面向PC118智能電網用戶接口的CIM模型擴展研究

1、精選文檔面向PC118智能電網用戶接口的CIM模型擴展研究目 錄1.智能電網標準現(xiàn)狀分析11.1OpenADR11.2SEP2.021.3IEEE154731.4IEC 61400-2542.CIM及應用52.1電網運行52.2資產管理62.3業(yè)務管理73.用戶側與電網的信息交互需求93.1配電網運行和管理93.1.1 負荷預測103.1.2 傳遞合約信息113.2用戶用電策略113.2.1 傳遞能源價格信息123.2.2 傳遞能源交易信息133.3用戶側設備的并網133.3.1 風電系統(tǒng)143.3.2 光伏系統(tǒng)153.3.3 電池系統(tǒng)163.3.4 電動汽車類模型174.CIM的擴展領域20

2、精選文檔1. 智能電網標準現(xiàn)狀分析隨著全球環(huán)境壓力的不斷增大，社會對環(huán)境保護、節(jié)能減排和可持續(xù)性發(fā)展的要求日益提高。同時，電力市場化進程的不斷推進以及用戶對電能可靠性和質量要求的不斷提升，要求未來的電網必須能夠更優(yōu)質的服務。為此，世界各國和組織不約而同地提出要建設智能電網，將智能電網視為未來電網的發(fā)展方向。而在推進智能電網建設中，標準的制定是重中之重，標準先行對建設好智能電網的意義不言而喻。本節(jié)對國外智能電網相關標準進行介紹，通過對比，闡述在CIM中進行用戶側信息模型擴展的重要意義。1.1 OpenADR“開放自動需求響應通信規(guī)范”也被稱為OpenADR，是美國智能電網互操作性標準的基本組成部

3、分。OpenADR開發(fā)的目的是支持動態(tài)電價（Dynamic Pricing），從而提高電網的經濟性與可靠性的能源政策。OpenADR范圍的重點是為DR事件和價格提供信號，在設施內部實現(xiàn)DR自動化的策略與技術方面也開展了卓有成效的工作。OpenADR對開放式Auto-DR中的通信規(guī)范問題進行了描述和闡釋，它定義了一種通信數(shù)據(jù)模型，通過預先安裝和編程好的控制系統(tǒng)對DR信號做出反應，自動完成通信過程及用戶側響應策略。作為一種通用的通信規(guī)約，OpenADR能夠支撐各種DR項目的實施。OpenADR通信規(guī)范針對電價和DR激勵信息提出了通信數(shù)據(jù)模型，但不包括有關電力削減或轉移策略的詳細信息。OpenADR

4、的通信系統(tǒng)能夠連續(xù)運行、協(xié)調并傳輸電價或激勵信息至工商業(yè)控制系統(tǒng)。自動化客戶端可以連續(xù)監(jiān)測這些信息，并將其轉換為設備內部的自動控制策略。OpenADR規(guī)范在與DR相關的電價信息、基線信息以及流程等方面進行了完整建模，同時更多關注接口服務、流程以及交互模式的建模，但未涉及電力系統(tǒng)運行側和用戶側具體實體對象建模。OpenADR主要有五大類服務，事件服務（simple EI Event和Full EI Event）、報告服務(Report)、注冊服務（Registration）、Opt和Poll。OpenADR 2.0數(shù)據(jù)模型從OASIS能源互操作性標準1.0版本中派生形成，其描述了一個靈活的、豐富

5、的數(shù)據(jù)模型與結構，以傳遞價格、可靠性與其它DR激活信號，促進電力服務提供商、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和交換元素的語義以促進DR項目的開展。OpenADR 2.0比OpenADR 1.0更全面，涵蓋了針對美國批發(fā)與零售市場的價格、可靠性信號的數(shù)據(jù)模型，并且根據(jù)滿足DR利益相關方和市場需求的程度，分為不同的產品認證等級，包括OpenADR 2.0a，OpenADR 2.0b和OpenADR 2.0c框架規(guī)范，后一個規(guī)范均比前一個提供更多的服務和功能支持（如事件、報價和動態(tài)價格、選擇或重置、報告和反饋、注冊、傳輸

6、協(xié)議、安全等級等）。表1 OpenADR中定義的實體實體功能eiEventType需求響應事件OptTypeType加入/退出需求響應事件eiTargetType需求響應用戶/資源eiEventBaselineType基線reportPayload負荷數(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)范強調支持多種MAC/PHY協(xié)議和安全協(xié)議。滿足OpenHAN SRS2.0。目前，SEP2.0已開始用戶側有關能源管理對象的對象建模工作，基于功能集基礎上把用戶側主要對象分為19個分組（packag

7、e），每個分組包括多個對象（class），并在每個分組中定義對象之間的關系（relationship），每個對象包括若干屬性（attribute）。19個分組包括需求響應和負荷控制分組、電價分組、計量分組、預付費分組、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)設備實現(xiàn)功能劃分出功能集的概念，功能集是設備實現(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)定了室內顯示器、負荷控制設備、溫控器、計量表等特殊設備，但在SEP2.0 v0.9中已經將所有智能用電設備統(tǒng)一化視為不同功能集的組合，以適應消費市場多變的需求，不再將這些設備單獨列出建模

8、。從建模角度上看，SEP2.0設備是由一個或多個功能集（Function Set）組成，每個功能集由多個實現(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；每個普通資源可能存在多個的屬性（attribute）來說明資源的參數(shù)、內容；每個屬性有對應的類型（attributeType），由一組基礎類（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，對于客戶端與服務器的信息交互采用主流成熟的協(xié)議/架構來實現(xiàn)，其應用層協(xié)議采用RESTful HTTP、服務發(fā)現(xiàn)采用DNS/mDNS等實

9、現(xiàn)；對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，都可以作為SEP2.0的傳輸?shù)讓?。同時SEP2.0也支持Subscription / Notification算法。通過Subscription算法，客戶端在服務器上訂閱感興趣的資源；通過Notification算法，服務器提醒客戶端訂閱資源產生了變化。該算法有效降低網絡的低負荷工作，并對實時性有良好的保障。由于SEP2.0沒有規(guī)定低層協(xié)議，因此在相應的低層上信息可能會進行相應的加密（如Wifi）。在應用層上，SEP2.0采用基于TLS的HTTP（即HTTPS）實現(xiàn)客戶端與服務器之間的安全傳輸：可通過廠家發(fā)布證書

10、或自簽名證書與TLS握手機制實現(xiàn)設備之間的互認證；通過AES-CCM實現(xiàn)消息的加密與認證；通過ACL實現(xiàn)設備不同等級的認證與接入控制。1.3 IEEE1547IEEE 1547標準是最早發(fā)布的針對分布式電源并網的標準，于2003年由美國電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）正式出版，當時分布式電源在配電網中的裝機比例較低，IEEE 1547 標準是基于盡量減小分布式電源 對電網影響的控制思想制定的，認為電網的頻率和電壓由大規(guī)模傳統(tǒng)電源調節(jié)，不鼓勵分布式電源參與電網的頻率和電壓調節(jié)，不允許分布式電源向電網提供任何的輔助服務。當分布式電源并網時，要求其在單位功率因數(shù)附近運行，當電網發(fā)生擾動時，要求其迅速

11、從電網斷開，不允許分布式電源具備故障穿越能力。系列標準IEEE 1547 中的IEEE 1547.5 、IEEE1547.7 和IEEE 1547.8 處于標準草案制定期間，尚未頒布。IEEE 1547.5 為10 MVA 以上容量電源的輸電網并網提供相關的技術要求，包括設計、施工、驗收測試和維護等方面的規(guī)定。IEEE 1547.7 介紹了分布式電源 或微電網并網對地方配電網影響的工程研究準則、范圍和程度，闡述了對這種潛在影響進行研究的方法，并對研究的時機、所需數(shù)據(jù)、執(zhí)行過程和結果評估進行了說明。IEEE 1547.8 提出了相關方法和步驟，以擴展IEEE 1547 在創(chuàng)新設計和運作流程中的可

12、用性和獨創(chuàng)性，為分布式電源 或微電網并網設計、進一步實施方案提供更好的知識基礎、經驗和機遇。IEEE 1547給出了并網運行的分布式電源系統(tǒng)在配電網異常狀態(tài)下對系統(tǒng)電壓和頻率的響應，規(guī)定了電壓、頻率異常情況下分布式電源與系統(tǒng)解列的動作時間要求。同時，對分布式電源的孤島保護及分布式電源與配電網重合閘之間的配合也提出了要求。1.4 IEC 61400-252006年12 月，國際電工委員會(IEC)公布了由IEC TC88 技術委員會起草制定的IEC 61400-25 標準。該標準是 IEC 61850 標準在風力發(fā)電領域內的延伸，專門面向風電廠的監(jiān)控系統(tǒng)通信。風電場監(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規(guī)范風電場監(jiān)控通信。IEC61400-25標準適用于風電廠的組件和外部監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信。風力發(fā)電廠組件的內部通信不在IEC6140025標準的適用范圍內。其應用范圍涵蓋風力發(fā)電廠運營所涉及的部分方面，包括風力機、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的信息。變電站通信是通過IEC61850標準來規(guī)范的。IEC61400定義了風電場監(jiān)控通信標準的信息模型?；贗EC61850-7-3和IEC61850-7-4，IEC61400-25提供了抽象類和服務的建模方法，這些服務不依賴于特定的協(xié)議棧、具體實現(xiàn)方式和操作系統(tǒng)。抽象類和服務映射到具

14、體的通信協(xié)議在IEC61400-25-4中有詳細介紹。為了滿足互操作性，所有信息模型數(shù)據(jù)必須定義強制性的語法和語義規(guī)范。語義主要是通過本部分指定邏輯節(jié)點和數(shù)據(jù)的名稱來實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)定義越嚴格，互操作性越容易實現(xiàn)。需要指出的是，數(shù)據(jù)具有完備的語義，只是滿足互操作性的一個途徑。由于數(shù)據(jù)和服務是在裝置(IED)中實現(xiàn)的。因此，合適的裝置模型及兼容域特定服務也是必需的(見IEC61400-25-3)。IEC61400-25-2部分對裝置種類、邏輯節(jié)點種類、數(shù)據(jù)類和抽象公用數(shù)據(jù)類的抽象定義作了詳細說明。2. CIM及應用CIM是一個抽象模型，它以面向對象的方式描述了電力企業(yè)的所有主要對象，特別是那些與電力

15、運行、資產（表計）管理有關的對象，使來自不同廠家的系統(tǒng)、設備，可以進行信息交換，完成互操作。經過十幾年的持續(xù)發(fā)展和完善，基于多次互操作實驗的成果，CIM從原先面向電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)領域逐步擴展到電力系統(tǒng)規(guī)劃、動態(tài)等諸多領域，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)運行所需 要的所有公共對象模型為基礎，并由IEC 61968-11擴展用于配電領域，由IEC 62325-301擴展用于電力市場領域，共同構成一個綜合的

16、電力系統(tǒng)信息模型，可以滿足電力系統(tǒng)控制中心大部分應用的需要。IEC61970被當作是描述電力系統(tǒng)資源及其相互關系的核心模型，IEC61968描述的電力系統(tǒng)運行過程中的資產、負荷區(qū)域、事件、客戶、文檔、工作管理和計量模型等的邏輯視圖標準。IEC 62325-301標準中的包或子包在IEC61970和IEC61968的基礎上發(fā)展而來。對于CIM來說，雖然它覆蓋了電力系統(tǒng)的大部分領域，但是對象是發(fā)展的，電力系統(tǒng)會不停地出現(xiàn)新的設備、裝置。因此，CIM也將不停地引入新的內容，處于不斷地修訂、發(fā)展之中。目前，在我國智能電網的建設過程之中，“服務”的意識不斷地被滲透到整個工作之中，得到加強。為了更好地向用

17、戶提供優(yōu)質的“服務”，我們有必要在CIM中擴展用戶側信息模型，并對此進行研究。2.1 電網運行早期的CIM主要內容為EMS信息模型中的對象，隨著后續(xù)不斷的完善與發(fā)展，逐漸擴展到電力系統(tǒng)運行的所有公共對象建模。這樣， CIM的方法和內容也可以用于配電和變電站等電網運行領域的模型構建。配電管理系統(tǒng)（DMS）是利用電子、計算機以及自動化技術等對配電設備、用戶電氣設備進行監(jiān)控及管理，以提高配電網的管理水平，包括集中監(jiān)控、故障診斷、快速恢復供電、提高服務質量等。為了實現(xiàn)對整個配電系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，DMS必須利用網絡、通信設備以及各類自動化設備來收集分布很廣的電網信息，然后經過系統(tǒng)一定的分析與處理，形成電

18、力系統(tǒng)有價值的調度管理決策信息來保證配電網經濟、可靠運行。由于配電管理系統(tǒng)涵蓋了配電網分析及管理各個層面的應用，需要各類外部實時數(shù)據(jù)源系統(tǒng)進行信息支持，而各類系統(tǒng)通常都是獨立開發(fā)，在與配電管理系統(tǒng)的銜接中存在平臺、接口及規(guī)約等不統(tǒng)一，因此各個信息孤島不能有效進行整合和信息共享。如何最大限度實現(xiàn)各類外部系統(tǒng)“即插即用”的接入方式，達到DMS系統(tǒng)靈活性與擴展性是DMS系統(tǒng)需要迫切解決的問題。為了實現(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)，減少增加新應用功能的開發(fā)費用并保護以前的投資，IEC在CIM的基礎之上推出了針對EMS的IEC 61970標準和針對配電網的IEC61968標準，標準

19、的CIM使企業(yè)的自動化系統(tǒng)的建設有了共同的標準。電網運行，偶爾需要發(fā)布負荷控制和價格信息，電網可能根據(jù)經濟和緊急情況來運行。而為了保障電網的良好運行，用戶側的用電信息也應被采集，反饋給電網側，以作為電網側下一步操作的參考。2.2 資產管理 電力企業(yè)資產管理，不同于傳統(tǒng)的設備管理僅以功能位置為依據(jù)來維護設備，它更關注設備個體的健康狀況，因此資產信息建模工作是從設備自身物理屬性出發(fā)，從資產角度構建設備的數(shù)據(jù)模型。而目前，針對企業(yè)設備資產的信息建模工作較少，大都局限于從功能位置角度構建設備臺賬和編碼，而企業(yè)資產管理需要根據(jù)設備自身分類特性組織設備樹，這就對設備資產信息模型提出了較高要求。IEC 61

20、968的CIM中提出了資產的概念，給出了比較成熟的資產模型。該模型完全可以作為資產管理系統(tǒng)建模的參照和依據(jù)。 資產是被某機構所擁有的物理實體，它要經過購買、安裝、維護、維修、折舊和報廢等生命過程，并產生一系列重要的歷史資料記錄。資產（Asset）與電力系統(tǒng)資源（PSR）相互關聯(lián)，但二者描述設備的角度不同，前者注重設備的物理特征，而后者注重在電網中的功能位置，即設備的邏輯特征，由前者來實現(xiàn)。資產與組織（Organization）相關聯(lián)，也可與多個組織機構有關，如檢修、運行部門等。資產與量測（Measurement）關聯(lián)，產生量測值（MeasurementValue），并關聯(lián)端子（Terminal

21、）。IEC 61968-11資產包中明確定義了資產概念，并充分發(fā)揮文檔在資產管理中的作用。 電網功能位置上的資源，需要資產來具體實現(xiàn)，它們之間存在著多對多的關聯(lián)關系，即同一資產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來服役。 CIM資產模型可大致分為基礎模型和工作模型，基礎模型中從5個側面描述資產屬性，分別以Asset、TypeAsset、AssetModel為根類，針對電氣設備派生出ElectricalAsset, ElectricalTypeAsset,ElectricalAssetModel子類，三者均聚合電氣屬性類ElectricalProperties，形成電氣資產

22、模型框架。此外，在建模中發(fā)現(xiàn)電氣設備本身帶有機械參數(shù)，具有共性需要擴展，故在電氣屬性之外，擴展根類機械屬性MechanicalProperties并與其他根類關聯(lián)，而這五大根類就形成了資產的基礎模型框架。 反映資產業(yè)務活動的工作模型則通過文檔形式記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)日常設備運行維護活動的不同可分為巡視、診斷、試驗和維修4類，其結果定義為數(shù)據(jù)集。巡檢業(yè)務均以工單為依據(jù)，對應CIM中類Work和WorkTask，工單包含工作內容，由作業(yè)指導書（Specification）規(guī)范，包含諸多工作步驟（Procedure），并可能產生一些量測值，且取值范圍（Limit）遵循額定值（Rating）定義。2.3 業(yè)

23、務管理隨著市場經濟的發(fā)展，電力體制改革的深入，電力市場正日趨成熟。在市場化的進程中，客戶資源在電力企業(yè)的發(fā)展中起著越來越重要的作用。為了適應這種新的形式，電網企業(yè)必須以市場和客戶服務為核心，按照現(xiàn)代營銷業(yè)務發(fā)展和集團化運作、集約化發(fā)展和精細化管理的要求，在業(yè)務管理的各個層面進行現(xiàn)代化改革，提升服務能力與水平，降低電力企業(yè)經營成本，提高企業(yè)經濟效益和社會效益。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)務管理應用。停電管理系統(tǒng)（OMS）是用來檢測和跟蹤停電，輔助停電確認和/或恢復過程。典型的停電管理系統(tǒng)包括功能，如電網運行故障管理、運行

24、規(guī)劃與優(yōu)化、電網運行仿真、維護與建設、維護與視察、工作計劃與分派。對于SCADA監(jiān)測不到的停電，電網企業(yè)通常依賴于從用戶的電話投訴來確定故障位置。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。因為對于抄表系統(tǒng)的支撐軟件偶爾短時間內與電能表失去聯(lián)系是正常的，與電能表失去通信并不足以表示停電。計費系統(tǒng)對識別停電存在和停電范圍是重要的信息來源，可以確認停電后的恢復供電。如果發(fā)現(xiàn)停電或恢復供電數(shù)據(jù)，計費系統(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，該類型的信息結合用戶打進的電話使得可以更好的預報停電位置。然而，由于停電檢測具有時

25、間敏感性，包含了對計費系統(tǒng)請求/應答接口的需要，停電管理系統(tǒng)能夠向配網的特定設備要求通過計費系統(tǒng)的測試，返回帶電狀態(tài)用于分析。請求/應答接口能向停電管理系統(tǒng)提供進行停電預測的關鍵數(shù)據(jù)。工作管理系統(tǒng)是對現(xiàn)場資源履行的工作負責。該系統(tǒng)在維護和建設維護和巡視（MC-MAI）中覆蓋。至于電能表，工作管理包括安裝、維護和電能表更換。這也包括特殊讀表過程。3. 用戶側與電網的信息交互需求建設“堅強智能電網”，就是希望通過傳感器把各種設備、資產連接到一起，形成一個客戶服務總線，從而對信息進行整合分析，以此來降低成本，提高有效率，提高整個電網的可靠性，使運行和管理達到最優(yōu)化。而想要完成上述的諸多功能，就需要對

26、用戶側信息進行建模，在電網與用戶設備之間頻繁地進行交互，將電網的運行狀態(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。因此，在CIM中擴展用戶側信息模型，具有十分重要的意義。3.1 配電網運行和管理配電網的運行和管理需要用戶信息，包括：用電模式、負荷預測、電能服務協(xié)議，來調整運行方式和控制策略實現(xiàn)移峰填谷，以及制定停檢修計劃、電網升級改造計劃、規(guī)劃等。圖1 配電網運行管理與用戶交互用例圖如圖1所示，電網公司在系統(tǒng)高峰時段通過電力監(jiān)控和電力信號關閉或者循環(huán)控制用戶的用電設備，主要用于解決系統(tǒng)或區(qū)域可靠性緊急狀況，且參與的負荷一般是那種短時間的停電對其供電服務質量影響不大的負荷，從而可以降低

27、系統(tǒng)高峰負荷，提高負荷率，而且盡可能降低對用戶和電網公司的影響，同時參與用戶可以獲得相應的中斷補償。這一過程中，需要用戶將自身的可削減負荷能力（一定程度上，等同于用戶自身的負荷預測）上報給電網公司，由電網公司對其匹配相應合同，完成相關控制操作。3.1.1 負荷預測圖2 負荷預測類圖如圖2所示，用戶最終得到的是負荷預測的曲線，來指導自己的近期用電行為，并上傳給電網公司以作參考。停電管理系統(tǒng)（OMS）中的電網運行仿真功能，可能會使用用戶的負荷預測曲線，用于仿真實驗，觀察近期可能出現(xiàn)的大負荷時段，提前做好準備，保護好電網的穩(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)自身的負荷狀況（可削減負荷狀況）與電網公司簽訂的合約計劃。計費系統(tǒng)，通常在對用戶的用電狀況進行結算時，會查看用戶合約中的費率表等信息；且計費系統(tǒng)，直接關聯(lián)用戶的賬戶（銀行賬戶），方便結算。3.2 用戶用電策略用戶的用電策略需要來自配電網的信息：實時電價信號、政策激勵信號、供電協(xié)議和計費標準等。通過結合上述配電網信息，結合用戶自身負荷狀況，與常用設備、系統(tǒng)的能效評估模型進行對比，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 傳遞能源價格信息圖5 傳遞能源價格信息如圖5所示，類圖

29、展現(xiàn)了能源價格信息的傳遞狀況，由EnergyPriceIndex來承載能源價格信息。計費系統(tǒng)，在進行結算時，查看能源價格信息，結合用戶的用電量，直接將賬單關聯(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程。圖5關注于能源價格信息，而圖6更加注重能源交易的整體過程，交易的完整性。在計費系統(tǒng)中，可以得到很好地體現(xiàn)。3.3 用戶側設備的并網用戶側的分布式電源、儲能裝置、電動汽車等新能源的并網，隨之而來的雙向潮流、發(fā)/儲狀態(tài)切換、短路電流、保護配置調整等，都需要配電網與用戶產權的裝置進行信息交互。3.3.1 風電系統(tǒng)通過分析風力發(fā)電機組、風力發(fā)電廠的

30、設備組成，工作原理以及運行特性，以實際需要為準繩，對風力發(fā)電以及并網監(jiān)控等相關環(huán)節(jié)所涉及的電氣參數(shù)、非電參數(shù)、設備信息等進行了篩選、歸納和整理，以IEC61970為模型基礎，形成了風力發(fā)電部分的信息模型，并將其作為IEC61970的擴展單元，使之融入電力系統(tǒng)公共信息模型中。包括三類信息：1、設備資產信息；2、測量數(shù)值及設定值；3、設備狀態(tài)信息。圖7 風機基本元件圖8 風機屬性和控制參量3.3.2 光伏系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，一般稱為PV系統(tǒng)，是通過太陽能電池將太陽輻射直接轉換為電能的發(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的相關內容中擴展出與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。但前者更強調發(fā)電和輸出的功能，后者的重要特征是利用電化學介質的反應來完成充電和放電過程。包括儲能設備類、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 電動汽車類模型電網公司發(fā)布實時電價信息和DR事件信息，以削峰填谷為目標選擇對充電汽車進行充電或放電；用戶依據(jù)電價信息結合自身需求，對充電汽車進行充放

32、電。充電樁接收來自電力企業(yè)的電價等信息，自動避開高峰時間充電；同時，充電樁還可以在充放電操作之前，通過對電池狀態(tài)信息的采集，結合充放電級別需求，對充放電參數(shù)進行配置，完成充放電的優(yōu)化方案，省時省力、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充放電用例圖電動汽車的建模包括電動汽車本身和充/換電站兩大部分。電動汽車劃分成電氣部分和機械部分，電氣部分主要完成電動汽車各個電氣系統(tǒng)的建模，而機械部分主要完成電動汽車機械參數(shù)的建模。充/換電站其主要涵蓋充電站的設備，包括直流充電樁和交流充電樁，以及計價和運營信息。（1）充/換電站系統(tǒng)元件圖12 充/換電站系統(tǒng)元件（2）電動

33、汽車元件圖13 電動汽車元件4. CIM的擴展領域電網公司信息化逐步深入到各個核心業(yè)務領域，與之相應CIM模型的建模范圍也需要擴展，現(xiàn)有國際CIM模型標準已不能完全適應國內電網企業(yè)信息化快速發(fā)展的要求。下文以分布式電源和儲能裝置為例，進行CIM模型擴展。分布式電源與儲能裝置概念的提出給現(xiàn)代電力系統(tǒng)運行與控制帶來巨大變化。對于分布式電源來說，當其滲透率在配電網中達到相當水平后，如果電網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，將會直接導致配電網和電力市場管理的混亂，直接影響用戶利益。IEC TC57標準提供了一個大電網通用的電力系統(tǒng)信息模型，使得各種不同的EMS系統(tǒng)可以通過這種通用

34、的信息模型來交換數(shù)據(jù)，實現(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)上百年研究和運行為基礎的，而分布式電源還處于起步階段，各國目前仍在對其運行和管理進行大量研究，其內部各種新型的發(fā)電單元的運行模式和數(shù)據(jù)模型仍有待進一步完善。為避免將來陷入與大型電網類似的集成困境，分布式電源和儲能裝置進行CIM擴展研究，具有重要的實際意義。下文對分布式電源CIM擴展，將從風力發(fā)電、光伏發(fā)電兩方面進行描述；對儲能裝置CIM擴展，將從燃料電池儲能、蓄電池儲能兩方面加以描述。表2 風力發(fā)電CIM擴展類擴展類所屬包描述關系WindPlantProduction風力發(fā)電廠繼承自PowerSystemResour

35、ceWindGeneratingUnitProduction風力發(fā)電機組繼承自GeneratingUnit，與類WindPlant是聚集關系WindSpeedForecastingCurveProduction風速預測曲線與WindPlant是聚集關系WindTurbineWires風力機繼承自PrimeMoverWindTurbinePowerCurveDomain風機功率曲線繼承自CurveSchedule，與WindTurbine聚集關系WindTurbineEfficiencyCurveDomain風機效率曲線繼承自CurveSchedule，與WindTurbine聚集關系Async

36、hronousMachineWires異步電機繼承自RegulatingCondEg，與Terminal、GeneratingUnit關聯(lián)WTPowerControlModeDomain風力機功率調節(jié)方式WindTurbineTypeDomain風機類型AsynchronousMachineTypeDomain異步電機類型AsynchronousMachineOperatingModeDomain異步電機運行模式WindGeneratingEfficiencyCurveCore風力發(fā)電單元效率曲線繼承自CurveWindPlant：一種電力系統(tǒng)資源。WindGeneratingUnit：風力發(fā)

37、電機組，用于風電場的經濟調度。WindSpeedForecastingCurve：風速預測曲線，可以是風場超短期的風速預測，用于經濟調度使用；也可以是中長期風速預測曲線，用于風電場的規(guī)劃。WindTurbine：風力機，一種原動機，可以將風能轉化為機械能的設備，本質上是同步發(fā)電機或異步發(fā)電機，CIM中已對同步發(fā)電機建模，故只拓展異步發(fā)電機模型。WindTurbinePowerCurve：風機功率曲線，描述不同風速下的風力機輸出功率。WindTurbineEfficiencyCurve：風機效率曲線，描述不同的風速下風力機的風能轉化效率。AsynchronousMachine：描述異步電機，其運行模式可分為發(fā)電機、電動機、電磁制動，由屬性OperatingMode決定。表3 光伏發(fā)電CIM擴展擴展類所屬包描述關系PVGeneratingUnitProduction光伏發(fā)電機組繼承自GeneratingUnitPVCellWires一個單體光伏電池繼承自RegulatingCondEgPVinverterProduction并網逆變器的運行信息繼承自RectifierInverterPVCo