基于CIM模型的電網(wǎng)層次編碼設(shè)計與實現(xiàn)

董張卓，孔永超，趙元鵬

（西安石油大學(xué) 電子工程學(xué)院，陜西 西安710065）

0 引 言

隨著電力信息化的不斷發(fā)展，各個應(yīng)用系統(tǒng)對數(shù)據(jù)共享、信息集成的需求日益突出［1，2］。設(shè)備編碼作為一種信息索引標識，在信息集成中起著關(guān)鍵性的作用，然而在跨平臺應(yīng)用中，由于系統(tǒng)采用各自的編碼方案，導(dǎo)致異構(gòu)系統(tǒng)之間無法實現(xiàn)信息交互和共享［3］；其次有些系統(tǒng)對同一資源所采用的描述方法不同，會出現(xiàn)編碼重疊、信息偏差、編碼穩(wěn)定性差等問題［4］；再次由于系統(tǒng)工作人員對編碼規(guī)則理解不同，造成系統(tǒng)的編碼沒有規(guī)律性、規(guī)格混亂，無法實現(xiàn)統(tǒng)一管理［5］。因此，亟需構(gòu)建一套統(tǒng)一的、唯一的、便于計算機管理的電力系統(tǒng)資源編碼體系，以適應(yīng)電力信息化的發(fā)展需求。基于此，本文提出了一種電力資源ID編碼方案，以期解決上述問題。

1 編碼現(xiàn)狀分析

電力系統(tǒng)資源ID編碼，是指將參與電力工程的建設(shè)、運行、維護中所涉及的設(shè)備對象，采用某種規(guī)范對其進行分類、標識，便于計算機處理的一種手段。

從20世紀中期以來，國外的編碼系統(tǒng)得到了快速的發(fā)展，其中主要包括KKS、EIIS、CCC、ALSTOM、ERDS、EDF、EAM、SDN、BSI等編碼系統(tǒng)，這些編碼體系已在眾多的電廠建設(shè)和營運中得到廣泛的應(yīng)用。

我國的電力行業(yè)發(fā)展比較晚，國內(nèi)的編碼體系還不成熟。目前我國編碼標識系統(tǒng)中一部分采用隨設(shè)備進口的國外編碼體系，另一部分是參考國外分類方法，自行設(shè)計編碼字段及碼位組合［6］。我國先后也制定了多個電力編碼標準，例如2005年12月正式發(fā)布的 《電廠標識系統(tǒng)編碼規(guī)定》和2010年5月31號發(fā)布的DB／T50549—2010，這兩個標準在我國已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。由于國內(nèi)的電力編碼體系主要依據(jù)國外的一些著名編碼體系改編而來，缺乏國內(nèi)的統(tǒng)一標準，在實際的應(yīng)用過程中存在較多問題［7－10］。主要表現(xiàn)在：使用混合的編碼方式，無統(tǒng)一標準，一致性和實用性差；設(shè)計人員對編碼規(guī)則的理解和認識不同，對同類型的設(shè)備可能產(chǎn)生編碼差異或編碼重疊，使得系統(tǒng)編碼維護困難；考慮的設(shè)備過于細微，導(dǎo)致編碼結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，可擴充性差、耦合度太高，不利于資源的計算機處理。因此，制定一套規(guī)范的、統(tǒng)一的、可擴充性好［11］的電力資源ID編碼，有助于實現(xiàn)電網(wǎng)模型的共享和信息的互通。

公共信息模型 （CIM）［12］是電力系統(tǒng)信息化建設(shè)的基礎(chǔ)，它采用面向?qū)ο蟮姆椒?，使電力系統(tǒng)中的資源對象都由其對應(yīng)的屬性唯一確定，編碼信息作為對象的屬性值，這樣設(shè)計出合理的編碼，就可確定其所對應(yīng)的資源對象［13，14］。本文在CIM模型基礎(chǔ)上，通過分析電力系統(tǒng)的設(shè)備模型層次結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一種基于CIM的編碼機制。

2 電力系統(tǒng)資源層次模型

將電能的輸送、分配再到消耗的整個過程，可用6個層次來描述［15］。第一層為供電公司，它為用戶提供電能，負責(zé)將電能安全可靠的輸送給用戶；第二層是供電分區(qū)，從供電公司傳送來的電能通常會分配到多個供電分區(qū)。供電分區(qū)的構(gòu)建是為了使電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)有一個合理的規(guī)劃，以保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行；第三層是電能的分配和變換層，由某個供電分區(qū)通過線路將電能分配給變電站或配電網(wǎng)，這一層主要實現(xiàn)了電壓等級的變換以及電能的匯聚與配送；第四層是設(shè)備層，主要是為實現(xiàn)電能的分配和變換所涉及的電氣設(shè)備，這一層資源主要包括電壓等級、線路、饋線等；第五層是對第四層設(shè)備的分解，比如電站可分解為母線段和斷路器等；第六層，這是整個層次模型的最后一層，這一層主要是饋線區(qū)段上的電力元件，像負荷、電容器、電抗器都屬于這一層。根據(jù)以上分析，可以將整個電力系統(tǒng)資源設(shè)備結(jié)構(gòu)用一個樹狀的層次模型來描述，如圖1所示。

圖1 是基于CIM的電網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，它將輸、配電網(wǎng)絡(luò)模型層次按照樹形結(jié)構(gòu)統(tǒng)一地表示出來。

3 編碼規(guī)則

電力系統(tǒng)資源ID是一組特征組合碼，一共由18位十進制數(shù)構(gòu)成。排列順序從左到右依次為：一位供電公司編碼，兩位供電分區(qū)編碼，三位地址碼，四位設(shè)備碼，四位元件碼，四位饋線區(qū)段元件編碼。編碼結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 描述了電力系統(tǒng)的資源ID結(jié)構(gòu)圖，可用字母表示為：A BB C1CC D1DDD E1EEE F1FFF，層與層之間用空格隔開。其中第4、7、11、15位為標識位，他們是區(qū)分同層不同設(shè)備的關(guān)鍵碼元，在每一層都有其規(guī)定的取值范圍。標識位之后連續(xù)的兩位或三位 （即下一個標識位出現(xiàn)之前）表示具體的設(shè)備編號。編碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析如下：

（1）供電公司編碼 （A）：是指某地區(qū)的電能服務(wù)機構(gòu)，它是整個電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的第一級，用一位數(shù)表示即可，見表1。

表1 供電公司編碼

表1 中編號為0～9分別對應(yīng)10家不同的供電公司。假設(shè)1代表西安供電公司，如果某個設(shè)備的資源ID的第1位的值是1，則表示該資源是西安供電局旗下的某個資源設(shè)備。

（2）供電分區(qū)編碼 （BB）：表示某個供電公司隸屬的某個特定的供電分區(qū)。供電分區(qū)的劃分，有助于電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的規(guī)劃。一個供電公司通常包含幾個到幾十個供電分區(qū)不等，用兩位數(shù)來表示，范圍是00～99。編碼見表2。

表2 供電分區(qū)編碼

（3）地址碼 （C1CC）：表示在同一供電公司、同一供電分區(qū)下的變電站或線路或配電網(wǎng)。第四位C1是一個標識位，取值為1、2、3中的一個。1代表變電站區(qū)域，2代表線路區(qū)段，3代表配電網(wǎng)區(qū)域。緊跟C1后兩位表示C1區(qū)域內(nèi)某個具體的站點，其編號用兩位數(shù)來表示，范圍是00～99，見表3。

表3 地址碼

表3 列出了第三層的編碼結(jié)構(gòu)。例如，某資源ID的第4、5、6位的值是2、0、1，則表示它是01號線路。

（4）設(shè)備碼 （D1DDD）：設(shè)備碼的編制策略和地址碼一樣，只不過除標識位D1外用了三位數(shù)來表示具體設(shè)備。標識位D1的取值為1～6的整數(shù)，順次分別表示電壓等級、變壓器、線段、電站、母線聯(lián)絡(luò)斷路器、饋線。D1之后連續(xù)3位，即格式碼中的第8、9、10位表示具體設(shè)備，見表4。

表4 設(shè)備編碼

設(shè)備層的編碼如表4所示，例如當某資源ID的7、8、9、10位的值分別為4、0、1、2時，表示它是編號為12的電站。

（5）元件碼 （E1EEE）：元件碼的編制方法和設(shè)備碼的編制方法基本相同，除標識位E1以外，同樣用三位數(shù)字來表示具體元件。標識位E1的取值范圍是1～7，順次表示電壓等級母線段、開關(guān)、繞組、電站母線段、斷路器／隔離開關(guān)、饋線區(qū)段、饋線分段斷路器。緊跟E1的三位是具體元件的編號。元件碼編碼見表5。

表5 元件編碼

元件編碼及名稱如表5所示，如果某資源的11、12、13、14位的值為3、0、0、3，則表示該變壓器是3繞組變壓器。

（6）饋線區(qū)段元件碼 （F1FFF）：饋線區(qū)段元件碼的編制策略和設(shè)備碼、元件碼的編制策略基本相同，首位是標識位，標識位F1的取值范圍是1～3，順次分別表示負荷、電容器／電抗器、饋線段。緊跟著3位是具體元件編碼，編碼范圍是000～999。饋線區(qū)段元件碼的編碼見表6。

表6 饋線區(qū)段元件編碼

4 標識位說明

設(shè)計的編碼體系從第3層開始，每層都設(shè)置了標識位，標識位的取值直接決定了資源所屬的區(qū)段。通常情況標識位不為0，若一個資源的某一層沒有信息，則可將該層的標識位置為0，并將其之后的每一位都置為0，說明該資源的路徑信息到該標識位就截止了。

4.1 標識位為0的情況

若四位標識位中某一位為0，并從該位起之后的每一位都為0，則表示該資源ID從這一位起沒有其后的資源信息。如果用ω表示標識位的權(quán)重，則四位標識位的權(quán)重由大到小的排序是ω4＞ω7＞ω11＞ω15。當某資源的ID第4位為0時，并且該資源ID正常 （第4位以后全為0）則表示該資源只是某個供電公司下的某個供電分區(qū)，它的最后一層是供電分區(qū)，不存在供電分區(qū)之后的信息。如果該資源異常，即該位之后存在非0位，則表示該資源ID命名異常，系統(tǒng)不存在該資源。若從7位開始全為0但第4位不為0，則表示該資源存在于圖1中的地址層，具體是變電站還是線路還是配電網(wǎng)則由第4位的值決定。同樣的，若該資源ID異常則表示系統(tǒng)不存在該資源。若第11位及其以后位都為0，但第4位和第7位都不為0，則表示該資源存在于圖1中的第4層，具體是哪一設(shè)備是由第7位的值決定，若該資源ID異常則表示系統(tǒng)不存在該資源對象。同樣的，若第15位為0并且第4位、第7位、第11位都不為0，則表示該資源存在于圖1中的第5層，具體是哪一設(shè)備是由第11位的值決定，若該資源ID異常則表示系統(tǒng)不存在該資源對象。對標識位為0的情況可以總結(jié)為：四位標識位中從某一位標識位開始為0，則其后的每一位都應(yīng)該為0否則該資源ID異常，但該標識位之前的標識位一定不為0。

4.2 正常資源ID

為了編制出正確的資源ID，根據(jù)圖1和圖2繪制了表7。表7描述整個電力系統(tǒng)資源ID，它不僅給出了各層資源ID的正常取值范圍，而且給出了父層與子層之間的關(guān)系。

表7 資源ID取值范圍及區(qū)域聯(lián)系

表7 是針對圖1和圖2設(shè)計的區(qū)域聯(lián)系表，表中給出了每個區(qū)域段的取值范圍。只要按照表7編制的資源ID肯定是合理的，這樣就避免了異常資源ID的產(chǎn)生。

5 舉 例

例如一個資源ID可用位串10210310031002 0000表示，結(jié)合表1到表6逐位解析，可得到如圖3所示的結(jié)果。

圖3 電壓等級母線段示例

圖3 是一個電壓等級母線段的例子，其資源ID是利用本文提出的編碼方式設(shè)計的。通過對資源ID為102103100310020000的資源對象進行ID解析后，可以清楚的知道該資源所處的路徑信息。為了驗證提出編碼方法的正確性，在.Net環(huán)境下編制了高速數(shù)據(jù)訪問接口的測試程序，通過運行程序，可以正確的得出資源ID的路徑名，結(jié)果如圖4所示，其中父層與子層之間的拓撲關(guān)系是通過“.”來連接的。

6 結(jié)束語

圖4 資源ID路徑解析

在輸配電網(wǎng)分析平臺的接口設(shè)計中，需要用資源ID查找該資源的屬性信息，也可以通過資源ID來添加、刪除、更改信息。本文在CIM數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上，分析了電力系統(tǒng)資源層次結(jié)構(gòu)，并按照此結(jié)構(gòu)提出了一種描述電力系統(tǒng)資源ID的編碼方法，之后針對該編碼方法編寫了資源ID的解析程序。編碼結(jié)構(gòu)簡單、易于存取、具有定位長等特點。在輸配電網(wǎng)分析平臺測試中采用該編碼體系，不僅實現(xiàn)了資源對象的可交互，而且提高了資源的存取、傳輸效率。由于電力系統(tǒng)資源信息的龐大、復(fù)雜，本文提出的編碼思想，不可能包含所有的電力資源對象，在今后的電力資源編碼研究中還需對該方法進行擴展或改進。

［1］ZHAO Hong.Research of application integration on the electric power enterprise information systems［D］.Shandong：Shandong University，2008（in Chinese）.［趙弘.電力企業(yè)信息系統(tǒng)應(yīng)用集成研究 ［D］.山東：山東大學(xué)，2008.］

［2］SONG Renping.Coding standards used in the construction of electric power informationization ［J］.Electric Power Information Technology，2009，7 （9）：67－69 （in Chinese）.［宋仁平.編碼規(guī)范在電力信息化建設(shè)中的應(yīng)用 ［J］.電力信息化，2009，7 （9）：67－69.］

［3］SUN Hong，ZHANG Jianhong，QIN Shouwen，et al.A Research on unified coding system for internet of things ［J］.Application Research of Computers，2013，30 （9）：2707－2710（in Chinese）.［孫紅，張建宏，秦守文，等.物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一編碼體系的研究［J］.計算機應(yīng)用研究，2013，30 （9）：2707－271.］

［4］CAO Jinzhang，ZHU Chuanbai，LIU Bo，et al.Research and implementation of the intelligent dispatch encoding system for power grid based on CIM ［J］.Automation of Electric Power Systems，2011，35 （2）：43－47 （in Chinese）.［曹晉彰，朱傳柏，劉波，等.基于公共信息模型的電網(wǎng)智能調(diào)度編碼體系研究與實現(xiàn) ［J］.電力系統(tǒng)自動化，2011，35 （2）：43－47.］

［5］The Drafting Group of Coding Standard of Identification System in Power Plant.Introduction to coding standard of identification system in power plant ［J］.Water Power，2010，36 （10）：86－88（in Chinese）.［《電廠標識系統(tǒng)編碼標準》編寫組.國家標準 《電廠標識系統(tǒng)編碼標準》介紹 ［J］.水力發(fā)電，2010，36 （10）：86－88.］

［6］JANG Yong.Identification system for power plant and its application in equipment management ［D］.Chongqing：Chongqing university，2008（in Chinese）.［江永.電廠標識系統(tǒng)及其在設(shè)備管理中的應(yīng)用 ［D］.重慶：重慶大學(xué)，2008.］

［7］ZHANG Junyong，HUANG Xiaoqing，CAO Yijia，et al.Equipment encode－identification in internet of power transmission and transformation equipments ［J］.Automation of Electric Power Systems，2013，31 （9）：92－95 （in Chinese）.［張軍永，黃小慶，曹一家，等.輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備編碼標識 ［J］.電力系統(tǒng)自動化，2013，31 （9）：92－95.］

［8］WANG Jian，HAN Song，LIU Min.Applied research on coding standard in Guizhou power distribution production management system ［J］.Electric Power Information Technology，2012，10 （4）：39－43 （in Chinese）.［王堅，韓松，劉敏.貴州配電生產(chǎn)管理系統(tǒng)的編碼標準應(yīng)用研究 ［J］.電力信息化，2012，10 （4）：39－43.］

［9］YING Jing.Research on thermal control equipment coding system in power plant［J］.Jiangsu Electrical Engineering，2008，27 （3）：63－66 （in Chinese）.［應(yīng)靖.電廠設(shè)備信息編碼系統(tǒng)的研究 ［J］.江蘇電機工程，2008，27 （3）：63－66.］

［10］WANG Qiang，ZHU Hui，DUAN Dongxing.Function coding design and application in the management system of equipment for substation ［J］.Electric Power Scicnce and Engineering，2008，24 （3）：50－52 （in Chinese）.［王強，朱輝，段東興.變電設(shè)備管理系統(tǒng)的功能位置編碼設(shè)計與應(yīng)用 ［J］.電力科學(xué)與工程，2008，24 （3）：50－52.］

［11］GB／T 7027－2002，Basic principles and methods for information classifying and coding ［S］（in Chinese）.［GB／T 7027－2002，信息分類和編碼的基本原則和方法 ［S］.］

［12］International Electrotechnical Commission.IEC 61970－301energy management system application program interface （EMS－API），part 301：common information model（CIM）base［S］.Geneva：International Electrotechnical Commission，2009.

［13］CHEN Ji，GUO Chuangxin，LIU Bo，et al.Architectural design of an adaptive unified coding system based on CIM ［J］.Power System Technology，2010，34 （2）：52－56 （in Chinese）.［陳濟，郭創(chuàng)新，劉波，等.基于公共信息模型的自適應(yīng)統(tǒng)一編碼體系設(shè)計 ［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2010，34 （2）：52－56.］

［14］JING Ming，XU Hongqiang，LIANG Chenghui.Application of information standardization of smart grid in dispatching center ［J］.Power System Technology，2010，34 （10）：15－18（in Chinese）.［荊銘，許洪強，梁成輝.智能電網(wǎng)信息標準化在調(diào)度中心的應(yīng)用 ［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2010，34 （10）：15－18.］

［15］LIU Dong，ZHANG Peichao，LI Xiaolu.Automation of electric power system based on object－oriented ［M］.Beijing：China Electric Power Press，2009：41－42 （in Chinese）.［劉東，張沛超，李曉露.面向?qū)ο蟮碾娏ο到y(tǒng)自動化 ［M］.北京：中國電力出版社，2009：41－42.］