基于公共信息模型的配電網(wǎng)調(diào)度運行管理系統(tǒng)研究

謝雙勝

摘 要：雖然現(xiàn)代計算機輔助系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中已高度普及，但不同系統(tǒng)之間缺少相互交互，本研究基于公共信息模型（CIM）的電網(wǎng)調(diào)度運行管理系統(tǒng)設計使得目標系統(tǒng)具有良好的可擴展性和跨系統(tǒng)交互能力，打破了“信息孤島”的現(xiàn)狀。研究引入有向圖和十字鏈表的算法實現(xiàn)，使電網(wǎng)拓撲的高效存儲和快速重構(gòu)成為可能；建立模擬仿真、電氣“五防”校驗、兩票操作校驗等核心輔助功能，使得配電網(wǎng)調(diào)度運行管理工作可安全高效開展。

關鍵詞：IEC 61970；公共信息模型（CIM）；配電網(wǎng)調(diào)度

1 概述

電網(wǎng)調(diào)度運行管理是關系到電網(wǎng)設備及人身安全的重要環(huán)節(jié)，目前10kV中壓配電網(wǎng)調(diào)度運行管理系統(tǒng)的研究仍較少。雖然現(xiàn)代計算機輔助系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中已高度普及，但不同系統(tǒng)之間缺少數(shù)據(jù)交互，形成了“信息孤島”，導致電網(wǎng)基層人員往往為完成一項工作需要同時使用多套系統(tǒng)，眾多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)維護也加重了基層人員的負擔，再加上不同系統(tǒng)間信息更新不同步，數(shù)據(jù)不一致時有發(fā)生，為此建立一套可多系統(tǒng)交互的調(diào)度運行管理系統(tǒng)尤為重要。

2 CIM電網(wǎng)建模

IEC 61970是國際電工委員會制定的《能量管理系統(tǒng)應用程序接口（EMS-API）》系列國際標準。其目的是實現(xiàn)不同廠家系統(tǒng)的互聯(lián)和數(shù)據(jù)交換。IEC 61970主要由接口參考模型、公共信息模型（CIM）和組件接口規(guī)范（CIS）三部分組成，其中公共信息模型（CIM）是整個EMS-API的核心，它提供了對電力系統(tǒng)中所有對象及其分析、計算工具的抽象。

針對中壓配電網(wǎng)調(diào)度運行管理的建模，主要用到CIM模型中Core（核心包）、Topology（拓撲包）和Wires（電線包）等幾個包，根據(jù)CIM模型的電網(wǎng)設備及拓撲建模，相鄰電氣設備的連接關系通過如下方式來實現(xiàn)：

設備1→設備端子←→連接結(jié)點←→設備端子←設備2

3 基于CIM的配電網(wǎng)調(diào)度運行平臺構(gòu)建

3.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設計

系統(tǒng)的總體功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 系統(tǒng)核心功能的實現(xiàn)

3.2.1 數(shù)據(jù)庫設計。根據(jù)CIM電網(wǎng)建模中各設備、拓撲關系等實體類之間的關系，以SQL Server等關系數(shù)據(jù)庫建立存儲數(shù)據(jù)表和相關存儲過程。各種類對應數(shù)據(jù)庫中的基礎表，類的屬性對應數(shù)據(jù)庫基礎表中的字段，并根據(jù)各設備類、拓撲類的繼承、聚合和泛化關系以數(shù)據(jù)庫的主鍵和外鍵的關系表示。另外，利用數(shù)據(jù)庫的導入導出配適器，可以把數(shù)據(jù)庫中的設備和拓撲信息都導出至標準的CIM/XML文件，實現(xiàn)與其他外系統(tǒng)之間的信息同步。

3.2.2 配網(wǎng)圖形平臺設計。配電網(wǎng)調(diào)度運行管理中使用到的電網(wǎng)圖形主要有兩種：一種是用于調(diào)度運行的一次系統(tǒng)圖，可根據(jù)設備拓撲由系統(tǒng)自動生成；另一種是帶地理位置坐標的地理接線圖。對于只有單回或一組數(shù)回饋線的一次系統(tǒng)圖，由于數(shù)據(jù)量較少，一般基于SVG圖形和主流網(wǎng)頁瀏覽器、瀏覽器插件即可滿足圖形的展示和操作的需要，但SVG圖形不具備地理信息管理和空間分析等能力，為此地理接線圖可基于Mapinfo或ArcGIS等專業(yè)地理信息管理系統(tǒng)進行二次開發(fā)實現(xiàn)。圖形數(shù)據(jù)的交換方面，一次系統(tǒng)圖可直接通過標準SVG圖形與外系統(tǒng)進行交換，對于采用地理信息管理平臺的地理接線圖，也可以通過開源的GDAL等圖形格式轉(zhuǎn)換庫無損轉(zhuǎn)換成SVG圖形后進行信息共享。

3.2.3 配電網(wǎng)運行態(tài)拓撲的實現(xiàn)。根據(jù)中壓配電網(wǎng)的特點，相互連接的配電線路、設備之間的拓撲關系可用圖（G）來表示，圖由頂點V（G）和弧E（G）的有限集合組成，是一種比線性表和樹結(jié)構(gòu)更復雜的非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，應用非常廣泛。配電網(wǎng)特定時刻運行潮流的單向性決定了其運行態(tài)拓撲是一個有向圖，為便于高效存儲和實現(xiàn)拓撲的快速重構(gòu)，本研究采用十字鏈表作為拓撲的存儲結(jié)構(gòu)?；谑宙湵恚娋W(wǎng)中每一個設備對應圖的一個頂點，而頂點之間的弧則代表了設備間的連接關系，由此對電網(wǎng)設備之間的拓撲分析就轉(zhuǎn)化為對有向圖的遍歷問題。圖常用的遍歷方法有：深度優(yōu)先搜索遍歷和廣度優(yōu)先搜索遍歷。

3.2.4 電氣“五防”校驗和模擬仿真。配電網(wǎng)調(diào)度運行安全校驗的核心是電氣“五防”檢驗，“五防”是在變電站或饋線倒閘操作中防止五種惡性電氣誤操作事故的簡稱，其具體內(nèi)容是：（1）防止誤分、合斷路器；（2）防止帶負荷分、合隔離開關；（3）防止帶電掛（合）接地線（接地刀閘）；（4）防止帶接地線（接地刀閘）合斷路器（隔離開關）；（5）防止誤入帶電間隔。

本研究采用基于有向圖的運行拓撲可把以上“五防”規(guī)則轉(zhuǎn)化成在特定連通圖中搜索接地點、電源點等問題，例如要防止帶接地合斷路器，只需在操作前遍歷一次合閘后所形成的連通圖，檢測其中是否由接地設備的存在，如果有接地則禁止合閘，無接地則允許合閘。

以電氣“五防”檢驗和當前運行態(tài)拓撲的副本為基礎，形成系統(tǒng)的模擬仿真環(huán)境，通過運行態(tài)拓撲的動態(tài)著色，既可直觀查看倒閘操作的影響范圍也可以對操作進行模擬演練和安全校驗，有利于及早發(fā)現(xiàn)違規(guī)操作。

3.2.5 調(diào)度運行日志及“兩票”輔助系統(tǒng)的實現(xiàn)。為了人身及設備安全，電網(wǎng)調(diào)度運行中要求嚴格執(zhí)行“兩票”和調(diào)度運行日志制度，基于本系統(tǒng)的運行態(tài)實時拓撲分析，在配網(wǎng)調(diào)度全過程都可提供安全檢驗。在“兩票”的開票階段，系統(tǒng)根據(jù)錄入的操作自動進行仿真校驗，若屬違規(guī)操作則發(fā)出警告，并禁止錄入該操作，在開票階段排除各種影響人身或設備安全的違規(guī)操作。審批階段，通過模擬演練顯示操作的影響，為審批人員提供審批參考。在執(zhí)行階段，實時更新系統(tǒng)圖形的開關狀態(tài)、設備帶電狀態(tài)和設備的掛牌、接地狀態(tài)，并更新系統(tǒng)當前的運行態(tài)拓撲，確保系統(tǒng)設備狀態(tài)和現(xiàn)場一致，也為后續(xù)操作的安全校驗和執(zhí)行做好準備。同時，系統(tǒng)提供了“兩票”的全流程審批、跟蹤和日志查詢功能，確保調(diào)度操作的安全有序執(zhí)行。

4 結(jié)束語

基于以上系統(tǒng)設計，成功為某地市供電分局開發(fā)了配電網(wǎng)調(diào)度運行管理系統(tǒng)，通過多年使用實踐證明，該系統(tǒng)可滿足供電局日常運行管理的需求，打破了“信息孤島”的現(xiàn)狀，也實現(xiàn)了提高工作效率的目標。

參考文獻

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