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、維護方案等方面進行了研究。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)范和維護標準，進而推進二次一體化建設(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)度自動化系統(tǒng)設(shè)計和開發(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)度自動化、系統(tǒng)通信設(shè)計工作

0 前言

電力系統(tǒng)模型是對電力系統(tǒng)相關(guān)物理現(xiàn)實的抽象，在計算機系統(tǒng)中，通常通過建模語言與數(shù)據(jù)庫對電網(wǎng)設(shè)備及其關(guān)聯(lián)關(guān)系進行電力系統(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電網(wǎng)進行掌控，所以，對電網(wǎng)物理結(jié)構(gòu)及電網(wǎng)運行相關(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，因為專業(yè)的職能劃分、系統(tǒng)認識的演變等原因，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)了很多相互獨立的用于支持電網(wǎng)生產(chǎn)運行管理的計算機系統(tǒng)，包括能量管理系統(tǒng)（EMS）、廣域相量測量系統(tǒng)（WAMS）、調(diào)度運行管理系統(tǒng)（OMS）、負荷預(yù)測系統(tǒng)、繼電保護故障信息管理系統(tǒng)、電能量計量系統(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)由各級電網(wǎng)的不同部門或?qū)I(yè)分別建設(shè)，獨立建設(shè)電力系統(tǒng)模型，并對各自關(guān)注的部分進行重點描述與擴展。

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、信息互動困難、一致性差。各獨立模型不能單獨滿足調(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，進行電網(wǎng)運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)運行智能系統(tǒng)的研究和建設(shè)，以應(yīng)對日益復(fù)雜的電網(wǎng)運行控制需求，一體化電網(wǎng)運行智能系統(tǒng)實現(xiàn)綜合性和全局性的電網(wǎng)關(guān)鍵運行狀態(tài)監(jiān)視，進而提供涵蓋各專業(yè)和各層級的電網(wǎng)運行監(jiān)控、決策和管理功能。一個一體化的全網(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、全局共享”的基礎(chǔ)上實現(xiàn)全網(wǎng)一致的模型“集中管理”；同時，還將為橫向與縱向上各個二次系統(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，存儲和管理全網(wǎng)電力系統(tǒng)模型、電網(wǎng)運行相關(guān)外部環(huán)境模型等及其對應(yīng)的圖形和運行參數(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、縣的各電壓等級的電網(wǎng)模型。一體化全景模型在CIM的基礎(chǔ)上擴展出電網(wǎng)企業(yè)自身的公共信息模型，所擴展的模型可根據(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），同時還利用模式定義與擴充工具，以適應(yīng)對模型的逐步動態(tài)擴展的要求。

2.2 建設(shè)目標

通過一體化全景模型的建設(shè)，將能對電網(wǎng)企業(yè)現(xiàn)有的各電網(wǎng)生產(chǎn)運行管理支持系統(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，同時通過ESB總線或其他類似的手段以標準接口向各系統(tǒng)、各級電網(wǎng)發(fā)布模型。一體化全景模型可獨立于各業(yè)務(wù)支持系統(tǒng)建設(shè)，通過SOA服務(wù)總線對各系統(tǒng)提供模型服務(wù)功能：

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

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

3）應(yīng)能對輸入的中調(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/圖形實現(xiàn)版本管理，進行歷史保存，并可生成典型方式的模型/圖形作為備用。

4）可向安全III區(qū)提供與安全I區(qū)一致的服務(wù)，可以在安全III區(qū)實現(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、潮流計算等電網(wǎng)分析計算應(yīng)用功能。

6）可通過WEB方式實現(xiàn)客戶端對全區(qū)域電網(wǎng)統(tǒng)一模型的定制需求的提交，經(jīng)運行維護人員確認后，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、分級協(xié)同維護的方式建設(shè)，橫向上應(yīng)在CIM模型的基礎(chǔ)上進行拓展，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)一的維護工具，利用專業(yè)權(quán)限管理實現(xiàn)多用戶分布維護；縱向上采用模型復(fù)制機制，上下級調(diào)度按照調(diào)度管理權(quán)限分級維護全網(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現(xiàn)各安全分區(qū)模型統(tǒng)一建立、維護，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)一標準，規(guī)范一體化全景模型的建設(shè)及包含的范圍。其模型擴展應(yīng)建立嚴格的管理機制，由固定的機構(gòu)組織模型擴展的討論與新版本的發(fā)布。經(jīng)過批準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)。模型維護在離線環(huán)境下完成，提供驗證機制，只有驗證正確的模型才能裝載到測試環(huán)境下運行。在將安全III區(qū)的模型導(dǎo)入安全I區(qū)的過程中，必須經(jīng)過相應(yīng)的審核和驗證，在安全I區(qū)對導(dǎo)入模型所做的修正，應(yīng)自動同步到安全III區(qū)的源模型中，實現(xiàn)修正內(nèi)容的自動同步更新。當采用模型導(dǎo)入方式生成模型時，可以選擇人工觸發(fā)導(dǎo)入或者軟件自動檢測導(dǎo)入，模型導(dǎo)入驗證通過后，可選擇人工觸發(fā)發(fā)布或者由軟件自動發(fā)布。符合IEC61850標準的站端模型導(dǎo)入維護時，由模型維護軟件自動檢測模型文件是否更新，如果發(fā)現(xiàn)更新則自動導(dǎo)入模型。上下級電網(wǎng)模型更新后，可自動更新CIM/XML模型文件，由軟件檢測后自動導(dǎo)入到一體化全景模型。模型維護可以按專業(yè)進行，一個專業(yè)完成維護工作后即可投入新模型運行，其它專業(yè)維護工作不影響其運行。

3.2 縱向建模方案

省地兩級全景模型維護流程中，一體化全景模型維護節(jié)點分為省調(diào)維護節(jié)點和地調(diào)維護節(jié)點。一體化全景模型維護的主要內(nèi)容包括電網(wǎng)模型和圖形，以下所提到的模型維護均包括了電網(wǎng)模型和圖形。省調(diào)維護人員在省調(diào)維護節(jié)點進行省調(diào)調(diào)度范圍內(nèi)電網(wǎng)模型和圖形的維護，模型維護結(jié)束并經(jīng)驗證成功后，上傳到模型中心（含省地一體化全景模型），進行模型合并。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)，同時通知一體化全景模型地調(diào)維護節(jié)點,以便地調(diào)維護節(jié)點獲取到一體化全景模型的最新版本。此時，還可以啟動模型發(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)中運行。地調(diào)維護人員在地調(diào)維護節(jié)點進行地調(diào)調(diào)度范圍內(nèi)電網(wǎng)模型的維護，模型維護結(jié)束并經(jīng)驗證和審核通過后，上傳到模型中心，進行模型合并。一體化全景模型地調(diào)節(jié)點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，同級維護人員可分別維護模型的不同分區(qū)，可采用與傳統(tǒng)建模類似的方式實現(xiàn)。縱向建模涉及調(diào)度管理邊界電網(wǎng)及設(shè)備的維護，采用了模型復(fù)制機制，以一個省級電網(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節(jié)點負責維護電網(wǎng)220kV以上電壓等級廠站和線路，地調(diào)一體化全景模型維護節(jié)點負責維護電網(wǎng)220kV以下電壓等級廠站和線路。

4.1 省級建模流程

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

4.2 地級建模流程

對跨地區(qū)的110kV線路，地調(diào)一體化全景模型維護節(jié)點在建模時各自首先按照負荷進行建模，以保證地調(diào)EMS模型的正常運行。待地調(diào)將模型上傳到省調(diào)一體化全景模型維護節(jié)點后，指定由某一地調(diào)的維護人員進行負荷改線路的維護。地調(diào)模型維護結(jié)束后，由模型驗證模塊對模型進行驗證。模型驗證通過后，根據(jù)地調(diào)EMS模型需要，對驗證后的一體化全景模型進行模型切割，生成地調(diào)EMS的維護模型，對該維護模型進行再次驗證，模型驗證通過后發(fā)布到地調(diào)EMS系統(tǒng)使用。同時，地調(diào)還需要將維護后的一體化全景模型上傳到省調(diào)一體化全景模型維護節(jié)點進行模型合并。對地調(diào)一體化全景模型維護節(jié)點而言，不僅需要完成地調(diào)維護范圍內(nèi)電網(wǎng)模型的維護，同時還要接受省調(diào)一體化全景模型維護節(jié)點的電網(wǎng)模型，并與地調(diào)一體化全景模型進行模型合并，生成省地調(diào)統(tǒng)一維護的一體化全景模型。

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，全網(wǎng)共享”為目標，實現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)全區(qū)域統(tǒng)一模型，并以此為基礎(chǔ)，形成對實時、計劃等各類電網(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)度中心各級應(yīng)用對模型的需求，為實現(xiàn)智能調(diào)度中心基于全景模型的分析、計算、預(yù)警和輔助決策奠定堅實基礎(chǔ)。

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