源端維護(hù)在唐山的研究與應(yīng)用

董智勇，韓寶民，徐 歆

(1.唐山供電公司，河北 唐山 063000;2.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210061)

0 引言

隨著智能化改造的逐步實(shí)施和階段性成果的不斷涌現(xiàn)，智能模型關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用在建設(shè)中國特色的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)中成為重點(diǎn)內(nèi)容，電網(wǎng)數(shù)據(jù)維護(hù)應(yīng)用是其中的核心要點(diǎn)。

唐山220 kV 虹橋智能化變電站在接入調(diào)度主站系統(tǒng)過程中，采用源端維護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)IEC 61850到IEC 61970 的無縫信息對(duì)接。目前IEC 61850 數(shù)字化變電站和IEC 61970 調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用成熟。但是，IEC 61850 和61970 的模型、服務(wù)接口存在較大的差異性，二者是異構(gòu)系統(tǒng)。在國內(nèi)的工程應(yīng)用中，IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)只應(yīng)用于變電站內(nèi)的智能電子設(shè)備，變電站與調(diào)度中心之間的通訊需要遠(yuǎn)動(dòng)工作站進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。由于傳統(tǒng)規(guī)約不支持面向?qū)ο蟮慕７椒?，極大地增加了組態(tài)和調(diào)試的工作量，而且出錯(cuò)概率高。采用源端維護(hù)技術(shù)后，調(diào)度系統(tǒng)可以直接訪問IEC 61850 對(duì)象模型，轉(zhuǎn)換為IEC61970 模型，并自動(dòng)導(dǎo)入生成數(shù)據(jù)庫表，減少以前冗長的時(shí)間和工作量。變電站與調(diào)度主站系統(tǒng)之間采用SVG格式來交換主單線圖文件。至此，充分發(fā)揮了IEC 61850 和IEC 61970 的技術(shù)優(yōu)越性;同時(shí)，也保持兩個(gè)異構(gòu)系統(tǒng)之間的一致性。

變電站SCD 模型采用一體化信息模型建立技術(shù)。通過建立一體化的模型維護(hù)升級(jí)系統(tǒng)可以為電網(wǎng)智能分析系統(tǒng)應(yīng)用提供一體化模型基礎(chǔ)，解決因模型不統(tǒng)一，或不全面而造成的信息資料的欠缺和智能化比對(duì)不完整的情況。公共信息模型定義采用面向?qū)ο髷?shù)據(jù)建模技術(shù)，并采用統(tǒng)一建模語言作為建模方法。

面向?qū)ο笫遣捎檬褂妙惡屠^承機(jī)制，并且對(duì)象之間僅能通過傳遞消息實(shí)現(xiàn)彼此通信的系統(tǒng)構(gòu)建。面向?qū)ο蠓治龅年P(guān)鍵，是識(shí)別出問題域內(nèi)的對(duì)象，并分析它們相互間的關(guān)系，最終建立起問題域的簡潔、精確、可理解的正確模型。分析就是抽取和整理用戶需求并建立問題域精確模型的過程?；静襟E有問題域分析、發(fā)現(xiàn)和定義對(duì)象和類、識(shí)別對(duì)象的外部聯(lián)系、建立系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型和建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為模型。采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)可將分析階段的需求轉(zhuǎn)變成符合成本和質(zhì)量要求的、抽象的系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)方案［1］。

采用面向?qū)ο蟮膶?shí)現(xiàn)方式為解決變電站與上級(jí)主站系統(tǒng)通信模型不一致問題，實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化信息與上級(jí)調(diào)度主站信息的無縫鏈接起到了基礎(chǔ)支撐，為調(diào)度中心與變電站實(shí)現(xiàn)互動(dòng)提供數(shù)據(jù)共享渠道。

項(xiàng)目結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，在分析變電站模型的特點(diǎn)和應(yīng)用需求的基礎(chǔ)上，提出變電站模型源端維護(hù)方案和架構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了這一方案，為實(shí)用型電網(wǎng)模型源端維護(hù)技術(shù)的建立和關(guān)鍵技術(shù)的深入研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基石。

1 模型關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究

項(xiàng)目基于目前國內(nèi)數(shù)字化變電站配置模型中缺少一次設(shè)備相關(guān)配置內(nèi)容的現(xiàn)狀，深入研究模型關(guān)鍵技術(shù)［2］。在現(xiàn)有SCD 配置模型基礎(chǔ)上擴(kuò)充一次設(shè)備配置模型。以SCD 為基礎(chǔ)模型的生成、維護(hù)存在以下幾個(gè)主要關(guān)鍵內(nèi)容。

1.1 模型一致性維護(hù)

長期以來，電力系統(tǒng)各類廠家SCD 模型的維護(hù)是分散的，而在同一廠家在模型生成的過程中面對(duì)不同階段的不同用戶也無法保持模型版本的始終唯一。而轉(zhuǎn)化后的CIM 模型存在一致性校驗(yàn)方式方法可以保證模型的維護(hù)安全。

1.2 模型完整性維護(hù)

模型在實(shí)際應(yīng)用中常常需要進(jìn)行修改，最后確定后還會(huì)在實(shí)際的站內(nèi)維護(hù)升級(jí)過程中進(jìn)行不斷的階段性調(diào)整，如何保持模型完整性維護(hù)尤為重要。采用了模型拼接技術(shù)直接按模型拼接規(guī)則對(duì)后續(xù)追加或刪除模型進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性保留轉(zhuǎn)移，消除了模型改動(dòng)有可能造成的源頭數(shù)據(jù)不確定因子。

1.3 模型正確性維護(hù)

模型需要進(jìn)行一致性校驗(yàn)，包括語法規(guī)則、有效性、完整性檢查等。語法規(guī)則檢查CIM RDF 文件是否符合XML、RDF、XML Schema、RDFS、CIM 等語法規(guī)則，資源描述是否滿足CIM 定義。

1.4 模型多樣性維護(hù)

判斷有效性判斷轉(zhuǎn)換后的資源rdf:ID 是否唯一有效，資源間關(guān)聯(lián)關(guān)系是否有效等。完整性檢查模型是否能夠全面描述變電站系統(tǒng)規(guī)格，特別是一次設(shè)備接線是否能夠通過拓?fù)溥B接關(guān)系的定義還原建立起來，量測定義是否能夠全面描述變電站測控信號(hào)。隨著電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)不斷發(fā)展，各級(jí)調(diào)控中心的相繼建設(shè)，對(duì)模型的需求也各不相同，單一模型已經(jīng)無法滿足，而需要為不同類型應(yīng)用系統(tǒng)提供各類模型。

源端維護(hù)所需的SCD 文件來源于保護(hù)測控裝置生產(chǎn)廠家提供的裝置配置模板文件，子站集成廠家根據(jù)變電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)例化后形成包含一次設(shè)備及其連接關(guān)系、一次設(shè)備與二次設(shè)備邏輯節(jié)點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)關(guān)系等描述信息的統(tǒng)一配置文件。配置生成的SCD 文件由用戶統(tǒng)一管理。版本變更時(shí)，子站集成廠家向用戶提交新的SCD 文件，用戶采用驗(yàn)證工具校驗(yàn)通過后，制定新的版本號(hào)，同時(shí)通知主站系統(tǒng)集成廠家更新模型，并提供新版SCD 文件。

圖1 源端維護(hù)總體框架

2 模型關(guān)鍵技術(shù)實(shí)際應(yīng)用

2.1 模型建立

模型圖形收集全站各個(gè)廠家裝置包括測控裝置的ICD 配置文件形成SCD 文件，測試導(dǎo)入的SCD 文件的信息是否符合IEC 61850 要求并導(dǎo)入配置器。

2.2 模型拼接

針對(duì)IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)中配置描述語言基于可擴(kuò)展標(biāo)志語言(Extensible Markup Language XML)1.0版，采用XML Schema 格式描述對(duì)象模型，是分層結(jié)構(gòu)可以有多層嵌套。SCD 模型文件必須符合IEC 61850－6 部分XML Schema 語法和這8 個(gè)Schema文件中規(guī)定的語法規(guī)范。

針對(duì)IEC 61970 以CIM 公共信息模型傳遞變電站的設(shè)備模型，包括間隔、母線、開關(guān)、刀閘、接地刀閘、交流線段、容抗器、負(fù)荷、終端設(shè)備等，并包含設(shè)備間的完整拓?fù)潢P(guān)系。為實(shí)現(xiàn)前置數(shù)據(jù)的自動(dòng)接入，模型中還包括上/下行點(diǎn)號(hào)、極性、系數(shù)、基值等信息。采用統(tǒng)一模型配置工具生成CIM 文件。

完成模型拼接后，在唐山調(diào)度主站系統(tǒng)接入變電站模型，并對(duì)廠站的設(shè)備模型進(jìn)行校驗(yàn)，獲得符合IEC 61970 標(biāo)準(zhǔn)并滿足電力系統(tǒng)的一般要求的模型文件;然后將驗(yàn)證通過的模型與數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)廠站的設(shè)備模型進(jìn)行比較，分析并展示兩者之間的差異;經(jīng)確認(rèn)無誤后，將其更新到調(diào)度主站系統(tǒng)中。

2.3 模型信息同步驗(yàn)證

針對(duì)系統(tǒng)入庫模型，在新的廠站信息內(nèi)查詢數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)是否合理，數(shù)據(jù)唯一性ID 是否已經(jīng)自動(dòng)添加，廠站信息是否沖突。由于是試驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用，采用新廠站接入目標(biāo)廠站模型數(shù)據(jù)。

通過圖形導(dǎo)入系統(tǒng)驗(yàn)證二次信息和一次信息的唯一性關(guān)聯(lián)認(rèn)證是否合理有效，并核對(duì)信號(hào)，驗(yàn)證源端維護(hù)功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果:數(shù)據(jù)正確，導(dǎo)入成功。

3 源端維護(hù)技術(shù)的拓展

3.1 模型映射

IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)了智能變電站內(nèi)信息傳輸所必需的通信服務(wù)，設(shè)計(jì)了獨(dú)立于所采用網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層協(xié)議的抽象通信服務(wù)接口(ASCI)。在IEC 61850－7－2 中，建立了標(biāo)準(zhǔn)兼容服務(wù)器所必須提供的通信服務(wù)的模型，包括服務(wù)器模型、邏輯設(shè)備模型、邏輯節(jié)點(diǎn)模型、數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)集模型。客戶通過ACSI，由特定通信服務(wù)映射(SCSM)，映射到所采用的具體協(xié)議棧，例如制造報(bào)文規(guī)范(MMS)等。目前已經(jīng)頒布的特定通信服務(wù)映射標(biāo)準(zhǔn)有:IEC 61850－8－1、IEC 61850－9－1、IEC 61850－9－2、IEC 61850－80－1 等方式。

映射服務(wù)基于必須要基于邏輯節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)和功能需要建模，邏輯節(jié)點(diǎn)是信息交換的最小功能單元。映射服務(wù)建議采用IEC 104 方式。IEC 61850 公共數(shù)據(jù)類(CDC)由不同類型的數(shù)據(jù)屬性組成，每個(gè)數(shù)據(jù)屬性應(yīng)映射到不同的IOA?？梢酝ㄟ^CDC 數(shù)據(jù)映射方法和IEC 61850 服務(wù)映射方法建立不同的映射渠道［3］。

3.2 模型拼接

實(shí)際應(yīng)用在各級(jí)調(diào)度中的數(shù)據(jù)源包括圖形數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)在內(nèi)的需求不盡相同，必須對(duì)輸出的模型圖形進(jìn)行合理、安全的裁減、分割、組合才可能在各級(jí)調(diào)度之間進(jìn)行應(yīng)用，還需考慮模型的一致性，進(jìn)行模型的對(duì)比生成圖形。

多樣應(yīng)用圖形還需考慮和反映設(shè)備的低偶合性，支持?jǐn)?shù)據(jù)背景，集成數(shù)據(jù)類型。

4 總結(jié)

源端維護(hù)技術(shù)的研究主要達(dá)到以下目的:通過IEC 61850 模型拼接技術(shù)實(shí)現(xiàn)IEC 61850 到IEC 61970 的無縫對(duì)接。變電站模型拼接的主要目的是基于數(shù)字化變電站遠(yuǎn)動(dòng)工作站，形成最新的變電站模型文件并進(jìn)行主站模型的更新和維護(hù)。在進(jìn)行廠站導(dǎo)入的時(shí)候，不進(jìn)行區(qū)域判斷，直接進(jìn)行與主站模型的比較和更新。

采用圖形化方式在變電站側(cè)通過可視圖模配置工具繪制變電站設(shè)備，并輸出規(guī)范化的變電站SCD模型以及SVG 格式接線圖。建立圖形與模型之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過FTP 文件服務(wù)上傳。

圖2 SVG 圖形交互流程

應(yīng)用唐山調(diào)度系統(tǒng)對(duì)SCD 模型進(jìn)行校驗(yàn)，校核通過后轉(zhuǎn)換生成包含信號(hào)映射信息的CIM 模型。采用IEC 61850－80－1 規(guī)約建立實(shí)時(shí)通信連接，驗(yàn)證IEC 61850 與IEC 61970 的模型對(duì)接，實(shí)現(xiàn)源端維護(hù)。

源端維護(hù)模型拼接技術(shù)作為智能調(diào)度系統(tǒng)中基于統(tǒng)一信息建模技術(shù)的實(shí)際高級(jí)應(yīng)用，為改造日益龐大的調(diào)度數(shù)據(jù)系統(tǒng)，提供正確、有效、合理、安全的數(shù)據(jù)源，為調(diào)度智能分析、決策等智能化應(yīng)用提供統(tǒng)一的基礎(chǔ)。

圖形和模型，是智能調(diào)度應(yīng)用功能建設(shè)的基礎(chǔ)。針對(duì)以上內(nèi)容實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用前景，著重研究了模型轉(zhuǎn)換拼接的核心技術(shù)，并提出了可持續(xù)性建設(shè)關(guān)鍵部分的思路和應(yīng)用方式。項(xiàng)目成功驗(yàn)證實(shí)施了唐山地區(qū)源端維護(hù)的工程試點(diǎn)工作，必將為智能電網(wǎng)的建設(shè)提供強(qiáng)有力支撐。

［1］姚建國，楊勝春，高宗和，等.電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展趨勢展望［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007(13):7－11.

［2］朱永利，王德文，王艷.基于IEC 61850 的電力遠(yuǎn)動(dòng)通信建模方法［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33(21):72－76.

［3］童曉陽，王曉茹，丁力.采用IEC 61850 構(gòu)造變電站廣域保護(hù)代理信息模型［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32(5):63－67.