面向PC118智能電網(wǎng)用戶接口的CIM模型擴(kuò)展研究

1、精選文檔面向PC118智能電網(wǎng)用戶接口的CIM模型擴(kuò)展研究目 錄1.智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析11.1OpenADR11.2SEP2.021.3IEEE154731.4IEC 61400-2542.CIM及應(yīng)用52.1電網(wǎng)運(yùn)行52.2資產(chǎn)管理62.3業(yè)務(wù)管理73.用戶側(cè)與電網(wǎng)的信息交互需求93.1配電網(wǎng)運(yùn)行和管理93.1.1 負(fù)荷預(yù)測(cè)103.1.2 傳遞合約信息113.2用戶用電策略113.2.1 傳遞能源價(jià)格信息123.2.2 傳遞能源交易信息133.3用戶側(cè)設(shè)備的并網(wǎng)133.3.1 風(fēng)電系統(tǒng)143.3.2 光伏系統(tǒng)153.3.3 電池系統(tǒng)163.3.4 電動(dòng)汽車類模型174.CIM的擴(kuò)展領(lǐng)域20

2、精選文檔1. 智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析隨著全球環(huán)境壓力的不斷增大，社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排和可持續(xù)性發(fā)展的要求日益提高。同時(shí)，電力市場(chǎng)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)以及用戶對(duì)電能可靠性和質(zhì)量要求的不斷提升，要求未來(lái)的電網(wǎng)必須能夠更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。為此，世界各國(guó)和組織不約而同地提出要建設(shè)智能電網(wǎng)，將智能電網(wǎng)視為未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展方向。而在推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)中，標(biāo)準(zhǔn)的制定是重中之重，標(biāo)準(zhǔn)先行對(duì)建設(shè)好智能電網(wǎng)的意義不言而喻。本節(jié)對(duì)國(guó)外智能電網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行介紹，通過(guò)對(duì)比，闡述在CIM中進(jìn)行用戶側(cè)信息模型擴(kuò)展的重要意義。1.1 OpenADR“開放自動(dòng)需求響應(yīng)通信規(guī)范”也被稱為OpenADR，是美國(guó)智能電網(wǎng)互操作性標(biāo)準(zhǔn)的基本組成部

3、分。OpenADR開發(fā)的目的是支持動(dòng)態(tài)電價(jià)（Dynamic Pricing），從而提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性與可靠性的能源政策。OpenADR范圍的重點(diǎn)是為DR事件和價(jià)格提供信號(hào)，在設(shè)施內(nèi)部實(shí)現(xiàn)DR自動(dòng)化的策略與技術(shù)方面也開展了卓有成效的工作。OpenADR對(duì)開放式Auto-DR中的通信規(guī)范問(wèn)題進(jìn)行了描述和闡釋，它定義了一種通信數(shù)據(jù)模型，通過(guò)預(yù)先安裝和編程好的控制系統(tǒng)對(duì)DR信號(hào)做出反應(yīng)，自動(dòng)完成通信過(guò)程及用戶側(cè)響應(yīng)策略。作為一種通用的通信規(guī)約，OpenADR能夠支撐各種DR項(xiàng)目的實(shí)施。OpenADR通信規(guī)范針對(duì)電價(jià)和DR激勵(lì)信息提出了通信數(shù)據(jù)模型，但不包括有關(guān)電力削減或轉(zhuǎn)移策略的詳細(xì)信息。OpenADR

4、的通信系統(tǒng)能夠連續(xù)運(yùn)行、協(xié)調(diào)并傳輸電價(jià)或激勵(lì)信息至工商業(yè)控制系統(tǒng)。自動(dòng)化客戶端可以連續(xù)監(jiān)測(cè)這些信息，并將其轉(zhuǎn)換為設(shè)備內(nèi)部的自動(dòng)控制策略。OpenADR規(guī)范在與DR相關(guān)的電價(jià)信息、基線信息以及流程等方面進(jìn)行了完整建模，同時(shí)更多關(guān)注接口服務(wù)、流程以及交互模式的建模，但未涉及電力系統(tǒng)運(yùn)行側(cè)和用戶側(cè)具體實(shí)體對(duì)象建模。OpenADR主要有五大類服務(wù)，事件服務(wù)（simple EI Event和Full EI Event）、報(bào)告服務(wù)(Report)、注冊(cè)服務(wù)（Registration）、Opt和Poll。OpenADR 2.0數(shù)據(jù)模型從OASIS能源互操作性標(biāo)準(zhǔn)1.0版本中派生形成，其描述了一個(gè)靈活的、豐富

5、的數(shù)據(jù)模型與結(jié)構(gòu)，以傳遞價(jià)格、可靠性與其它DR激活信號(hào)，促進(jìn)電力服務(wù)提供商、Aggregator和終端用戶之間的公用信息交換。作為OpenADR 2.0規(guī)范的核心部分，其定義了公用信息訪問(wèn)和交換元素的語(yǔ)義以促進(jìn)DR項(xiàng)目的開展。OpenADR 2.0比OpenADR 1.0更全面，涵蓋了針對(duì)美國(guó)批發(fā)與零售市場(chǎng)的價(jià)格、可靠性信號(hào)的數(shù)據(jù)模型，并且根據(jù)滿足DR利益相關(guān)方和市場(chǎng)需求的程度，分為不同的產(chǎn)品認(rèn)證等級(jí)，包括OpenADR 2.0a，OpenADR 2.0b和OpenADR 2.0c框架規(guī)范，后一個(gè)規(guī)范均比前一個(gè)提供更多的服務(wù)和功能支持（如事件、報(bào)價(jià)和動(dòng)態(tài)價(jià)格、選擇或重置、報(bào)告和反饋、注冊(cè)、傳輸

6、協(xié)議、安全等級(jí)等）。表1 OpenADR中定義的實(shí)體實(shí)體功能eiEventType需求響應(yīng)事件OptTypeType加入/退出需求響應(yīng)事件eiTargetType需求響應(yīng)用戶/資源eiEventBaselineType基線reportPayload負(fù)荷數(shù)據(jù)反饋meterAsset用戶電表1.2 SEP2.02009年底，ZigBee聯(lián)盟和Homeplug聯(lián)盟開始制定SEP2.0規(guī)范。SEP2.0規(guī)范強(qiáng)調(diào)支持多種MAC/PHY協(xié)議和安全協(xié)議。滿足OpenHAN SRS2.0。目前，SEP2.0已開始用戶側(cè)有關(guān)能源管理對(duì)象的對(duì)象建模工作，基于功能集基礎(chǔ)上把用戶側(cè)主要對(duì)象分為19個(gè)分組（packag

7、e），每個(gè)分組包括多個(gè)對(duì)象（class），并在每個(gè)分組中定義對(duì)象之間的關(guān)系（relationship），每個(gè)對(duì)象包括若干屬性（attribute）。19個(gè)分組包括需求響應(yīng)和負(fù)荷控制分組、電價(jià)分組、計(jì)量分組、預(yù)付費(fèi)分組、分布式電源分組、賬單分組等。（1）SEP 2.0信息模型SEP 2.0根據(jù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)功能劃分出功能集的概念，功能集是設(shè)備實(shí)現(xiàn)SEP2功能所需資源的最小合集。在SEP2.0 v0.7與SE1.X中還規(guī)定了室內(nèi)顯示器、負(fù)荷控制設(shè)備、溫控器、計(jì)量表等特殊設(shè)備，但在SEP2.0 v0.9中已經(jīng)將所有智能用電設(shè)備統(tǒng)一化視為不同功能集的組合，以適應(yīng)消費(fèi)市場(chǎng)多變的需求，不再將這些設(shè)備單獨(dú)列出建模

8、。從建模角度上看，SEP2.0設(shè)備是由一個(gè)或多個(gè)功能集（Function Set）組成，每個(gè)功能集由多個(gè)實(shí)現(xiàn)該功能的資源（Resources）組成；資源分為兩種：普通資源與Link資源，Link資源用于資源的列表顯示，方便管理；每個(gè)普通資源可能存在多個(gè)的屬性（attribute）來(lái)說(shuō)明資源的參數(shù)、內(nèi)容；每個(gè)屬性有對(duì)應(yīng)的類型（attributeType），由一組基礎(chǔ)類（int、String等）組成。（2）SEP2.0信息交換模型SEP2.0著重于其資源模型的定義，對(duì)于客戶端與服務(wù)器的信息交互采用主流成熟的協(xié)議/架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其應(yīng)用層協(xié)議采用RESTful HTTP、服務(wù)發(fā)現(xiàn)采用DNS/mDNS等實(shí)

9、現(xiàn)；對(duì)于傳輸層及低三層協(xié)議沒有要求，只要其能夠安全可靠傳輸，能夠承載HTTP服務(wù)，都可以作為SEP2.0的傳輸?shù)讓?。同時(shí)SEP2.0也支持Subscription / Notification算法。通過(guò)Subscription算法，客戶端在服務(wù)器上訂閱感興趣的資源；通過(guò)Notification算法，服務(wù)器提醒客戶端訂閱資源產(chǎn)生了變化。該算法有效降低網(wǎng)絡(luò)的低負(fù)荷工作，并對(duì)實(shí)時(shí)性有良好的保障。由于SEP2.0沒有規(guī)定低層協(xié)議，因此在相應(yīng)的低層上信息可能會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的加密（如Wifi）。在應(yīng)用層上，SEP2.0采用基于TLS的HTTP（即HTTPS）實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器之間的安全傳輸：可通過(guò)廠家發(fā)布證書

10、或自簽名證書與TLS握手機(jī)制實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互認(rèn)證；通過(guò)AES-CCM實(shí)現(xiàn)消息的加密與認(rèn)證；通過(guò)ACL實(shí)現(xiàn)設(shè)備不同等級(jí)的認(rèn)證與接入控制。1.3 IEEE1547IEEE 1547標(biāo)準(zhǔn)是最早發(fā)布的針對(duì)分布式電源并網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，于2003年由美國(guó)電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）正式出版，當(dāng)時(shí)分布式電源在配電網(wǎng)中的裝機(jī)比例較低，IEEE 1547 標(biāo)準(zhǔn)是基于盡量減小分布式電源 對(duì)電網(wǎng)影響的控制思想制定的，認(rèn)為電網(wǎng)的頻率和電壓由大規(guī)模傳統(tǒng)電源調(diào)節(jié)，不鼓勵(lì)分布式電源參與電網(wǎng)的頻率和電壓調(diào)節(jié)，不允許分布式電源向電網(wǎng)提供任何的輔助服務(wù)。當(dāng)分布式電源并網(wǎng)時(shí)，要求其在單位功率因數(shù)附近運(yùn)行，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，要求其迅速

11、從電網(wǎng)斷開，不允許分布式電源具備故障穿越能力。系列標(biāo)準(zhǔn)IEEE 1547 中的IEEE 1547.5 、IEEE1547.7 和IEEE 1547.8 處于標(biāo)準(zhǔn)草案制定期間，尚未頒布。IEEE 1547.5 為10 MVA 以上容量電源的輸電網(wǎng)并網(wǎng)提供相關(guān)的技術(shù)要求，包括設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收測(cè)試和維護(hù)等方面的規(guī)定。IEEE 1547.7 介紹了分布式電源 或微電網(wǎng)并網(wǎng)對(duì)地方配電網(wǎng)影響的工程研究準(zhǔn)則、范圍和程度，闡述了對(duì)這種潛在影響進(jìn)行研究的方法，并對(duì)研究的時(shí)機(jī)、所需數(shù)據(jù)、執(zhí)行過(guò)程和結(jié)果評(píng)估進(jìn)行了說(shuō)明。IEEE 1547.8 提出了相關(guān)方法和步驟，以擴(kuò)展IEEE 1547 在創(chuàng)新設(shè)計(jì)和運(yùn)作流程中的可

12、用性和獨(dú)創(chuàng)性，為分布式電源 或微電網(wǎng)并網(wǎng)設(shè)計(jì)、進(jìn)一步實(shí)施方案提供更好的知識(shí)基礎(chǔ)、經(jīng)驗(yàn)和機(jī)遇。IEEE 1547給出了并網(wǎng)運(yùn)行的分布式電源系統(tǒng)在配電網(wǎng)異常狀態(tài)下對(duì)系統(tǒng)電壓和頻率的響應(yīng)，規(guī)定了電壓、頻率異常情況下分布式電源與系統(tǒng)解列的動(dòng)作時(shí)間要求。同時(shí)，對(duì)分布式電源的孤島保護(hù)及分布式電源與配電網(wǎng)重合閘之間的配合也提出了要求。1.4 IEC 61400-252006年12 月，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)公布了由IEC TC88 技術(shù)委員會(huì)起草制定的IEC 61400-25 標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)是 IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)的延伸，專門面向風(fēng)電廠的監(jiān)控系統(tǒng)通信。風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控通信協(xié)議IEC 61400

13、-25以統(tǒng)一的信息模型和信息交換模型來(lái)規(guī)范風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控通信。IEC61400-25標(biāo)準(zhǔn)適用于風(fēng)電廠的組件和外部監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信。風(fēng)力發(fā)電廠組件的內(nèi)部通信不在IEC6140025標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍內(nèi)。其應(yīng)用范圍涵蓋風(fēng)力發(fā)電廠運(yùn)營(yíng)所涉及的部分方面，包括風(fēng)力機(jī)、氣象系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)以及管理系統(tǒng)，但不包括與饋電線和變電站有關(guān)的信息。變電站通信是通過(guò)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范的。IEC61400定義了風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控通信標(biāo)準(zhǔn)的信息模型?；贗EC61850-7-3和IEC61850-7-4，IEC61400-25提供了抽象類和服務(wù)的建模方法，這些服務(wù)不依賴于特定的協(xié)議棧、具體實(shí)現(xiàn)方式和操作系統(tǒng)。抽象類和服務(wù)映射到具

14、體的通信協(xié)議在IEC61400-25-4中有詳細(xì)介紹。為了滿足互操作性，所有信息模型數(shù)據(jù)必須定義強(qiáng)制性的語(yǔ)法和語(yǔ)義規(guī)范。語(yǔ)義主要是通過(guò)本部分指定邏輯節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)的名稱來(lái)實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)定義越嚴(yán)格，互操作性越容易實(shí)現(xiàn)。需要指出的是，數(shù)據(jù)具有完備的語(yǔ)義，只是滿足互操作性的一個(gè)途徑。由于數(shù)據(jù)和服務(wù)是在裝置(IED)中實(shí)現(xiàn)的。因此，合適的裝置模型及兼容域特定服務(wù)也是必需的(見IEC61400-25-3)。IEC61400-25-2部分對(duì)裝置種類、邏輯節(jié)點(diǎn)種類、數(shù)據(jù)類和抽象公用數(shù)據(jù)類的抽象定義作了詳細(xì)說(shuō)明。2. CIM及應(yīng)用CIM是一個(gè)抽象模型，它以面向?qū)ο蟮姆绞矫枋隽穗娏ζ髽I(yè)的所有主要對(duì)象，特別是那些與電力

15、運(yùn)行、資產(chǎn)（表計(jì)）管理有關(guān)的對(duì)象，使來(lái)自不同廠家的系統(tǒng)、設(shè)備，可以進(jìn)行信息交換，完成互操作。經(jīng)過(guò)十幾年的持續(xù)發(fā)展和完善，基于多次互操作實(shí)驗(yàn)的成果，CIM從原先面向電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)領(lǐng)域逐步擴(kuò)展到電力系統(tǒng)規(guī)劃、動(dòng)態(tài)等諸多領(lǐng)域，已逐步覆蓋電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、變、配、用等主要環(huán)節(jié)，定義了上述環(huán)節(jié)最核心的信息模型。CIM版本也從2005年的CIM10演變成目前正在制定中的CIM16。IEC TC57 CIM數(shù)據(jù)模型主要由IEC 61970-301描述的電力系統(tǒng)運(yùn)行所需 要的所有公共對(duì)象模型為基礎(chǔ)，并由IEC 61968-11擴(kuò)展用于配電領(lǐng)域，由IEC 62325-301擴(kuò)展用于電力市場(chǎng)領(lǐng)域，共同構(gòu)成一個(gè)綜合的

16、電力系統(tǒng)信息模型，可以滿足電力系統(tǒng)控制中心大部分應(yīng)用的需要。IEC61970被當(dāng)作是描述電力系統(tǒng)資源及其相互關(guān)系的核心模型，IEC61968描述的電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的資產(chǎn)、負(fù)荷區(qū)域、事件、客戶、文檔、工作管理和計(jì)量模型等的邏輯視圖標(biāo)準(zhǔn)。IEC 62325-301標(biāo)準(zhǔn)中的包或子包在IEC61970和IEC61968的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)。對(duì)于CIM來(lái)說(shuō)，雖然它覆蓋了電力系統(tǒng)的大部分領(lǐng)域，但是對(duì)象是發(fā)展的，電力系統(tǒng)會(huì)不停地出現(xiàn)新的設(shè)備、裝置。因此，CIM也將不停地引入新的內(nèi)容，處于不斷地修訂、發(fā)展之中。目前，在我國(guó)智能電網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程之中，“服務(wù)”的意識(shí)不斷地被滲透到整個(gè)工作之中，得到加強(qiáng)。為了更好地向用

17、戶提供優(yōu)質(zhì)的“服務(wù)”，我們有必要在CIM中擴(kuò)展用戶側(cè)信息模型，并對(duì)此進(jìn)行研究。2.1 電網(wǎng)運(yùn)行早期的CIM主要內(nèi)容為EMS信息模型中的對(duì)象，隨著后續(xù)不斷的完善與發(fā)展，逐漸擴(kuò)展到電力系統(tǒng)運(yùn)行的所有公共對(duì)象建模。這樣， CIM的方法和內(nèi)容也可以用于配電和變電站等電網(wǎng)運(yùn)行領(lǐng)域的模型構(gòu)建。配電管理系統(tǒng)（DMS）是利用電子、計(jì)算機(jī)以及自動(dòng)化技術(shù)等對(duì)配電設(shè)備、用戶電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控及管理，以提高配電網(wǎng)的管理水平，包括集中監(jiān)控、故障診斷、快速恢復(fù)供電、提高服務(wù)質(zhì)量等。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，DMS必須利用網(wǎng)絡(luò)、通信設(shè)備以及各類自動(dòng)化設(shè)備來(lái)收集分布很廣的電網(wǎng)信息，然后經(jīng)過(guò)系統(tǒng)一定的分析與處理，形成電

18、力系統(tǒng)有價(jià)值的調(diào)度管理決策信息來(lái)保證配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。由于配電管理系統(tǒng)涵蓋了配電網(wǎng)分析及管理各個(gè)層面的應(yīng)用，需要各類外部實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源系統(tǒng)進(jìn)行信息支持，而各類系統(tǒng)通常都是獨(dú)立開發(fā)，在與配電管理系統(tǒng)的銜接中存在平臺(tái)、接口及規(guī)約等不統(tǒng)一，因此各個(gè)信息孤島不能有效進(jìn)行整合和信息共享。如何最大限度實(shí)現(xiàn)各類外部系統(tǒng)“即插即用”的接入方式，達(dá)到DMS系統(tǒng)靈活性與擴(kuò)展性是DMS系統(tǒng)需要迫切解決的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述真正具有分布性、可移植性和互操作性的開放式系統(tǒng)，減少增加新應(yīng)用功能的開發(fā)費(fèi)用并保護(hù)以前的投資，IEC在CIM的基礎(chǔ)之上推出了針對(duì)EMS的IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)和針對(duì)配電網(wǎng)的IEC61968標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)

19、的CIM使企業(yè)的自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)有了共同的標(biāo)準(zhǔn)。電網(wǎng)運(yùn)行，偶爾需要發(fā)布負(fù)荷控制和價(jià)格信息，電網(wǎng)可能根據(jù)經(jīng)濟(jì)和緊急情況來(lái)運(yùn)行。而為了保障電網(wǎng)的良好運(yùn)行，用戶側(cè)的用電信息也應(yīng)被采集，反饋給電網(wǎng)側(cè)，以作為電網(wǎng)側(cè)下一步操作的參考。2.2 資產(chǎn)管理 電力企業(yè)資產(chǎn)管理，不同于傳統(tǒng)的設(shè)備管理僅以功能位置為依據(jù)來(lái)維護(hù)設(shè)備，它更關(guān)注設(shè)備個(gè)體的健康狀況，因此資產(chǎn)信息建模工作是從設(shè)備自身物理屬性出發(fā)，從資產(chǎn)角度構(gòu)建設(shè)備的數(shù)據(jù)模型。而目前，針對(duì)企業(yè)設(shè)備資產(chǎn)的信息建模工作較少，大都局限于從功能位置角度構(gòu)建設(shè)備臺(tái)賬和編碼，而企業(yè)資產(chǎn)管理需要根據(jù)設(shè)備自身分類特性組織設(shè)備樹，這就對(duì)設(shè)備資產(chǎn)信息模型提出了較高要求。IEC 61

20、968的CIM中提出了資產(chǎn)的概念，給出了比較成熟的資產(chǎn)模型。該模型完全可以作為資產(chǎn)管理系統(tǒng)建模的參照和依據(jù)。 資產(chǎn)是被某機(jī)構(gòu)所擁有的物理實(shí)體，它要經(jīng)過(guò)購(gòu)買、安裝、維護(hù)、維修、折舊和報(bào)廢等生命過(guò)程，并產(chǎn)生一系列重要的歷史資料記錄。資產(chǎn)（Asset）與電力系統(tǒng)資源（PSR）相互關(guān)聯(lián)，但二者描述設(shè)備的角度不同，前者注重設(shè)備的物理特征，而后者注重在電網(wǎng)中的功能位置，即設(shè)備的邏輯特征，由前者來(lái)實(shí)現(xiàn)。資產(chǎn)與組織（Organization）相關(guān)聯(lián)，也可與多個(gè)組織機(jī)構(gòu)有關(guān)，如檢修、運(yùn)行部門等。資產(chǎn)與量測(cè)（Measurement）關(guān)聯(lián)，產(chǎn)生量測(cè)值（MeasurementValue），并關(guān)聯(lián)端子（Terminal

21、）。IEC 61968-11資產(chǎn)包中明確定義了資產(chǎn)概念，并充分發(fā)揮文檔在資產(chǎn)管理中的作用。 電網(wǎng)功能位置上的資源，需要資產(chǎn)來(lái)具體實(shí)現(xiàn)，它們之間存在著多對(duì)多的關(guān)聯(lián)關(guān)系，即同一資產(chǎn)可先后服役于不同功能位置，而同一功能位置也可先后由不同資產(chǎn)來(lái)服役。 CIM資產(chǎn)模型可大致分為基礎(chǔ)模型和工作模型，基礎(chǔ)模型中從5個(gè)側(cè)面描述資產(chǎn)屬性，分別以Asset、TypeAsset、AssetModel為根類，針對(duì)電氣設(shè)備派生出ElectricalAsset, ElectricalTypeAsset,ElectricalAssetModel子類，三者均聚合電氣屬性類ElectricalProperties，形成電氣資產(chǎn)

22、模型框架。此外，在建模中發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備本身帶有機(jī)械參數(shù)，具有共性需要擴(kuò)展，故在電氣屬性之外，擴(kuò)展根類機(jī)械屬性MechanicalProperties并與其他根類關(guān)聯(lián)，而這五大根類就形成了資產(chǎn)的基礎(chǔ)模型框架。 反映資產(chǎn)業(yè)務(wù)活動(dòng)的工作模型則通過(guò)文檔形式記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)日常設(shè)備運(yùn)行維護(hù)活動(dòng)的不同可分為巡視、診斷、試驗(yàn)和維修4類，其結(jié)果定義為數(shù)據(jù)集。巡檢業(yè)務(wù)均以工單為依據(jù)，對(duì)應(yīng)CIM中類Work和WorkTask，工單包含工作內(nèi)容，由作業(yè)指導(dǎo)書（Specification）規(guī)范，包含諸多工作步驟（Procedure），并可能產(chǎn)生一些量測(cè)值，且取值范圍（Limit）遵循額定值（Rating）定義。2.3 業(yè)

23、務(wù)管理隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力體制改革的深入，電力市場(chǎng)正日趨成熟。在市場(chǎng)化的進(jìn)程中，客戶資源在電力企業(yè)的發(fā)展中起著越來(lái)越重要的作用。為了適應(yīng)這種新的形式，電網(wǎng)企業(yè)必須以市場(chǎng)和客戶服務(wù)為核心，按照現(xiàn)代營(yíng)銷業(yè)務(wù)發(fā)展和集團(tuán)化運(yùn)作、集約化發(fā)展和精細(xì)化管理的要求，在業(yè)務(wù)管理的各個(gè)層面進(jìn)行現(xiàn)代化改革，提升服務(wù)能力與水平，降低電力企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。IEC 61970和IEC 61968中提供了較為完整的電力公共信息模型(TC57 CIM)，可以用于業(yè)務(wù)管理應(yīng)用。停電管理系統(tǒng)（OMS）是用來(lái)檢測(cè)和跟蹤停電，輔助停電確認(rèn)和/或恢復(fù)過(guò)程。典型的停電管理系統(tǒng)包括功能，如電網(wǎng)運(yùn)行故障管理、運(yùn)行

24、規(guī)劃與優(yōu)化、電網(wǎng)運(yùn)行仿真、維護(hù)與建設(shè)、維護(hù)與視察、工作計(jì)劃與分派。對(duì)于SCADA監(jiān)測(cè)不到的停電，電網(wǎng)企業(yè)通常依賴于從用戶的電話投訴來(lái)確定故障位置。然而，使用抄表系統(tǒng)可以提供其它故障定位的方法。抄表系統(tǒng)需要經(jīng)常確定其與電能表是否斷開，這是停電管理系統(tǒng)的功能之一。因?yàn)閷?duì)于抄表系統(tǒng)的支撐軟件偶爾短時(shí)間內(nèi)與電能表失去聯(lián)系是正常的，與電能表失去通信并不足以表示停電。計(jì)費(fèi)系統(tǒng)對(duì)識(shí)別停電存在和停電范圍是重要的信息來(lái)源，可以確認(rèn)停電后的恢復(fù)供電。如果發(fā)現(xiàn)停電或恢復(fù)供電數(shù)據(jù)，計(jì)費(fèi)系統(tǒng)具有向停電管理系統(tǒng)發(fā)布的能力。在停電管理系統(tǒng)中，該類型的信息結(jié)合用戶打進(jìn)的電話使得可以更好的預(yù)報(bào)停電位置。然而，由于停電檢測(cè)具有時(shí)

25、間敏感性，包含了對(duì)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)請(qǐng)求/應(yīng)答接口的需要，停電管理系統(tǒng)能夠向配網(wǎng)的特定設(shè)備要求通過(guò)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的測(cè)試，返回帶電狀態(tài)用于分析。請(qǐng)求/應(yīng)答接口能向停電管理系統(tǒng)提供進(jìn)行停電預(yù)測(cè)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。工作管理系統(tǒng)是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)資源履行的工作負(fù)責(zé)。該系統(tǒng)在維護(hù)和建設(shè)維護(hù)和巡視（MC-MAI）中覆蓋。至于電能表，工作管理包括安裝、維護(hù)和電能表更換。這也包括特殊讀表過(guò)程。3. 用戶側(cè)與電網(wǎng)的信息交互需求建設(shè)“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”，就是希望通過(guò)傳感器把各種設(shè)備、資產(chǎn)連接到一起，形成一個(gè)客戶服務(wù)總線，從而對(duì)信息進(jìn)行整合分析，以此來(lái)降低成本，提高有效率，提高整個(gè)電網(wǎng)的可靠性，使運(yùn)行和管理達(dá)到最優(yōu)化。而想要完成上述的諸多功能，就需要對(duì)

26、用戶側(cè)信息進(jìn)行建模，在電網(wǎng)與用戶設(shè)備之間頻繁地進(jìn)行交互，將電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)展示給電力用戶，把電力用戶的具體用電信息反饋給電網(wǎng)。因此，在CIM中擴(kuò)展用戶側(cè)信息模型，具有十分重要的意義。3.1 配電網(wǎng)運(yùn)行和管理配電網(wǎng)的運(yùn)行和管理需要用戶信息，包括：用電模式、負(fù)荷預(yù)測(cè)、電能服務(wù)協(xié)議，來(lái)調(diào)整運(yùn)行方式和控制策略實(shí)現(xiàn)移峰填谷，以及制定停檢修計(jì)劃、電網(wǎng)升級(jí)改造計(jì)劃、規(guī)劃等。圖1 配電網(wǎng)運(yùn)行管理與用戶交互用例圖如圖1所示，電網(wǎng)公司在系統(tǒng)高峰時(shí)段通過(guò)電力監(jiān)控和電力信號(hào)關(guān)閉或者循環(huán)控制用戶的用電設(shè)備，主要用于解決系統(tǒng)或區(qū)域可靠性緊急狀況，且參與的負(fù)荷一般是那種短時(shí)間的停電對(duì)其供電服務(wù)質(zhì)量影響不大的負(fù)荷，從而可以降低

27、系統(tǒng)高峰負(fù)荷，提高負(fù)荷率，而且盡可能降低對(duì)用戶和電網(wǎng)公司的影響，同時(shí)參與用戶可以獲得相應(yīng)的中斷補(bǔ)償。這一過(guò)程中，需要用戶將自身的可削減負(fù)荷能力（一定程度上，等同于用戶自身的負(fù)荷預(yù)測(cè)）上報(bào)給電網(wǎng)公司，由電網(wǎng)公司對(duì)其匹配相應(yīng)合同，完成相關(guān)控制操作。3.1.1 負(fù)荷預(yù)測(cè)圖2 負(fù)荷預(yù)測(cè)類圖如圖2所示，用戶最終得到的是負(fù)荷預(yù)測(cè)的曲線，來(lái)指導(dǎo)自己的近期用電行為，并上傳給電網(wǎng)公司以作參考。停電管理系統(tǒng)（OMS）中的電網(wǎng)運(yùn)行仿真功能，可能會(huì)使用用戶的負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線，用于仿真實(shí)驗(yàn)，觀察近期可能出現(xiàn)的大負(fù)荷時(shí)段，提前做好準(zhǔn)備，保護(hù)好電網(wǎng)的穩(wěn)定性。3.1.2 傳遞合約信息圖3 傳遞合約信息如圖3所示，用戶合約是用戶根

28、據(jù)自身的負(fù)荷狀況（可削減負(fù)荷狀況）與電網(wǎng)公司簽訂的合約計(jì)劃。計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，通常在對(duì)用戶的用電狀況進(jìn)行結(jié)算時(shí)，會(huì)查看用戶合約中的費(fèi)率表等信息；且計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，直接關(guān)聯(lián)用戶的賬戶（銀行賬戶），方便結(jié)算。3.2 用戶用電策略用戶的用電策略需要來(lái)自配電網(wǎng)的信息：實(shí)時(shí)電價(jià)信號(hào)、政策激勵(lì)信號(hào)、供電協(xié)議和計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等。通過(guò)結(jié)合上述配電網(wǎng)信息，結(jié)合用戶自身負(fù)荷狀況，與常用設(shè)備、系統(tǒng)的能效評(píng)估模型進(jìn)行對(duì)比，完成用電數(shù)據(jù)的能效分析，形成用戶的用電策略，發(fā)送給用戶，指導(dǎo)用戶合理用電，降低用電成本。生成用戶用電策略用例圖，如圖4所示。圖4 生成用戶用電策略用例圖3.2.1 傳遞能源價(jià)格信息圖5 傳遞能源價(jià)格信息如圖5所示，類圖

29、展現(xiàn)了能源價(jià)格信息的傳遞狀況，由EnergyPriceIndex來(lái)承載能源價(jià)格信息。計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，在進(jìn)行結(jié)算時(shí)，查看能源價(jià)格信息，結(jié)合用戶的用電量，直接將賬單關(guān)聯(lián)給用戶賬戶。3.2.2 傳遞能源交易信息圖6 傳遞能源交易信息如圖6所示，類圖展示了能源交易的過(guò)程。圖5關(guān)注于能源價(jià)格信息，而圖6更加注重能源交易的整體過(guò)程，交易的完整性。在計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中，可以得到很好地體現(xiàn)。3.3 用戶側(cè)設(shè)備的并網(wǎng)用戶側(cè)的分布式電源、儲(chǔ)能裝置、電動(dòng)汽車等新能源的并網(wǎng)，隨之而來(lái)的雙向潮流、發(fā)/儲(chǔ)狀態(tài)切換、短路電流、保護(hù)配置調(diào)整等，都需要配電網(wǎng)與用戶產(chǎn)權(quán)的裝置進(jìn)行信息交互。3.3.1 風(fēng)電系統(tǒng)通過(guò)分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、風(fēng)力發(fā)電廠的

30、設(shè)備組成，工作原理以及運(yùn)行特性，以實(shí)際需要為準(zhǔn)繩，對(duì)風(fēng)力發(fā)電以及并網(wǎng)監(jiān)控等相關(guān)環(huán)節(jié)所涉及的電氣參數(shù)、非電參數(shù)、設(shè)備信息等進(jìn)行了篩選、歸納和整理，以IEC61970為模型基礎(chǔ)，形成了風(fēng)力發(fā)電部分的信息模型，并將其作為IEC61970的擴(kuò)展單元，使之融入電力系統(tǒng)公共信息模型中。包括三類信息：1、設(shè)備資產(chǎn)信息；2、測(cè)量數(shù)值及設(shè)定值；3、設(shè)備狀態(tài)信息。圖7 風(fēng)機(jī)基本元件圖8 風(fēng)機(jī)屬性和控制參量3.3.2 光伏系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，一般稱為PV系統(tǒng)，是通過(guò)太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)輻射直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電系統(tǒng)。包括光伏電池單元的具體屬性、光伏電池陣列屬性、光伏電池控制屬性、環(huán)境狀態(tài)屬性以及光伏系統(tǒng)的特性等。與CIM相

31、比，其模型有較大差距，一般采用IEC 61850與CIM融合建模的方式，在CIM的相關(guān)內(nèi)容中擴(kuò)展出與IEC 61850具備映射能力的模型。圖9 光伏系統(tǒng)元件3.3.3 電池系統(tǒng)燃料電池和電池儲(chǔ)能都屬于分布式能源，且都以電池或電池組為其核心部分。但前者更強(qiáng)調(diào)發(fā)電和輸出的功能，后者的重要特征是利用電化學(xué)介質(zhì)的反應(yīng)來(lái)完成充電和放電過(guò)程。包括儲(chǔ)能設(shè)備類、電池、電池組、電池充電器、燃料電池、輔助電池、控制以及環(huán)境狀態(tài)等信息量。圖10 電池系統(tǒng)元件3.3.4 電動(dòng)汽車類模型電網(wǎng)公司發(fā)布實(shí)時(shí)電價(jià)信息和DR事件信息，以削峰填谷為目標(biāo)選擇對(duì)充電汽車進(jìn)行充電或放電；用戶依據(jù)電價(jià)信息結(jié)合自身需求，對(duì)充電汽車進(jìn)行充放

32、電。充電樁接收來(lái)自電力企業(yè)的電價(jià)等信息，自動(dòng)避開高峰時(shí)間充電；同時(shí)，充電樁還可以在充放電操作之前，通過(guò)對(duì)電池狀態(tài)信息的采集，結(jié)合充放電級(jí)別需求，對(duì)充放電參數(shù)進(jìn)行配置，完成充放電的優(yōu)化方案，省時(shí)省力、節(jié)約成本地為用戶完成充放電操作。EV充放電用例圖，如圖11所示。圖11 EV充放電用例圖電動(dòng)汽車的建模包括電動(dòng)汽車本身和充/換電站兩大部分。電動(dòng)汽車劃分成電氣部分和機(jī)械部分，電氣部分主要完成電動(dòng)汽車各個(gè)電氣系統(tǒng)的建模，而機(jī)械部分主要完成電動(dòng)汽車機(jī)械參數(shù)的建模。充/換電站其主要涵蓋充電站的設(shè)備，包括直流充電樁和交流充電樁，以及計(jì)價(jià)和運(yùn)營(yíng)信息。（1）充/換電站系統(tǒng)元件圖12 充/換電站系統(tǒng)元件（2）電動(dòng)

33、汽車元件圖13 電動(dòng)汽車元件4. CIM的擴(kuò)展領(lǐng)域電網(wǎng)公司信息化逐步深入到各個(gè)核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域，與之相應(yīng)CIM模型的建模范圍也需要擴(kuò)展，現(xiàn)有國(guó)際CIM模型標(biāo)準(zhǔn)已不能完全適應(yīng)國(guó)內(nèi)電網(wǎng)企業(yè)信息化快速發(fā)展的要求。下文以分布式電源和儲(chǔ)能裝置為例，進(jìn)行CIM模型擴(kuò)展。分布式電源與儲(chǔ)能裝置概念的提出給現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制帶來(lái)巨大變化。對(duì)于分布式電源來(lái)說(shuō)，當(dāng)其滲透率在配電網(wǎng)中達(dá)到相當(dāng)水平后，如果電網(wǎng)之間及其與配電管理系統(tǒng)（DMS）之間數(shù)據(jù)不能共享和交換，將會(huì)直接導(dǎo)致配電網(wǎng)和電力市場(chǎng)管理的混亂，直接影響用戶利益。IEC TC57標(biāo)準(zhǔn)提供了一個(gè)大電網(wǎng)通用的電力系統(tǒng)信息模型，使得各種不同的EMS系統(tǒng)可以通過(guò)這種通用

34、的信息模型來(lái)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和相互操作。其所提供的CIM模型是以電力系統(tǒng)上百年研究和運(yùn)行為基礎(chǔ)的，而分布式電源還處于起步階段，各國(guó)目前仍在對(duì)其運(yùn)行和管理進(jìn)行大量研究，其內(nèi)部各種新型的發(fā)電單元的運(yùn)行模式和數(shù)據(jù)模型仍有待進(jìn)一步完善。為避免將來(lái)陷入與大型電網(wǎng)類似的集成困境，分布式電源和儲(chǔ)能裝置進(jìn)行CIM擴(kuò)展研究，具有重要的實(shí)際意義。下文對(duì)分布式電源CIM擴(kuò)展，將從風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電兩方面進(jìn)行描述；對(duì)儲(chǔ)能裝置CIM擴(kuò)展，將從燃料電池儲(chǔ)能、蓄電池儲(chǔ)能兩方面加以描述。表2 風(fēng)力發(fā)電CIM擴(kuò)展類擴(kuò)展類所屬包描述關(guān)系WindPlantProduction風(fēng)力發(fā)電廠繼承自PowerSystemResour

35、ceWindGeneratingUnitProduction風(fēng)力發(fā)電機(jī)組繼承自GeneratingUnit，與類WindPlant是聚集關(guān)系WindSpeedForecastingCurveProduction風(fēng)速預(yù)測(cè)曲線與WindPlant是聚集關(guān)系WindTurbineWires風(fēng)力機(jī)繼承自PrimeMoverWindTurbinePowerCurveDomain風(fēng)機(jī)功率曲線繼承自CurveSchedule，與WindTurbine聚集關(guān)系WindTurbineEfficiencyCurveDomain風(fēng)機(jī)效率曲線繼承自CurveSchedule，與WindTurbine聚集關(guān)系A(chǔ)sync

36、hronousMachineWires異步電機(jī)繼承自RegulatingCondEg，與Terminal、GeneratingUnit關(guān)聯(lián)WTPowerControlModeDomain風(fēng)力機(jī)功率調(diào)節(jié)方式WindTurbineTypeDomain風(fēng)機(jī)類型AsynchronousMachineTypeDomain異步電機(jī)類型AsynchronousMachineOperatingModeDomain異步電機(jī)運(yùn)行模式WindGeneratingEfficiencyCurveCore風(fēng)力發(fā)電單元效率曲線繼承自CurveWindPlant：一種電力系統(tǒng)資源。WindGeneratingUnit：風(fēng)力發(fā)

37、電機(jī)組，用于風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度。WindSpeedForecastingCurve：風(fēng)速預(yù)測(cè)曲線，可以是風(fēng)場(chǎng)超短期的風(fēng)速預(yù)測(cè)，用于經(jīng)濟(jì)調(diào)度使用；也可以是中長(zhǎng)期風(fēng)速預(yù)測(cè)曲線，用于風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃。WindTurbine：風(fēng)力機(jī)，一種原動(dòng)機(jī)，可以將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的設(shè)備，本質(zhì)上是同步發(fā)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)，CIM中已對(duì)同步發(fā)電機(jī)建模，故只拓展異步發(fā)電機(jī)模型。WindTurbinePowerCurve：風(fēng)機(jī)功率曲線，描述不同風(fēng)速下的風(fēng)力機(jī)輸出功率。WindTurbineEfficiencyCurve：風(fēng)機(jī)效率曲線，描述不同的風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率。AsynchronousMachine：描述異步電機(jī)，其運(yùn)行模式可分為發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電磁制動(dòng)，由屬性O(shè)peratingMode決定。表3 光伏發(fā)電CIM擴(kuò)展擴(kuò)展類所屬包描述關(guān)系PVGeneratingUnitProduction光伏發(fā)電機(jī)組繼承自GeneratingUnitPVCellWires一個(gè)單體光伏電池繼承自RegulatingCondEgPVinverterProduction并網(wǎng)逆變器的運(yùn)行信息繼承自RectifierInverterPVCo