主備系統電網信息同步在杭州市調與監控中心的實現

【摘要】本文提出主備系統電網信息同步實現策略，杭州市調和監控中心利用公共交互平臺，應用CIM對調度系統電網的模型信息、實時運行信息和圖形信息進行包裝、導出，在目標系統校驗后導入。內容包括CIM XML形式的電網模型同步，SVG格式的圖形信息同步，以及實時信息（遙測、遙信、掛牌、人工置數/置位）和遙控信息的交互同步等。為調度和監控中心的故障切換、互為備用提供技術支撐。該工程建設形成的公共交互平臺同樣為后續的系統接入提供遵循IEC61970國際標準的接入平臺和開放式應用接口。

【關鍵詞】公共交互平臺；模型同步；增量模型；直采通道

Abstract：The synchronization strategy for power system information between standby and primary systems is provided in this paper.A common interaction platform is constructed between the two dispatch automation systems namely city dispatch and control center for provincial city HANGZHOU.With the application of CIM，the information of power grid such as：model，real-time information and graph shall be packaged，exported，and imported after the verification of targeted system.The synchronized information include：power grid model with CIM XML form，graph with SVG format，real-time information（such as：analog，digital data，tag，manual entry）and Tele-Control information.These shall be the technical supports for switch of failover and mutual backup between the two dispatch automation systems.This common interaction platform also provides the access platform and open application interface compliant with IEC61970 standards for the future expansion.

Key words：Common interaction platform；model synchronization；incremental model；direct acquisition channel

1.引言

為提高電力調度的穩定可靠性，保證調度系統的持續有效運行，國網公司于2009年啟動了省級以上電網備用調度建設，并出臺《關于加強地縣級電網備用調度建設工作的意見》，指導各級電力調度機構開展備用調度（簡稱備調）的建設。

各地級電力公司根據各自的具體情況，展開備調建設工作。主要分為以下情況：針對現有調度需求新建備調；在已有系統基礎上進行改造，使之能夠實現備調的管理、功能、應用目標。在第二種情況相對涉及類型較多，比如省為地備、縣為地備、集控與調度互備、區域共備等。杭州市電力公司調度自動化系統（簡稱調度）已經投入運行，負責電網調度，而杭州市區監控中心系統（簡稱監控中心）負責變電站監控，實現調控分離。在故障情況下，調度喪失電網調度功能時，監控中心在保證集控功能的基礎上實現調度系統的備用，監控中心接管地調的功能并提供相應的應用。反之，當監控中心因故障而喪失變電監控功能時，調度能夠接管監控中心的功能，構成調度與監控中心的互備。調度與監控中心的互為備用前提是應用功能一致，運行信息同步，操作風格相同或類似，管理權限一致并可以切換。其中電網信息的一致性是互備關鍵。本文主要針對杭州市調和監控中心的主備電網信息同步的實現展開。

2.主備系統信息同步架構

圖1 調度與監控中心信息同步示意圖

調度為杭州電網提供實時監控、網絡分析、自動電壓與無功控制等應用。監控中心分別為候潮集控中心和慶豐集控中心提供變電站監控。兩系統經過改造后功能配置相同，通道各自分離，相對獨立運行，互為備用。為保證調度與監控中心的數據一致性，構建了公共交互平臺，該平臺首先構建基于標準平臺和標準接口的實時交互平臺，為調度提供開放的數據整合和應用集成平臺，實現數據、操作、模型、圖形等運行信息和設備資源的交互同步，提供調度與監控中心之間實時數據、操作數據、實時事項、歷史數據、AVC信息的同步與一致性校驗，對主備系統進行一體化維護。本文主要描述電網信息的同步，具體包括模型、圖形、實時信息、AVC信息的同步實現策略。

圖2 導出XML文件的邏輯流程圖

3.調度與監控中心的電網信息同步實現

調度與監控中心兩個系統與公共交互平臺對外提供滿足IEC 61970國際標準的數據輸入與輸出，支持CIM/XML模型交換、CIS接口、XML格式、TXT格式、E格式、G格式、標準數據庫訪問等多種交互方式。系統間的同步對象包括模型、圖形、參數、操作信息等。

3.1 模型同步維護

主備系統采用同一套模型，在調度側維護后再同步到另一端，無需重復維護。調度的CIM/CIS服務器將電網模型和實時數據按照CIM進行組織，形成GDA/HSDA的物理模型視圖，并在調度模型數據變化后及時更新模型視圖。按廠站/區域/電壓等級實現模型的拆分以及導出增量模型，或者比較當前模型與基模型的不同生成差異模型。

在具體的接口設計中，導出CIM XML電網模型的操作封裝在cXmlProc中。

class cXmlProc{

bool BuildNode_Company（）；//處理公司

bool BuildNode_Substation（）；//處理廠站

bool BuildNode_Switch（）；//處理開關刀閘

bool BuildNode_EnergyConsumer（）；//處理負荷

bool BuildNode_Generator（）；//處理發電機

bool BuildNode_ACLineSegment（）；//處理線路

bool BuildNode_BusbarSection（）；//處理母線

bool BuildNode_PowerTransformer（）；//處理變壓器

bool BuildNode_Compensator（）；//處理電容器、電抗器

bool BuildNode_Measurement（）；//處理量測

}

導出XML文件的邏輯流程如圖2所示。

系統進行電網模型交換的過程中，在初次交換基模型后，以后每次交換的是描述變化的增量模型。增量模型（即差異模型）描述了當前網絡狀態與基模型間的差異。增量模型與基模型合并之后即形成當前時刻完整的網絡模型。在對增量模型的處理中，用到差異模型的語法和格式。差異模型本身是一個類型為dm：DifferenceModel的資源，它具備dm：forwardDifferences，dm：reverse-Differences，dm：preconditions等特性。在應用中增加（或刪除）一個資源首先要生成一個ResourceID，即create_resource_ids（），或者構造一個URI，并通過ResourceID Service轉化為資源；然后抽取rdf：type以及特定類的ResourceID。將特性加入forwardDifferences（reverseDifferences），并作為參數DifferenceModel的一個成員傳遞給apply_updates（）。DifferenceModel描述了應用apply_updates（）之前和應用apply_updates（）之后的差異，其結構如下：

struct DifferenceModel

{

ResourceDescriptionSequence header；

ResourceDescriptionSequence precon-ditions；

ResourceDescriptionSequence forwar-dDifferences；

ResourceDescriptionSequence revers-eDifferences；

}；

其中使用dm：forwardDifferences特性聲明網絡模型需要增加的部分，dm：reverseDifferences用來聲明網絡模型需要刪除的部分。而在在監控中心將CIM XML模型檢驗、導入并合并。模型校驗主要使用CIMXMLValidator校驗XMLImportFile、XMLExportFile、XMLSubExportFile、XMLDiffExportFile，檢查其正確性。而在異常情況下監控中心承擔主調功能，故障恢復后，監控中心負責引導差異信息同步維護。

3.2 圖形同步維護

調度與監控中心的圖形同步需要通過SVG格式來完成。首先通過SVG圖形轉換工具將SCADA單線圖轉換為符合浙江省電力局規范的SVG格式。圖形轉換的要點包括：SVG格式、圖元描述、圖元對象符合CIM、圖形文件中能夠體現與CIM XML電網模型的關系。

交換所使用的協議是SVG的一個子集，使用XML作為交換的格式。圖形交換可與CIM XML/RDF數據文件一起進行，或者領域對象的交換在圖形交換之前進行。采用以圖形為中心的方法進行轉換，有從圖元到CIM對象的引用。而要實現SVG圖形的IE瀏覽需要IE瀏覽器安裝必要的插件，如Adobe SVG Viewer。

圖3 以圖形為中心的傳輸方法

在監控中心端將規范的SVG接線圖導入，以便進行外網模型參數和接線形式的查詢和瀏覽。規范的SVG圖形將轉換為目標系統繪圖包支持的格式進行展示。在導入之前使用CIMSVGExporter導出SVGExportFile，利用SVGViewer驗證圖形是否可以在IE瀏覽器上正確瀏覽，并確定差異性，同時驗證熱點連接和瀏覽量測值的正確性。

3.3 實時信息同步維護

公共交互平臺的另一方面功能是實現主備系統的實時信息同步。在調度和監控中心側均配置CIS服務器，提供遵循IEC 61970的組件服務，包括GDA（通用數據訪問）、HSDA（高速數據訪問）、GES（通用事件和訂閱）服務，其中包括了資源ID服務的公共服務、GDA查詢服務、GDA更新服務、GDA事件服務、DAIS數據訪問服務、DAIS報警與事件和HDAIS等。同時也提供更新實時信息的CIS客戶端。CIS客戶端通過GDA服務來獲取電網模型信息，遙信、遙測等信息，掛牌、人工置數、人工置位信息，以及進行控制命令的轉發；通過HSDA服務來訂閱遙信和遙測的實時更新數據；通過GES服務來訂閱SCADA產生的報警和事項。從而，保證一、二次系統電網和設備運行信息的主備系統一致性。

圖4 公共交互平臺上的實時信息交互

3.3.1 變電站實時信息的同步

調度GDA客戶端通過監控中心上的GDA寫服務將調度的遙信、遙測數據更新到監控中心的CIS服務器上，通過限制每次更新操作的差異模型大小來控制網絡流量。而監控中心的GDA客戶端則連接調度GDA寫服務將監控中心的遙信、遙測數據更新到調度CIS服務器上。實時數據的更新可通過HSDA訂閱的方式進行，即調度HSDA客戶端訂閱監控中心CIS服務器上的遙信和遙測數據，監控中心HSDA客戶端訂閱調度CIS服務器上的遙信和遙測數據。

3.3.2 實時控制信息的交互

當監控中心的直采通道故障時，監控中心可通過公共交互平臺將遙控命令轉發到調度，由調度實現控制操作命令的執行。監控中心GDA客戶端首先通過調度CIS服務器GDA寫服務將遙控命令更新到調度CIS服務器上，調度CIS服務器通知調度進行遙控的相關操作。調度的操作過程、操作結果將由調度側的GDA客戶端通過GDA寫服務更新到監控中心CIS服務器上，由監控中心的CIS服務器導入監控系統中，完成整個控制操作過程。

3.3.3 實時報警事件的訂閱

監控中心CIS客戶端通過調度CIS服務器的GES服務從調度CIS服務器訂閱報警和事件，調度CIS服務器通過客戶端實現的回調函數將最新的報警和事件發送到監控中心CIS客戶端。

3.3.4 掛牌、人工置數/置位等實時信息的同步

監控中心的GDA客戶端連接調度的GDA寫服務將監控中心的掛牌、人工置數、人工置位等實時信息更新到調度的CIS服務器上；而調度的GDA客戶端則通過監控中心的GDA寫服務將調度的操作實時信息更新到監控中心的CIS服務器上。從而實現調度側和監控中心側掛牌、人工置數、人工置位等實時信息的一致性正確性，保證及時同步顯示。

3.3.5 AVC信息交互

監控中心AVC二級服務器與調度AVC服務器之間的信息交換同樣通過公共交互平臺進行，其交互的方式為：

1）調度AVC服務器與監控中心AVC二級服務器、AVC客戶端的運行狀態的互傳將通過實時信息平臺的GDA服務進行。調度GDA客戶端將調度AVC服務器的運行狀態通過GDA寫服務更新到監控中心CIS服務器上，監控中心的CIS服務器再將該信息傳遞給監控中心AVC二級服務器；監控中心側的GDA客戶端將監控中心AVC二級服務器、AVC客戶端的運行狀態通過GDA寫服務更新到調度CIS服務器上，調度的CIS服務器再將該信息傳遞給調度AVC服務器。

2）調度GDA客戶端將調度AVC服務器端控制策略通過GDA寫服務更新到監控中心的CIS服務器上，而AVC客戶端對控制策略的確認和撤銷則由監控中心GDA客戶端通過GDA寫操作寫回到調度CIS服務器上。控制操作結果通過GDA寫服務更新到調度CIS服務器上，將結果通知調度AVC服務器。

3）監控中心所轄的有載調壓、無功設備閉鎖、檢修等參數將由監控中心GDA客戶端通過GDA寫服務更新到調度CIS服務器上，調度GDA客戶端通過DAF事件得到更新參數的通過，隨后通過GDA讀服務從CIS服務器獲取數據更新到調度AVC服務器上。

事實上遵循IEC 61970的公共交互平臺也支持第三方在此平臺上靈活開發新應用，或者使用這些服務進行消息傳遞，實現RPC等多種形式的數據交換。

4.結語

本系統針對主備系統的信息同步，提出了模型、圖形、實時信息等多方面的主備同步傳輸策略。應用CIM對調度系統電網的模型信息、實時運行信息和圖形信息進行包裝、導出，通過主備系統提供的CIM XML電網模型、SCADA SVG圖形、GDA/HSDA服務，通過公共交互平臺，共同解決主備系統電網信息一致性問題，為主備系統切換奠定了基礎，為調度的不間斷運行提供了技術保障。

本工程中的公共交互平臺支持通過導入導出其他EMS系統提供的CIM XML模型和SVG圖形，將外系統的模型合并到本地系統模型中，在地調可以合并其他等級調度的模型，進行更大范圍的網絡分析或者支撐一體化系統建設。而CIM/CIS數據器不僅能夠使當前系統對外提供符合IEC61970的標準服務，而且方便用戶未來開發新應用，工程實施完成后，用戶可使用這些標準接口靈活地開發新應用，對外提供開放式的便于擴展的應用平臺接口。運用該策略同樣適用于電力企業各部門、各業務的數據整合，從而保障大電網運行模式下信息的統一性、完整性、可靠性。

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作者簡介：

孫姍（1979—），女，浙江杭州人，大學本科，工程師，技師，現供職于國網浙江省電力公司杭州供電公司檢修公司檢修試驗工區，主要從事電力系統繼電保護及自動化檢修管理工作。

楊帆（1971—），男，北京人，大學本科，高級技師，工程師，現供職于國網浙江省電力公司杭州供電公司電力調度控制中心，主要從事電力系統自動化運行管理工作。

王玉琴（1973—），女，山東煙臺人，大學本科，高級工程師，現供職于東方電子股份有限公司技術中心，主要從事電力調度自動化及配電自動化研究工作。

李建平（1959—），男，山東煙臺人，高級工程師，現供職于東方電子股份有限公司技術中心，主要從事電力調度自動化及配電自動化研究工作。