A-基于CIME的的网省级电网间的模型拼接方法.pdf

2013 电力系统自动化专委会学术交流研讨会论文集 基于基于 CIM E 的网省级电网间模型拼接方法的网省级电网间模型拼接方法 杨明 1 张小易1 陈磊1 江苏省电力公司电力科学研究院 江苏省南京市 211100 摘摘 要 要 随着电力系统的发展 要求各级调度中心能够共享电网模型 实时数据 等信息 本文首先简单介绍了电网 CIM 模型 并对 CIM E 技术标准和其优点 进行简介 然后利用华东电网与省级电网的 CIM 模型拼接过程为例 重点介 绍了华东电网采用模型拼接的方法 通过该模型拼接华东网调可以及时准确地 掌握整个华东电网 220 kV 以上主网架的模型 图形及实时数据 关键词 关键词 CIM E 模型拼接 数据共享 引言 随着我国特高压电网的建设 互联电网规模的不断扩大 可再生能源发电的大量接入等造成电 网结构更加复杂 电网状态更加多变 提高大系统安全稳定运行水平是目前我国电力系统面临的关 键性和迫切性问题 目前我国实行分级分区的电网调度模式 各级调度机构分散 以华东电网为例 整个华东电网由江苏 浙江 安徽 上海 福建五个电网组成 电网结构复杂 运行特性多变 稳 定性问题日益突出 要求调度人员需要对整个电网的实时运行情况有全面 实时 准确的了解 并 对整个区域电网进行联合稳定分析 保证电力系统安全 稳定的运行 因此要满足这些要求就 必须将同级或上下级调度间做到实时数据 电网模型等的共享 CIM E 是基于 CIM XML 研发的一种简单高效的电网通用模型描述规范 1 CIM E 吸收了 CIM XML 的可扩展性极好及能够很好地表现复杂数据关系的优点 并采用面向对象技术 兼容面向 关系技术 解决了 CIM XML 的描述效率低下 数据导入 导出速度较慢 CIM 对象颗粒度太小等问 题 E 语言的描述效率比 XML 大为提高 2 因此可以实现交换电网模型 为实现稳定分析 奠定了基础 本文的第1节简要介绍了CIM模型及CIM E规范 第2节重点介绍了华东电网的模型拼接步骤 深入介绍了模型拼接的具体方法 CIM 模型及 CIM E 简介 1 1 公共信息模型 CIM 公共信息模型 CIM Commom Information Model 是一个抽象模型 是 IEC 61970 系列标准中 的一个重要的部分 3 覆盖了电力企业运行中通常涉及到的所有对象 4 CIM 通过提供一种用对象类 和属性及他们之间的关系来表示电力系统资源的标准方法 通过定义标准应用程序接口让各个系统 或应用能在基于不同设计思路和内部表示的情况下存取公共数据和交换信息 方便了实现不同厂家 能量管理系统 EMS 内部应用的集成 能量管理系统与其他系统的互联 各级调度中心 EMS 间的模 型交换 CIM 使用统一建模语言 UML 表示 将 CIM 定义成一组包 每个包由多个类组成 用图形 方式展示包中所有类及各个类之间的关系 再根据类的属性及类间的关系以文字形式定义各个类 1 1 1 CIM 包 2013 电力系统自动化专委会学术交流研讨会论文集 CIM 由一组包组成 包是一种将相关模型元件分组的通用方法 是为了是模型易于设计 理解 和查看 而没有特殊的语义意义 实体可以具有越过许多包边界的关联 每一个应用可以使用一个 或多个包所含的信息 IEC 61970 301 包含了 9 个包 核心包 Core 拓扑包 Topology 发电包 Generation 电线包 Wires 保护包 Protection 量测包 Meas 负荷模型包 LoadModel 域包 Domain 主要定义了物理方面的逻辑视图 5 IEC 61970 302 包含了 3 个包 能量计划包 EnergyScheduling 预定包 Reservation 财务包 Financial 主要定义财务 能量计划 预定方面的逻辑视图 6 IEC 61970 303 包含了 1 个包 监视控制及数据采集包 定义 EMS 系统的 SCADA 逻辑视图 7 图 1 1 展示了 IEC 61970 301 中定义的 CIM 基本包及它们间的关系 虚线表示依赖关系 Generation LoadModelOutageProtection WiresMeas Topology Core 图 1 1 CIM 包图 CIM 类 每个 CIM 包中的类图表示了该包中的所有类及它们的关系 当一个类与其他包中的类存在关系 时 这些类也展示出来并表明其所属的包 一个类是对现实世界中一种对象的表示 如在 EMS 中需 要表示为整个电力系统模型的一部分的变电器 发电机或负荷等的描述 其它类型的对象包括例如 EMS 需要处理 分析和存储的计划和量测 类具有描述对象的属性 CIM 中的每一类包含描述和识 别该类的具体实例的属性 CIM 间有三种基本的静态关系 泛化 关联 聚集 类间的关系揭示了 类是如何被组织在一起的 泛化又称为普遍化 是一个较普遍的类与一个较具体的类之间的一种关系是具体的类可以从它 上层的所有更普遍的类继承属性和关系 见图 1 2 2013 电力系统自动化专委会学术交流研讨会论文集 PowerSystemResurce form Core ConductingEquipment form Core PowerTransfor mer Switch Breaker 图 1 2 泛化的例子 关联是类之间的一种概念上的联系 每一种关联都有两个作用 每个作用表示了关联中的一种 方向 表示目标类的作用 见图 1 3 TapChangerRegulationschedule 0 n 0 1 TapChangers Regulationschedule 图 1 3 简单关联例子 聚集是关联的一种特殊情况 聚集表明类与类之间的关系是一个整体 部分关系 整体类由 部分类 构成 或 包含 部分类 部分类不像普遍化中那样从整体继承 见图 1 4 Topologicallsland TopologicalNode 1 1 n Topologicallslan TopologicalNodes 图 1 4 简单聚集例子 1 2 CIM XML CIM 模型只是一个抽象的模型 它既未定义模型数据库的规范 也未定义数据交换的格式 在 工程应用中 需要对 CIM 模型的实现方式作出明确 可行的规定 可扩展标记语言 XML 的出现解 决了这个问题 它以一种开放的自我描述方式定义了数据结构 在描述数据内容的同时能突出对结 构的描述 从而体现出数据间的关系 XML 最大的优点 8 1 具有极好的可扩展性 允许用户建立适合自己需要的标记集合 并且这些标记可以迅速地投 入使用 2 能够很好地表现许多复杂的数据关系 提供了描述结构化的复杂数据的能力 IEC 61970 503 规定了基于 CIM 的模型信息交换的格式和规则 它使用 CIM RDF 模式作为元模型框 架以构建电力系统信息模型的 XML 文档即 CIM XML 格式 CIM XML 解决了离线模型交换的问题 1 3 CIM E 2013 电力系统自动化专委会学术交流研讨会论文集 CIM E 基于 CIM XML 基础上发展起来的一种新型的适用于电网模型交换的技术标准 2 解决了模型交换的问题 E 语言的设计主要遵循简单 效率 实用 关系等原则采用面向对象 技术 9 将电力系统传统的面向关系的数据描述与面向对象的 CIM 相结合 保留了面向设备方法的 高效率并结合面向对象方法的特点 便于进行与 CIM 格式的转换和数据交换 E 语言继承了 XML 语言的基本优点和特点并在此基础上进行了扩展 能够高效的描述复杂的电 力系统数据模型 其效率比 XML 高很多 大量工程试验结果表明 对同一个电网的 CIM 数据 CIM E 与 CIM XML 相比 文件大小只有 XML 的十分之一左右 并且 E 语言更符合人类的自然习惯 计算 机处理也更为简单 E 语言十分简洁 仅定义了 等几个符号 作为引导符置于行首表示不 同的意义 其优点主要体现在两个方面 10 1 CIM E 的效率比 CIM XML 更高 能够满足交换的需要 相邻电网控制中心间能够通过 CIM E 直接共享电网实时模型数据 上级控制中心可通过 CIM E 将下级控制中心的模型数据 直接拼接成完整的实时模型数据 实现全网实时模型数据共享 从而实现全网稳定分析等应 用功能 2 CIM E 更容易开发和实现 不同厂家的系统间可以直接共享实时模型数据 这样减少了原来 实时交换时的大量格式转换 更加有利于实现基于 CIM 的实时数据库 2 基于模型拼接形成华东电网大模型 目前华东网调主要负责直收电厂 500kV 主网的调度 220kV 主要由各省调调度管理 其电网 模型和实时数据信息也由各省调负责 但这种分级管理 分层控制的体系并不能满足对大电网 分析控制的需要 要实现对互联大电网全面 准确的分析和控制 从基础数据上来讲 必须满足下 面两个要求 1 实时数据要全面 华东网调不仅要掌握各省电网的联络线口子 还需要各省调电网的有功 电压 重要线路 以及大电厂的有关信息 以便进行互联电网的安全分析 及时发现问题和采取相 应的措施 2 电网模型要全面 虽然电网按照分级分块调度运行 但因电网是一个整体 任何一处的事故 都会影响到电网的其它部分 而且电力系统是个瞬息万变的整体 每级电网实时分析时 都需要涉 及互联的相邻电网和上级电网的影响 2 1 华东电网模型拼接过程 华东电网形成大电网模型总体方案如下图 2 1 浙江 上海 江苏 福建 模型管理系统 模型拼接后 的华东电网 全模型 状态估计 第三方应用 系统 华东网调EMS 模 型 版 本 E 格 式 数 据 拼 接 结 果 全模型版本 E格式断面 安徽 拼 接 结 果 分区域模型数据验证 华东直管模 型建模 2013 电力系统自动化专委会学术交流研讨会论文集 图 2 1 华东电网模型拼接总体方案 首先各省调上传各自电网模型的 CIM E 文件 由华东接收各区域全模型文件 启动模型校验工 具对需要拼接的源模型文件进行验证 具体验证的内容包括 CIM E 语法校验 CIM E 有效性校验 模型文件数据完整性 一致性和完备性校验 电力系统拓扑连接规则验证 主要验证模型文件中的 拓扑连接是否违反一般电力系统通用的连接规则 包括设备空挂 不同电压类型设备的连接 变压 器除外 等等 校验后通过模型切割 拼接方法形成整个华东电网管辖范围内的 220KV 及以上的网 络模型 同时华东建模系统提供专门的图形导入工具 将各个省调上传的图像导入形成图像与模型 的关联 模型拼接后通过各省调上传的 E 格式实时数据断面文件进行状态估计计算对模型进行验证 华东模型管理系统将经过拼接验证的中调模型版本传输到EMS系统中并生成新的点表下发至各个省 调 2 2 模型拼接 拆分的基本原则 所谓模型的拼接就是将两个或多个有关联的 CIM XML 文件合并成一个 CIM XML 文件 导入到 应用系统中 或直接将两个或多个有关联的 CIM XML 文件按一定的规则导入到应用系统中 2 2 1 模型导入 拼接的方法 如果是第一次拼接模型 即进行全模型导入 则此差异模型生成步骤跳过 如果是增量导入 与上一版本的全模型文件比较形成差异模型 依据IEC61970标准 将待拼接的区域模型事先用CIM E 导出 这样就会有多个来自相关不同区域的 CIM E 文件 分别代表各自区域的电力系统模型 增 量 子区域1 本地全模型 CIM XML 模型拼接 子区域2 内部 子区域1 内部 数据库中前次 模型拼接结果 子区域1与子区 域2之间边界 子区域2 内部 子区域1 内部 数据库中本次 模型拼接结果 子区域1与子区 域2之间边界 图 2 2 多区域拼接转化为双区域拼接示意图 如图 2 2 中多区域的模型拼接变换为某一区域模型与拼接服务器所在的数据库中前次模型拼接 结果之间的拼接 这样就可以将多区域的模型拼接过程化。