適應(yīng)于智能調(diào)度的電網(wǎng)模型管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

1、適應(yīng)于智能調(diào)度的電網(wǎng)模型管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究黃海峰 曹陽(yáng) 宋鑫 李亞平國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院國(guó)電南瑞科技股份有限公司，南京高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)高新路20號(hào) 210061Study on Power Network Model Management System Fitted for Smart Dispatch Huang Haifeng, CaoYang, Zhao Jinghu，Song Xin, LiYaping SGEPRI/ Nari Technology Co. Ltd, Nanjing Jiangsu, post code 210003ABSTRACT: To the current powe

2、r network model maintain and management mode in the control center, an unitive management mode relying on the model management system is proposed. On the basis of introducing the background of the model management system, the feature of the power model is analysed, and the key technologies about mod

3、el combination, such as the time dimenstion model, management mechnanism, synchronization technology, model release service, are introduced. All of these are to achieve the goal for maintaining power model at its source and sharing by all application systems.KEY WORD: Model Management; IEC 61970; Mo

4、del Combination摘要：針對(duì)當(dāng)前控制中心模型維護(hù)和管理的方式，提出采用模型管理系統(tǒng)對(duì)模型進(jìn)行統(tǒng)一管理的模式。在介紹模型管理系統(tǒng)產(chǎn)生的背景基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了模型管理系統(tǒng)的特點(diǎn)，并對(duì)模型拼接、時(shí)間維度模型、管理機(jī)制、同步技術(shù)和發(fā)布方式等主要關(guān)鍵技術(shù)討論，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)模型的源端維護(hù)，各應(yīng)用系統(tǒng)共享的目標(biāo)。關(guān)鍵詞：模型管理；IEC 61970；模型拼接；模型發(fā)布 1前言建設(shè)有中國(guó)特色的統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能化電網(wǎng)，智能調(diào)度是其中的中心環(huán)節(jié)。而一體化的電網(wǎng)模型技術(shù)是智能調(diào)度的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過(guò)建立一體化的模型管理平臺(tái)系統(tǒng)可以為智能分析、決策應(yīng)用提供一體化模型基礎(chǔ)，解決因模型不完整而導(dǎo)致的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)、暫態(tài)

5、分析預(yù)警結(jié)果不正確問(wèn)題1。 模型管理平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè)以電網(wǎng)模型為核心的全區(qū)域統(tǒng)一模型中心，通過(guò)分布式電網(wǎng)建模和拼接技術(shù)，以“源端維護(hù)，全網(wǎng)共享”為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)全區(qū)域統(tǒng)一模型，并以此為基礎(chǔ)，形成對(duì)實(shí)時(shí)、計(jì)劃等各類(lèi)電網(wǎng)應(yīng)用模型的統(tǒng)一管理，并通過(guò)電網(wǎng)模型發(fā)布服務(wù)，滿足調(diào)度中心各級(jí)應(yīng)用對(duì)電網(wǎng)模型的需求，為實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心基于全電網(wǎng)模型的分析、計(jì)算、預(yù)警和輔助決策奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。目前，模型管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，如分布式建模技術(shù)、模型同步技術(shù)等在國(guó)內(nèi)部分網(wǎng)、省調(diào)已經(jīng)逐步應(yīng)用24。在國(guó)外，模型管理的概念已逐步成熟，AREVA公司的e-terrasource模型管理系統(tǒng)已經(jīng)能進(jìn)行模型的統(tǒng)一管理和發(fā)布。通過(guò)模型管理平臺(tái)系統(tǒng)主要

6、達(dá)到以下目的： l 通過(guò)縱向模型拼接技術(shù)實(shí)現(xiàn)模型的整合，建立控制中心的全網(wǎng)大模型?；ヂ?lián)電網(wǎng)廣域分布的特點(diǎn)決定電力調(diào)度管理的分布式體系，而為保證互聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，要求各調(diào)度中心對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)是全面和準(zhǔn)確的，但長(zhǎng)期以來(lái)形成的“分級(jí)管理、分層控制、分布處理”體系決定對(duì)電網(wǎng)的維護(hù)是分散的，因此通過(guò)模型管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)模型拼接，并對(duì)拼接形成的大電網(wǎng)模型進(jìn)行管理，才能保證調(diào)度中心及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握整個(gè)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)大電網(wǎng)在線分析控制。l 采用時(shí)間軸的模型機(jī)制，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間維度的電網(wǎng)模型管理。通過(guò)拓展多種模式的模型，包括電網(wǎng)物理模型、計(jì)算模型和計(jì)劃模型，并在此基礎(chǔ)上對(duì)模型的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)進(jìn)

7、行管理。最終通過(guò)統(tǒng)一的模型發(fā)布服務(wù)將符合應(yīng)用需求的模型提供給各應(yīng)用系統(tǒng)。本文將在分析電網(wǎng)模型管理的特點(diǎn)和需求的基礎(chǔ)上，提出電網(wǎng)模型管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案和架構(gòu)，為電網(wǎng)模型管理系統(tǒng)的建立和實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。2 電網(wǎng)模型管理系統(tǒng)的主要特點(diǎn)l 維護(hù)一致性。長(zhǎng)期以來(lái)，電力系統(tǒng)各級(jí)調(diào)度中心對(duì)電網(wǎng)模型的維護(hù)是分散的，而在同一調(diào)度中心各應(yīng)用系統(tǒng)之間，對(duì)電網(wǎng)模型的需求各不相同，對(duì)電網(wǎng)模型的建模側(cè)重點(diǎn)也不相同。比如：EMS系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是電網(wǎng)模型拓?fù)涞恼_，設(shè)備參數(shù)的完備；DMIS系統(tǒng)關(guān)注電網(wǎng)模型設(shè)備對(duì)象的建立以及資產(chǎn)設(shè)備的完整；計(jì)劃模型則要求能夠反映未來(lái)的時(shí)間段內(nèi)模型變化情況。由于側(cè)重點(diǎn)不同，在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，各

8、個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)需要的模型是各自獨(dú)立維護(hù)的，彼此無(wú)法共享。因此，需要通過(guò)模型管理系統(tǒng)提供統(tǒng)一的模型維護(hù)和管理機(jī)制，為各應(yīng)用系統(tǒng)提供符合其需求的各類(lèi)模型。l 模型完整性。調(diào)度中心針對(duì)所轄區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)建立了較為詳細(xì)的電力系統(tǒng)模型，而對(duì)于相鄰電網(wǎng)的模型會(huì)在很大程度上進(jìn)行簡(jiǎn)化和等值，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行電力系統(tǒng)仿真計(jì)算和分析。簡(jiǎn)化等值的處理方法克服了電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源廣域分布所帶來(lái)的數(shù)據(jù)難以收集的困難，降低了系統(tǒng)仿真計(jì)算的復(fù)雜程度，但對(duì)于聯(lián)系緊密的電力系統(tǒng)而言，簡(jiǎn)化等值帶來(lái)的誤差使得其使用范圍有限。對(duì)于互聯(lián)的大電力系統(tǒng)，調(diào)度中心對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)必須是及時(shí)、全面、準(zhǔn)確和完整的。因此，需要在分布式建模基礎(chǔ)上，通過(guò)模型

9、拼接技術(shù)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)模型統(tǒng)一。l 模型正確性。模型管理系統(tǒng)作為調(diào)度中心模型維護(hù)和發(fā)布的源頭，須保證電網(wǎng)模型建模的正確性，以及模型參數(shù)的完整性?？梢酝ㄟ^(guò)狀態(tài)估計(jì)等方法來(lái)驗(yàn)證電網(wǎng)模型的正確性。l 模型多樣性。隨著控制中心的技術(shù)不斷發(fā)展，控制中心內(nèi)部各類(lèi)自動(dòng)化系統(tǒng)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(wú)法滿足，而需要為不同類(lèi)型應(yīng)用系統(tǒng)提供各類(lèi)模型，如物理模型、計(jì)算模型、計(jì)劃模型等。同時(shí)，對(duì)于模型的描述也體現(xiàn)在多維度的時(shí)間需求上，既要能描述當(dāng)前時(shí)刻模型，也需要能描述未來(lái)特定時(shí)間段內(nèi)的計(jì)劃模型。3 電網(wǎng)模型管理系統(tǒng)的功能模型管理平臺(tái)主要負(fù)責(zé)模型數(shù)據(jù)的管理，基本功能如圖所示。l 模型維護(hù)和建立a)

10、模型圖形導(dǎo)入功能：針對(duì)下級(jí)調(diào)度中心或者相關(guān)區(qū)域管轄和維護(hù)的模型和圖形，提供基于CIM XML模型和CIM SVG的圖形導(dǎo)入功能。b) 提供新建模型的編輯功能，保證模型的建立；c) 提供帶有時(shí)間維度的計(jì)劃模型，保證未來(lái)模型的建立；l 模型拼接針對(duì)來(lái)自不同相鄰區(qū)域的模型提供拼接功能，形成全網(wǎng)范圍大模型；通過(guò)全網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)，保證并校驗(yàn)拼接結(jié)果的完整(模型范圍和設(shè)備參數(shù))和正確；l 模型管理支持不同范圍和類(lèi)型的模型，包括實(shí)時(shí)模型、計(jì)劃模型和計(jì)算模型等存儲(chǔ)和管理。提供不同生命周期的模型版本，并對(duì)模型的變化提供反演；l 模型發(fā)布和同步為不同類(lèi)型應(yīng)用需求提供各類(lèi)模型；針對(duì)EMS實(shí)時(shí)系統(tǒng)，提供同步功能，用以保證

11、EMS系統(tǒng)模型的更新和完整。針對(duì)非實(shí)時(shí)系統(tǒng)，提供模型服務(wù)功能，供第三方應(yīng)用系統(tǒng)獲取模型和圖形。4 關(guān)鍵技術(shù)調(diào)度智能化應(yīng)用需要模型管理系統(tǒng)提供模型、圖形和數(shù)據(jù)等公共服務(wù)，這是智能調(diào)度應(yīng)用功能建設(shè)的基礎(chǔ)。模型管理系統(tǒng)建設(shè)的目的是對(duì)控制中心所有應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一模型管理，并為各應(yīng)用系統(tǒng)提供符合其需求的各類(lèi)模型。模型不僅可以描述過(guò)去，現(xiàn)在，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，還需要能描述將來(lái)。4.1區(qū)域和分廠站模型拼接模型拼接包括兩類(lèi)：區(qū)域模型拼接和分廠站模型拼接。區(qū)域模型拼接技術(shù)應(yīng)用于在某一區(qū)域電網(wǎng)范圍內(nèi)，對(duì)所轄各子區(qū)域的電網(wǎng)模型進(jìn)行拼接以形成本區(qū)域內(nèi)完整的電網(wǎng)模型。區(qū)域模型拼接對(duì)于各子區(qū)域上傳的模型邊界建模沒(méi)有特殊

12、命名要求，允許邊界相鄰區(qū)域在各子區(qū)域內(nèi)重復(fù)建模，而完全依靠拼接方利用邊界切割技術(shù)保障子區(qū)域內(nèi)的模型唯一性和獨(dú)立性。區(qū)域模型拼接技術(shù)主要適用于網(wǎng)、省級(jí)模型拼接，主要包括：邊界定義、模型切割、模型對(duì)接和模型版本管理等幾個(gè)部分。l 邊界定義邊界是界定不同區(qū)域之間范圍的一組設(shè)備，在電力系統(tǒng)多區(qū)域模型拼接過(guò)程中，通常選擇變壓器、線路或變壓器及線路對(duì)應(yīng)的等值負(fù)荷來(lái)作為邊界設(shè)備。上圖為對(duì)多個(gè)不同區(qū)域相互之間邊界的結(jié)構(gòu)定義方法。為了避免設(shè)備命名的統(tǒng)一，最大限度地保持各區(qū)域已有系統(tǒng)的穩(wěn)定性，邊界表對(duì)邊界設(shè)備提供雙重描述，分別描述邊界對(duì)象在不同區(qū)域里的相關(guān)屬性。邊界對(duì)象在對(duì)應(yīng)區(qū)域?qū)С龅腃IM/XML模型文件中必須

13、存在，并與邊界設(shè)備定義表中的描述一致。標(biāo)志性電壓等級(jí)則用于描述該邊界設(shè)備相對(duì)于兩個(gè)不同區(qū)域之間的相對(duì)位置與方向，用于區(qū)分某一區(qū)域模型或全模型相對(duì)于某一區(qū)域時(shí)的內(nèi)部與外部標(biāo)識(shí)。l 模型切割模型切割是模型拼接的重要前提，切割目的是將不屬于本區(qū)域的模型設(shè)備排除在外，避免拼接后的全模型中包含冗余描述，也體現(xiàn)了誰(shuí)管理誰(shuí)負(fù)責(zé)的分布式建模思路，模型管理平臺(tái)通過(guò)基于拓?fù)渲乃阉骷夹g(shù)對(duì)區(qū)域模型進(jìn)行切割，并對(duì)切割結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)。l 模型對(duì)接模型切割以及邊界設(shè)備的取用方確定之后，需要通過(guò)對(duì)接將兩個(gè)區(qū)域各自內(nèi)部唯一的物理節(jié)點(diǎn)號(hào)改變?yōu)槿治ㄒ坏奈锢砉?jié)點(diǎn)號(hào)，或者只將邊界廠站內(nèi)，不同區(qū)域的設(shè)備物理節(jié)點(diǎn)號(hào)修改為站內(nèi)唯一。與區(qū)

14、域模型拼接技術(shù)不同，分廠站拼接技術(shù)以廠站為單元的模型接入，一般以線路作為模型分界點(diǎn)。待拼接模型中除了包含指定廠站內(nèi)的模型外，還包含與此廠站相關(guān)的所有線路的完整模型，即包含線路對(duì)端廠站和電壓等級(jí)信息，但無(wú)需包含對(duì)端廠站內(nèi)其他設(shè)備模型分廠站拼接技術(shù)要求模型導(dǎo)出端提供基于廠站的模型導(dǎo)出文件，同時(shí)要求導(dǎo)出的模型中對(duì)邊界線路兩側(cè)廠站名稱(chēng)的描述必須與模型導(dǎo)入側(cè)的描述保持一致?？梢哉J(rèn)為，分廠站拼接技術(shù)是模型拼接的一種簡(jiǎn)化方式，適用于地調(diào)一級(jí)，應(yīng)用于區(qū)域模型多側(cè)同時(shí)維護(hù)的情況。適用于基于同一控制中心，不同區(qū)域或不同電壓等級(jí)維護(hù)的雙向系統(tǒng)模型交互的要求。4.2時(shí)間維度模型建立技術(shù)借助于時(shí)間維度，描述模型的生命周

15、期，并依靠模型時(shí)間維度表述過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)的模型。具體而言，對(duì)于每個(gè)設(shè)備對(duì)象增加設(shè)備狀態(tài)、投運(yùn)時(shí)間和退役時(shí)間三類(lèi)描述信息，設(shè)備投運(yùn)狀態(tài)與投運(yùn)、退役時(shí)間關(guān)系如下：設(shè)備投運(yùn)狀態(tài)投退時(shí)間關(guān)系說(shuō)明待投運(yùn)投運(yùn)時(shí)間表示設(shè)備準(zhǔn)備投運(yùn)時(shí)間，退役時(shí)間表示設(shè)備準(zhǔn)備退役時(shí)間。投運(yùn)投運(yùn)時(shí)間為當(dāng)前時(shí)間退役退役時(shí)間為當(dāng)前時(shí)間4.3模型管理機(jī)制模型管理系統(tǒng)能夠針對(duì)各種不同的應(yīng)用提供不同特點(diǎn)的模型，同時(shí)能夠根據(jù)模型的變化形成不同的模型版本。模型版本包括電網(wǎng)模型、模型對(duì)應(yīng)的圖形和斷面數(shù)據(jù)。模型管理以基礎(chǔ)模型為核心，通過(guò)保存的不同差異模型，最終形成滿足各類(lèi)需求的不同版本的模型?；A(chǔ)模型與模型版本的關(guān)系如下圖所示。4.4與實(shí)時(shí)系統(tǒng)

16、間模型同步方式傳統(tǒng)上EMS系統(tǒng)一般均獨(dú)立建模，但隨著對(duì)智能調(diào)度領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，EMS系統(tǒng)對(duì)模型的范圍已不僅僅包含本控制區(qū)域的模型，而是包括相關(guān)區(qū)域的大模型，考慮到模型的完整性和及時(shí)性，故不能完全依靠EMS自行維護(hù)方式建立模型。通過(guò)各控制區(qū)分布式建模，依靠模型拼接技術(shù)，是形成全網(wǎng)大模型的最佳途徑。由于EMS系統(tǒng)的重要性，一般全模型需要在模型管理平臺(tái)上經(jīng)過(guò)校驗(yàn)后，才能在EMS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)全模型。因此，從模型建立的完備性和準(zhǔn)確性的角度出發(fā)，需要提供模型同步機(jī)制，完成離線模型管理系統(tǒng)與實(shí)時(shí)EMS系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)同步。同步過(guò)程如上圖所示分為三個(gè)基本步驟：l 系統(tǒng)商用庫(kù)之間的同步，保證離線系統(tǒng)與在線系統(tǒng)商用庫(kù)之

17、間數(shù)據(jù)的一致性；l 為了保證在線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可靠，需要在同步之前提供模型數(shù)據(jù)備份功能；l 在線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)下裝，即實(shí)現(xiàn)在線系統(tǒng)數(shù)據(jù)商用庫(kù)與實(shí)時(shí)庫(kù)的自動(dòng)同步過(guò)程。數(shù)據(jù)同步的要求是離線和在線系統(tǒng)之間同一對(duì)象關(guān)鍵字一致，同時(shí)數(shù)據(jù)流必須是單向，即由離線系統(tǒng)往在線系統(tǒng)更新。4.5模型管理系統(tǒng)的發(fā)布方式模型管理系統(tǒng)是控制中心的模型中心，需要為各應(yīng)用系統(tǒng)提供模型。針對(duì)實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特殊系統(tǒng)，如EMS系統(tǒng)，可以采用系統(tǒng)同步方式。而對(duì)于大量的應(yīng)用系統(tǒng)需要通過(guò)模型管理系統(tǒng)的發(fā)布功能獲得模型、圖形和斷面數(shù)據(jù)。模型管理系統(tǒng)提供以下幾種方式用于數(shù)據(jù)發(fā)布3：l 標(biāo)準(zhǔn)CIM模型文件交互采用基于IEC 61970 CIM標(biāo)準(zhǔn)的文

18、件為應(yīng)用系統(tǒng)提供電網(wǎng)模型，采用基于IEC 61970 453標(biāo)準(zhǔn)的SVG文件提供電網(wǎng)圖形。此類(lèi)方式由于通過(guò)文件傳輸，方便第三方理解和解析，交互雙方職責(zé)清晰，目前在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用。l 標(biāo)準(zhǔn)CIS服務(wù)發(fā)布IEC 61970 CIS標(biāo)準(zhǔn)提供應(yīng)用系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)發(fā)布方式。但是，采用標(biāo)準(zhǔn)CIS方式，對(duì)模型獲取的應(yīng)用方要求較高，目前該方式在國(guó)內(nèi)外實(shí)際數(shù)據(jù)交互中應(yīng)用并不廣泛。l 基于智能服務(wù)總線的發(fā)布方式服務(wù)總線是控制中心內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸通道，擔(dān)負(fù)著各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，第三方應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)智能服務(wù)總線獲取模型，也是今后模型發(fā)布的趨勢(shì)。l 基于SOA的發(fā)布方式與采用CORBA組件技術(shù)的CIS服務(wù)不同，面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（Service-Oriented Architecture，SOA）采用基于文本的消息傳遞機(jī)制，適用于大數(shù)據(jù)量低頻率訪問(wèn)，利用SOA技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)布將是今后模型發(fā)布的趨勢(shì)。5 總結(jié)模型管理系統(tǒng)為調(diào)度智能分析和決策等智能化應(yīng)用提供統(tǒng)一的模型、圖形和數(shù)據(jù)，是智能調(diào)度應(yīng)用功能建設(shè)的基礎(chǔ)。本文針對(duì)模型管理系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用前景，著重研究了模型管理平臺(tái)系統(tǒng)的功能和核心技術(shù)，并提出了建設(shè)思路和應(yīng)用方式。相信隨著智能調(diào)度研究的逐步開(kāi)展，模型管理系統(tǒng)作為新的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)橹悄茈娋W(wǎng)的建設(shè)提供有力支撐。參考文獻(xiàn)1姚建國(guó),嚴(yán)勝,楊勝春等,智能調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)研究.2009特高壓輸電技術(shù)國(guó)際會(huì)議論文集