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)能降損對國民經濟意義重大[1]。要順利推進節(jié)能降損工作,一個很重要的環(huán)節(jié)就是對所有電力設備的線損情況進行監(jiān)測分析,對這些電力設備的供售電量進行采集和統(tǒng)計,為線損分析和應用提供可靠的數(shù)據(jù)源。
對供售電量的采集,常規(guī)將在各級調度部門分別建設電量采集系統(tǒng)、線損管理系統(tǒng),同時需要實現(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)和縣級的兩層建設凸現(xiàn)了無序建設、重復建設、孤島建設、分散建設等現(xiàn)象[2]。隨著計算機軟硬件技術的發(fā)展,為滿足電力系統(tǒng)生產、運行和管理需要,實現(xiàn)信息和功能共享越來越重要,從而帶動了電網應用系統(tǒng)的技術趨勢良性發(fā)展。
1.1 標準化
IEC61970/IEC61968標準為電力系統(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作用,理解標準、遵循標準、使用標準、擴展標準也必將成為電力企業(yè)信息化發(fā)展的共識[3]。
1.2 平臺化
為了解決電力系統(tǒng)的“信息孤島”問題,實現(xiàn)各專業(yè)應用之間在功能和數(shù)據(jù)上的集成是必由之路,從單個應用的組件化,到不同應用間的集成化,到電力企業(yè)的綜合信息平臺,從單個應用視角、多個應用視角、企業(yè)整體視角三個層面實現(xiàn)整合和集成[4]。依據(jù)國家電網公
司“十一五”信息發(fā)展規(guī)劃,國家電網公司2006年開始實施信息化建設工程(“SG186工程”),其中的一體化平臺、數(shù)據(jù)中心、應用集成、企業(yè)門戶等主要方向均體現(xiàn)了平臺化的總體思想[5]。國家電網公司農電工作部進一步明確了在“十一五”期間,電網自動化系統(tǒng)的新建或改造,必須遵循一體化設計和建設原則,實現(xiàn)調度、配網、集控、電量、管理等多種應用功能的無縫集成,加強信息資源數(shù)據(jù)整合和數(shù)據(jù)共享,全面提升電網調度自動化系統(tǒng)建設的應用水平。
1.3 集成化
伴隨“SG186工程”,國家電網公司同時提出了“硬件集中、軟件集成”的主要思想。結合目前電網公司層次化的管理結構,進行地級、省級集中建設也成為必然趨勢,如目前浙江電力的全省大營銷系統(tǒng)建設、各地區(qū)用電現(xiàn)場管理系統(tǒng)集中建設。
根據(jù)上述標準化、平臺化、集成化的建設趨勢,本文提出的地縣一體化電量采集和線損管理系統(tǒng)的重要建設思路,不但實現(xiàn)了地區(qū)、縣級的一體化集中建設,實現(xiàn)了電量采集、線損管理的平臺化集成建設,而且平臺的底層模型、接口規(guī)范、發(fā)布方式等均滿足相關標準和規(guī)范,方便進行其他應用的拓展。本文重點對平臺建設的三個主要問題進行了研究,即地縣一體化建設模式、基于CIM的標準底層模型、基于電力設備的線損對象模型的自動抽取和關聯(lián)等。
2 地縣一體化建設思想
結合電能量采集計量系統(tǒng)的結構模式和二次防護、數(shù)據(jù)備份等基本要求,充分考慮地區(qū)系統(tǒng)的實用化建設和數(shù)據(jù)共享現(xiàn)狀及后期縣級系統(tǒng)的應用發(fā)展方向,充分貫徹“硬件集中、軟件集成”的基本思想,采用“平臺統(tǒng)一、數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一、二次防護統(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)的組網模式如圖1所示。
2.1 系統(tǒng)網絡組成
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),采用網絡分布式結構,采用正、反向隔離裝置實現(xiàn)內外網業(yè)務分離、數(shù)據(jù)同步;數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計在內網實現(xiàn),數(shù)據(jù)同步到外網;各種業(yè)務在外網根據(jù)權限進行。整套系統(tǒng)由主網內網、前置采集網、外網三部分組成,主要負責自身管理變電站、電廠數(shù)據(jù)的完整、可靠采集。
縣局采用“子系統(tǒng)”建設模式,其采集維護子系統(tǒng)負責自身管理范圍內變電站、電廠數(shù)據(jù)的采集,通過地縣調度數(shù)據(jù)網與地區(qū)系統(tǒng)內網連接,這樣相關基本信息的設置、錄入和數(shù)據(jù)維護、采集通道的建設和維護在各縣局進行,整套平臺的運行機制、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)備份、二次防護等在地區(qū)進行。所有縣局用戶可基于權限通過地縣信息網實現(xiàn)地區(qū)系統(tǒng)Web服務的訪問,實現(xiàn)自身對電量和線損數(shù)據(jù)及報表的各種應用。
2.2 地縣一體化平臺的主要內容
對地縣一體化建設模式,主要實現(xiàn)了平臺統(tǒng)一、數(shù)據(jù)庫存儲統(tǒng)一、數(shù)據(jù)備份統(tǒng)一、二次防護統(tǒng)一、Web發(fā)布統(tǒng)一、地區(qū)和省級共享統(tǒng)一等功能。
平臺統(tǒng)一:電量處理、發(fā)布和應用平臺只是在地區(qū)建設實現(xiàn),地區(qū)為一套完整統(tǒng);各縣局只建設簡單的采集維護子系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)存儲和備份統(tǒng)一:數(shù)據(jù)庫服務器、數(shù)據(jù)備份服務器只是在地區(qū)實現(xiàn),同時實現(xiàn)異常時的備份服務器切換功能。
二次防護統(tǒng)一:二次防護機制僅在地區(qū)實現(xiàn),各縣局采集維護工作站通過調度數(shù)據(jù)網與內網連接,用戶工作站通過科信管理網實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問。
Web發(fā)布統(tǒng)一:所有電量數(shù)據(jù)和應用發(fā)布基于地區(qū)實現(xiàn),全地區(qū)功能和流程一致,權限控制機制一致。
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)建設的整體需求,系統(tǒng)需要實現(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)庫的接口并共享設備模型信息、電量數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù);所有這些接口全部在地區(qū)系統(tǒng)統(tǒng)一實現(xiàn)。
3 基于CIM的公共信息平臺
公共信息平臺使得多個異種數(shù)據(jù)源在單個站點可以統(tǒng)一的模式組織存儲,將設備信息、資產信息、實時數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等集中存儲,并支持管理決策,利于各種綜合應用的順利開展,滿足生產、運行和管理的需要。CIM提供了一種用對象類和屬性及彼此關聯(lián)關系來表示電力系統(tǒng)資源的標準方法,在很大程度上方便了公共信息平臺的實現(xiàn)。本文在對CIM配電網擴展模型進行研究的基礎上,結合電力設備的層次結構,結合系統(tǒng)主要建設目標,實現(xiàn)了輸電網、變電站、配電網完整電網模型的建立,并據(jù)此映射了底層標準數(shù)據(jù)庫。
3.1 拓撲建模
CIM拓撲建模主要用于定義如何連接配電網各設備,設備連接關系通過“導電設備(ConductingEquip-ment)－－終端(Terminal)－－聯(lián)結點(ConnectivityNode)”的關聯(lián)關系來表現(xiàn)。終端是設備的終點,一個設備可有多個終端,聯(lián)結點根據(jù)網絡運行狀態(tài),把相關的終端連接在一起。
3.2 設備建模
設備建模主要對拓撲模型中的傳導設備(ConductingEquipment)進行詳細描述,同時管理設備相關參數(shù)、線損計算所需參數(shù)。為方便進行各類裝置的物理位置關聯(lián),本文對線路段、節(jié)點進行描述。
線路分段規(guī)則有兩個:(1) 不同型號導線類型(如架空線、電纜)進行分段;(2) 架空線、電纜出現(xiàn)連接位置有開關、閘刀等開斷設備時進行分段。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,類似變電設備中的間隔,據(jù)此進行線路段的描述和定義。
架空線上的設備要么作為桿、塔附屬設備,要么依靠桿、塔作為支撐;同樣電纜上面,有設備的地方,肯定要有井孔才能把設備通過電纜接入電網。因此從功能位置的角度考慮,虛擬出桿、塔、井孔這樣的節(jié)點位置,可以反映出一組設備在電網中的位置關系。對不依賴于桿、塔、井孔的設備其節(jié)點作為虛擬設備處理。
3.3 公共信息平臺的建立
基于CIM對所有配電網設備的物理位置和連接關系進行界定后,遵循IEC61970/61968的CIM對一次設備、二次設備按照電網層次結構和關聯(lián)關系進行統(tǒng)一定義,對各種采集、計量裝置基于IEC61968資產包的定義進行統(tǒng)一管理,對所有數(shù)據(jù)類型采用量測方式進行統(tǒng)一描述,對所有業(yè)務流程按IEC61968工作包的相關描述進行統(tǒng)一實現(xiàn),采用統(tǒng)一命名和編碼技術對所有對象進行唯一識別?；谏鲜黾夹g實現(xiàn)的公共信息平臺的統(tǒng)一定義,可方便映射成標準的數(shù)據(jù)庫底層模型。
3.4 設備的統(tǒng)一命名
在整個模型及整合過程中,必須唯一識別各電力設備對象,根據(jù)目前的行業(yè)應用經驗,采用統(tǒng)一命名(Naming)進行實現(xiàn)。設備的統(tǒng)一命名方案和設備的層次結構密切相關,本系統(tǒng)采用聚集關系描述設備層次結構;確保不同系統(tǒng)中設備對象的名字的唯一性,且具有一定的可讀性,方便標識、交流和定位設備對象。所采用設備命名屬性的說明如下:
名稱(name):同一父對象范圍內各對象的唯一名稱。
描述(dibbbbbbion):對象或實例的描述。
路徑名稱(bbbbbbbb):在容器層次結構中構造的、并且具有一個單級標志的對象,也可以具有一個多級標志(multi level designation)。把對象的單級標志和包容該對象的各個容器對象的單級標志連接起來就可以創(chuàng)建該對象的多級標志,即所有容器名的串聯(lián)。
別名(aliasName):對象或實例的任意文字名(A free text name of the bbbbbb or instance)。
3.5 量測的定義和實現(xiàn)
在基于CIM唯一識別一個電力設備對象后,為唯一識別所有數(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別一個設備對象在某時間的某數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)值。
4 線損對象模型管理
4.1 線損數(shù)據(jù)來源分析
實現(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、分臺區(qū)、分壓、分片等,這些對象要么是單一的設備單元(如線路損耗),要么是多個設備單元的組合(如110kV電網)。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,按目前各自動化系統(tǒng)的建設模式,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,人工指定與各設備對象的關聯(lián),系統(tǒng)接口未采用標準規(guī)范,導致大量的人工工作量,并且數(shù)據(jù)冗余、不一致、維護不及時現(xiàn)象嚴重,甚至直接導致系統(tǒng)失敗。
4.2 基于CIS的標準接口
對各自動化系統(tǒng)接口,系統(tǒng)擬定了基于IEC61970 CIS的標準接口,如圖2所示。若允許系統(tǒng)直接采集,系統(tǒng)可同時接入配變終端、集抄終端。系統(tǒng)接口完全基于統(tǒng)一命名進行設備識別,若其他系統(tǒng)不支持統(tǒng)一命名,可通過接口適配器進行轉換;所有接口基于CIS規(guī)范通過WebService實現(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抽取和維護
為實現(xiàn)不同自動化系統(tǒng)中分布的設備屬性的互聯(lián)和互操作,本文遵循上述統(tǒng)一命名規(guī)范,進行設備對象、設備對象屬性的整合和擴展。
對整合后的CIM模型,線損相關的各電力設備對象的電壓等級、所屬區(qū)域、設備關聯(lián)、電量量測等均進行了完整的描述,進而可方便實現(xiàn)分線、分主變、分臺區(qū)、分壓、分片的線損對象模型的自動抽取,實現(xiàn)線損對象的自動創(chuàng)建和維護,實現(xiàn)線損對象的輸入、輸出電量與各電量量測的關聯(lián)。
5 系統(tǒng)建設實例
本文所介紹系統(tǒng)在浙江衢州電力局現(xiàn)場運行,效果良好。
衢州電力局電量采集及線損管理系統(tǒng)實現(xiàn)了地縣一體化建設,各縣供電局只建立前置采集維護子系統(tǒng),負責自身靜態(tài)信息的錄入和數(shù)據(jù)采集,其他功能完全在地區(qū)集中實現(xiàn)。
系統(tǒng)同時實現(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),實現(xiàn)了線損對象模型的自動創(chuàng)建和維護。各接口的實現(xiàn)均基于CIS規(guī)范,采用WebService實現(xiàn)系統(tǒng)間的互聯(lián);對設備統(tǒng)一命名的實現(xiàn),由于各接口系統(tǒng)改進工作量很大,采用了接口適配器轉換方式。同時該系統(tǒng)支持后期配變監(jiān)測終端、集抄集中器的直接接入采集,實現(xiàn)線損統(tǒng)計的時間同步性、配電網線損的準實時統(tǒng)計等要求。
6 結束語
現(xiàn)代電力系統(tǒng)正朝著標準化、集成化、平臺化方向發(fā)展,本文基于IEC61970的CIM規(guī)范要求建立了電網公共信息平臺,基于IEC61970的CIS規(guī)范統(tǒng)一實現(xiàn)了其他系統(tǒng)的標準接口,按地區(qū)集中建設模式實現(xiàn)了地縣一體化電量采集系統(tǒng)的建設,進一步實現(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、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)的準實時直接采集,配電線路、臺區(qū)損耗將實現(xiàn)準實時計算[6],在數(shù)據(jù)源完整的情況下拓展理論線損計算和技術降損、管理降損分析,屆時將把線損管理和本系統(tǒng)功能推到一個更高的應用水平,也將充分體現(xiàn)該系統(tǒng)的經濟價值和社會價值;伴隨著節(jié)能減排、電力市場商業(yè)化運作的深入,該系統(tǒng)將呈現(xiàn)出更加廣闊的推廣前景。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
