線損管理系統(tǒng)中電網(wǎng)模型的建立

曹占峰，尹洪苓，徐秀敏

(1.北京中電普華信息技術(shù)有限公司，北京 100192;2.國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，北京 100031)

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線損管理系統(tǒng)中電網(wǎng)模型的建立

曹占峰1,2，尹洪苓1,2，徐秀敏1,2

(1.北京中電普華信息技術(shù)有限公司，北京 100192;2.國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，北京 100031)

針對現(xiàn)有線損管理系統(tǒng)電網(wǎng)模型中存在的主配網(wǎng)沒有直接連通、二次設(shè)備的測量作用沒有被充分發(fā)揮的問題，提出了建設(shè)一種連通主配網(wǎng)、關(guān)聯(lián)一次設(shè)備與二次設(shè)備的電網(wǎng)模型;通過一對一的數(shù)字化建模方法，建立一次設(shè)備與二次設(shè)備的分層模型連通主網(wǎng)、配網(wǎng)，除去等值連接的二次工作量和兼容性問題；設(shè)計二次設(shè)備的關(guān)口屬性樹建立一次設(shè)備與二次設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系，避免信息系統(tǒng)中關(guān)口與實(shí)際關(guān)口不符的問題；模型的搭建在SG-CIM的規(guī)范下進(jìn)行;電網(wǎng)模型建立后，遵循SOA架構(gòu)設(shè)計線損管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)模型的可重用管理及線損的實(shí)時管理。

電網(wǎng)模型；二次設(shè)備；關(guān)口；線損管理

0 引言

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展和國家利好政策的導(dǎo)向，電力企業(yè)信息化建設(shè)在十一五、十二五期間取得了長足發(fā)展，但仍存在較為嚴(yán)重的“信息孤島”現(xiàn)象，普遍表現(xiàn)為系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)、集成復(fù)雜、管理繁瑣。電網(wǎng)模型是電力信息管理系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)，是絕大多數(shù)電力信息系統(tǒng)可以共享的信息，因此，搭建一個標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、具有普遍適用性的電網(wǎng)模型是解決電力行業(yè)“信息孤島”的有效途徑之一。

電量與線損率是電力行業(yè)的核心指標(biāo)，特別是線損率綜合反映產(chǎn)生于輸電、變電、配電、售電各個環(huán)節(jié)的損耗，因此，線損管理工作中信息系統(tǒng)的建設(shè)是電力行業(yè)信息化發(fā)展中最為重要的方向之一。本文以線損管理為應(yīng)用背景，介紹一種連通主配網(wǎng)、按真實(shí)物理網(wǎng)架結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)一二次設(shè)備的電網(wǎng)模型的搭建。

現(xiàn)有電網(wǎng)模型的研究成果多應(yīng)用于區(qū)域網(wǎng)、省網(wǎng)，或分別針對主網(wǎng)、配網(wǎng)，導(dǎo)致進(jìn)行全網(wǎng)分析時需要建立等值模型連接各個電網(wǎng)模型。而模型連通時又面臨著標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題，需要在不同模型標(biāo)準(zhǔn)間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，常發(fā)生一套設(shè)備存在多套數(shù)據(jù)，嚴(yán)重影響了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、增加維護(hù)的工作量，由此又會產(chǎn)生一系列相關(guān)的問題，尤其是在配網(wǎng)中，問題將更加突出[1-4]。

同時存在的問題還包括：信息系統(tǒng)中的關(guān)口與實(shí)際電網(wǎng)中定義的關(guān)口不同步，是為了方便線損計算、管理而在原測量點(diǎn)基礎(chǔ)上虛擬出來的關(guān)口，且在“四分”計算時同時可能虛擬了多套關(guān)口，導(dǎo)致線上管理與線下運(yùn)行機(jī)制脫軌，增加了管理和維護(hù)的復(fù)雜性，進(jìn)行線損計算時沒有充分發(fā)揮二次設(shè)備的測量作用。

本文針對以上問題，提出了用一對一的數(shù)字化建模方法，建立一次設(shè)備、二次設(shè)備的分層模型，實(shí)現(xiàn)主網(wǎng)、配網(wǎng)在模型中的連通，并根據(jù)真實(shí)物理網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)口來建立一次設(shè)備與二次設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系，由此搭建標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一的電網(wǎng)模型，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計信息管理系統(tǒng)，將其應(yīng)用到線損管理領(lǐng)域。

1 建模體系介紹

為了實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)模型的“即插即用”、提高模型普適性，將采用標(biāo)準(zhǔn)化思想進(jìn)行搭建，同時針對現(xiàn)有模型中存在的主要問題有針對性的提出對應(yīng)的解決方案。

1.1 建模標(biāo)準(zhǔn)SG-CIM

國際電工委員會制定的IEC61970/IEC61968系列標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)了電力行業(yè)中主配網(wǎng)自動化等應(yīng)用，為電力系統(tǒng)中的各種資源定義了適用于構(gòu)建電力行業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用的公共信息模型(common information model，CIM)，該模型促進(jìn)了電力行業(yè)信息化軟件的組件化、開放化發(fā)展，使得各大電力企業(yè)信息化研究機(jī)構(gòu)不斷的理解、使用、擴(kuò)充該標(biāo)準(zhǔn)。在國內(nèi)，國家電網(wǎng)(以下簡稱國網(wǎng))在研究國際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，對全網(wǎng)共享交互數(shù)據(jù)的需求進(jìn)行了全面梳理和分析，根據(jù)國網(wǎng)業(yè)務(wù)組織形式進(jìn)行優(yōu)化和擴(kuò)展，進(jìn)而形成了國網(wǎng)公共數(shù)據(jù)模型SG-CIM[5-6]。SG-CIM含12個主題域、65個二級主題域、947個實(shí)體、9929個屬性，可以滿足電網(wǎng)建模的設(shè)計需求，且該標(biāo)準(zhǔn)是在立足全網(wǎng)數(shù)據(jù)需求的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，使得該標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)電力行業(yè)中具有較高的參考價值及應(yīng)用基礎(chǔ)，因此，本文中電網(wǎng)模型的建立將參考SG-CIM規(guī)范的要求。同時，關(guān)口在電力系統(tǒng)中的起到電量計量作用，因規(guī)范中對關(guān)口沒有特殊規(guī)定，考慮對這部分內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)充。

1.2 建模分析

在電網(wǎng)建模方面，專家學(xué)者提出了多種方法實(shí)現(xiàn)對不同電網(wǎng)資源模型的差異化分析、內(nèi)外部電網(wǎng)合并及標(biāo)準(zhǔn)化建模思想來滿足在線、一體化管理需求，通過建立電網(wǎng)模型得到精確的電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)[7-8]。但這些設(shè)計思想多針對不同系統(tǒng)的集成、面向省網(wǎng)或區(qū)域電網(wǎng)，采用的標(biāo)準(zhǔn)多為CIM，存在著以下問題：

1)CIM覆蓋面廣，但支持國內(nèi)電網(wǎng)深度有限，擴(kuò)展時標(biāo)準(zhǔn)不一；

2)多系統(tǒng)集成時沒有解決重復(fù)建模問題，同一套設(shè)備有兩套甚至多套數(shù)據(jù)同時存在；

3)主網(wǎng)、配網(wǎng)集成時需要建立等值模型并解決由此產(chǎn)生的一系列問題；

4)面向業(yè)務(wù)設(shè)立虛擬關(guān)口易受業(yè)務(wù)修改影響、維護(hù)工作量大、不能滿足實(shí)時數(shù)據(jù)處理需求。

就以上問題，本文提出如下解決方案：

1)參照SG-CIM標(biāo)準(zhǔn)建立應(yīng)用于全網(wǎng)的統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)模型；

2)針對電網(wǎng)中物理層設(shè)備、拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行一對一的數(shù)字化方法進(jìn)行建模；

3)將主網(wǎng)、配網(wǎng)建立在同一模型中；

4)按二次設(shè)備與一次設(shè)備間的電量采集關(guān)系設(shè)立唯一的多屬性關(guān)口。

以便建立可應(yīng)用于全網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化電網(wǎng)模型，同一模型中聯(lián)通主配網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)同一設(shè)備在全網(wǎng)唯一對應(yīng)一套數(shù)據(jù)。通過多屬性關(guān)口真實(shí)反映二次設(shè)備的電量采集信息，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時化采集和線損的實(shí)時計算，提高管理效率和精準(zhǔn)程度。

2 電網(wǎng)數(shù)字化建模

2.1 主題域劃分

首先需要梳理各業(yè)務(wù)模塊中涉及的內(nèi)容到SG-CIM二級主題域下，作為電網(wǎng)模型、數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)，電網(wǎng)模型主要涉及的主題域、二級主題域在圖1中給出[9]。

電網(wǎng)中涉及導(dǎo)線、桿塔、變壓器、開關(guān)等物理設(shè)備，廠站、關(guān)口、臺區(qū)等非物理設(shè)備，在建模時將這些組織單位、管理單位統(tǒng)一定義為虛擬設(shè)備，與物理設(shè)備統(tǒng)稱為設(shè)備。根據(jù)設(shè)備在電網(wǎng)運(yùn)行中的特點(diǎn)將將設(shè)備劃分成：直接參與發(fā)電、輸電、變電、配電、用電的一次設(shè)備；監(jiān)測、保護(hù)、控制、調(diào)節(jié)一次設(shè)備運(yùn)行的二次設(shè)備；反應(yīng)時間關(guān)系、資產(chǎn)隸屬、電網(wǎng)量測等的管理單元三大類。

圖1 電網(wǎng)模型中主題域及二級主題域的選取及應(yīng)用

2.2 層次化模型的建立

二次設(shè)備是指對一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、控制、保護(hù)等的電氣設(shè)備，有別于一次設(shè)備的是二次設(shè)備自身實(shí)現(xiàn)了與信息技術(shù)的融合，在信息采集和通信等方面具備一定的優(yōu)勢和技術(shù)基礎(chǔ)，因此導(dǎo)致了一次設(shè)備、二次設(shè)備在信息系統(tǒng)使用中往往相互獨(dú)立，沒有建立起關(guān)聯(lián)關(guān)系[10-11]。考慮到線損管理中主要應(yīng)用到二次設(shè)備所產(chǎn)生的電量采集信息，因此在二次設(shè)備模型設(shè)計時主要針對其測量作用。關(guān)口是體現(xiàn)二次設(shè)備對一次設(shè)備測量作用的重要單元，是建立一、二次設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系的橋梁，也是線損信息化管理的依托點(diǎn)。

本文提出一種針對設(shè)備的分層數(shù)字化電網(wǎng)建模方法，根據(jù)設(shè)備類型分別建立一次設(shè)備模型、二次測量模型。其中一次設(shè)備模型針對一次設(shè)備建立，體現(xiàn)線損管理的物理網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；二次測量模型是針對二次設(shè)備中起到測量作用的設(shè)備而建立，是獲取一次設(shè)備電量的精準(zhǔn)途徑；同時針對電網(wǎng)模型在線損管理中的應(yīng)用，在二次測量模型的基礎(chǔ)上依據(jù)關(guān)口建立計算分析模型。對于線損以外的應(yīng)用領(lǐng)域可在一次、二次模型基礎(chǔ)上建立其他應(yīng)用模型，除應(yīng)用模型以外的兩層模型的建模結(jié)果以電氣圖的形式進(jìn)行直觀且具體的展現(xiàn)。圖2中給出的就是所建立的電網(wǎng)模型層次結(jié)構(gòu)，面向設(shè)備類型進(jìn)行電網(wǎng)建模，而非面向輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)，因此避免了主配網(wǎng)分離的局面，同時在信息化系統(tǒng)中根據(jù)二次設(shè)備的作用建立與一次設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

圖2 電網(wǎng)模型層次簡圖

2.3 關(guān)口管理方案

關(guān)口電量管理涉及到發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)、電力用戶三方的電量貿(mào)易結(jié)算，是線損計算、管理、考核等工作中均涉及的重要環(huán)節(jié)，因此針對關(guān)口電量管理的研究是電力行業(yè)從業(yè)人員關(guān)注的方向之一[12]。但其管理還存在一些問題：脫離一、二次設(shè)備單獨(dú)管理關(guān)口；沒有建立起一、二次設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系；線上管理系統(tǒng)中的關(guān)口與實(shí)際定義的關(guān)口不符。

根據(jù)關(guān)口在使用過程中的作用，并針對現(xiàn)有關(guān)口線上管理方法中的弊端，采用以下方案對關(guān)口進(jìn)行管理：

1)面向?qū)嶋H網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建立連接一、二次設(shè)備的數(shù)字化關(guān)口；

2)建立反應(yīng)關(guān)口應(yīng)用特點(diǎn)的屬性樹；

3)同一塊關(guān)口表設(shè)定正反向潮流關(guān)系。

為了最大程度優(yōu)化對關(guān)口電量的管理方法，建立以關(guān)口表為根節(jié)點(diǎn)的關(guān)口屬性樹，根據(jù)關(guān)口屬性特點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)設(shè)計四棵子樹，各子樹包含其分類下的各關(guān)口類別，每個類別下面可以有其特性的屬性子樹，一般類別子樹下所含的屬性子樹不超過三層。所建立的關(guān)口屬性樹的結(jié)構(gòu)在圖3中給出。所設(shè)計的關(guān)口管理方案具備這樣的特點(diǎn)：建立一、二次設(shè)備連接關(guān)系實(shí)現(xiàn)了一次設(shè)備電量數(shù)據(jù)的全采集；真實(shí)反映電網(wǎng)運(yùn)行中實(shí)際關(guān)口情況，全應(yīng)用到各設(shè)備；具有分類屬性全覆蓋各種類型關(guān)口；正反向潮流屬性實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)唯一性。

圖3 關(guān)口屬性樹結(jié)構(gòu)

3 電網(wǎng)模型在線損管理中的應(yīng)用

線損率是電力行業(yè)的重要管理指標(biāo)，線損管理系統(tǒng)的建設(shè)為電網(wǎng)模型提供了應(yīng)用的落腳點(diǎn)，電網(wǎng)模型為線損管理系統(tǒng)的規(guī)范化應(yīng)用、普遍適用性提供了支撐。在標(biāo)準(zhǔn)化電網(wǎng)模型的基礎(chǔ)上，本著最大化實(shí)現(xiàn)組件復(fù)用、組件內(nèi)部細(xì)粒度及外部松耦合的原則，系統(tǒng)采用面向服務(wù)架構(gòu)SOA(service-oriented architecture)進(jìn)行設(shè)計。

SOA將各獨(dú)立功能抽象成服務(wù)來構(gòu)造松耦合系統(tǒng)，在服務(wù)的重組構(gòu)造中，服務(wù)將作為模塊實(shí)現(xiàn)極大限度的共享和重用。架構(gòu)包括：服務(wù)提供者(Provider)、服務(wù)注冊中心(Directory)、服務(wù)請求者(Consumer)3個角色，提供者將服務(wù)發(fā)布到注冊中心，請求者到注冊中心中查找需要的服務(wù)，將所需的服務(wù)進(jìn)行綁定來調(diào)用服務(wù)。

本系統(tǒng)作為Provider將電網(wǎng)模型與其他線損功能模塊按組件形式進(jìn)行封裝，以Web服務(wù)的形式對外發(fā)布；其他線損領(lǐng)域內(nèi)及領(lǐng)域外的各Consumer根據(jù)個性化需求通過ESB訪問線損管理系統(tǒng)的電網(wǎng)模型組件；ESB接受Consumer端的請求及Provider端返回的應(yīng)答信息并進(jìn)行傳遞、完成路由，對外提供電網(wǎng)模型服務(wù)[13-16]。因?yàn)槟Ｐ筒捎昧藰?biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計思想和SOA架構(gòu)，且實(shí)現(xiàn)了主配網(wǎng)的連通，因此在對外提供服務(wù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時將忽略各系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境、部署等的差異性，無需進(jìn)行二次轉(zhuǎn)換，滿足SG-CIM下的數(shù)據(jù)交換需求。在圖4中給出了系統(tǒng)的SOA架構(gòu)集成方案。

圖4 SOA架構(gòu)集成方案

4 結(jié)論

電網(wǎng)模型是電力信息系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)，本文為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)模型通用性、規(guī)范化的目標(biāo)，在標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計思想下，通過一對一數(shù)字化方法實(shí)現(xiàn)了主配網(wǎng)的互聯(lián)互通、遵照實(shí)際物理網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建立了一次設(shè)備與二次設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系，反應(yīng)了電網(wǎng)的真實(shí)物理模型，并通過關(guān)口屬性樹的設(shè)計充分利用了二次設(shè)備的測量作用。因此，可以通過對電力其他領(lǐng)域的研究實(shí)現(xiàn)該模型的“即插即用”。在線損管理領(lǐng)域應(yīng)用該模型時采用SOA架構(gòu)思想將其封裝成組件，使得模型對外提供服務(wù)時進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了不依賴環(huán)境的特性，同時通過服務(wù)重組可實(shí)現(xiàn)對外的個性化需求。

一方面本電網(wǎng)模型符合規(guī)范化、通用性要求，可無差異的應(yīng)用到其他領(lǐng)域，具備較強(qiáng)的兼容性；另一方面本模型主要以線損領(lǐng)域?yàn)閼?yīng)用背景而產(chǎn)生，對二次設(shè)備建模時主要考慮其測量作用，因此在應(yīng)用到其他領(lǐng)域時還可根據(jù)規(guī)范對控制、保護(hù)等方面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化擴(kuò)充，可擴(kuò)展性強(qiáng)，也成為了所建立的電網(wǎng)模型未來的發(fā)展方向之一。

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Grid Model Development in Line Loss Management System

Cao Zhanfeng1,2, Yin Hongling1,2, Xu Xiumin1,2

(1. China Power Information Technology, Beijing 100192, China;2. State Grid Information & Telecommunication Group Co.,Ltd., Beijing 100031, China)

There is no direct communication between the main and distribution network in the existing grid model of line loss management system, and the measuring role of secondary device is not full. Aimed at these problems, the proposal to construct a grid model which main and distribution network is connectivity, primary equipment is associated with secondary equipment is presented. Establishing hierarchical model of primary equipment and secondary equipment which communicate the main and distribution network by one-to-one digital modeling method, to remove the secondary workload and compatibility issues of equijoins; Designing gateway property tree of secondary equipment which establish a relationship with the primary and secondary equipment, to avoid the gateway in information systems inconsistent with the actual; the model is built in SG-CIM's specifications. After building the grid model, designing the line loss management system which follows the SOA architecture, to implement grid model's reusable management and real-time line loss management.

grid model; secondary power equipment; gateway; line loss management

2015-09-14；

2015-11-11。

曹占峰(1976-)，男，內(nèi)蒙古人，碩士，主要從事電力信息化、電力系統(tǒng)等方向的研究。

1671-4598(2016)03-0208-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.03.056

TP273

A