調(diào)控云的電網(wǎng)圖形一體化維護技術(shù)運用探究

國家電網(wǎng)公司西北分部 張興科 馬曉偉 褚云龍 王康平 劉 鑫

目前廣大用戶對供電系統(tǒng)運行可靠性提出較高要求，服務(wù)需求表現(xiàn)出多樣化特征，電網(wǎng)運營階段承擔(dān)著巨大挑戰(zhàn)。為此，電網(wǎng)企業(yè)在后續(xù)發(fā)展階段應(yīng)持續(xù)推進電網(wǎng)現(xiàn)代化建設(shè)、完善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。一體化電網(wǎng)需在數(shù)個或多級調(diào)控中心間實現(xiàn)對電網(wǎng)圖形的一體化維護，對大型電網(wǎng)圖形閱覽及規(guī)范化、自動化維護提出的要求也相應(yīng)提高。當下，國調(diào)為推動大電網(wǎng)一體化安穩(wěn)運作目標，以云計算、大數(shù)據(jù)及互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為支撐構(gòu)建調(diào)控云，沖破過往調(diào)度實踐中形成的各類數(shù)據(jù)壁壘，整合電網(wǎng)內(nèi)多種數(shù)據(jù)資源，提升電網(wǎng)數(shù)據(jù)共享率，逐漸形成規(guī)范化的調(diào)控技術(shù)支撐體系。調(diào)控云快速發(fā)展以及Web前端技術(shù)日漸成熟，為Browser/Server（B/S）架構(gòu)下圖形一體化維護深度研究創(chuàng)造堅穩(wěn)基礎(chǔ)。

1 分級維護存在的不足

當前分級電網(wǎng)維護模式在國內(nèi)各地電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)廣泛應(yīng)用，受控對象主要是≥500kV等級的主干網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)際、省際聯(lián)絡(luò)線等。不同等級電網(wǎng)針對所轄范疇均建設(shè)具體化的電網(wǎng)模型，盡可能的簡化相毗鄰電網(wǎng)，做出等值處置。以上這種分級維護形式有效規(guī)避了電力數(shù)據(jù)廣泛分布而增加收集難度的現(xiàn)實問題，也提升了系統(tǒng)的精簡性，但不同級別電網(wǎng)模型間存在著信息孤島問題，上級調(diào)度中心運作時難以捕獲到結(jié)構(gòu)十分完整的電網(wǎng)模型與信息。模型數(shù)據(jù)欠缺完整性，難以精確、可靠的管控整個電網(wǎng)[1]。

對各級別電網(wǎng)傳導(dǎo)的模型數(shù)據(jù)予以模型化拼接是捕獲完整化模型數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，但模型拼接法也存在一定不足，邊界設(shè)備的處理是主要難題，主要是因邊界設(shè)備始源于不同區(qū)段電網(wǎng)的模型，容易滋生出命名不統(tǒng)一的問題，且邊界設(shè)備增設(shè)、刪除操作時對電網(wǎng)模型拼接過程也會形成較明顯的影響。模型拼接階段給予命名參照表去達成持續(xù)智能拼接目的，但對于新的邊界設(shè)備而言僅能通過人工完成。模型拼接法只能拼接模型、無法拼接圖形，以致上級調(diào)度中心雖有拼接后的模型，但不能將和電網(wǎng)信息相對應(yīng)的圖形呈現(xiàn)出來，通常只能對拼接之前的圖形做出調(diào)閱與拼接。

2 整體框架

以調(diào)控云為基礎(chǔ)的電網(wǎng)圖形一體化技術(shù)將調(diào)控系統(tǒng)圖形設(shè)為重要任務(wù)項目，省級云作為電網(wǎng)圖形維護中心，聚集了地、縣調(diào)控系統(tǒng)內(nèi)的存儲圖形，結(jié)合各地區(qū)用戶權(quán)限及國調(diào)標準要求，對圖元、圖形做出標準化處理，建設(shè)全網(wǎng)拓撲等諸多電網(wǎng)圖形維護。針對新建廠站，經(jīng)省級云端發(fā)出圖形及模型維護指令，勾畫出含有標準化圖元的電網(wǎng)圖形，建設(shè)出標準化程度更高的拓撲模型。

圖1 以調(diào)控云為基礎(chǔ)的電網(wǎng)圖形一體化維護整體框架圖

國分云、省級云、地縣調(diào)度系統(tǒng)均以調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)共享電網(wǎng)圖形信息，經(jīng)省級云將標準化的圖形、模型傳導(dǎo)至國分云，下達到地縣調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)，實現(xiàn)一體化維護整個電網(wǎng)內(nèi)圖形、模型，實現(xiàn)全局化共享（圖1）[2]。從宏觀層面上，可以將一體化維護整體框架細化為三等級，各等級均囊括了服務(wù)、Web圖形服務(wù)及客戶端三大模塊。

基礎(chǔ)服務(wù)涵蓋了權(quán)限、模型、文件及數(shù)據(jù)庫服務(wù)，可將其看成是全網(wǎng)圖形標準化的應(yīng)用支持平臺。Web圖形處理業(yè)務(wù)時，會有針對性的調(diào)取有關(guān)基礎(chǔ)服務(wù)調(diào)控權(quán)限、捕獲模型數(shù)據(jù)、存儲文件及訪問數(shù)據(jù)庫等；Web圖形服務(wù)內(nèi)囊括了圖元標準化轉(zhuǎn)型、處理邏輯、拓撲模型標準化維護及版本調(diào)控邏輯，為一體化維護技術(shù)的核心構(gòu)成；Web圖形客戶端為圖形標準化技術(shù)的人機界面，功能以編輯與瀏覽Web圖形、檢索Web模型等為主。基于Web瀏覽器呈現(xiàn)、維護調(diào)度系統(tǒng)圖形、包括勾畫廠站線路圖、圖元，建設(shè)電氣圖元圖模數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性等。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 圖元標準化技術(shù)

CIM/G為當下描述電力系統(tǒng)圖形的規(guī)范，基于該標準能存儲電網(wǎng)系統(tǒng)圖形、電氣圖元、繁雜圖元及間隔性圖元文件等，在電網(wǎng)圖形內(nèi)電氣圖元是基礎(chǔ)構(gòu)成。

Web圖元編輯器的功能以建設(shè)、維護及發(fā)布電氣圖元為主，以此為基礎(chǔ)建設(shè)標準化圖元組件庫。圖元組件庫內(nèi)Element目錄能存儲各種電氣圖元，結(jié)合電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備差異性對圖元所屬類型做出規(guī)劃。當建完標準圖元組件庫后，各省、地級維護存量圖元、標準圖元組件之間的相關(guān)性就被建設(shè)[3]。本文參照圖元組建及對應(yīng)關(guān)聯(lián)性，結(jié)合CIM/G文件內(nèi)圖文方位、規(guī)格、縮放比、旋轉(zhuǎn)角及中心等，使用自適應(yīng)算法整頓圖元方位、寬高等指標，使省地更能標準、規(guī)范化的存儲電網(wǎng)圖形內(nèi)圖元。

從本質(zhì)上分析，間隔式圖元隸屬于組合型圖元，含有單/雙母線帶旁路出線、雙斷路器、2/3接線、母聯(lián)及變壓器間隔等。Web間隔編輯器能建成間隔圖元庫并將其存儲于bay目錄內(nèi)。圖元標準化技術(shù)能精確規(guī)劃電氣圖元種類、名稱等，實現(xiàn)間隔式圖元歸類、命名的標準化，便于在調(diào)控云平臺上規(guī)范維護不同級別圖元，實現(xiàn)全局式共享。

3.2 圖形標準化技術(shù)

可把圖形標準化技術(shù)細化為圖形存儲目錄結(jié)構(gòu)、圖形內(nèi)容的標準化，前者的本質(zhì)為電網(wǎng)圖形分區(qū)、分類、分版存儲，電網(wǎng)設(shè)備關(guān)聯(lián)模型和調(diào)控云平臺模型兩者間形成了高度的一致性。結(jié)合調(diào)控云平臺分區(qū)不同，可把電網(wǎng)圖形細化為國、分、省、地、縣五區(qū)，各區(qū)均配置專一的owner號做出區(qū)分。而圖元組件的標準化，等同于基于標準圖元組件庫以及初始圖元命名和標準圖元命名對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)差別性分析。具體是解讀CIM/G文件內(nèi)圖元組件命名及圖元對應(yīng)關(guān)系，依照同類圖元內(nèi)部特性統(tǒng)一的特征，比較初始圖元與標準圖元在方位、寬高、縮放比、旋轉(zhuǎn)角及旋轉(zhuǎn)中心方面存在的差別，采用自適應(yīng)算法整改圖形CIM/G文件內(nèi)標準圖元方位、寬度及高程等指標，借此方式提升圖元組件的標準化水平，確保圖形文件最后呈現(xiàn)出的效果符合設(shè)定要求。

為達成整個電網(wǎng)一張圖目標，筆者做出針對新建站基于國分省調(diào)全模型只勾畫一張廠站圖形的提議，該圖形內(nèi)涵蓋了本廠站內(nèi)不同級別調(diào)度正常運作所需電壓級別的電力裝置模型，分調(diào)、省調(diào)能實現(xiàn)共享。

3.3 拓撲模型標準化技術(shù)

電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的各個電力設(shè)備裝置是基于某種拓撲關(guān)系而銜接成一個有機體，結(jié)合圖形、模型建設(shè)拓撲模型，能清晰且直觀地描繪電氣設(shè)備間的銜接關(guān)系，及時探查到拓撲銜接時的有關(guān)問題。

本文以調(diào)控云建設(shè)的全網(wǎng)模型拓撲標準化技術(shù)主要由兩部分構(gòu)成：設(shè)備物理銜接點號的標準化。具體是對銜接點號內(nèi)容進行標準化處理，依照廠站ID、電壓級別、設(shè)備編號組成等，確保其和國調(diào)銜接點號標準相匹配；拓撲模型存儲方式的標準化。挖掘其本質(zhì)，就是分區(qū)、分類存儲拓撲模型，將電網(wǎng)所有設(shè)備裝置的銜接點號存儲于統(tǒng)一的表結(jié)構(gòu)內(nèi)。

建設(shè)拓撲模型的本質(zhì)為圖形的遍歷，圖形的遍歷有深度、廣度優(yōu)化檢索之分，深度優(yōu)化檢索算法結(jié)合銜接線標識的銜接關(guān)系，探尋出和電氣圖元相關(guān)聯(lián)的下一級電氣圖元。分析到被整改廠站存有數(shù)個廠站圖形的狀況，故而建設(shè)出允許一廠站一圖形、一廠站多圖形拓撲模型。同一廠站下所有產(chǎn)站圖紙內(nèi)的設(shè)備都要構(gòu)建拓撲銜接關(guān)系，母線、變壓器等諸多邊界設(shè)備的處置是拓撲模型建設(shè)的核心。見圖2，如果一個變電站內(nèi)兩張廠站圖紙內(nèi)存有同個母線B2，那么母線所銜接設(shè)備K3～K7的物理銜接點號均有連通性[4]。

圖2 站多圖的網(wǎng)絡(luò)建模

圖3 多用戶分布式版本調(diào)控程序

拓撲模型標準化的作用主要是提供全電網(wǎng)或局部拓撲模型的建設(shè)方法，建設(shè)了＞35kV電壓級別模型的拓撲關(guān)系，維持整個電網(wǎng)拓撲點號絕對性統(tǒng)一，以標準化拓撲表結(jié)構(gòu)為支撐實現(xiàn)傳導(dǎo)、訂閱拓撲模型，建設(shè)不同級別拓撲模型的統(tǒng)一建設(shè)、全局式共享。

3.4 多用戶分布式版本調(diào)控技術(shù)

分布式部署為不同級云建設(shè)階段的實現(xiàn)理念之一，不同級別用戶維護管轄范疇中的圖形模型，故而需于分布式環(huán)境內(nèi)、高并發(fā)率狀況下實現(xiàn)對電網(wǎng)圖形維護的有效調(diào)控，不管是增設(shè)、修整電網(wǎng)圖形后對應(yīng)的文件均能維持全網(wǎng)統(tǒng)一。為應(yīng)對如上問題，本文整合了多用戶分布式并發(fā)調(diào)控技術(shù)，為電網(wǎng)各圖形文件設(shè)置版本號VerNo，即圖形文件專一標識，被統(tǒng)一存儲于圖形文件與信息表內(nèi)。采用Web圖形編輯器勾畫電網(wǎng)圖形以后，調(diào)度使用圖形版本控制服務(wù)，捕獲最新的圖形文件版本號，針對帶有VerNo的圖形文件，使用分布式文件服務(wù)永久的存儲到文件服務(wù)器（圖3）[5]。

綜上，本文以調(diào)控云為基礎(chǔ)建設(shè)了電網(wǎng)圖形一體化維護技術(shù)，達到了在B/S架構(gòu)下基于標準圖元組件庫實現(xiàn)對全網(wǎng)圖形的整體維護，降低人工重復(fù)維護圖形的作業(yè)量，并構(gòu)建了整網(wǎng)拓撲模型，能較為明顯的統(tǒng)一提升高級別應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)分析的準確度。為更好的迎合用戶提出的圖形源端維護的主觀需求，后續(xù)研究應(yīng)以此為基礎(chǔ)開發(fā)間隔式成圖、建模的功能，提升圖形 繪制智能化、操控過程人性化目標。