摘要∶為了支持電力系統(tǒng)二次系統(tǒng)資源、信息整合，為建設一體化、模塊化和智能化的應用功能提供統(tǒng)一的基礎資源支撐，有必要建立電力系統(tǒng)一體化全景模型。針對我國電網(wǎng)企業(yè)內部二次系統(tǒng)信息孤島等問題，結合智能電網(wǎng)發(fā)展對二次系統(tǒng)的需求，提出電力系統(tǒng)一體化全景模型的建設理念，并從定義、功能要求、維護方案等方面進行了研究。通過電力系統(tǒng)一體化全景模型，可以為電力系統(tǒng)二次系統(tǒng)提供模型建設規(guī)范和維護標準，進而推進二次一體化建設。

關鍵詞∶一體化全景模型；電力系統(tǒng)；分布式建模

作者簡介：王化龍（1979），男（土家族），湖北宜昌人，工程師，學士，主要從事電力系統(tǒng)調度自動化系統(tǒng)設計和開發(fā)工作，黃湫莉（1980），女，廣西藤縣人，工程師，學士，主要從事電力系統(tǒng)調度自動化、系統(tǒng)通信設計工作

0 前言

電力系統(tǒng)模型是對電力系統(tǒng)相關物理現(xiàn)實的抽象，在計算機系統(tǒng)中，通常通過建模語言與數(shù)據(jù)庫對電網(wǎng)設備及其關聯(lián)關系進行電力系統(tǒng)模型的描述與搭建。隨著電網(wǎng)信息化的快速發(fā)展，特別是智能調度概念的提出，各應用系統(tǒng)集成和交互的需求也日益提高，電網(wǎng)企業(yè)作為這些系統(tǒng)的最終用戶，需要從全局的角度對電網(wǎng)進行掌控，所以，對電網(wǎng)物理結構及電網(wǎng)運行相關外部環(huán)境等信息的一體化描述成為一種逐漸重要的需求。本文提出的一體化全景模型即為滿足這種需求的一種實現(xiàn)方式。

1 一體化全景模型的建設需求

目前，在我國的電網(wǎng)企業(yè)內部，因為專業(yè)的職能劃分、系統(tǒng)認識的演變等原因，電網(wǎng)數(shù)據(jù)和模型都出現(xiàn)了不同的版本。以調度運行部門為核心，根據(jù)業(yè)務需求的不同，建設了很多相互獨立的用于支持電網(wǎng)生產運行管理的計算機系統(tǒng)，包括能量管理系統(tǒng)（EMS）、廣域相量測量系統(tǒng)（WAMS）、調度運行管理系統(tǒng)（OMS）、負荷預測系統(tǒng)、繼電保護故障信息管理系統(tǒng)、電能量計量系統(tǒng)、輸電地理信息系統(tǒng)（GIS）、雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)、氣象預警系統(tǒng)等。以上系統(tǒng)由各級電網(wǎng)的不同部門或專業(yè)分別建設，獨立建設電力系統(tǒng)模型，并對各自關注的部分進行重點描述與擴展。

造成模型缺乏橫向共享與縱向貫通的能力，各業(yè)務系統(tǒng)之間重復維護、信息互動困難、一致性差。各獨立模型不能單獨滿足調度整體業(yè)務需求，相互整合存在較高技術難度，在建設智能電網(wǎng)背景下，進行電網(wǎng)運行的綜合分析決策也缺乏多維信息的支持。“十二五”期間，南方電網(wǎng)開展了一體化電網(wǎng)運行智能系統(tǒng)的研究和建設，以應對日益復雜的電網(wǎng)運行控制需求，一體化電網(wǎng)運行智能系統(tǒng)實現(xiàn)綜合性和全局性的電網(wǎng)關鍵運行狀態(tài)監(jiān)視，進而提供涵蓋各專業(yè)和各層級的電網(wǎng)運行監(jiān)控、決策和管理功能。一個一體化的全網(wǎng)大模型是滿足上述需求的基礎，基于此模型，可以在“源端維護、全局共享”的基礎上實現(xiàn)全網(wǎng)一致的模型“集中管理”；同時，還將為橫向與縱向上各個二次系統(tǒng)功能模塊按需提供模型服務，使綜合化和協(xié)同化的應用功能成為可能。

2 一體化全景模型概述

2.1 定義

一體化全景模型以電網(wǎng)模型為核心，存儲和管理全網(wǎng)電力系統(tǒng)模型、電網(wǎng)運行相關外部環(huán)境模型等及其對應的圖形和運行參數(shù)，橫向上整合一次、二次系統(tǒng)、氣象、地理信息、水、煤等信息的電網(wǎng)全景模型，縱向上包括網(wǎng)、省、地、縣的各電壓等級的電網(wǎng)模型。一體化全景模型在CIM的基礎上擴展出電網(wǎng)企業(yè)自身的公共信息模型，所擴展的模型可根據(jù)需求包含原有各業(yè)務支持系統(tǒng)的模型（在必要的情況下可以包括電網(wǎng)外部環(huán)境等非電網(wǎng)模型的類型），同時還利用模式定義與擴充工具，以適應對模型的逐步動態(tài)擴展的要求。

2.2 建設目標

通過一體化全景模型的建設，將能對電網(wǎng)企業(yè)現(xiàn)有的各電網(wǎng)生產運行管理支持系統(tǒng)提供模型支持，其范圍涵蓋這些系統(tǒng)的業(yè)務領域，同時通過ESB總線或其他類似的手段以標準接口向各系統(tǒng)、各級電網(wǎng)發(fā)布模型。一體化全景模型可獨立于各業(yè)務支持系統(tǒng)建設，通過SOA服務總線對各系統(tǒng)提供模型服務功能：

1）模型定制。對全區(qū)域電網(wǎng)統(tǒng)一模型，可由運行人員在其基礎上指定設備類型/具體設備/具體廠站進行等值成負荷的處理從而生成定制后的模型；可導出由運行人員指定的設備/廠站來實現(xiàn)部分導出，以上兩種方式都能生成與模型對應的SVG畫面。

2）模型服務。通過SOA服務總線按照標準形式向各業(yè)務支持系統(tǒng)發(fā)布定制區(qū)域統(tǒng)一模型與圖形；也可以使用標準的CIS接口向各系統(tǒng)發(fā)布模型。

3）應能對輸入的中調模型/圖形，大區(qū)電網(wǎng)模型/圖形，輸出的全區(qū)域電網(wǎng)統(tǒng)一模型/圖形實現(xiàn)版本管理，進行歷史保存，并可生成典型方式的模型/圖形作為備用。

4）可向安全III區(qū)提供與安全I區(qū)一致的服務，可以在安全III區(qū)實現(xiàn)模型定制與發(fā)布功能。

5）支持基于全區(qū)域電網(wǎng)統(tǒng)一模型的狀態(tài)估計、潮流計算等電網(wǎng)分析計算應用功能。

6）可通過WEB方式實現(xiàn)客戶端對全區(qū)域電網(wǎng)統(tǒng)一模型的定制需求的提交，經(jīng)運行維護人員確認后，電網(wǎng)一體化全景模型可按提交的需求為該客戶端提供模型、圖形服務。

3 一體化全景模型建設方案

一體化全景模型的建設應以統(tǒng)一規(guī)劃、分級協(xié)同維護的方式建設，橫向上應在CIM模型的基礎上進行拓展，覆蓋電網(wǎng)企業(yè)生產業(yè)務全專業(yè)需求，采用統(tǒng)一的維護工具，利用專業(yè)權限管理實現(xiàn)多用戶分布維護；縱向上采用模型復制機制，上下級調度按照調度管理權限分級維護全網(wǎng)模型，經(jīng)統(tǒng)一校核后更新發(fā)布。

3.1 橫向建模方案

一體化全景模型在橫向上實現(xiàn)各安全分區(qū)模型統(tǒng)一建立、維護，各業(yè)務支持系統(tǒng)均可使用其他分區(qū)或系統(tǒng)導出的電網(wǎng)模型，也可以將自身模型導出給其他系統(tǒng)使用。電網(wǎng)企業(yè)應建立統(tǒng)一標準，規(guī)范一體化全景模型的建設及包含的范圍。其模型擴展應建立嚴格的管理機制，由固定的機構組織模型擴展的討論與新版本的發(fā)布。經(jīng)過批準的一體化全景模型版本才能用于各業(yè)務部門及應用功能開發(fā)。模型維護在離線環(huán)境下完成，提供驗證機制，只有驗證正確的模型才能裝載到測試環(huán)境下運行。在將安全III區(qū)的模型導入安全I區(qū)的過程中，必須經(jīng)過相應的審核和驗證，在安全I區(qū)對導入模型所做的修正，應自動同步到安全III區(qū)的源模型中，實現(xiàn)修正內容的自動同步更新。當采用模型導入方式生成模型時，可以選擇人工觸發(fā)導入或者軟件自動檢測導入，模型導入驗證通過后，可選擇人工觸發(fā)發(fā)布或者由軟件自動發(fā)布。符合IEC61850標準的站端模型導入維護時，由模型維護軟件自動檢測模型文件是否更新，如果發(fā)現(xiàn)更新則自動導入模型。上下級電網(wǎng)模型更新后，可自動更新CIM/XML模型文件，由軟件檢測后自動導入到一體化全景模型。模型維護可以按專業(yè)進行，一個專業(yè)完成維護工作后即可投入新模型運行，其它專業(yè)維護工作不影響其運行。

3.2 縱向建模方案

省地兩級全景模型維護流程中，一體化全景模型維護節(jié)點分為省調維護節(jié)點和地調維護節(jié)點。一體化全景模型維護的主要內容包括電網(wǎng)模型和圖形，以下所提到的模型維護均包括了電網(wǎng)模型和圖形。省調維護人員在省調維護節(jié)點進行省調調度范圍內電網(wǎng)模型和圖形的維護，模型維護結束并經(jīng)驗證成功后，上傳到模型中心（含省地一體化全景模型），進行模型合并。一旦省地一體化全景模型發(fā)生變化，經(jīng)過審核為合法版本后，由模型中心提供模型下載服務，同時通知一體化全景模型地調維護節(jié)點,以便地調維護節(jié)點獲取到一體化全景模型的最新版本。此時，還可以啟動模型發(fā)布功能，將省地一體化全景模型最新版本發(fā)布到各業(yè)務支持系統(tǒng)中運行。地調維護人員在地調維護節(jié)點進行地調調度范圍內電網(wǎng)模型的維護，模型維護結束并經(jīng)驗證和審核通過后，上傳到模型中心，進行模型合并。一體化全景模型地調節(jié)點還需要利用模型切割功能，從一體化全景模型切割出地調系統(tǒng)所需要的電網(wǎng)模型和圖形，導出給地調使用。

4 一體化全景模型建模示例

一體化全景模型橫向上通過專業(yè)權限協(xié)同完成建模，利用工作流引擎支持，同級維護人員可分別維護模型的不同分區(qū)，可采用與傳統(tǒng)建模類似的方式實現(xiàn)。縱向建模涉及調度管理邊界電網(wǎng)及設備的維護，采用了模型復制機制，以一個省級電網(wǎng)的建模為例，在電網(wǎng)一體化全景模型中，省調一體化全景模型維護節(jié)點負責維護電網(wǎng)220kV以上電壓等級廠站和線路，地調一體化全景模型維護節(jié)點負責維護電網(wǎng)220kV以下電壓等級廠站和線路。

4.1 省級建模流程

對220kV廠站，省調負責220kV側高壓母線的維護，主變及220kV以下部分由地調負責維護。省調負責220kV廠站的創(chuàng)建，地調無權創(chuàng)建。省調維護結束后，由模型驗證模塊對模型進行驗證，只有模型驗證通過后，才能將維護后的模型上傳到省地一體化全景模型維護節(jié)點進行模型合并。對省調維護節(jié)點而言，需要完成省調維護范圍內電網(wǎng)模型、圖形的維護，然后上傳給模型中心。模型中心同時還要接受地調一體化全景模型維護節(jié)點上傳的電網(wǎng)模型，并與省調一體化全景模型進行模型合并，生成省地調統(tǒng)一維護的一體化全景模型。同樣，合并后的一體化全景模型也需要由模型驗證模塊進行驗證，模型驗證通過后，可以發(fā)布到各業(yè)務支持系統(tǒng)進行使用。同時，將模型變化通知各地調一體化全景模型維護節(jié)點，由地調維護節(jié)點決定是否更新一體化全景模型。

4.2 地級建模流程

對跨地區(qū)的110kV線路，地調一體化全景模型維護節(jié)點在建模時各自首先按照負荷進行建模，以保證地調EMS模型的正常運行。待地調將模型上傳到省調一體化全景模型維護節(jié)點后，指定由某一地調的維護人員進行負荷改線路的維護。地調模型維護結束后，由模型驗證模塊對模型進行驗證。模型驗證通過后，根據(jù)地調EMS模型需要，對驗證后的一體化全景模型進行模型切割，生成地調EMS的維護模型，對該維護模型進行再次驗證，模型驗證通過后發(fā)布到地調EMS系統(tǒng)使用。同時，地調還需要將維護后的一體化全景模型上傳到省調一體化全景模型維護節(jié)點進行模型合并。對地調一體化全景模型維護節(jié)點而言，不僅需要完成地調維護范圍內電網(wǎng)模型的維護，同時還要接受省調一體化全景模型維護節(jié)點的電網(wǎng)模型，并與地調一體化全景模型進行模型合并，生成省地調統(tǒng)一維護的一體化全景模型。

5 結論

一體化全景模型以電網(wǎng)模型為核心，通過分布式建模和模型拼接技術，以“源端維護，全網(wǎng)共享”為目標，實現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)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)應用及外部環(huán)境模型的統(tǒng)一管理，并通過模型發(fā)布服務，滿足調度中心各級應用對模型的需求，為實現(xiàn)智能調度中心基于全景模型的分析、計算、預警和輔助決策奠定堅實基礎。

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作者：王化龍 黃湫莉          單位：中國能源建設集團廣西電力設計研究院有限公司