摘要∶為了支持電力系統(tǒng)二次系統(tǒng)資源、信息整合，為建設(shè)一體化、模塊化和智能化的應(yīng)用功能提供統(tǒng)一的基礎(chǔ)資源支撐，有必要建立電力系統(tǒng)一體化全景模型。針對(duì)我國電網(wǎng)企業(yè)內(nèi)部二次系統(tǒng)信息孤島等問題，結(jié)合智能電網(wǎng)發(fā)展對(duì)二次系統(tǒng)的需求，提出電力系統(tǒng)一體化全景模型的建設(shè)理念，并從定義、功能要求、維護(hù)方案等方面進(jìn)行了研究。通過電力系統(tǒng)一體化全景模型，可以為電力系統(tǒng)二次系統(tǒng)提供模型建設(shè)規(guī)范和維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而推進(jìn)二次一體化建設(shè)。

關(guān)鍵詞∶一體化全景模型；電力系統(tǒng)；分布式建模

作者簡介：王化龍（1979），男（土家族），湖北宜昌人，工程師，學(xué)士，主要從事電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)工作，黃湫莉（1980），女，廣西藤縣人，工程師，學(xué)士，主要從事電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化、系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)工作

0 前言

電力系統(tǒng)模型是對(duì)電力系統(tǒng)相關(guān)物理現(xiàn)實(shí)的抽象，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常通過建模語言與數(shù)據(jù)庫對(duì)電網(wǎng)設(shè)備及其關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行電力系統(tǒng)模型的描述與搭建。隨著電網(wǎng)信息化的快速發(fā)展，特別是智能調(diào)度概念的提出，各應(yīng)用系統(tǒng)集成和交互的需求也日益提高，電網(wǎng)企業(yè)作為這些系統(tǒng)的最終用戶，需要從全局的角度對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行掌控，所以，對(duì)電網(wǎng)物理結(jié)構(gòu)及電網(wǎng)運(yùn)行相關(guān)外部環(huán)境等信息的一體化描述成為一種逐漸重要的需求。本文提出的一體化全景模型即為滿足這種需求的一種實(shí)現(xiàn)方式。

1 一體化全景模型的建設(shè)需求

目前，在我國的電網(wǎng)企業(yè)內(nèi)部，因?yàn)閷I(yè)的職能劃分、系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的演變等原因，電網(wǎng)數(shù)據(jù)和模型都出現(xiàn)了不同的版本。以調(diào)度運(yùn)行部門為核心，根據(jù)業(yè)務(wù)需求的不同，建設(shè)了很多相互獨(dú)立的用于支持電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行管理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括能量管理系統(tǒng)（EMS）、廣域相量測量系統(tǒng)（WAMS）、調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)（OMS）、負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)、繼電保護(hù)故障信息管理系統(tǒng)、電能量計(jì)量系統(tǒng)、輸電地理信息系統(tǒng)（GIS）、雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)、氣象預(yù)警系統(tǒng)等。以上系統(tǒng)由各級(jí)電網(wǎng)的不同部門或?qū)I(yè)分別建設(shè)，獨(dú)立建設(shè)電力系統(tǒng)模型，并對(duì)各自關(guān)注的部分進(jìn)行重點(diǎn)描述與擴(kuò)展。

造成模型缺乏橫向共享與縱向貫通的能力，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間重復(fù)維護(hù)、信息互動(dòng)困難、一致性差。各獨(dú)立模型不能單獨(dú)滿足調(diào)度整體業(yè)務(wù)需求，相互整合存在較高技術(shù)難度，在建設(shè)智能電網(wǎng)背景下，進(jìn)行電網(wǎng)運(yùn)行的綜合分析決策也缺乏多維信息的支持。“十二五”期間，南方電網(wǎng)開展了一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)的研究和建設(shè)，以應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的電網(wǎng)運(yùn)行控制需求，一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)綜合性和全局性的電網(wǎng)關(guān)鍵運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視，進(jìn)而提供涵蓋各專業(yè)和各層級(jí)的電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控、決策和管理功能。一個(gè)一體化的全網(wǎng)大模型是滿足上述需求的基礎(chǔ)，基于此模型，可以在“源端維護(hù)、全局共享”的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)一致的模型“集中管理”；同時(shí)，還將為橫向與縱向上各個(gè)二次系統(tǒng)功能模塊按需提供模型服務(wù)，使綜合化和協(xié)同化的應(yīng)用功能成為可能。

2 一體化全景模型概述

2.1 定義

一體化全景模型以電網(wǎng)模型為核心，存儲(chǔ)和管理全網(wǎng)電力系統(tǒng)模型、電網(wǎng)運(yùn)行相關(guān)外部環(huán)境模型等及其對(duì)應(yīng)的圖形和運(yùn)行參數(shù)，橫向上整合一次、二次系統(tǒng)、氣象、地理信息、水、煤等信息的電網(wǎng)全景模型，縱向上包括網(wǎng)、省、地、縣的各電壓等級(jí)的電網(wǎng)模型。一體化全景模型在CIM的基礎(chǔ)上擴(kuò)展出電網(wǎng)企業(yè)自身的公共信息模型，所擴(kuò)展的模型可根據(jù)需求包含原有各業(yè)務(wù)支持系統(tǒng)的模型（在必要的情況下可以包括電網(wǎng)外部環(huán)境等非電網(wǎng)模型的類型），同時(shí)還利用模式定義與擴(kuò)充工具，以適應(yīng)對(duì)模型的逐步動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的要求。

2.2 建設(shè)目標(biāo)

通過一體化全景模型的建設(shè)，將能對(duì)電網(wǎng)企業(yè)現(xiàn)有的各電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行管理支持系統(tǒng)提供模型支持，其范圍涵蓋這些系統(tǒng)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，同時(shí)通過ESB總線或其他類似的手段以標(biāo)準(zhǔn)接口向各系統(tǒng)、各級(jí)電網(wǎng)發(fā)布模型。一體化全景模型可獨(dú)立于各業(yè)務(wù)支持系統(tǒng)建設(shè)，通過SOA服務(wù)總線對(duì)各系統(tǒng)提供模型服務(wù)功能：

1）模型定制。對(duì)全區(qū)域電網(wǎng)統(tǒng)一模型，可由運(yùn)行人員在其基礎(chǔ)上指定設(shè)備類型/具體設(shè)備/具體廠站進(jìn)行等值成負(fù)荷的處理從而生成定制后的模型；可導(dǎo)出由運(yùn)行人員指定的設(shè)備/廠站來實(shí)現(xiàn)部分導(dǎo)出，以上兩種方式都能生成與模型對(duì)應(yīng)的SVG畫面。

2）模型服務(wù)。通過SOA服務(wù)總線按照標(biāo)準(zhǔn)形式向各業(yè)務(wù)支持系統(tǒng)發(fā)布定制區(qū)域統(tǒng)一模型與圖形；也可以使用標(biāo)準(zhǔn)的CIS接口向各系統(tǒng)發(fā)布模型。

3）應(yīng)能對(duì)輸入的中調(diào)模型/圖形，大區(qū)電網(wǎng)模型/圖形，輸出的全區(qū)域電網(wǎng)統(tǒng)一模型/圖形實(shí)現(xiàn)版本管理，進(jìn)行歷史保存，并可生成典型方式的模型/圖形作為備用。

4）可向安全I(xiàn)II區(qū)提供與安全I(xiàn)區(qū)一致的服務(wù)，可以在安全I(xiàn)II區(qū)實(shí)現(xiàn)模型定制與發(fā)布功能。

5）支持基于全區(qū)域電網(wǎng)統(tǒng)一模型的狀態(tài)估計(jì)、潮流計(jì)算等電網(wǎng)分析計(jì)算應(yīng)用功能。

6）可通過WEB方式實(shí)現(xiàn)客戶端對(duì)全區(qū)域電網(wǎng)統(tǒng)一模型的定制需求的提交，經(jīng)運(yùn)行維護(hù)人員確認(rèn)后，電網(wǎng)一體化全景模型可按提交的需求為該客戶端提供模型、圖形服務(wù)。

3 一體化全景模型建設(shè)方案

一體化全景模型的建設(shè)應(yīng)以統(tǒng)一規(guī)劃、分級(jí)協(xié)同維護(hù)的方式建設(shè)，橫向上應(yīng)在CIM模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，覆蓋電網(wǎng)企業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)全專業(yè)需求，采用統(tǒng)一的維護(hù)工具，利用專業(yè)權(quán)限管理實(shí)現(xiàn)多用戶分布維護(hù)；縱向上采用模型復(fù)制機(jī)制，上下級(jí)調(diào)度按照調(diào)度管理權(quán)限分級(jí)維護(hù)全網(wǎng)模型，經(jīng)統(tǒng)一校核后更新發(fā)布。

3.1 橫向建模方案

一體化全景模型在橫向上實(shí)現(xiàn)各安全分區(qū)模型統(tǒng)一建立、維護(hù)，各業(yè)務(wù)支持系統(tǒng)均可使用其他分區(qū)或系統(tǒng)導(dǎo)出的電網(wǎng)模型，也可以將自身模型導(dǎo)出給其他系統(tǒng)使用。電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范一體化全景模型的建設(shè)及包含的范圍。其模型擴(kuò)展應(yīng)建立嚴(yán)格的管理機(jī)制，由固定的機(jī)構(gòu)組織模型擴(kuò)展的討論與新版本的發(fā)布。經(jīng)過批準(zhǔn)的一體化全景模型版本才能用于各業(yè)務(wù)部門及應(yīng)用功能開發(fā)。模型維護(hù)在離線環(huán)境下完成，提供驗(yàn)證機(jī)制，只有驗(yàn)證正確的模型才能裝載到測試環(huán)境下運(yùn)行。在將安全I(xiàn)II區(qū)的模型導(dǎo)入安全I(xiàn)區(qū)的過程中，必須經(jīng)過相應(yīng)的審核和驗(yàn)證，在安全I(xiàn)區(qū)對(duì)導(dǎo)入模型所做的修正，應(yīng)自動(dòng)同步到安全I(xiàn)II區(qū)的源模型中，實(shí)現(xiàn)修正內(nèi)容的自動(dòng)同步更新。當(dāng)采用模型導(dǎo)入方式生成模型時(shí)，可以選擇人工觸發(fā)導(dǎo)入或者軟件自動(dòng)檢測導(dǎo)入，模型導(dǎo)入驗(yàn)證通過后，可選擇人工觸發(fā)發(fā)布或者由軟件自動(dòng)發(fā)布。符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的站端模型導(dǎo)入維護(hù)時(shí)，由模型維護(hù)軟件自動(dòng)檢測模型文件是否更新，如果發(fā)現(xiàn)更新則自動(dòng)導(dǎo)入模型。上下級(jí)電網(wǎng)模型更新后，可自動(dòng)更新CIM/XML模型文件，由軟件檢測后自動(dòng)導(dǎo)入到一體化全景模型。模型維護(hù)可以按專業(yè)進(jìn)行，一個(gè)專業(yè)完成維護(hù)工作后即可投入新模型運(yùn)行，其它專業(yè)維護(hù)工作不影響其運(yùn)行。

3.2 縱向建模方案

省地兩級(jí)全景模型維護(hù)流程中，一體化全景模型維護(hù)節(jié)點(diǎn)分為省調(diào)維護(hù)節(jié)點(diǎn)和地調(diào)維護(hù)節(jié)點(diǎn)。一體化全景模型維護(hù)的主要內(nèi)容包括電網(wǎng)模型和圖形，以下所提到的模型維護(hù)均包括了電網(wǎng)模型和圖形。省調(diào)維護(hù)人員在省調(diào)維護(hù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行省調(diào)調(diào)度范圍內(nèi)電網(wǎng)模型和圖形的維護(hù)，模型維護(hù)結(jié)束并經(jīng)驗(yàn)證成功后，上傳到模型中心（含省地一體化全景模型），進(jìn)行模型合并。一旦省地一體化全景模型發(fā)生變化，經(jīng)過審核為合法版本后，由模型中心提供模型下載服務(wù)，同時(shí)通知一體化全景模型地調(diào)維護(hù)節(jié)點(diǎn),以便地調(diào)維護(hù)節(jié)點(diǎn)獲取到一體化全景模型的最新版本。此時(shí)，還可以啟動(dòng)模型發(fā)布功能，將省地一體化全景模型最新版本發(fā)布到各業(yè)務(wù)支持系統(tǒng)中運(yùn)行。地調(diào)維護(hù)人員在地調(diào)維護(hù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行地調(diào)調(diào)度范圍內(nèi)電網(wǎng)模型的維護(hù)，模型維護(hù)結(jié)束并經(jīng)驗(yàn)證和審核通過后，上傳到模型中心，進(jìn)行模型合并。一體化全景模型地調(diào)節(jié)點(diǎn)還需要利用模型切割功能，從一體化全景模型切割出地調(diào)系統(tǒng)所需要的電網(wǎng)模型和圖形，導(dǎo)出給地調(diào)使用。

4 一體化全景模型建模示例

一體化全景模型橫向上通過專業(yè)權(quán)限協(xié)同完成建模，利用工作流引擎支持，同級(jí)維護(hù)人員可分別維護(hù)模型的不同分區(qū)，可采用與傳統(tǒng)建模類似的方式實(shí)現(xiàn)。縱向建模涉及調(diào)度管理邊界電網(wǎng)及設(shè)備的維護(hù)，采用了模型復(fù)制機(jī)制，以一個(gè)省級(jí)電網(wǎng)的建模為例，在電網(wǎng)一體化全景模型中，省調(diào)一體化全景模型維護(hù)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)維護(hù)電網(wǎng)220kV以上電壓等級(jí)廠站和線路，地調(diào)一體化全景模型維護(hù)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)維護(hù)電網(wǎng)220kV以下電壓等級(jí)廠站和線路。

4.1 省級(jí)建模流程

對(duì)220kV廠站，省調(diào)負(fù)責(zé)220kV側(cè)高壓母線的維護(hù)，主變及220kV以下部分由地調(diào)負(fù)責(zé)維護(hù)。省調(diào)負(fù)責(zé)220kV廠站的創(chuàng)建，地調(diào)無權(quán)創(chuàng)建。省調(diào)維護(hù)結(jié)束后，由模型驗(yàn)證模塊對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，只有模型驗(yàn)證通過后，才能將維護(hù)后的模型上傳到省地一體化全景模型維護(hù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行模型合并。對(duì)省調(diào)維護(hù)節(jié)點(diǎn)而言，需要完成省調(diào)維護(hù)范圍內(nèi)電網(wǎng)模型、圖形的維護(hù)，然后上傳給模型中心。模型中心同時(shí)還要接受地調(diào)一體化全景模型維護(hù)節(jié)點(diǎn)上傳的電網(wǎng)模型，并與省調(diào)一體化全景模型進(jìn)行模型合并，生成省地調(diào)統(tǒng)一維護(hù)的一體化全景模型。同樣，合并后的一體化全景模型也需要由模型驗(yàn)證模塊進(jìn)行驗(yàn)證，模型驗(yàn)證通過后，可以發(fā)布到各業(yè)務(wù)支持系統(tǒng)進(jìn)行使用。同時(shí)，將模型變化通知各地調(diào)一體化全景模型維護(hù)節(jié)點(diǎn)，由地調(diào)維護(hù)節(jié)點(diǎn)決定是否更新一體化全景模型。

4.2 地級(jí)建模流程

對(duì)跨地區(qū)的110kV線路，地調(diào)一體化全景模型維護(hù)節(jié)點(diǎn)在建模時(shí)各自首先按照負(fù)荷進(jìn)行建模，以保證地調(diào)EMS模型的正常運(yùn)行。待地調(diào)將模型上傳到省調(diào)一體化全景模型維護(hù)節(jié)點(diǎn)后，指定由某一地調(diào)的維護(hù)人員進(jìn)行負(fù)荷改線路的維護(hù)。地調(diào)模型維護(hù)結(jié)束后，由模型驗(yàn)證模塊對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。模型驗(yàn)證通過后，根據(jù)地調(diào)EMS模型需要，對(duì)驗(yàn)證后的一體化全景模型進(jìn)行模型切割，生成地調(diào)EMS的維護(hù)模型，對(duì)該維護(hù)模型進(jìn)行再次驗(yàn)證，模型驗(yàn)證通過后發(fā)布到地調(diào)EMS系統(tǒng)使用。同時(shí)，地調(diào)還需要將維護(hù)后的一體化全景模型上傳到省調(diào)一體化全景模型維護(hù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行模型合并。對(duì)地調(diào)一體化全景模型維護(hù)節(jié)點(diǎn)而言，不僅需要完成地調(diào)維護(hù)范圍內(nèi)電網(wǎng)模型的維護(hù)，同時(shí)還要接受省調(diào)一體化全景模型維護(hù)節(jié)點(diǎn)的電網(wǎng)模型，并與地調(diào)一體化全景模型進(jìn)行模型合并，生成省地調(diào)統(tǒng)一維護(hù)的一體化全景模型。

5 結(jié)論

一體化全景模型以電網(wǎng)模型為核心，通過分布式建模和模型拼接技術(shù)，以“源端維護(hù)，全網(wǎng)共享”為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)全區(qū)域統(tǒng)一模型，并以此為基礎(chǔ)，形成對(duì)實(shí)時(shí)、計(jì)劃等各類電網(wǎng)應(yīng)用及外部環(huán)境模型的統(tǒng)一管理，并通過模型發(fā)布服務(wù)，滿足調(diào)度中心各級(jí)應(yīng)用對(duì)模型的需求，為實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度中心基于全景模型的分析、計(jì)算、預(yù)警和輔助決策奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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作者：王化龍 黃湫莉          單位：中國能源建設(shè)集團(tuán)廣西電力設(shè)計(jì)研究院有限公司