適應于智能調(diào)度的電網(wǎng)模型管理系統(tǒng)設計研究

1、適應于智能調(diào)度的電網(wǎng)模型管理系統(tǒng)設計研究黃海峰 曹陽 宋鑫 李亞平國網(wǎng)電力科學研究院國電南瑞科技股份有限公司，南京高新技術(shù)開發(fā)區(qū)高新路20號 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：針對當前控制中心模型維護和管理的方式，提出采用模型管理系統(tǒng)對模型進行統(tǒng)一管理的模式。在介紹模型管理系統(tǒng)產(chǎn)生的背景基礎上，詳細分析了模型管理系統(tǒng)的特點，并對模型拼接、時間維度模型、管理機制、同步技術(shù)和發(fā)布方式等主要關(guān)鍵技術(shù)討論，以實現(xiàn)電網(wǎng)模型的源端維護，各應用系統(tǒng)共享的目標。關(guān)鍵詞：模型管理；IEC 61970；模型拼接；模型發(fā)布 1前言建設有中國特色的統(tǒng)一堅強智能化電網(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。通過建立一體化的模型管理平臺系統(tǒng)可以為智能分析、決策應用提供一體化模型基礎，解決因模型不完整而導致的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)

5、分析預警結(jié)果不正確問題1。 模型管理平臺系統(tǒng)建設以電網(wǎng)模型為核心的全區(qū)域統(tǒng)一模型中心，通過分布式電網(wǎng)建模和拼接技術(shù)，以“源端維護，全網(wǎng)共享”為目標，實現(xiàn)全區(qū)域統(tǒng)一模型，并以此為基礎，形成對實時、計劃等各類電網(wǎng)應用模型的統(tǒng)一管理，并通過電網(wǎng)模型發(fā)布服務，滿足調(diào)度中心各級應用對電網(wǎng)模型的需求，為實現(xiàn)調(diào)度中心基于全電網(wǎng)模型的分析、計算、預警和輔助決策奠定堅實基礎。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)等在國內(nèi)部分網(wǎng)、省調(diào)已經(jīng)逐步應用24。在國外，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)能進行模型的統(tǒng)一管理和發(fā)布。通過模型管理平臺系統(tǒng)主要

6、達到以下目的： l 通過縱向模型拼接技術(shù)實現(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)定運行，要求各調(diào)度中心對系統(tǒng)的認識是全面和準確的，但長期以來形成的“分級管理、分層控制、分布處理”體系決定對電網(wǎng)的維護是分散的，因此通過模型管理平臺實現(xiàn)模型拼接，并對拼接形成的大電網(wǎng)模型進行管理，才能保證調(diào)度中心及時、準確地掌握整個電力系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，并實現(xiàn)對大電網(wǎng)在線分析控制。l 采用時間軸的模型機制，實現(xiàn)不同時間維度的電網(wǎng)模型管理。通過拓展多種模式的模型，包括電網(wǎng)物理模型、計算模型和計劃模型，并在此基礎上對模型的過去、現(xiàn)在和未來進

7、行管理。最終通過統(tǒng)一的模型發(fā)布服務將符合應用需求的模型提供給各應用系統(tǒng)。本文將在分析電網(wǎng)模型管理的特點和需求的基礎上，提出電網(wǎng)模型管理平臺的設計方案和架構(gòu)，為電網(wǎng)模型管理系統(tǒng)的建立和實際應用奠定基礎。2 電網(wǎng)模型管理系統(tǒng)的主要特點l 維護一致性。長期以來，電力系統(tǒng)各級調(diào)度中心對電網(wǎng)模型的維護是分散的，而在同一調(diào)度中心各應用系統(tǒng)之間，對電網(wǎng)模型的需求各不相同，對電網(wǎng)模型的建模側(cè)重點也不相同。比如：EMS系統(tǒng)強調(diào)的是電網(wǎng)模型拓撲的正確，設備參數(shù)的完備；DMIS系統(tǒng)關(guān)注電網(wǎng)模型設備對象的建立以及資產(chǎn)設備的完整；計劃模型則要求能夠反映未來的時間段內(nèi)模型變化情況。由于側(cè)重點不同，在過去相當長的時間內(nèi)，各

8、個應用系統(tǒng)需要的模型是各自獨立維護的，彼此無法共享。因此，需要通過模型管理系統(tǒng)提供統(tǒng)一的模型維護和管理機制，為各應用系統(tǒng)提供符合其需求的各類模型。l 模型完整性。調(diào)度中心針對所轄區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)建立了較為詳細的電力系統(tǒng)模型，而對于相鄰電網(wǎng)的模型會在很大程度上進行簡化和等值，并在此基礎上進行電力系統(tǒng)仿真計算和分析。簡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的數(shù)據(jù)難以收集的困難，降低了系統(tǒng)仿真計算的復雜程度，但對于聯(lián)系緊密的電力系統(tǒng)而言，簡化等值帶來的誤差使得其使用范圍有限。對于互聯(lián)的大電力系統(tǒng)，調(diào)度中心對整個系統(tǒng)的認識必須是及時、全面、準確和完整的。因此，需要在分布式建?；A上，通過模型

9、拼接技術(shù)實現(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。可以通過狀態(tài)估計等方法來驗證電網(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)部各類自動化系統(tǒng)的相繼建設，對模型的需求也各不相同，單一模型已經(jīng)無法滿足，而需要為不同類型應用系統(tǒng)提供各類模型，如物理模型、計算模型、計劃模型等。同時，對于模型的描述也體現(xiàn)在多維度的時間需求上，既要能描述當前時刻模型，也需要能描述未來特定時間段內(nèi)的計劃模型。3 電網(wǎng)模型管理系統(tǒng)的功能模型管理平臺主要負責模型數(shù)據(jù)的管理，基本功能如圖所示。l 模型維護和建立a)

10、模型圖形導入功能：針對下級調(diào)度中心或者相關(guān)區(qū)域管轄和維護的模型和圖形，提供基于CIM XML模型和CIM SVG的圖形導入功能。b) 提供新建模型的編輯功能，保證模型的建立；c) 提供帶有時間維度的計劃模型，保證未來模型的建立；l 模型拼接針對來自不同相鄰區(qū)域的模型提供拼接功能，形成全網(wǎng)范圍大模型；通過全網(wǎng)狀態(tài)估計，保證并校驗拼接結(jié)果的完整(模型范圍和設備參數(shù))和正確；l 模型管理支持不同范圍和類型的模型，包括實時模型、計劃模型和計算模型等存儲和管理。提供不同生命周期的模型版本，并對模型的變化提供反演；l 模型發(fā)布和同步為不同類型應用需求提供各類模型；針對EMS實時系統(tǒng)，提供同步功能，用以保證

11、EMS系統(tǒng)模型的更新和完整。針對非實時系統(tǒng)，提供模型服務功能，供第三方應用系統(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，這是智能調(diào)度應用功能建設的基礎。模型管理系統(tǒng)建設的目的是對控制中心所有應用系統(tǒng)進行統(tǒng)一模型管理，并為各應用系統(tǒng)提供符合其需求的各類模型。模型不僅可以描述過去，現(xiàn)在，隨著應用領域的拓展，還需要能描述將來。4.1區(qū)域和分廠站模型拼接模型拼接包括兩類：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)應用于在某一區(qū)域電網(wǎng)范圍內(nèi)，對所轄各子區(qū)域的電網(wǎng)模型進行拼接以形成本區(qū)域內(nèi)完整的電網(wǎng)模型。區(qū)域模型拼接對于各子區(qū)域上傳的模型邊界建模沒有特殊

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)的模型唯一性和獨立性。區(qū)域模型拼接技術(shù)主要適用于網(wǎng)、省級模型拼接，主要包括：邊界定義、模型切割、模型對接和模型版本管理等幾個部分。l 邊界定義邊界是界定不同區(qū)域之間范圍的一組設備，在電力系統(tǒng)多區(qū)域模型拼接過程中，通常選擇變壓器、線路或變壓器及線路對應的等值負荷來作為邊界設備。上圖為對多個不同區(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，邊界表對邊界設備提供雙重描述，分別描述邊界對象在不同區(qū)域里的相關(guān)屬性。邊界對象在對應區(qū)域?qū)С龅腃IM/XML模型文件中必須

13、存在，并與邊界設備定義表中的描述一致。標志性電壓等級則用于描述該邊界設備相對于兩個不同區(qū)域之間的相對位置與方向，用于區(qū)分某一區(qū)域模型或全模型相對于某一區(qū)域時的內(nèi)部與外部標識。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)了誰管理誰負責的分布式建模思路，模型管理平臺通過基于拓撲著色的搜索技術(shù)對區(qū)域模型進行切割，并對切割結(jié)果進行校驗。l 模型對接模型切割以及邊界設備的取用方確定之后，需要通過對接將兩個區(qū)域各自內(nèi)部唯一的物理節(jié)點號改變?yōu)槿治ㄒ坏奈锢砉?jié)點號，或者只將邊界廠站內(nèi)，不同區(qū)域的設備物理節(jié)點號修改為站內(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。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，即包含線路對端廠站和電壓等級信息，但無需包含對端廠站內(nèi)其他設備模型分廠站拼接技術(shù)要求模型導出端提供基于廠站的模型導出文件，同時要求導出的模型中對邊界線路兩側(cè)廠站名稱的描述必須與模型導入側(cè)的描述保持一致?？梢哉J為，分廠站拼接技術(shù)是模型拼接的一種簡化方式，適用于地調(diào)一級，應用于區(qū)域模型多側(cè)同時維護的情況。適用于基于同一控制中心，不同區(qū)域或不同電壓等級維護的雙向系統(tǒng)模型交互的要求。4.2時間維度模型建立技術(shù)借助于時間維度，描述模型的生命周

15、期，并依靠模型時間維度表述過去、現(xiàn)在和未來的模型。具體而言，對于每個設備對象增加設備狀態(tài)、投運時間和退役時間三類描述信息，設備投運狀態(tài)與投運、退役時間關(guān)系如下：設備投運狀態(tài)投退時間關(guān)系說明待投運投運時間表示設備準備投運時間，退役時間表示設備準備退役時間。投運投運時間為當前時間退役退役時間為當前時間4.3模型管理機制模型管理系統(tǒng)能夠針對各種不同的應用提供不同特點的模型，同時能夠根據(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、模型對應的圖形和斷面數(shù)據(jù)。模型管理以基礎模型為核心，通過保存的不同差異模型，最終形成滿足各類需求的不同版本的模型?；A模型與模型版本的關(guān)系如下圖所示。4.4與實時系統(tǒng)

16、間模型同步方式傳統(tǒng)上EMS系統(tǒng)一般均獨立建模，但隨著對智能調(diào)度領域的不斷擴展，EMS系統(tǒng)對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性，故不能完全依靠EMS自行維護方式建立模型。通過各控制區(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上經(jīng)過校驗后，才能在EMS系統(tǒng)中實現(xiàn)全模型。因此，從模型建立的完備性和準確性的角度出發(fā)，需要提供模型同步機制，完成離線模型管理系統(tǒng)與實時EMS系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)同步。同步過程如上圖所示分為三個基本步驟：l 系統(tǒng)商用庫之間的同步，保證離線系統(tǒng)與在線系統(tǒng)商用庫之

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)動態(tài)下裝，即實現(xiàn)在線系統(tǒng)數(shù)據(jù)商用庫與實時庫的自動同步過程。數(shù)據(jù)同步的要求是離線和在線系統(tǒng)之間同一對象關(guān)鍵字一致，同時數(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，需要為各應用系統(tǒng)提供模型。針對實時性強的特殊系統(tǒng)，如EMS系統(tǒng)，可以采用系統(tǒng)同步方式。而對于大量的應用系統(tǒng)需要通過模型管理系統(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 標準CIM模型文件交互采用基于IEC 61970 CIM標準的文

18、件為應用系統(tǒng)提供電網(wǎng)模型，采用基于IEC 61970 453標準的SVG文件提供電網(wǎng)圖形。此類方式由于通過文件傳輸，方便第三方理解和解析，交互雙方職責清晰，目前在國內(nèi)廣泛應用。l 標準CIS服務發(fā)布IEC 61970 CIS標準提供應用系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互的標準服務發(fā)布方式。但是，采用標準CIS方式，對模型獲取的應用方要求較高，目前該方式在國內(nèi)外實際數(shù)據(jù)交互中應用并不廣泛。l 基于智能服務總線的發(fā)布方式服務總線是控制中心內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸通道，擔負著各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸任務，第三方應用系統(tǒng)通過智能服務總線獲取模型，也是今后模型發(fā)布的趨勢。l 基于SOA的發(fā)布方式與采用CORBA組件技術(shù)的CIS服務不同，面向服務的體系結(jié)構(gòu)（Service-Oriented Architecture，SOA）采用基于文本的消息傳遞機制，適用于大數(shù)據(jù)量低頻率訪問，利用SOA技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)布將是今后模型發(fā)布的趨勢。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用提供統(tǒng)一的模型、圖形和數(shù)據(jù)，是智能調(diào)度應用功能建設的基礎。本文針對模型管理系統(tǒng)的特點和應用前景，著重研究了模型管理平臺系統(tǒng)的功能和核心技術(shù)，并提出了建設思路和應用方式。相信隨著智能調(diào)度研究的逐步開展，模型管理系統(tǒng)作為新的應用領域?qū)橹悄茈娋W(wǎng)的建設提供有力支撐。參考文獻1姚建國,嚴勝,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)國際會議論文集