盧小海， 王宇名， 趙文博

(廣東電網有限責任公司中山供電局，廣東 中山 528400)

基于配網主站平臺的圖模變化量多版本機制研究

盧小海， 王宇名， 趙文博

(廣東電網有限責任公司中山供電局，廣東 中山 528400)

配網網絡結構復雜、設備繁多，圖模變化頻率高，導致配電自動化運維的圖模管理工作存在一定的困難。針對當前配電自動化系統(tǒng)圖模維護和管理的方式，本文提出一種基于精細變化量的圖模多版本分層訂閱機制。通過源端唯一的配電網設備異動管理，分層次訂閱數據、拓撲結構的變化量，采用數據庫多版本管理機制構建設備數據結構。通過快速構建設備間的層次結構和拓撲結構，按版本對配網圖模進行對比和更新，全面提升配電自動化系統(tǒng)圖模的正確性，提高配網圖模的維護效率，保證了基于配電網模型開展研究分析的應用需求。

配電網圖模；圖模變化量；多版本管理；分層訂閱；模型校驗

0 引言

配電網是連接電力負荷與大電網的中間環(huán)節(jié)，通過建設智能化配電網來實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置是建設智能電網的關鍵內容。隨著我國經濟的快速增長，配電網規(guī)模也日趨擴大。而反映電網架構及模型的配電網一次接線圖和環(huán)網圖是配電網各類業(yè)務應用的基礎。當前配電網調度主站系統(tǒng)一次接線圖主要來源于生產管理系統(tǒng)(PMS)或地理信息系統(tǒng)(GIS)，由于城市建設和改造的需要,配電網的改造和線路運方變動頻繁，網絡拓撲模型幾乎天天在變，配電網接線圖還需要不斷地調整和修改[1-3]。在配電自動化系統(tǒng)建設過程中，從PMS或GIS導入圖模時，存在圖模不規(guī)范或各種錯誤，導致多次重復流程；配電網運方變化頻繁，加重了圖模維護的頻度和工作量；圖形標準的不同導致在配電網主站系統(tǒng)建設過程中圖紙的實時、超鏈、標注信息等需二次維護，且易于被覆蓋，造成重復性勞動；圖模維護工作量巨大，維護質量的可感知度較低，對存在的拓撲連接錯誤、模型異動和基本的模型屬性錯誤缺乏有效的感知、校核手段，調度員和運方人員幾乎每天都要對同一條饋線的單線圖改造前和改造后的情況進行對比、擬訂計劃、開操作票，執(zhí)行線路停送電。由此可見，地區(qū)級配電網圖模及一體化關聯(lián)的正確性在運維方面存在不足，難以全面滿足地區(qū)配電網調度、自動化運維工作的需求。因此，需要有嚴格的圖模管理機制。

本文提出一種基于精細變化量的圖模多版本分層訂閱機制，通過源端唯一的配電網設備異動管理，全面提升配電自動化系統(tǒng)圖模的正確性，可滿足配電網運維管理各業(yè)務應用需求。解決了由于規(guī)模巨大的配電網數據量帶來的維護困難、不及時、質量低下的問題，節(jié)省了人工成本和運行管理成本。

1 配網圖模關聯(lián)處理機制

配電網主站系統(tǒng)建設過程中的配電網圖模導入工作是一項基礎性工程，正確、完善的圖模是配電自動化系統(tǒng)對配電網分析的基礎。配電自動化(DMS)系統(tǒng)與外部圖模平臺建模遵循“同一模型、同一圖形、不同應用角度”的原則，從應用系統(tǒng)數據源唯一的角度出發(fā)，系統(tǒng)中需要的變電站圖模來自于調度自動化(EMS)系統(tǒng)，稱為主網圖模；站外圖模通常來自PMS或GIS系統(tǒng)，稱為配網圖模；設備資產編號是對設備唯一標識的重要紐帶，原則上要求唯一[4,5]。外部圖模平臺和內部系統(tǒng)之間，需要利用設備資產編號進行設備增量的處理，通過實現(xiàn)主網模型與配網模型的邊界拼接，實現(xiàn)完整、統(tǒng)一的配網主站系統(tǒng)調配一體化電網模型[6]。

配電自動化主站平臺的模型管理流程如圖1所示。按照IEC 61968/61970消息格式,PMS或GIS系統(tǒng)把CIM/XML格式的模型數據文件和圖形數據文件，通過通信接口服務器發(fā)送到信息交互總線上。總線將圖形和模型數據傳送到配電主站系統(tǒng)，主站根據此模型文件增量方式完成在數據庫的模型更新，圖形則以覆蓋方式完成更新[7-9]。

圖1 配電自動化主站系統(tǒng)圖模管理流程Fig.1 Distribution automation master station system graphics and models management processr

主網圖模來自EMS系統(tǒng)，圖模接口遵循IEC 61968/61970標準接口規(guī)范格的CIM/SVG方式，導出一組CIM/SVG分別描述主網廠站的網絡模型、圖形，并通過信息交互總線發(fā)送到配電網自動化系統(tǒng)中。配電網自動化系統(tǒng)解析收到的主網模型，一方面與已有的主網模型作比較，計算出需要增量更新的設備信息；另一方面，在配電網模型中通過搜索與之相匹配的配電網模型邊界設備(通常為10 kV斷路器)，如果發(fā)現(xiàn)該邊界設備，表明有需要與當前廠站模型拼接的配電網設備。主網模型對系統(tǒng)增量更新后，標記與之匹配的配電網模型，更新與邊界設備相連接的配電網設備一端節(jié)點號。當配電網模型改變后，以邊界設備為基礎重新建立網絡拓撲，確保主配網模型拼接以及圖模關聯(lián)的正確性[10]。

2 多版本圖模管理機制

2.1 圖模精細變化量維護

良好的圖模管理能夠針對不同應用提供不同特點的模型，也能夠根據圖模的變化形成不同版本，包括配電網模型、圖形和斷面數據。圖模管理以基礎圖模庫為核心，通過保存的圖模差異信息，最終形成滿足各類需求的不同版本的圖模信息?；A圖模庫與圖模版本的關系如圖2所示。以配電自動化系統(tǒng)建成上線運行時的圖模庫為基礎模型庫和基礎圖形庫，當外部系統(tǒng)有圖模異動時，形成一組模型變量和圖形變量并注有編號1～n，發(fā)送至配電主站系統(tǒng)形成對應的模型版本和圖形版本并注有版本號1～n。

圖2 基礎圖模庫與圖模版本的關系Fig.2 Relationship between graphic and model library and version

多版本圖模管理的關鍵技術在于變化量維護過程中的數據一致性和準確性，關鍵的技術應用在于以下幾點：

(1) 基于變化量的圖模更新交互。通過對圖模變化的數據源控制，在增、刪、改操作配網圖模數據時，以及改變網絡拓撲結構時，保留設備及拓撲結構修改的痕跡，生成基于精細變化量信息的新數據庫版本，用于圖模更新交互[11]。

(2) 圖模變更多版本管理及控制。通過數據庫的多版本管理技術，識別電網模型的版本變化信息，只獲取電網模型最新變化量的版本信息進行交互，通過變化量與基礎數據的對比，生成最新的圖模數據版本，實現(xiàn)圖模數據變化的同步控制。

(3) 圖模變化量的數據庫存儲技術。配電網圖模的數據交互是基于變化量信息進行的同版本文件交互。在解析過程中，只需解析圖模的變化部分，以減少數據交互文件的信息量以及模型解析工作量，同時基于變化量信息的數據庫版本控制，保證了數據庫存儲空間最小，數據查詢速度最快[12]。

2.2 圖模分層訂閱機制

由于配電網設備種類繁多、數量龐大，建立基于多叉樹原則的層次結構，能夠更高效地建立設備之間的層次關系。例如，配電網網絡結構中以饋線為單位描述配網網絡接線圖，饋線即為配網設備的最上層容器，開閉鎖/環(huán)網柜也是配網的一種容器，每個配網設備僅有一個容器(直接容器)，即向上描述，如柱上開關的容器僅是饋線，開閉所/環(huán)網柜內開關的容器僅是開閉所/環(huán)網柜。主網網絡結構中以廠站為單位描述廠站接線圖，廠站即為主網設備的最上層容器，斷路器作為主配網拼接的邊界設備，可以作為饋線的容器。設備與容器的層次從屬結構如圖3所示。

圖3 設備-容器層次結構Fig.3 Device-container hierarchy diagram

對層次、拓撲結構發(fā)生變更的數據，以提示的方式通知系統(tǒng)。在系統(tǒng)中訂閱數據變動專題的應用程序(或應用程序使用者)，所有訂閱相同專題數據應用程序全部確認后，才清除對該專題下當前數據的提示，圖模變更分層訂閱流程如圖4所示。

圖4 圖模變更分層訂閱流程Fig.4 Hierarchical subscription flow figure of graphic and model change

基于上述層次、拓撲關系構建，每條通知內容包含兩部分，前半部分描述具體的統(tǒng)計分析內容或變化內容，后半描述關注的內容所在的容器，如：

(1) 變電站M下有饋線設備N，O，P，該情況出現(xiàn)在變電站M內；

(2) 斷路器R和斷路器S形成環(huán)網，該情況出現(xiàn)在變電站C內；

(3) 饋線段B的拓撲發(fā)生變化，該情況出現(xiàn)在饋線D上；

(4) 開關A的層次發(fā)生變化，該情況出現(xiàn)在饋線E上。

2.3 消息處理與數據存儲

采用IEC 61968消息集成技術，實現(xiàn)消息傳送。消息總線為應用支持軟件提供統(tǒng)一的信息交換機制，方便各應用使用。消息總線基于事件，適用于在各個應用之間通過發(fā)布/訂閱方式快速傳遞實時數據更新、開關變位、電力系統(tǒng)重大事故等實時信息，包括實時態(tài)、反演態(tài)、研究態(tài)、測試態(tài)等不同態(tài)下應用的數據交換。同時消息總線為應用提供一套通用的消息調用接口，應用通過調用這些接口來進行消息的發(fā)送和接收。

從宏觀角度來看，數據分為兩部分：一是層次拓撲模型數據；二是通知。因層次、拓撲模型數據量巨大，從考慮不占用數據庫資源調度出發(fā)，以及快速對象化的需要，層次與拓撲模型將以二進制文件形式存儲。統(tǒng)計信息、變化信息等通知數據將存儲于實時庫模型校驗通知表中。

3 配電網絡模型校驗

網絡模型校驗是保證配電網主站系統(tǒng)圖模版質量的重要手段，通過全局統(tǒng)計分析配電主站系統(tǒng)中的所有設備模型信息，構建設備間層次關系、拓撲關系，查找設備模型可能存在的問題，及時處理潛在風險[13]。

3.1 快速構建層次結構

在模型導入、模型修改等操作過程中，往往容易產生模型的誤操作，如果僅局限于某一圖或者某一廠站來分析模型往往具有片面性。網絡模型校驗依賴于主站系統(tǒng)實時庫數據，統(tǒng)計分析實時庫中所有的模型數據，給用戶提供一個接口進行全面檢查、分析模型數據。

層次結構需要記錄的設備包括配網設備及變電站、站內母線、斷路器、主網負荷等主網設備。通過設備與容器之間的關系，以及已有設備拓撲關系，構建設備層次關系。層次結構構建的輸入、輸出分別為：設備的詳細信息和設備的直接容器信息。讀取數據庫時直接構建設備信息，根據上述設備-容器的從屬關系建立設備與設備間的層次關系，并進行存儲，得到設備的直接容器信息，以及以當前設備為容器包含的全部設備。典型設備層次結構構建流程如圖5所示，從遍歷配網設備表開始，記錄設備所屬的直接容器，遍歷配網饋線表，建立設備-容器的層次關系，查找節(jié)點號為正的饋線段，即配網根饋線段(與主網負荷為直接連接關系的饋線段。通常主網設備的節(jié)點號為正，配網設備的節(jié)點號為負，根饋線段的兩端節(jié)點號一端為正一端為負)。向上搜索相連的主網負荷，依次向上搜索斷路器→站內母線→廠站，所有饋線遍歷結束后，再向下搜索饋線包含的配網設備，如配網母線、配網開關、配網負荷等。

圖5 模型校核邏輯Fig.5 Logic diagram of model check

3.2 快速構建拓撲結構

配電網模型拓撲連通性檢查方法包含基于層次聚類分析和基于拓撲模型抽取分析兩個層面?；趯哟尉垲惙治鍪侵竿ㄟ^饋線層次關系抽取單線模型，再進行節(jié)點連通性聚類分析[14,15]。

拓撲結構快速構建方法：以變電站中母線為起始點，通過記錄的節(jié)點信息以及與設備間映射關系，迅速構建設備間父子拓撲關系?；谕負淠Ｐ统槿》治鍪侵竿ㄟ^饋線拓撲模型抽取單線模型，再基于一般化的布局布線算法，生成配電網拓撲圖，根據拓撲圖進行連通性分析或修改模型抽取規(guī)則重新成圖[16]。通過饋線拓撲模型抽取單線模型是指可提供多種方式確定模型抽取規(guī)則：包括(1) 起始規(guī)則，可指定節(jié)點號、選擇饋線對象；(2) 搜索規(guī)則，正常運方(根據開關聯(lián)絡類型拓撲)、實時運方(根據開關實時遙信拓撲)、最大步驟(指定最大搜索深度)；(3) 終止規(guī)則，主網節(jié)點、非本線路站所。

拓撲關系檢查輔助自動化維護人員校核配網模型連通性質量工作，解決了依靠人工檢查效率低、易出錯、不直觀、難度大等問題，為滿足配電網自動化運維及電力分析業(yè)務應用的實用性提供了技術保障。

4 結語

本文研究了基于配電主站平臺的配網圖模關聯(lián)、圖模變化量管理和模型校驗的方法。針對配網圖模的具體特性，在新版本圖模成功導入配電主站平臺后進行圖模校驗，利用在數據構建階段生成的設備信息及設備間層次結構、拓撲結構，對新構建的模型與上一版本模型數據進行對比分析，得到層次、拓撲的具體變化，最后對新版本圖模的完整性和正確性進行功能驗證，并將變化結果通知各應用程序。典型的應用有網絡拓撲分析、供電追蹤著色，還有負荷轉供、故障處理等高級應用。

本文提出的基于精細化變量的圖模多版本分層管理機制，在省內多個城市的配電自動化管理系統(tǒng)中已得到應用。其中，中山配電自動化系統(tǒng)建設時間較早，城市電網包含220 kV變電站10座、110 kV變電站60座、10 kV饋線1199條，圖模維護工作量較大、人工檢查效率較低。由于配電自動化系統(tǒng)已經過多次升級，配電網圖模版本管理技術也不斷在改進，通過使用本文研究的基于圖模變化量的多版本管理機制，大大提高了圖模導入及模型校驗的效率，為配網調度提供了高質量圖模，進一步提高了配電網調度系統(tǒng)的實際運行效率。

[1] 陳根軍, 顧 全. 應用模型拼接建立的全電網模型[J].電網技術, 2010, 34(12): 94-98. CHEN Genjun, GU Quan. Creation of complete power network model by splicing power network model for EMS with external network model built by BPA[J]. Power System Technology, 2010, 34(12): 94-98.

[2] 錢 靜，施毅斌，崔立忠,等. 智能配電網模型信息集成技術研究[J]. 電網技術, 2013,37(12):3534-3540. QIAN Jing, SHI Yibin, CUI Lizhong,et al. Research on model information integration technology for smart distribution network[J]. Power System Technology, 2013, 37(12):3534-3540.

[3] CHAKRAVARTY P, WICKRAMASEKARA M G. A better GIS leads to a better DMS[C]∥2014 Clemson University Power Systems Conference. South California: 2014.

[4] 柳勁松，羅海強，江 平. 配網生產運行中基于CIM的配網模型交換[J].華東電力,2014,42(12):2902-2905. LIU Jinsong, LUO Haiqiang, JIANG ping. CIM-based model exchange during distribution network operation [J]. East China Electric Power, 2014, 42(12): 2902-2905.

[5] WUERGLER E，VANHEMELYCK C． Use of CIM for work flows across network operation, asset management and Network planning systems at a distribution utility[C]∥ 2012 IEEE Power and Energy Society General Meeting. California: 2012.

[6] 朱見偉，丁巧林，楊 宏，等． 配電網 CIM 綜合模型的構建與應用[J]. 繼電器, 2006, 34(10): 60-72. ZHU Jianwei，DING Qiaolin,YANG Hong,et al． Construction and application of electrical distribution CIM model[J]. Relay, 2006, 34(10): 60-72.

[7] 費建法，方 泉，王成現(xiàn). 基于CIM的配電自動化系統(tǒng)信息交互[J].江蘇電機工程, 2014,33(3)： 15-20. FEI Jianfa, FANG Quan, WANG Chengxian. Information interaction of distribution automation system based on CIM[J]. Jiangsu Electrical Engineering, 2014, 33(3):15 -20.

[8] 楊 睿，程桂林，徐懂理. IEC 61961970 CIM 與IEC 61850SCL模型互通性分析與研究[J]. 江蘇電機工程, 2015, 35(5): 46-52. YANG Rui, CHENG Guilin, XU Dongli. Analysis and research on the interoperability between IEC 61970 CIM and IEC 61850 SCL Model[J]. Jiangsu Electrical Engineering, 2015, 35(5): 46-52.

[9] 錢 鋒, 唐國慶, 顧 全, 等. 基于CIM標準的多級電網模型集成分析[J]. 電網技術, 2007, 31(12): 69-73. QIAN Feng, TANG Guoqing, GU Quan, et al. Analysis on integration of multilevel power network model based on CIM[J]. Power System Technology, 2007, 31(12): 69-73.

[10] 陸一鳴，劉 東，黃玉輝，等． 基于 CIM 的饋線建模和應用[J]. 中國電機工程學報, 2012, 32(28): 157-163. LU Yiming, LIU Dong, HUANG Yuhui, et al. Feeder modeling and application based on CIM[J]. Proceedings of the CSEE,2012,32(28): 157-163.

[11] 閆 湖,李立新,袁榮昌,等. 多維度電網模型一體化存儲與管理技術[J].電力系統(tǒng)自動化,2014,38(16):94-99. YAN Hu, LI Lixin, YUAN Rongchang, et al. Integrated storage and management technology for multi-dimensional grid model[J]. Automation of Electric Power Systems,2014,38(16):94-99.

[12] 曹 陽,姚建國,楊勝春,等. 基于模型集和差異模型的電網模型多版本管理方法[J].電力系統(tǒng)自動化, 2015,39(5):142-146. CAO Yang, YAO Jianguo, YANG Shengchun, et al. A multi-version management method of grid model based on model set and difference model[J]. Automation of Electric Power Systems,2015,39(5):142-146.

[13] 錢 靜，徐丹丹，蔣國棟，等． 智能調度離線模型管理技術的深化研究[J]. 電網技術, 2012, 36(12): 76-82.

QIAN Jing, XU Dandan, JIANG Guodong, et al. In-depth study of offline model management technologies for intelligent power dispatching system[J]. Power System Technology, 2012, 36(12): 76-82.

[14] 鄧 迪,肖 健,譚力堅，等. 配網模型自動分析與校核研究[J].數字技術與應用,2014,(10):80-80. DENG Di, XIAO Jian, TAN Lijian, et al. Research on automatic analysis and checking of distribution network model[J]. Digital Technology and Application, 2014, (10):80-80.

[15] 樊 瑞，周 賓，梅德冬，等. IEC 61850模型校驗工具的研究與實現(xiàn)[J].智能電網,2015,(1):85-90. FAN Rui, ZHOU Bin, MEI Dedong, et al. Research and implementation of tools for model verification of IEC 61850[J]. Smart Grid, 2015, (1):85-90.

[16] 梅德冬，樊 瑞，周 斌. IEC61850模型信息的規(guī)則表達與校驗研究[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2015,43(3):131-136. MEI Dedong, FAN Rui, ZHOU Bin.Research on regular expressions and check of IEC 61850 model information[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(3):131-136.

(編輯陳 娜)

Multi-version Mechanism of Change in Graphics and Models Basedon Distribution Network Master Station Platform

LU Xiaohai, WANG Yuming, ZHAO Wenbo

(Zhongshan Power Supply Corporation, Zhongshan 528400, China)

In the distribution automation system, the distribution network structure is complex, and devices, graphics and models change frequently. There are some difficulties of graphics and models management in the distribution of automation operation and maintenance. A multi-version hierarchical subscription mechanism method based on graphics and models fine change is presented. Through the unique source distribution network equipment transaction management, data and topology changes are hierarchically subscribed. Multi-version database management mechanism is used to build device data structure. By quickly building the hierarchies and topologies between devices, matching and updating the distribution graphics and models, the correctness of distribution automation system graphics and models can be improved comprehensively, and the maintenance efficiency of the graphics and models can also be improved, which ensures the application requirements of research and analysis based on distribution network models.

distribution network graphics and models; change of graphics and models; multi-version management; tiered subscription; model verification

盧小海

2017-04-08；

2017-05-09

TM711

：A

：2096-3203(2017)05-0109-05

盧小海(1979—)，男，廣東惠州人，碩士，高級工程師，從事調度自動化專業(yè)工作(E-mail: seanlou@126.com)；

王宇名(1984—)，男，廣東茂名人，碩士，工程師，主要從事電網自動化、智能配電網工作(E-mail:cymmch@sina.com)；

趙文博(1980—)，男，河南輝縣人，碩士，高級工程師，從事調度自動化、配網自動化技術管理工作(E-mail:13424510801@139.com)。