通過(guò)CIM ／E語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)變電站端與調(diào)度端模型協(xié)調(diào)共享

張 龍，高志遠(yuǎn)，姚建國(guó)，曹 陽(yáng)，楊勝春

（1.江蘇省電力公司，江蘇 南京 210024；2.中國(guó)電力科學(xué)研究院，江蘇 南京 210003）

0 引言

統(tǒng)一的信息模型是智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一[1-4]，但是當(dāng)前在變電站模型描述方面，變電站當(dāng)?shù)睾驼{(diào)度端所采用的標(biāo)準(zhǔn)是不一致的。變電站端所遵循的是IEC61850模型[5]，調(diào)度端所遵循的是IEC61970 ／IEC61968 CIM 模型[6]。 這種不一致導(dǎo)致了電網(wǎng)模型的分割孤立、重復(fù)建模等問(wèn)題，限制了自動(dòng)化、智能化程度的進(jìn)一步提高。國(guó)際電工委員會(huì)第 57技術(shù)委員會(huì)（IEC TC57）也非常重視此問(wèn)題，但目前還沒(méi)有直接建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)模型的計(jì)劃[7-8]。

國(guó)內(nèi)外各方研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了長(zhǎng)期研究，并從統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、模型語(yǔ)義、工程應(yīng)用、無(wú)縫銜接等不同的角度提出了各自的解決方案，包括直接統(tǒng)一模型[9]、公共語(yǔ)義模型[10]、模型映射[11-12]、無(wú)縫通信體系[13-14]等。這些方案各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，還需要經(jīng)過(guò)實(shí)踐的長(zhǎng)期檢驗(yàn)[15]。

本文在研究中發(fā)現(xiàn)上述直接統(tǒng)一模型、公共語(yǔ)義模型等都需要對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行大規(guī)?；虿糠中薷?，這無(wú)論從現(xiàn)有應(yīng)用還是從標(biāo)準(zhǔn)制定的角度都面臨較大困難；經(jīng)過(guò)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)多年的實(shí)踐，基于IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的CIM／XML模型文件被證明是一種表述復(fù)雜、處理效率較低的文件格式[16]，而公共語(yǔ)義模型、模型映射、無(wú)縫通信等解決方案都要把SCL模型文件映射為CIM／XML文件，導(dǎo)致映射過(guò)程復(fù)雜，同時(shí)調(diào)度端處理該文件的效率也較低。為了彌補(bǔ)CIM／XML的不足，近年來(lái)國(guó)內(nèi)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)展了CIM／E語(yǔ)言的研究和應(yīng)用，并取得了很大成果[17]。

本文提出了一種通過(guò)CIM／E實(shí)現(xiàn)變電站端與調(diào)度端模型協(xié)調(diào)共享的新解決方案，主要出發(fā)點(diǎn)包括：著力于工程應(yīng)用實(shí)際需求；兼顧已有的大量系統(tǒng)投資，同時(shí)充分利用CIM／E等已有研究成果；均衡工作分配，避免模型協(xié)調(diào)的工作量積壓在變電站或調(diào)度端一端；從著眼未來(lái)應(yīng)用考慮，除了一次設(shè)備類模型外，對(duì)于變電站、二次設(shè)備、保護(hù)、控制、通信等模型都有所考慮。

1 關(guān)鍵問(wèn)題分析

目前工程應(yīng)用的實(shí)際需求主要是把模型從變電站端同步到調(diào)度端，即從IEC61850模型單向產(chǎn)生CIM模型。經(jīng)過(guò)分析，導(dǎo)致重復(fù)建模等有關(guān)問(wèn)題的主要原因如下。

a.兩端的模型內(nèi)容不同。這主要由CIM模型和IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的差異引起[15]，CIM模型著眼于站內(nèi)一次設(shè)備模型，IEC61850則自定義了一次模型，同時(shí)也提供了詳細(xì)的二次設(shè)備模型定義方法，兩者在描述機(jī)制、對(duì)象標(biāo)識(shí)方式、量測(cè)和狀態(tài)信息表達(dá)、量測(cè)單位、類關(guān)聯(lián)關(guān)系的定義、類對(duì)象屬性、對(duì)象描述的詳細(xì)程度等方面都有很大差異。

b.模型文件格式不一致。根據(jù)各自的標(biāo)準(zhǔn)，CIM模型采用的是資源描述框架（RDF）模式文件，IEC 61850則定義了變電站配置描述（SCD）文件來(lái)描述模型，2種文件格式和描述方法不同。

c.文件處理效率低。RDF文件和SCD文件都是基于XML元語(yǔ)言定義的，這種方式帶來(lái)了自描述、通用性的優(yōu)勢(shì)，但工程應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)了對(duì)象顆粒度太小、描述效率低、處理速度慢，與大量傳統(tǒng)的面向關(guān)系型模式應(yīng)用不匹配等問(wèn)題[16]。

d.跨環(huán)節(jié)自動(dòng)化過(guò)程規(guī)范不足，導(dǎo)致應(yīng)用方案眾多，難以統(tǒng)一。IEC61970和IEC61850適用范圍不同，缺少對(duì)跨越調(diào)度和變電環(huán)節(jié)的整個(gè)自動(dòng)化過(guò)程進(jìn)行規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850 90-2計(jì)劃用于規(guī)范兩者間的通信部分，但目前還處于草案階段[7]。

2 以CIM／E為載體的解決方案

根據(jù)IEC61850的定義，SCD文件提供了變電站全站模型的描述，但調(diào)度端還不能直接使用，而根據(jù)IEC61970，調(diào)度端使用的CIM／XML模型文件比較復(fù)雜，并不能完全適應(yīng)調(diào)度系統(tǒng)多層級(jí)、多應(yīng)用協(xié)調(diào)應(yīng)用的需求，所以本文提出了以CIM／E為核心載體的兩端模型協(xié)調(diào)解決方案，如圖1所示。

圖1 方案原理Fig.1 Schematic diagram of scheme

該方案利用目前調(diào)度端已經(jīng)開(kāi)展的CIM／E研究和應(yīng)用，給出調(diào)度端所需要的變電站模型信息的CIM／E方式定義；在變電站端實(shí)現(xiàn)SCD文件自動(dòng)轉(zhuǎn)化為等效的CIM／E文件功能，該CIM／E文件完全符合調(diào)度端需求，可以供調(diào)度端直接使用，從而實(shí)現(xiàn)模型信息的“源端維護(hù)”；充分利用調(diào)度和變電站之間的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)，對(duì)兩端的自動(dòng)化系統(tǒng)和相互通信過(guò)程進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)模型的“主動(dòng)召喚”和“自動(dòng)更新”。

2.1 SCD文件和CIM／E文件

SCD文件指符合IEC61850-6《與智能電子設(shè)備有關(guān)的變電站內(nèi)通信配置描述語(yǔ)言（SCL）》規(guī)范的變電站全站配置描述文件。目前的最新標(biāo)準(zhǔn)版本是2009 年 12 月發(fā)布的 2.0 版[18]。

CIM／E 文件指符合 CIM／E 語(yǔ)言規(guī)范的文件[17]。CIM／E語(yǔ)言是在國(guó)家電網(wǎng)公司在2008年12月發(fā)布的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q／GDW215—2008《電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)記語(yǔ)言——E語(yǔ)言規(guī)范》[19]基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，充分考慮了面向?qū)ο髷?shù)據(jù)描述特點(diǎn)和基于CIM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換需求的新型電力系統(tǒng)模型和數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言[16]。實(shí)際上，目前在國(guó)內(nèi)許多調(diào)度系統(tǒng)中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了基于CIM／E規(guī)范的電網(wǎng)模型導(dǎo)入、導(dǎo)出功能[20-21]。由于智能變電站模型信息眾多，SCD文件中還包含許多目前CIM／E沒(méi)有定義的變電站模型信息（或者說(shuō)目前調(diào)度端還不需要這些信息），本文從著眼未來(lái)應(yīng)用考慮，在遵從現(xiàn)有CIM／E規(guī)范的基礎(chǔ)上，擴(kuò)充了部分新的模型信息描述。

2.2 變電站模型的CIM／E表達(dá)

智能變電站信息量巨大，調(diào)度端顯然不會(huì)需要所有的模型信息。同時(shí)對(duì)于同一個(gè)站，不同的調(diào)度端所需要的信息也不一樣。本文從以下6個(gè)方面提取出了調(diào)度端所需要的或者將來(lái)可能需要的變電站模型信息，并用CIM／E文件格式予以定義。具體的模型內(nèi)容可以隨著智能變電站的發(fā)展、調(diào)度端需求的變化而更新。

a.一次設(shè)備模型。變電站內(nèi)主要的一次設(shè)備及其拓?fù)溥B接關(guān)系是調(diào)度所關(guān)心的主要變電站模型信息，調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)的物理模型（電網(wǎng)一次模型）、拓?fù)淠Ｐ停ㄓ?jì)算模型）都是以眾多變電站內(nèi)一次設(shè)備模型信息為基礎(chǔ)，其他經(jīng)濟(jì)計(jì)劃模型、管理類模型、各種應(yīng)用模型也都間接用到此類信息。本文參考了文獻(xiàn)[22-23]中的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合實(shí)際調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用，給出了21個(gè)CIM／E類的定義如下：區(qū)域類（ControlArea）、交流線類（ACLineSegment）、基準(zhǔn)電壓類（BaseVoltage）、交流線端點(diǎn)類（ACLineDot）、廠站類（Substation）、直流線類（DCLineSegment）、電壓等級(jí)類（VoltageLevel）、直流線端點(diǎn)類（DCLineDot）、間隔類（Bay）、負(fù)荷類（Load）、變壓器分接頭類型（Tap-ChangerType）、遙 測(cè) 類 （Analog）、變 壓 器 類 （Power-Transformer）、遙信類（Discrete）、變壓器繞組類（TransformerWinding）、換流器類（RectifierInverter）、斷路器類（Breaker）、并聯(lián)補(bǔ)償器類（ShuntCompensator）、刀閘類（Disconnector）、串聯(lián)補(bǔ)償器類（SeriesCompensator）、母線段類（BusbarSection）。

b.二次設(shè)備模型。SCD文件定義了二次設(shè)備信息及其功能配置、與一次設(shè)備的關(guān)聯(lián)、與具體“四遙”信號(hào)的關(guān)聯(lián)、詳細(xì)的功能模型、交換模型等。目前調(diào)度端基本沒(méi)有使用此類模型信息，但考慮到二次設(shè)備在線監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，智能調(diào)度未來(lái)可能需要詳細(xì)的二次設(shè)備功能模型。本文從自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的角度，通過(guò)CIM／E類定義給出了二次設(shè)備定義及其通信配置、與具體“四遙”信號(hào)的關(guān)聯(lián)等信息。表示二次設(shè)備模型的CIM／E類定義如下：二次設(shè)備（SecondaryEquipment）、站控層設(shè)備（SubMachine）。

c.采集模型具體指變電站遙測(cè)、遙信、計(jì)量類信號(hào)模型。SCD文件通過(guò)一次、二次設(shè)備融合的描述方式提供了全面、詳細(xì)的定義。調(diào)度端目前主要關(guān)心和一次設(shè)備直接關(guān)聯(lián)的采集信號(hào)，如開(kāi)關(guān)、刀閘分合信號(hào)等，不包含這些信號(hào)和站內(nèi)二次設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系，未來(lái)可能需要更詳細(xì)的采集信號(hào)，以及它們與一次、二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。采集模型的CIM／E類定義如下：普通遙信類（DiscreteInfo）、普通遙測(cè)類（AnalogInfo）、普通計(jì)量類（MeteringInfo）。

d.保護(hù)模型具體指保護(hù)定值、保護(hù)測(cè)量值、各種類型的保護(hù)事件等，以及在線軟壓板投退、保護(hù)定值區(qū)域切換、保護(hù)信號(hào)復(fù)歸等功能。此外保護(hù)硬結(jié)點(diǎn)信號(hào)是測(cè)控裝置的遙信信號(hào)，反映在普通遙信類中。目前主要是通過(guò)“保護(hù)轉(zhuǎn)遙信”，通過(guò)采集模型處理，或者直接通過(guò)103規(guī)約傳給調(diào)度端的故障管理信息系統(tǒng)?？紤]到保信一體化建模是一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，建立有關(guān)保護(hù)信號(hào)和保護(hù)二次設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系還是必要的。但從效率和調(diào)度端需求的角度考慮，本文暫沒(méi)有給出保護(hù)設(shè)備詳細(xì)功能模型的CIM／E定義，而給出了保護(hù)模型的CIM／E類定義如下：保信子站類（RelayFac）、保護(hù)裝置（ProtectionEquipment）、保信狀態(tài)量類（RelayYx）、保護(hù)定值類（ProtSetingValue）、保護(hù)壓板類（ProtectionStrap）。

e.控制模型指變電站遙控、遙調(diào)操作模型。目前調(diào)度端對(duì)站內(nèi)控制功能的描述只到遠(yuǎn)動(dòng)工作站層，沒(méi)有對(duì)變電站內(nèi)的控制模型實(shí)際描述。本文給出了擴(kuò)充的CIM／E定義：控制對(duì)象類（ControlInfo）。

f.通信模型指變電站站控層、間隔層、過(guò)程層通信模型。目前調(diào)度端對(duì)站內(nèi)通信模型的描述只到遠(yuǎn)動(dòng)工作站層，沒(méi)有對(duì)變電站內(nèi)的通信模型實(shí)際描述。本文給出了擴(kuò)充的CIM／E定義：通信子網(wǎng)類（SubNetwork）、通信接口類（ConnectedAP）。

由于所定義的CIM／E類數(shù)量眾多，本文中以“中文名（英文名），含義”的格式示出部分CIM／E類定義。

a.廠站類（Substation）定義：標(biāo)識(shí)（mRID），唯一標(biāo)識(shí)；總無(wú)功（q），總無(wú)功；中文原名（Name），廠站名；廠站經(jīng)度（x），廠站經(jīng)度坐標(biāo)（x）；帶路徑全名（pathName），所屬區(qū)域名.廠站名；廠站緯度（y），廠站緯度坐標(biāo)（y）；廠站類型（Type），變電站；電流量測(cè)標(biāo)識(shí)（i_flag），是否有電流量測(cè)（0表示沒(méi)有電流量測(cè)，1表示有電流量測(cè)）；所屬區(qū)域標(biāo)識(shí)（ControlArea），所屬區(qū)域mRID；地刀量測(cè)標(biāo)識(shí)（mGdis_flag），地刀是否有電流量測(cè)（0表示沒(méi)有電流量測(cè)，1表示有電流量測(cè)）；總有功（p），總有功；機(jī)組變壓器量測(cè)標(biāo)識(shí)（mUnXf_flag），機(jī)組變壓器是否有電流量測(cè)（0表示沒(méi)有電流量測(cè)，1表示有電流量測(cè)）。

b.間隔類（Bay）定義：標(biāo)識(shí)（mRID），唯一標(biāo)識(shí)；中文原名（Name），間隔名；帶路徑全名（pathName），區(qū)域名.廠站名／基準(zhǔn)電壓名.間隔名；所屬?gòu)S站標(biāo)識(shí)（Substation），所屬?gòu)S站 mRID；所屬電壓等級(jí)標(biāo)識(shí)（VoltageLevel），所屬電壓等級(jí) mRID；結(jié)線類型（Type），二分之三結(jié)線、三分之四結(jié)線、雙母結(jié)線、雙母帶旁路結(jié)線、雙母分段結(jié)線、單母結(jié)線、三角型結(jié)線、四角型結(jié)線。

c.變壓器類（PowerTransformer）定義：標(biāo)識(shí)（mRID），唯一標(biāo)識(shí)；中文原名（Name），變壓器名；帶路徑全名（pathName），區(qū)域名.廠站名／變壓器名；類型（Type），兩圈變／三圈變／換流變；廠站標(biāo)識(shí)（Substation），所屬?gòu)S站mRID；空載損耗（NoLoadLoss），空載損耗；空載電流百分比（ExcitingCurrent），空載電流百分比。

d.變壓器繞組類（TransformerWinding）定義：標(biāo)識(shí)（mRID），唯一標(biāo)識(shí)；中文原名（Name），變壓器繞組名；帶路徑全名（pathName），區(qū)域名.廠站名 ／變壓器繞組名；繞組類型（WindingType），高 ／中／低；廠站標(biāo)識(shí)（Substation），所屬?gòu)S站 mRID；變壓器標(biāo)識(shí)（PowerTransformer），所屬變壓器 mRID；物理連接節(jié)點(diǎn)（I_node），物理連接點(diǎn)號(hào)；基準(zhǔn)電壓標(biāo)識(shí)（BaseVoltage），基準(zhǔn)電壓 mRID；電壓等級(jí)標(biāo)識(shí)（VoltageLevel），電壓等級(jí)mRID；分接頭類型標(biāo)識(shí)（TapChangerType），分接頭類型 mRID；額定功率（ratedMVA），額定功率；短路損耗（loadLoss），短路損耗；短路電壓百分比（leakageImpedence），短路電壓百分比；電阻（r），電阻；電抗（x），電抗；零序電阻（r0），零序電阻；零序電抗（x0），零序電抗；有功量測(cè)（P），有功量測(cè)；無(wú)功量測(cè)（Q），無(wú)功量測(cè)；檔位量測(cè)（D），檔位量測(cè)。

e.刀閘類（Disconnector）定義：標(biāo)識(shí)（mRID），唯一標(biāo)識(shí)；中文原名（Name），刀閘名；帶路徑全名（path-Name），區(qū)域名.廠站名／基準(zhǔn)電壓.間隔名.刀閘名；物理連接節(jié)點(diǎn)號(hào)（I_node），兩端物理連接點(diǎn)號(hào)；物理連接節(jié)點(diǎn)號(hào)（J_node），兩端物理連接點(diǎn)號(hào)；所屬?gòu)S站標(biāo)識(shí)（Substation），所屬?gòu)S站mRID；基準(zhǔn)電壓標(biāo)識(shí)（BaseVoltage），基準(zhǔn)電壓 mRID；所屬電壓等級(jí)標(biāo)識(shí)（VoltageLevel），電壓等級(jí) mRID；狀態(tài)（Status），開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

f.母線段類（BusbarSection）定義：標(biāo)識(shí)（mRID），唯一標(biāo)識(shí)；中文原名（Name），母線名；帶路徑全名（pathName），區(qū)域名.廠站名 ／基準(zhǔn)電壓.母線名；母線節(jié)點(diǎn)號(hào)（I_node），物理連接節(jié)點(diǎn)號(hào)；所屬?gòu)S站標(biāo)識(shí)（Substation），所屬?gòu)S站 mRID；基準(zhǔn)電壓標(biāo)識(shí)（Base-Voltage），基準(zhǔn)電壓mRID；所屬電壓等級(jí)標(biāo)識(shí)（VoltageLevel），電壓等級(jí) mRID；位置信息（Location），含義為母線類型，上（1）／下（2）／旁（3）指 220 kV 雙母帶旁母的接線圖，如果不是該類型的接線圖，則為NULL，自動(dòng)生成圖形需要確定的位置；電壓量測(cè)（V），電壓實(shí)際值；相角量測(cè)（A），相角實(shí)際值。

g.遙測(cè)類（Analog）定義：標(biāo)識(shí)（mRID），唯一標(biāo)識(shí)；中文原名（Name），填 NULL；帶路徑全名（path-Name），區(qū)域.廠站 ／基準(zhǔn)電壓.設(shè)備名 ／量測(cè)類型；設(shè)備類名（devName），一次設(shè)備類英文名；設(shè)備類標(biāo)識(shí)（devID），具體設(shè)備 mRID；量測(cè)類型（Type），量測(cè)類型。

h.遙信類（Discrete）定義：標(biāo)識(shí)（mRID），唯一標(biāo)識(shí)；中文原名（Name），填 NULL；帶路徑全名（path-Name），區(qū)域.廠站 ／基準(zhǔn)電壓.設(shè)備名 ／“開(kāi)合狀態(tài)”；設(shè)備類名（devName），一次設(shè)備類英文名；設(shè)備類標(biāo)識(shí)（devID），具體設(shè)備 mRID；量測(cè)類型（Type），填“開(kāi)合狀態(tài)”。

i.二次設(shè)備類（SecondaryEquipment）定義：標(biāo)識(shí)（mRID），唯一標(biāo)識(shí)；中文原名（Name），設(shè)備名；帶路徑全名（pathName），區(qū)域.廠站／設(shè)備名；廠站標(biāo)識(shí)（Substation），所屬?gòu)S站 mRID；設(shè)備制造商（manufacturer），制造廠商；設(shè)備型號(hào)（Type），設(shè)備型號(hào)；版本號(hào)（configversion），版本號(hào)；遙信個(gè)數(shù)（YxNums），遙信個(gè)數(shù)；遙測(cè)個(gè)數(shù)（YcNums），遙測(cè)個(gè)數(shù)；遙脈個(gè)數(shù)（Ym-Nums），遙脈個(gè)數(shù)；遙控個(gè)數(shù)（YkNums），遙控個(gè)數(shù)；遙調(diào)個(gè)數(shù)（YtNums），遙調(diào)個(gè)數(shù)；設(shè)備類名（devName），二次設(shè)備類英文名；關(guān)聯(lián)一次設(shè)備標(biāo)識(shí)（primDev），所關(guān)聯(lián)一次設(shè)備mRID。

j.站控層設(shè)備類（SubMachine）定義：標(biāo)識(shí)（mRID），唯一標(biāo)識(shí)；中文原名（Name），設(shè)備名；帶路徑全名（pathName），區(qū)域.廠站 ／設(shè)備名；廠站標(biāo)識(shí)（Substation），所屬?gòu)S站 mRID；設(shè)備制造商（manufacturer），制造廠商；設(shè)備型號(hào)（Type），設(shè)備型號(hào)；設(shè)備類名（dev-Type），設(shè)備類英文名。

k.保信子站類（RelayFac）定義：標(biāo)識(shí)（mRID），唯一標(biāo)識(shí)；中文原名（Name），子站名；帶路徑全名（pathName），區(qū)域.廠站 ／子站名；所屬?gòu)S站（Substation），所屬?gòu)S站 mRID；保護(hù)裝置個(gè)數(shù)（RelayDevNum），保護(hù)裝置個(gè)數(shù)；故障錄波器個(gè)數(shù)（RecorderNum），故障錄波器個(gè)數(shù)。

l.保護(hù)裝置類（ProtEquipment）定義：標(biāo)識(shí)（mRID），唯一標(biāo)識(shí)；中文原名（Name），設(shè)備名；帶路徑全名（pathName），區(qū)域.廠站 ／設(shè)備名；廠站標(biāo)識(shí)（Substation），所屬?gòu)S站 mRID；設(shè)備制造商（manufacturer），制造廠商；設(shè)備型號(hào)（Type），型號(hào)；版本號(hào)（configversion），版本號(hào)；裝置編號(hào)（devCode），裝置編號(hào)；裝置標(biāo)志（devID），裝置標(biāo)志；一次設(shè)備（primDev），一次設(shè)備 mRID；設(shè)備類型（protType），設(shè)備類型；CPU 個(gè)數(shù)（CPUNum），CPU 個(gè)數(shù)；定值區(qū)個(gè)數(shù)（ProtZoneNum），定值區(qū)個(gè)數(shù)；定值組個(gè)數(shù)（Set-VGNum），定值組個(gè)數(shù)；狀態(tài)量組數(shù)（StGNum），狀態(tài)量組數(shù)；模擬量組數(shù)（AnaGNum），模擬量組數(shù)；軟壓板組數(shù)（SoftPGNum），軟壓板組數(shù)；故障量組數(shù)（FaultGNum），故障量組數(shù)。

m.保信狀態(tài)量類（RelayYx）定義：標(biāo)識(shí)（mRID），唯一標(biāo)識(shí)；中文原名（Name），信號(hào)名；帶路徑全名（pathName），區(qū)域.廠站 ／二次設(shè)備名 ／信號(hào)名；設(shè)備類名（devName），二次設(shè)備類英文名；設(shè)備類標(biāo)識(shí)（devID），具體二次設(shè)備的 mRID；量測(cè)類型（Type），填“保護(hù)遙信”；功能號(hào)（Fun），功能號(hào)；信息號(hào)（Inf），信息號(hào)；所屬組號(hào)（groupNo），所屬組號(hào)。

n.保護(hù)定值類（ProtSetValue）定義：標(biāo)識(shí)（mRID），唯一標(biāo)識(shí)；中文原名（Name），信號(hào)名；帶路徑全名（pathName），區(qū)域.廠站 ／二次設(shè)備名／信號(hào)名；設(shè)備類名（devName），二次設(shè)備類英文名；設(shè)備類標(biāo)識(shí)（devID），具體二次設(shè)備的 mRID；量測(cè)類型（Type），填“保護(hù)定值”；整定低值（SetMin），整定低值；整定高值（SetMax），整定高值；整定步長(zhǎng)（SetStep），整定步長(zhǎng)；單位（Unit），單位；所屬組號(hào)（groupNo），所屬組號(hào)。

o.保護(hù)壓板類（ProtPressBoard）定義：標(biāo)識(shí)（mRID），唯一標(biāo)識(shí)；中文原名（Name），信號(hào)名；帶路徑全名（pathName），區(qū)域.廠站 ／二次設(shè)備名／信號(hào)名；設(shè)備類名（devName），二次設(shè)備類英文名；設(shè)備類標(biāo)識(shí)（devID），具體二次設(shè)備的 mRID；量測(cè)類型（Type），填“保護(hù)遙信”；功能號(hào)（Fun），功能號(hào)；信息號(hào)（Inf），信息號(hào)；所屬組號(hào)（groupNo），所屬組號(hào)。

p.通信子網(wǎng)類（SubNetwork）定義：標(biāo)識(shí)（mRID），唯一標(biāo)識(shí)；中文原名（Name），子網(wǎng)名；帶路徑全名（pathName），區(qū)域.廠站 ／子網(wǎng)名；所屬?gòu)S站（Substation），所屬?gòu)S站 mRID；通信速率（bitRate），通信速率；通信節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)（APNum），通信節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

q.通信接口類（ConnectedAP）定義：標(biāo)識(shí)（mRID），唯一標(biāo)識(shí)；中文原名（Name），接口名；帶路徑全名（pathName），區(qū)域.廠站 ／子網(wǎng)名.設(shè)備名；廠站標(biāo)識(shí)（Substation），所屬?gòu)S站 mRID；所屬子網(wǎng)（SubNetwork），所屬子網(wǎng) mRID；接入設(shè)備（dev），接入設(shè)備mRID；IP 地址（IP），IP 地址；子網(wǎng)掩碼（subNet），子網(wǎng)掩碼；物理地址（MAC），網(wǎng)絡(luò)物理地址；VLAN標(biāo)記（VLAN-ID），VLAN 標(biāo)記；VLAN 優(yōu)先級(jí)（VLANPRI），VLAN 優(yōu)先級(jí)；應(yīng)用標(biāo)記（APPID），應(yīng)用標(biāo)記；協(xié)議（PROT），通信協(xié)議。針對(duì)每個(gè)具有獨(dú)立IP地址的設(shè)備，都需要建立相應(yīng)的“通信接口類”對(duì)象，“通信接口類”通過(guò)“接入設(shè)備”屬性的取值與相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行關(guān)聯(lián)，此外在“帶路徑全名”屬性中的“設(shè)備名”也反映相應(yīng)設(shè)備名稱。

2.3 變電站端CIM／E文件生成

IEC61850已經(jīng)要求變電站自動(dòng)化系統(tǒng)包含系統(tǒng)配置工具，用于根據(jù)各二次設(shè)備配置描述（ICD）文件和系統(tǒng)規(guī)范描述（SSD）文件生成SCD文件，系統(tǒng)配置工具需要增加功能，使之同時(shí)能產(chǎn)生滿足調(diào)度需求的CIM／E模型文件。其整體機(jī)制如圖2所示。

新加入的CIM／E模型信息，大部分可以通過(guò)對(duì)原有SCD文件的分析獲得，只是換一個(gè)形式寫(xiě)到CIM／E文件中，但是也有部分信息并未包含在原來(lái)的SCD文件中，需要重新輸入。

下面以斷路器類為例說(shuō)明CIM／E類信息的獲取。

圖2 CIM／E文件生成機(jī)制Fig.2 Mechanism of CIM／E file generation

a.標(biāo)識(shí)（mRID），含義為唯一標(biāo)識(shí)，信息構(gòu)造方法：本變電站直接所屬區(qū)域的唯一標(biāo)識(shí)；作為資源唯一標(biāo)識(shí)，最好能全局唯一，至少在同一個(gè)文件中保證唯一。

b.中文原名（Name），含義為開(kāi)關(guān)名，信息構(gòu)造方法：從原SCD文件的Substation.VoltageLevel.Bay.conductingEquipment的desc屬性獲得。要求ConductingEquipment的屬性 type為“CBR”。

c.帶路徑全名（pathName），含義為區(qū)域名.廠站名／基準(zhǔn)電壓.間隔名.開(kāi)關(guān)名，信息構(gòu)造方法：實(shí)際應(yīng)用一般使用區(qū)域名.廠站名／電壓等級(jí).開(kāi)關(guān)名，間隔名信息最初從SCD文件的Substation.VoltageLevel的desc屬性獲得，這里直接可以從CIM／E間隔類中獲得。

d.斷路器類型（Type），含義為填“普通開(kāi)關(guān)”，信息構(gòu)造方法：SCD文件中只區(qū)別開(kāi)關(guān)，不進(jìn)一步區(qū)分普通開(kāi)關(guān)、母聯(lián)開(kāi)關(guān)、旁路開(kāi)關(guān)。

e.物理連接節(jié)點(diǎn)號(hào)（I_node），含義為兩端物理連接點(diǎn)號(hào)，信息構(gòu)造方法：需要為整個(gè)SCD文件中的ConnectivityNode統(tǒng)籌編號(hào)，建立對(duì)應(yīng)的物理連接節(jié)點(diǎn)號(hào)。

f.物理連接節(jié)點(diǎn)號(hào)（J_node），含義為兩端物理連接點(diǎn)號(hào)，信息構(gòu)造方法同e。

g.所屬?gòu)S站標(biāo)識(shí)（Substation），含義為所屬?gòu)S站mRID，信息構(gòu)造方法：從“廠站類”CIM／E類中的對(duì)應(yīng)對(duì)象獲得。

h.基準(zhǔn)電壓標(biāo)識(shí)（BaseVoltage），含義為基準(zhǔn)電壓mRID，信息構(gòu)造方法：從“基準(zhǔn)電壓類”CIM／E類中的對(duì)應(yīng)對(duì)象獲得。

i.所屬電壓等級(jí)標(biāo)識(shí)（VoltageLevel），含義為電壓等級(jí)mRID，信息構(gòu)造方法：從“電壓等級(jí)類”CIM／E類中的對(duì)應(yīng)對(duì)象獲得。

j.狀態(tài)（Status），含義為開(kāi)關(guān)狀態(tài)，信息構(gòu)造方法：通常SCD文件中不包含開(kāi)關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)，如果包含，可從相應(yīng)的XCBR或者XSWI邏輯節(jié)點(diǎn)的pos.stval屬性值獲得。

2.4 調(diào)度端對(duì)CIM／E文件中模型信息的導(dǎo)入

目前許多調(diào)度系統(tǒng)已經(jīng)可以導(dǎo)入CIM／E文件中的模型信息，并提供有關(guān)模型驗(yàn)證、模型投在線、模型回退、模型發(fā)布等管理功能[20-21]。

為了充分利用CIM／E文件中的模型信息，本文認(rèn)為調(diào)度端還需要進(jìn)一步增加根據(jù)模型類型選擇性導(dǎo)入模型信息的功能。上文定義的6大類34個(gè)CIM／E類中，不同的調(diào)度端需要的模型信息可能并不一樣，要能夠選擇所需的模型信息導(dǎo)入系統(tǒng)。例如某個(gè)調(diào)度不需要二次設(shè)備模型，它就可以不導(dǎo)入該類信息。

2.5 模型協(xié)調(diào)的自動(dòng)化過(guò)程設(shè)計(jì)

為了最大限度地提升自動(dòng)化水平，需要跨越調(diào)度和變電環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)模型信息的“主動(dòng)召喚”和“自動(dòng)更新”功能，為此本文設(shè)計(jì)了如圖3所示的自動(dòng)化過(guò)程。

該過(guò)程要點(diǎn)在于增加模型管理伺服程序，由變電站端自動(dòng)更新模型到調(diào)度端。具體步驟包括：①變電站端模型改變；②通知變電站端伺服程序；③與調(diào)度端伺服程序交互，發(fā)起新模型CIM／E文件傳送過(guò)程；④調(diào)度端伺服程序獲得新CIM／E文件；⑤通知調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，等待人工處理，或者主動(dòng)激活模型管理功能，進(jìn)行模型驗(yàn)證、模型投在線等操作。

圖3 模型的自動(dòng)更新過(guò)程Fig.3 Automatic update of model

在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，也可以反向由調(diào)度端伺服程序主動(dòng)或定時(shí)召喚模型文件。當(dāng)變電站端有新CIM／E模型文件時(shí)，響應(yīng)召喚，傳送新CIM／E文件，否則答復(fù)“沒(méi)有變化”。

3 原型系統(tǒng)驗(yàn)證

為了對(duì)本文方案進(jìn)行驗(yàn)證，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了原型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，整體上驗(yàn)證了本方案的有效性。原型系統(tǒng)選取了國(guó)內(nèi)獲得廣泛使用的某智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，增加了方案所提的各項(xiàng)功能，重點(diǎn)驗(yàn)證了CIM／E文件的生成和自動(dòng)化過(guò)程實(shí)現(xiàn)。

該系統(tǒng)CIM／E文件的生成是在原智能變電站系統(tǒng)配置工具的基礎(chǔ)上，增加對(duì)CIM／E的支持功能，其總體框架機(jī)制如圖2所示。對(duì)于每個(gè)具體的CIM／E類實(shí)例的生成，則是根據(jù)對(duì)SCD文件的分析，把其中包含的信息重新構(gòu)造成CIM／E類規(guī)定的格式，對(duì)于部分不包含在原來(lái)SCD文件中的信息，則需要另行輸入，如2.3節(jié)所示。

對(duì)于自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)是兩端伺服程序?qū)崿F(xiàn)。圖4是其中變電站端伺服程序的實(shí)現(xiàn)流程圖，此程序分為3個(gè)線程，分別完成主流程控制、本地消息處理、調(diào)度端消息處理功能。調(diào)度端伺服程序框架與此類似，但具體流程不同。

圖4 變電站端伺服程序流程圖Fig.4 Flowchart of servo program at substation

4 結(jié)語(yǔ)

本文從面向工程應(yīng)用的角度提出了一種以CIM／E為核心載體的變電站與調(diào)度模型協(xié)調(diào)解決方案，該方案通過(guò)把調(diào)度端需要的模型信息組織成CIM／E格式，然后通過(guò)自動(dòng)化的更新過(guò)程設(shè)計(jì)較好地解決了調(diào)度端和變電站端模型不一致的問(wèn)題。原型系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案是可行和高效的。后續(xù)研究可以考慮進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)兩端模型一致和高效率工程應(yīng)用，例如變電站和調(diào)度都直接采用CIM／E文件，全面滿足調(diào)度端和變電站端對(duì)于模型和數(shù)據(jù)配置的各方面需求等。