著大量的信息交互，有些數(shù)據(jù)耦合緊密，如配電網(wǎng)調(diào)度和保護(hù)等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求高，需采用高速數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)(HSDA)；有些數(shù)據(jù)較分散，如分布式電源等設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息、氣象信息及設(shè)備運(yùn)行、用戶(hù)營(yíng)銷(xiāo)信息等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求較低，可以采用通用數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)(GDA)。與主動(dòng)配電網(wǎng)結(jié)合緊密的各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)應(yīng)不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)，選用不同的數(shù)據(jù)交互規(guī)范來(lái)進(jìn)行共享。要根據(jù)設(shè)計(jì)的不同的應(yīng)用開(kāi)發(fā)所需的不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)使用相應(yīng)接口，方便和其他系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用集成。

主動(dòng)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互方式應(yīng)通過(guò)基于消息機(jī)制的總線(xiàn)，具有正、反向物理隔離裝置，實(shí)現(xiàn)信息交互的雙向流動(dòng)，中間件服務(wù)應(yīng)遵循IEC 61968標(biāo)準(zhǔn)，采用SOA技術(shù)，各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互架構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)交互架構(gòu)

2.1.4 基于GIS的電網(wǎng)可視化

地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)在配電網(wǎng)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，如資產(chǎn)管理、設(shè)備檢修、電網(wǎng)規(guī)劃等。地理信息具有真實(shí)、直觀(guān)的特點(diǎn)，是主動(dòng)配電網(wǎng)信息集成及可視化的重要組成部分。通過(guò)增設(shè)ESB設(shè)計(jì)出如圖2所示的基于SOA的電力GIS集成架構(gòu)。電力GIS平臺(tái)不僅為主動(dòng)配電網(wǎng)提供了一個(gè)基于地理信息的運(yùn)行管理平臺(tái)，更使各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上形成集成統(tǒng)一。地理標(biāo)記語(yǔ)言(GML)可以作為一個(gè)公共的地理空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式標(biāo)準(zhǔn)，亦可作為地理數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議，進(jìn)行互操作。電網(wǎng)GIS中的電網(wǎng)模型融合了IEC 61970/968中的CIM建模技術(shù)，數(shù)據(jù)接口也要基于CIM數(shù)據(jù)模型。以電網(wǎng)資源的空間結(jié)構(gòu)及位置信息和圖形可視化為核心，利用CIM XML來(lái)描述電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)模型，是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)高級(jí)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的重要工具之一。

圖2 電力GIS集成架構(gòu)

2.2 信息集成平臺(tái)架構(gòu)

基于公共信息模型(CIM)、面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA)、組件接口規(guī)范(CIS)及電力GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)了主動(dòng)配電網(wǎng)信息集成平臺(tái)。一體化信息集成平臺(tái)是一個(gè)分層多框架平臺(tái)體系，其構(gòu)成如圖3所示，在層次上從下到上依次分為集成總線(xiàn)層、應(yīng)用服務(wù)層及語(yǔ)義模型層。

圖3 信息集成平臺(tái)架構(gòu)

(1) 集成總線(xiàn)層分為數(shù)據(jù)集成層和應(yīng)用集成層。數(shù)據(jù)集成層以擴(kuò)展的CIM模型和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)為核心，結(jié)合主動(dòng)配電網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的具體數(shù)據(jù)形成了基于IEC 61970/968的數(shù)據(jù)集成框架。應(yīng)用集成層以主動(dòng)配電網(wǎng)各種管理服務(wù)的連接、轉(zhuǎn)換及流程管理為核心，結(jié)合業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)配電網(wǎng)的各種應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯。

(2) 應(yīng)用服務(wù)層以ESB技術(shù)為核心，結(jié)合配電網(wǎng)中的各種流程管理服務(wù)及應(yīng)用形成了基于SOA的基礎(chǔ)框架。應(yīng)用服務(wù)層分別面向跨越安全I(xiàn)/II區(qū)和安全I(xiàn)II/IV區(qū)的主動(dòng)配電網(wǎng)實(shí)時(shí)和生產(chǎn)相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息交換。

(3) 語(yǔ)義模型層基于IEC 61970/968 CIM模型及SG-CIM模型為主動(dòng)配電網(wǎng)提供標(biāo)準(zhǔn)交互模型，是信息平臺(tái)的基礎(chǔ)。

三層之間以通信鏈路作為紐帶，提供可用的有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)的通道，實(shí)現(xiàn)信息雙向互動(dòng)。主要采用的通信信道有光纖專(zhuān)網(wǎng)、GPRS/CDMA無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)及230 MHz無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)等。

3 主動(dòng)配電網(wǎng)信息集成平臺(tái)高級(jí)應(yīng)用開(kāi)發(fā)

3.1 配電搶修

傳統(tǒng)的配電搶修采用的是被動(dòng)的搶修方式，主要通過(guò)電力用戶(hù)95598系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)修，不能準(zhǔn)確地對(duì)相關(guān)故障進(jìn)行描述并且容易重復(fù)報(bào)修，嚴(yán)重影響了搶修效率。主動(dòng)配電網(wǎng)搶修工作對(duì)于信息的準(zhǔn)確性和集成度具有很高要求。在傳統(tǒng)的配電搶修中運(yùn)檢搶修人員只能由搶修指揮中心單向指揮，無(wú)法承接配網(wǎng)調(diào)度中心指令；而基于一體化信息集成平臺(tái)，將配網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)、95598系統(tǒng)、配電搶修系統(tǒng)等多個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)集成起來(lái)(見(jiàn)圖4)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)檢搶修人員與指揮中心、配網(wǎng)調(diào)度之間的雙向溝通，避免了信息重疊，提高搶修準(zhǔn)確度。搶修指揮中心承接、合并95598系統(tǒng)的報(bào)修工單，同時(shí)監(jiān)視配電統(tǒng)一搶修隊(duì)伍、搶修車(chē)等搶修力量，實(shí)時(shí)跟蹤現(xiàn)場(chǎng)搶修情況。搶修隊(duì)伍按照搶修指揮中心指令，限時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，查找、隔離故障點(diǎn)，將故障情況匯報(bào)搶修指揮中心及配網(wǎng)調(diào)度，經(jīng)過(guò)調(diào)度中心許可后指揮中心恢復(fù)送電，同時(shí)95598系統(tǒng)對(duì)報(bào)修客戶(hù)進(jìn)行回訪(fǎng)，地市公司開(kāi)展搶修事后評(píng)估工作。

圖4 配電搶修集成架構(gòu)

3.2 故障定位與可視化展示

根據(jù)設(shè)計(jì)的主動(dòng)搶修流程，在江蘇方天電力技術(shù)有限公司電力GIS平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行，通過(guò)故障定位功能和航拍圖對(duì)故障點(diǎn)、計(jì)劃停電點(diǎn)、搶修班組、物資點(diǎn)、保供電設(shè)備、指揮中心進(jìn)行全局展示，能對(duì)當(dāng)日的搶修任務(wù)、搶修資源、計(jì)劃停電、影響損失等4個(gè)維度的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，便于指揮人員全面掌控?fù)屝迲B(tài)勢(shì)，支撐指揮決策。實(shí)現(xiàn)在GIS上可視化展示停電信息、搶修資源、搶修任務(wù)信息，提供搶修狀態(tài)、電源名稱(chēng)、報(bào)修時(shí)間、故障地址、故障描述、所屬站線(xiàn)、故障來(lái)源等信息的查看，可大幅提高搶修運(yùn)行人員工作效率，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)可視化。

4 結(jié)論

主動(dòng)配電網(wǎng)被視為解決日益突出的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、可靠性等問(wèn)題的有效途徑，是智能配電網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)?；诠残畔⒛Ｐ?CIM)、組件接口規(guī)范(CIS)、面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA)及電力GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)了主動(dòng)配電網(wǎng)信息集成平臺(tái)，并對(duì)配電主動(dòng)搶修規(guī)范進(jìn)行了升級(jí)改造，有效消除信息系統(tǒng)孤島，動(dòng)態(tài)分享配電、用電、搶修各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，為主動(dòng)配電網(wǎng)的一體化規(guī)劃和運(yùn)行打下了基礎(chǔ)，也為電網(wǎng)的可靠運(yùn)行提供保障。