1 引言
國家“十一五”期間要求單位GDP能耗比“十五”降低20%,而電力能耗占整體能耗的近1/3,所以節(jié)能降損對國民經(jīng)濟(jì)意義重大[1]。要順利推進(jìn)節(jié)能降損工作,一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)就是對所有電力設(shè)備的線損情況進(jìn)行監(jiān)測分析,對這些電力設(shè)備的供售電量進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì),為線損分析和應(yīng)用提供可靠的數(shù)據(jù)源。
對供售電量的采集,常規(guī)將在各級調(diào)度部門分別建設(shè)電量采集系統(tǒng)、線損管理系統(tǒng),同時(shí)需要實(shí)現(xiàn)用電現(xiàn)場管理系統(tǒng)、用電營銷系統(tǒng)等接口,特別在地區(qū)和縣級的兩層建設(shè)凸現(xiàn)了無序建設(shè)、重復(fù)建設(shè)、孤島建設(shè)、分散建設(shè)等現(xiàn)象[2]。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展,為滿足電力系統(tǒng)生產(chǎn)、運(yùn)行和管理需要,實(shí)現(xiàn)信息和功能共享越來越重要,從而帶動(dòng)了電網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)趨勢良性發(fā)展。
1.1 標(biāo)準(zhǔn)化
IEC61970/IEC61968標(biāo)準(zhǔn)為電力系統(tǒng)中的各種資源定義了公共信息模型(CIM:Common Inbbbbation Model),在很大程度上方便了不同系統(tǒng)之間的集成。CIM將對于電力企業(yè)信息化水平的提高具有極大的促進(jìn)作用,理解標(biāo)準(zhǔn)、遵循標(biāo)準(zhǔn)、使用標(biāo)準(zhǔn)、擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)也必將成為電力企業(yè)信息化發(fā)展的共識(shí)[3]。
1.2 平臺(tái)化
為了解決電力系統(tǒng)的“信息孤島”問題,實(shí)現(xiàn)各專業(yè)應(yīng)用之間在功能和數(shù)據(jù)上的集成是必由之路,從單個(gè)應(yīng)用的組件化,到不同應(yīng)用間的集成化,到電力企業(yè)的綜合信息平臺(tái),從單個(gè)應(yīng)用視角、多個(gè)應(yīng)用視角、企業(yè)整體視角三個(gè)層面實(shí)現(xiàn)整合和集成[4]。依據(jù)國家電網(wǎng)公
司“十一五”信息發(fā)展規(guī)劃,國家電網(wǎng)公司2006年開始實(shí)施信息化建設(shè)工程(“SG186工程”),其中的一體化平臺(tái)、數(shù)據(jù)中心、應(yīng)用集成、企業(yè)門戶等主要方向均體現(xiàn)了平臺(tái)化的總體思想[5]。國家電網(wǎng)公司農(nóng)電工作部進(jìn)一步明確了在“十一五”期間,電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的新建或改造,必須遵循一體化設(shè)計(jì)和建設(shè)原則,實(shí)現(xiàn)調(diào)度、配網(wǎng)、集控、電量、管理等多種應(yīng)用功能的無縫集成,加強(qiáng)信息資源數(shù)據(jù)整合和數(shù)據(jù)共享,全面提升電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的應(yīng)用水平。
1.3 集成化
伴隨“SG186工程”,國家電網(wǎng)公司同時(shí)提出了“硬件集中、軟件集成”的主要思想。結(jié)合目前電網(wǎng)公司層次化的管理結(jié)構(gòu),進(jìn)行地級、省級集中建設(shè)也成為必然趨勢,如目前浙江電力的全省大營銷系統(tǒng)建設(shè)、各地區(qū)用電現(xiàn)場管理系統(tǒng)集中建設(shè)。
根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)化、平臺(tái)化、集成化的建設(shè)趨勢,本文提出的地縣一體化電量采集和線損管理系統(tǒng)的重要建設(shè)思路,不但實(shí)現(xiàn)了地區(qū)、縣級的一體化集中建設(shè),實(shí)現(xiàn)了電量采集、線損管理的平臺(tái)化集成建設(shè),而且平臺(tái)的底層模型、接口規(guī)范、發(fā)布方式等均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,方便進(jìn)行其他應(yīng)用的拓展。本文重點(diǎn)對平臺(tái)建設(shè)的三個(gè)主要問題進(jìn)行了研究,即地縣一體化建設(shè)模式、基于CIM的標(biāo)準(zhǔn)底層模型、基于電力設(shè)備的線損對象模型的自動(dòng)抽取和關(guān)聯(lián)等。
2 地縣一體化建設(shè)思想
結(jié)合電能量采集計(jì)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式和二次防護(hù)、數(shù)據(jù)備份等基本要求,充分考慮地區(qū)系統(tǒng)的實(shí)用化建設(shè)和數(shù)據(jù)共享現(xiàn)狀及后期縣級系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展方向,充分貫徹“硬件集中、軟件集成”的基本思想,采用“平臺(tái)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一、二次防護(hù)統(tǒng)一、Web發(fā)布統(tǒng)一、數(shù)據(jù)備份統(tǒng)一、地區(qū)和省級共享統(tǒng)一”總體原則,地縣一體化電量采集及線損管理系統(tǒng)的組網(wǎng)模式如圖1所示。
2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成
如圖1所示,地區(qū)為一套完整的電量采集及線損管理系統(tǒng),采用網(wǎng)絡(luò)分布式結(jié)構(gòu),采用正、反向隔離裝置實(shí)現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)業(yè)務(wù)分離、數(shù)據(jù)同步;數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)在內(nèi)網(wǎng)實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)同步到外網(wǎng);各種業(yè)務(wù)在外網(wǎng)根據(jù)權(quán)限進(jìn)行。整套系統(tǒng)由主網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)、前置采集網(wǎng)、外網(wǎng)三部分組成,主要負(fù)責(zé)自身管理變電站、電廠數(shù)據(jù)的完整、可靠采集。
縣局采用“子系統(tǒng)”建設(shè)模式,其采集維護(hù)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)自身管理范圍內(nèi)變電站、電廠數(shù)據(jù)的采集,通過地縣調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與地區(qū)系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)連接,這樣相關(guān)基本信息的設(shè)置、錄入和數(shù)據(jù)維護(hù)、采集通道的建設(shè)和維護(hù)在各縣局進(jìn)行,整套平臺(tái)的運(yùn)行機(jī)制、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)備份、二次防護(hù)等在地區(qū)進(jìn)行。所有縣局用戶可基于權(quán)限通過地縣信息網(wǎng)實(shí)現(xiàn)地區(qū)系統(tǒng)Web服務(wù)的訪問,實(shí)現(xiàn)自身對電量和線損數(shù)據(jù)及報(bào)表的各種應(yīng)用。
圖1 地縣一體化電量采集及線損管理系統(tǒng)組網(wǎng)圖
2.2 地縣一體化平臺(tái)的主要內(nèi)容
對地縣一體化建設(shè)模式,主要實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)備份統(tǒng)一、二次防護(hù)統(tǒng)一、Web發(fā)布統(tǒng)一、地區(qū)和省級共享統(tǒng)一等功能。
平臺(tái)統(tǒng)一:電量處理、發(fā)布和應(yīng)用平臺(tái)只是在地區(qū)建設(shè)實(shí)現(xiàn),地區(qū)為一套完整統(tǒng);各縣局只建設(shè)簡單的采集維護(hù)子系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和備份統(tǒng)一:數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)備份服務(wù)器只是在地區(qū)實(shí)現(xiàn),同時(shí)實(shí)現(xiàn)異常時(shí)的備份服務(wù)器切換功能。
二次防護(hù)統(tǒng)一:二次防護(hù)機(jī)制僅在地區(qū)實(shí)現(xiàn),各縣局采集維護(hù)工作站通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)連接,用戶工作站通過科信管理網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問。
Web發(fā)布統(tǒng)一:所有電量數(shù)據(jù)和應(yīng)用發(fā)布基于地區(qū)實(shí)現(xiàn),全地區(qū)功能和流程一致,權(quán)限控制機(jī)制一致。
地區(qū)和省級共享統(tǒng)一:根據(jù)浙江省地區(qū)及縣級電量采集系統(tǒng)建設(shè)的整體需求,系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)省公司電量系統(tǒng)、省公司營銷系統(tǒng)、各地區(qū)PI數(shù)據(jù)庫的接口并共享設(shè)備模型信息、電量數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù);所有這些接口全部在地區(qū)系統(tǒng)統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)。
3 基于CIM的公共信息平臺(tái)
公共信息平臺(tái)使得多個(gè)異種數(shù)據(jù)源在單個(gè)站點(diǎn)可以統(tǒng)一的模式組織存儲(chǔ),將設(shè)備信息、資產(chǎn)信息、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等集中存儲(chǔ),并支持管理決策,利于各種綜合應(yīng)用的順利開展,滿足生產(chǎn)、運(yùn)行和管理的需要。CIM提供了一種用對象類和屬性及彼此關(guān)聯(lián)關(guān)系來表示電力系統(tǒng)資源的標(biāo)準(zhǔn)方法,在很大程度上方便了公共信息平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)。本文在對CIM配電網(wǎng)擴(kuò)展模型進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合電力設(shè)備的層次結(jié)構(gòu),結(jié)合系統(tǒng)主要建設(shè)目標(biāo),實(shí)現(xiàn)了輸電網(wǎng)、變電站、配電網(wǎng)完整電網(wǎng)模型的建立,并據(jù)此映射了底層標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫。
3.1 拓?fù)浣?/FONT>
CIM拓?fù)浣Ｖ饕糜诙x如何連接配電網(wǎng)各設(shè)備,設(shè)備連接關(guān)系通過“導(dǎo)電設(shè)備(ConductingEquip-ment)－－終端(Terminal)－－聯(lián)結(jié)點(diǎn)(ConnectivityNode)”的關(guān)聯(lián)關(guān)系來表現(xiàn)。終端是設(shè)備的終點(diǎn),一個(gè)設(shè)備可有多個(gè)終端,聯(lián)結(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài),把相關(guān)的終端連接在一起。
3.2 設(shè)備建模
設(shè)備建模主要對拓?fù)淠Ｐ椭械膫鲗?dǎo)設(shè)備(ConductingEquipment)進(jìn)行詳細(xì)描述,同時(shí)管理設(shè)備相關(guān)參數(shù)、線損計(jì)算所需參數(shù)。為方便進(jìn)行各類裝置的物理位置關(guān)聯(lián),本文對線路段、節(jié)點(diǎn)進(jìn)行描述。
線路分段規(guī)則有兩個(gè):(1) 不同型號(hào)導(dǎo)線類型(如架空線、電纜)進(jìn)行分段;(2) 架空線、電纜出現(xiàn)連接位置有開關(guān)、閘刀等開斷設(shè)備時(shí)進(jìn)行分段。這樣就可以虛擬出架空線段、電纜段、架空電纜段等分段類型,類似變電設(shè)備中的間隔,據(jù)此進(jìn)行線路段的描述和定義。
架空線上的設(shè)備要么作為桿、塔附屬設(shè)備,要么依靠桿、塔作為支撐;同樣電纜上面,有設(shè)備的地方,肯定要有井孔才能把設(shè)備通過電纜接入電網(wǎng)。因此從功能位置的角度考慮,虛擬出桿、塔、井孔這樣的節(jié)點(diǎn)位置,可以反映出一組設(shè)備在電網(wǎng)中的位置關(guān)系。對不依賴于桿、塔、井孔的設(shè)備其節(jié)點(diǎn)作為虛擬設(shè)備處理。
3.3 公共信息平臺(tái)的建立
基于CIM對所有配電網(wǎng)設(shè)備的物理位置和連接關(guān)系進(jìn)行界定后,遵循IEC61970/61968的CIM對一次設(shè)備、二次設(shè)備按照電網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)一定義,對各種采集、計(jì)量裝置基于IEC61968資產(chǎn)包的定義進(jìn)行統(tǒng)一管理,對所有數(shù)據(jù)類型采用量測方式進(jìn)行統(tǒng)一描述,對所有業(yè)務(wù)流程按IEC61968工作包的相關(guān)描述進(jìn)行統(tǒng)一實(shí)現(xiàn),采用統(tǒng)一命名和編碼技術(shù)對所有對象進(jìn)行唯一識(shí)別?；谏鲜黾夹g(shù)實(shí)現(xiàn)的公共信息平臺(tái)的統(tǒng)一定義,可方便映射成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫底層模型。
3.4 設(shè)備的統(tǒng)一命名
在整個(gè)模型及整合過程中,必須唯一識(shí)別各電力設(shè)備對象,根據(jù)目前的行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),采用統(tǒng)一命名(Naming)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。設(shè)備的統(tǒng)一命名方案和設(shè)備的層次結(jié)構(gòu)密切相關(guān),本系統(tǒng)采用聚集關(guān)系描述設(shè)備層次結(jié)構(gòu);確保不同系統(tǒng)中設(shè)備對象的名字的唯一性,且具有一定的可讀性,方便標(biāo)識(shí)、交流和定位設(shè)備對象。所采用設(shè)備命名屬性的說明如下:
名稱(name):同一父對象范圍內(nèi)各對象的唯一名稱。
描述(dibbbbbbion):對象或?qū)嵗拿枋觥?/FONT>
路徑名稱(bbbbbbbb):在容器層次結(jié)構(gòu)中構(gòu)造的、并且具有一個(gè)單級標(biāo)志的對象,也可以具有一個(gè)多級標(biāo)志(multi level designation)。把對象的單級標(biāo)志和包容該對象的各個(gè)容器對象的單級標(biāo)志連接起來就可以創(chuàng)建該對象的多級標(biāo)志,即所有容器名的串聯(lián)。
別名(aliasName):對象或?qū)嵗娜我馕淖置?/FONT>(A free text name of the bbbbbb or instance)。
3.5 量測的定義和實(shí)現(xiàn)
在基于CIM唯一識(shí)別一個(gè)電力設(shè)備對象后,為唯一識(shí)別所有數(shù)據(jù),系統(tǒng)引入量測Measurement、量測值MeasurementValue、量測類型MeasurementType、量測單位Unit、量測來源MeasurementValueSource等對象,通過上述對象的描述就可唯一識(shí)別一個(gè)設(shè)備對象在某時(shí)間的某數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)值。
圖2 基于CIS的接口定義
4 線損對象模型管理
4.1 線損數(shù)據(jù)來源分析
實(shí)現(xiàn)線損管理系統(tǒng)首先需建立線損對象模型,包括分線、分主變、分臺(tái)區(qū)、分壓、分片等,這些對象要么是單一的設(shè)備單元(如線路損耗),要么是多個(gè)設(shè)備單元的組合(如110kV電網(wǎng))。依靠單純的電量采集系統(tǒng),僅包含了主變、線路、電壓等級、管理片區(qū)等部分信息,按目前各自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)模式,需要從用電現(xiàn)場系統(tǒng)獲取專變信息、從配變監(jiān)測系統(tǒng)獲取公變信息、從營銷系統(tǒng)獲取線路和臺(tái)區(qū)的供售信息等。
常規(guī)線損系統(tǒng)主要采用人工錄入方式建立線損對象,人工指定與各設(shè)備對象的關(guān)聯(lián),系統(tǒng)接口未采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,導(dǎo)致大量的人工工作量,并且數(shù)據(jù)冗余、不一致、維護(hù)不及時(shí)現(xiàn)象嚴(yán)重,甚至直接導(dǎo)致系統(tǒng)失敗。
4.2 基于CIS的標(biāo)準(zhǔn)接口
對各自動(dòng)化系統(tǒng)接口,系統(tǒng)擬定了基于IEC61970 CIS的標(biāo)準(zhǔn)接口,如圖2所示。若允許系統(tǒng)直接采集,系統(tǒng)可同時(shí)接入配變終端、集抄終端。系統(tǒng)接口完全基于統(tǒng)一命名進(jìn)行設(shè)備識(shí)別,若其他系統(tǒng)不支持統(tǒng)一命名,可通過接口適配器進(jìn)行轉(zhuǎn)換;所有接口基于CIS規(guī)范通過WebService實(shí)現(xiàn)。
對統(tǒng)一接口,系統(tǒng)定義了靜態(tài)信息、量測數(shù)據(jù)等兩個(gè)統(tǒng)一函數(shù)(圖2)。靜態(tài)信息的獲取函數(shù)為get_extent_ values(),根據(jù)類識(shí)別返回該類所有對象的屬性;電量數(shù)據(jù)的獲取TimeSeries sync_read_raw(),其中的時(shí)間、量測類型、量測值等描述均遵循規(guī)范要求。
4.3 線損對象模型的自動(dòng)抽取和維護(hù)
為實(shí)現(xiàn)不同自動(dòng)化系統(tǒng)中分布的設(shè)備屬性的互聯(lián)和互操作,本文遵循上述統(tǒng)一命名規(guī)范,進(jìn)行設(shè)備對象、設(shè)備對象屬性的整合和擴(kuò)展。
對整合后的CIM模型,線損相關(guān)的各電力設(shè)備對象的電壓等級、所屬區(qū)域、設(shè)備關(guān)聯(lián)、電量量測等均進(jìn)行了完整的描述,進(jìn)而可方便實(shí)現(xiàn)分線、分主變、分臺(tái)區(qū)、分壓、分片的線損對象模型的自動(dòng)抽取,實(shí)現(xiàn)線損對象的自動(dòng)創(chuàng)建和維護(hù),實(shí)現(xiàn)線損對象的輸入、輸出電量與各電量量測的關(guān)聯(lián)。
圖3 系統(tǒng)集中采集和統(tǒng)一接口示意圖
5 系統(tǒng)建設(shè)實(shí)例
本文所介紹系統(tǒng)在浙江衢州電力局現(xiàn)場運(yùn)行,效果良好。
衢州電力局電量采集及線損管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地縣一體化建設(shè),各縣供電局只建立前置采集維護(hù)子系統(tǒng),負(fù)責(zé)自身靜態(tài)信息的錄入和數(shù)據(jù)采集,其他功能完全在地區(qū)集中實(shí)現(xiàn)。
系統(tǒng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了用電現(xiàn)場管理系統(tǒng)、用電營銷系統(tǒng)、配變監(jiān)測系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)的接口(圖3),實(shí)現(xiàn)了線損對象模型的自動(dòng)創(chuàng)建和維護(hù)。各接口的實(shí)現(xiàn)均基于CIS規(guī)范,采用WebService實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的互聯(lián);對設(shè)備統(tǒng)一命名的實(shí)現(xiàn),由于各接口系統(tǒng)改進(jìn)工作量很大,采用了接口適配器轉(zhuǎn)換方式。同時(shí)該系統(tǒng)支持后期配變監(jiān)測終端、集抄集中器的直接接入采集,實(shí)現(xiàn)線損統(tǒng)計(jì)的時(shí)間同步性、配電網(wǎng)線損的準(zhǔn)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)等要求。
6 結(jié)束語
現(xiàn)代電力系統(tǒng)正朝著標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、平臺(tái)化方向發(fā)展,本文基于IEC61970的CIM規(guī)范要求建立了電網(wǎng)公共信息平臺(tái),基于IEC61970的CIS規(guī)范統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)了其他系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口,按地區(qū)集中建設(shè)模式實(shí)現(xiàn)了地縣一體化電量采集系統(tǒng)的建設(shè),進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了新型線損管理功能,可很好解決線損對象模型的創(chuàng)建和維護(hù)、數(shù)據(jù)來源、線損管理和考核等問題。隨著配變監(jiān)測、集抄數(shù)據(jù)的準(zhǔn)實(shí)時(shí)直接采集,配電線路、臺(tái)區(qū)損耗將實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)實(shí)時(shí)計(jì)算[6],在數(shù)據(jù)源完整的情況下拓展理論線損計(jì)算和技術(shù)降損、管理降損分析,屆時(shí)將把線損管理和本系統(tǒng)功能推到一個(gè)更高的應(yīng)用水平,也將充分體現(xiàn)該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值;伴隨著節(jié)能減排、電力市場商業(yè)化運(yùn)作的深入,該系統(tǒng)將呈現(xiàn)出更加廣闊的推廣前景。
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