基于在線穩(wěn)定分析的電網(wǎng)模型一體化維護管理方案

牛琳琳,張 爽,邱 健,李 偉,王天琪,陸 俊,劉宇星（.中國電力科學(xué)研究院，北京海淀,009；.國網(wǎng)寧夏電力公司電力科學(xué)研究院，銀川金鳳,75000)

基于在線穩(wěn)定分析的電網(wǎng)模型一體化維護管理方案

牛琳琳1,張 爽2,邱 健1,李 偉1,王天琪1,陸 俊1,劉宇星1
（1.中國電力科學(xué)研究院，北京海淀,100192；2.國網(wǎng)寧夏電力公司電力科學(xué)研究院，銀川金鳳,750002)

電力的快速發(fā)展，迫切需要進行基于在線穩(wěn)定分析電網(wǎng)模型一體化維護的研究。文中簡單介紹了電網(wǎng)模型的維護現(xiàn)狀及存在問題。重點研究不同時間、不同空間電網(wǎng)模型維護管理機制，研究廣域、分布式的“源端維護、全局共享”的電網(wǎng)模型一體化維護管理技術(shù)，實現(xiàn)調(diào)度中心內(nèi)部以及調(diào)度中心之間的統(tǒng)一電網(wǎng)模型維護與管理，最后闡述了該系統(tǒng)整體功能架構(gòu)，并給出具體的功能設(shè)計方案。

智能調(diào)度；在線/離線電網(wǎng)模型；一體化維護管理；多級數(shù)據(jù)管理

0 引言

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的逐步深入，在線安全穩(wěn)定分析得到了迅速發(fā)展，給電網(wǎng)實時狀態(tài)監(jiān)測提供了新的技術(shù)支撐。同時，隨著我國可再生能源飛速發(fā)展，風(fēng)電和光伏等新能源不斷接入電網(wǎng)，電網(wǎng)運行方式復(fù)雜程度越來越高，迫切需要了解全網(wǎng)的運行狀態(tài)，因此須通過技術(shù)手段實現(xiàn)數(shù)據(jù)電網(wǎng)模型信息共享與一體化維護，保證調(diào)度中心對整個電力系統(tǒng)進行實時分析與控制。

一般地，電網(wǎng)模型參數(shù)分為在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)。在線數(shù)據(jù)包含電網(wǎng)的運行信息，能夠相對準(zhǔn)確地描述某時刻電力系統(tǒng)主網(wǎng)的運行狀態(tài)；離線數(shù)據(jù)包含相對完整的典型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以及電網(wǎng)設(shè)備的模型和參數(shù)，適合詳細、深入地分析電網(wǎng)的物理特性傳統(tǒng)的電網(wǎng)模型參數(shù)主要是由運方和自動化部門維護的，其中運方維護離線分析使用的數(shù)據(jù)，自動化維護在線EMS數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都是實際電力系統(tǒng)的不同視圖。

離線數(shù)據(jù)維護的同步時間頻度較低，為1月~6月，由方式專責(zé)負責(zé)維護。文獻[7-10]提出通過運行方式計算協(xié)同系統(tǒng)建立適用于省、地區(qū)多級電網(wǎng)統(tǒng)一的離線參數(shù)數(shù)據(jù)庫，該系統(tǒng)支持離線方式數(shù)據(jù)的拼接合并和自動分割功能，實現(xiàn)多用戶的離線數(shù)據(jù)維護協(xié)同工作方式，保障多數(shù)據(jù)的一致性。

在線數(shù)據(jù)維護的同步時間頻度較高，為1天~1周，由自動化專責(zé)負責(zé)維護。上下級的數(shù)據(jù)維護通過智能調(diào)度支持系統(tǒng)平臺的模型維護管理技術(shù)實現(xiàn)。文獻[11-15]提出基于CIM/E的一體化模型信息管理方法，通過分布式一體化建模實現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)之間信息整合和共享。

目前模型一體化管理技術(shù)日趨成熟，但基于在線穩(wěn)定分析的電網(wǎng)模型一體化管理技術(shù)目前仍存在以下問題：1）不同時間維度（當(dāng)前、計劃、規(guī)劃）數(shù)據(jù)模型及參數(shù)維護不及時；2）下級模型數(shù)據(jù)在上級調(diào)度得不到及時更新，規(guī)劃數(shù)據(jù)由于不確定性進行的反復(fù)修改無法及時反映到數(shù)據(jù)中； 3）缺乏統(tǒng)一的源端維護和管理機制。

因此本文從以下三個方面進行深入探討： 1）提出不同時間維度電網(wǎng)模型統(tǒng)一維護管理方法。2).提出不同空間維度電網(wǎng)模型統(tǒng)一維護管理方法，實現(xiàn)分布數(shù)據(jù)一體化管理。3).通過模型拼接分割、數(shù)據(jù)校核比對、歷史版本管理、方案管理等數(shù)據(jù)管理功能實現(xiàn)源端維護實現(xiàn)方法.

1 數(shù)據(jù)來源唯一性

歷史、當(dāng)前、未來靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)的唯一來源應(yīng)該為方式數(shù)據(jù)。

歷史、當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓撲的唯一來源為在線數(shù)據(jù)，未來網(wǎng)絡(luò)拓撲方式為方式和計劃數(shù)據(jù)。

歷史、當(dāng)前系統(tǒng)運行方式的唯一來源為在線數(shù)據(jù)，未來系統(tǒng)運行方式為方式和計劃數(shù)據(jù)。

故障集及計算設(shè)置唯一來源應(yīng)該為方式數(shù)據(jù)。

圖1 數(shù)據(jù)來源唯一性

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 不同時間維度電網(wǎng)模型維護技術(shù)

根據(jù)時間維度劃分，數(shù)據(jù)組包括在線數(shù)據(jù)組類、計劃數(shù)據(jù)組類、未來數(shù)據(jù)組類，如圖2所示。

圖2 多態(tài)數(shù)據(jù)管理

文獻[14]提出在線與離線一體化管理，此方案是基于統(tǒng)一模型、統(tǒng)一名稱情況下進行一體化管理，在當(dāng)前各個數(shù)據(jù)由多部門建模的情況下很難實現(xiàn)。

2.1.1 統(tǒng)一模型數(shù)據(jù)庫

統(tǒng)一模型數(shù)據(jù)庫內(nèi)部數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)有綜合程序7.0的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫關(guān)系結(jié)構(gòu)

將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分成了4個部分進行組織，分別是：

1)在線模型庫：存儲電網(wǎng)實時運行模型及參數(shù)，包括電網(wǎng)的拓撲、模型及靜態(tài)參數(shù)等。

2)計劃/規(guī)劃庫：存儲多年度、多方式和多方案的運行方式數(shù)據(jù)，包括規(guī)劃部分的電網(wǎng)、設(shè)備投產(chǎn)方案以及與規(guī)劃相關(guān)的其它信息。

3)典型參數(shù)庫：保存一些類別設(shè)備和控制系統(tǒng)的典型參數(shù)，為形成規(guī)劃計算分析數(shù)據(jù)提供支撐。

4)設(shè)備參數(shù)版本庫：保存設(shè)備參數(shù)各個版本、修改時間和修改人，通過該信息可以追溯設(shè)備參數(shù)維護的過程。

由于數(shù)據(jù)庫中存儲了電網(wǎng)的歷史、現(xiàn)狀和規(guī)劃的信息，在使用數(shù)據(jù)時，根據(jù)需要指定的時間段或者時間點，提取需要的數(shù)據(jù)或者其它信息。

2.1.2 數(shù)據(jù)組方案

1）數(shù)據(jù)組和方案：除母線和節(jié)點外，其他電力系統(tǒng)元件數(shù)據(jù)，都含有一個數(shù)據(jù)組屬性，該屬性起著給數(shù)據(jù)分類命名的作用，即將某種元件的數(shù)據(jù)集合分為若干個子集，數(shù)據(jù)組(Group)即是這些子集的名稱。

2）對數(shù)據(jù)組、方案和計算數(shù)據(jù)通過權(quán)限進行管理，修改應(yīng)有日志記錄并有版本管理，以便進行歷史變更檢查、出錯查找和統(tǒng)計報告。

2.1.3 不同時間維度模型一體化維護

不同時間維度電網(wǎng)模型一體化維護總體目標(biāo)是充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，構(gòu)建統(tǒng)一的管理系統(tǒng)，提高計算數(shù)據(jù)的質(zhì)量，降低數(shù)據(jù)維護的難度和工作量。大致可以分為以下四個步驟：

（1）將數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)導(dǎo)入，包含一個數(shù)據(jù)組和一個潮流作業(yè)，對于新工程中的故障生成，采用模板方式直接定義用戶需要的大部分故障。

（2）建立在線、計劃及方式數(shù)據(jù)映射表。建立設(shè)備名稱映射表是不同時間維度模型數(shù)據(jù)能夠相互聯(lián)系、相互影響的重要途徑。

（3）不同時間維度模型數(shù)據(jù)通過設(shè)備映射表進行相應(yīng)電氣設(shè)備參數(shù)模型比較。

（4）方式、模型、圖形的統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)可以方便的查詢、對比、獲取和備份。

在維護管理系統(tǒng)中，自動化、方式和計劃人員各自維護數(shù)據(jù)。計劃和方式人員可以靈活定義計算電網(wǎng)的規(guī)模、結(jié)構(gòu)和運行方式，靈活抽取計算數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)都基于統(tǒng)一的基礎(chǔ)參數(shù)庫，保障了公用模型數(shù)據(jù)的一致性。同時系統(tǒng)帶時效性，新的同類數(shù)據(jù)總會覆蓋老的同類數(shù)據(jù)，可以大大減少維護工作量。

2.2 不同空間維護電網(wǎng)模型維護技術(shù)

多級模型一體化管理實現(xiàn)模型交換和共享及雙向更新是不同空間維護維度電網(wǎng)模型維護技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容。由于離線/在線模型由不同部門負責(zé)，因此從離線/在線兩方面進行多級模型一體化管理維護。

2.2.1 離線數(shù)據(jù)分布式維護

離線計算數(shù)據(jù)采用分布式技術(shù)把原先需要集中式統(tǒng)一時間維護的穩(wěn)定分析計算數(shù)據(jù)方式變成一個分布式的獨立維護的方式，如圖4所示。通過分布維護系統(tǒng)，克服每半年進行一次的年度方式集中計算模式約束，在分調(diào)、省調(diào)范圍內(nèi)，有數(shù)據(jù)更新、設(shè)備上線的第一時間就進行設(shè)備更新，降低參數(shù)更新周期，貫通下級電網(wǎng)數(shù)據(jù)維護，實現(xiàn)離線計算數(shù)據(jù)維護的源端維護。

圖4 離線分布式維護

1）各省調(diào)負責(zé)將其管轄范圍內(nèi)（本省220kV系統(tǒng)以及部分500kV系統(tǒng)）的設(shè)備和網(wǎng)架的變化反映到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中。在統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫中修改新增實測參數(shù)的動態(tài)元件的模型和參數(shù)，調(diào)整省內(nèi)運方數(shù)據(jù)的發(fā)電和負荷水平等。

2）分調(diào)通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫檢查各省調(diào)上報的數(shù)據(jù)，校核無誤后進行數(shù)據(jù)拼接。全部完成后通過調(diào)整得到一個收斂的潮流。

3）國調(diào)檢查各分調(diào)上報的數(shù)據(jù)，校核無誤后更新實測參數(shù)，修改并校核直調(diào)數(shù)據(jù)，而后進行全網(wǎng)數(shù)據(jù)的拼接，最后導(dǎo)入統(tǒng)一模型數(shù)據(jù)庫。

2.2.2 在線數(shù)據(jù)分布式維護

本文采用文獻[14]基于CIM/E在線分布式技術(shù)，電網(wǎng)模型從D5000基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫抽取后，按照電網(wǎng)模型管理流程，進行一體化維護。圖5是網(wǎng)調(diào)電網(wǎng)模型管理流程，模型的交換和版本管理采用CIM/E文件方式。

圖5 在線電網(wǎng)模型管理流程

3 源端維護系統(tǒng)建設(shè)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)方案

源端維護系統(tǒng)實現(xiàn)包括橫向的不同安全區(qū)域以及縱向的各行政管理級別；技術(shù)實現(xiàn)采用B/S及C/S相結(jié)合的架構(gòu)，實現(xiàn)分布數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分布的一體化管理。基于B/S系統(tǒng)實現(xiàn)維護單元與維護服務(wù)之間的交互過程以及管理；基于C/S與B/S實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理服務(wù)與數(shù)據(jù)系統(tǒng)的交互過程管理，支持在線應(yīng)用更新模型。系統(tǒng)的架構(gòu)如圖6所示。

數(shù)據(jù)管理：數(shù)據(jù)管理單元作為用戶或者應(yīng)用系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)維護單元，具有數(shù)據(jù)維護和管理功能，同時通過數(shù)據(jù)維護服務(wù)系統(tǒng)提供的基于不同傳輸機制和服務(wù)機制（TCP/IP--C/ S,HTTP[S]-W/S）的服務(wù)接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一維護功能。

維護服務(wù)：將作為獨立的穩(wěn)定分析計算數(shù)據(jù)的離線維護系統(tǒng)，運行在特定的服務(wù)器上。

3.2 源端維護管理

源端維護管理包括數(shù)據(jù)構(gòu)建、模型拼接分割、數(shù)據(jù)校核比對、歷史版本管理、方案管理等功能。

3.2.1 數(shù)據(jù)構(gòu)建

新建數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)基本功能。主要考慮其使用的電網(wǎng)數(shù)據(jù)表示的規(guī)格、形式等，支持簡單手工錄入和批量兼容系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的導(dǎo)入方式，支持本地和遠程構(gòu)建。

圖6 源端維護管理架構(gòu)

3.2.2 電網(wǎng)模型拼接分割

上級調(diào)度系統(tǒng)和下級調(diào)度系統(tǒng)之間的離線數(shù)據(jù)模型通過互操作及拼接，自動生成穩(wěn)定分析系統(tǒng)的電網(wǎng)全局電網(wǎng)模型，并根據(jù)電網(wǎng)的區(qū)域劃分，自動將全網(wǎng)模型分割，并發(fā)布給管理區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)。

邊界的拼接主要通過確定邊界模型以及設(shè)備管理權(quán)限、建立統(tǒng)一或者可識別的命名規(guī)范等信息進行。

3.2.3 數(shù)據(jù)校核與比對

通過基本的數(shù)據(jù)校核和比對功能確保來源復(fù)雜的計算數(shù)據(jù)的正確性，以提示或解決在數(shù)據(jù)系統(tǒng)管理過程中，諸如傳輸、模型合并、邊界劃分、數(shù)據(jù)錄入等各類數(shù)據(jù)相關(guān)過程中所產(chǎn)生的錯誤和不明確的問題。

數(shù)據(jù)校核包括“模型參數(shù)合理性校驗”、“邊界劃分校驗”、“電網(wǎng)圖形校驗”、“電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)校驗”以及“負荷發(fā)電平衡校驗”等。檢驗的范圍包括電網(wǎng)模型唯一性檢驗、模型參數(shù)合理性校核、邊界劃分與設(shè)備權(quán)屬關(guān)系校核、電網(wǎng)圖形校驗、電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)校驗、拼接網(wǎng)絡(luò)正確性校核。

數(shù)據(jù)比對用于應(yīng)用系統(tǒng)對不同或同一數(shù)據(jù)工程間數(shù)據(jù)組、方案以及作業(yè)的比對功能，并形成數(shù)據(jù)比對結(jié)果報表。比對內(nèi)容應(yīng)包括：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、負荷發(fā)電量、元件模型、元件模型參數(shù)組以及相關(guān)參數(shù)組內(nèi)容。

3.2.4 方案管理

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用運行支持，需要電力系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)的高度共享和并發(fā)管理；需要長時間、多步驟才能完成大量電力數(shù)據(jù)的多用戶協(xié)同支持。在系統(tǒng)中，通過版本控制管理解決這兩個問題。數(shù)據(jù)修改歷史記錄多用戶并發(fā)管理問題；同時，基于應(yīng)用需求的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查（校核、比對等）都可以在數(shù)據(jù)版本管理工程中得以實施。通過數(shù)據(jù)緩沖和提交時的取舍協(xié)調(diào)多用戶同時對統(tǒng)一數(shù)據(jù)編輯修改的并發(fā)操作，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的回溯管理，方便不同應(yīng)用系統(tǒng)對數(shù)據(jù)版本的需求。

4 工程應(yīng)用

隨著智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的建設(shè)，電網(wǎng)模型一體化管理系統(tǒng)在華中調(diào)度控制中心進行部署實施，實現(xiàn)橫向一體化建模。系統(tǒng)的配置圖如下圖7所示。

在線電網(wǎng)模型、靜態(tài)參數(shù)根據(jù)國調(diào)標(biāo)準(zhǔn)的隸屬關(guān)系進行源端維護，在網(wǎng)調(diào)一級實現(xiàn)網(wǎng)省一體化建模。

離線數(shù)據(jù)在華中調(diào)度控制中心統(tǒng)一部署，各省調(diào)通過Web瀏覽器登陸數(shù)據(jù)維護系統(tǒng)操作，將統(tǒng)一電網(wǎng)模型參數(shù)集中在統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)分級、源端及集中存儲。

系統(tǒng)支持1萬個以上規(guī)模的長期注冊用戶，10萬個以上的短期免費臨時用戶。在線用戶數(shù)500人以上，并發(fā)用戶數(shù)在100人以上，可支持50個用戶協(xié)同工作。在最大并發(fā)用戶數(shù)且網(wǎng)絡(luò)帶寬＞=512K時，80%WEB頁面的響應(yīng)時間不超過3秒，95%的頁面相應(yīng)時間不超過10秒。用戶的所有數(shù)據(jù)可以在數(shù)據(jù)庫保存5年，部分歸檔數(shù)據(jù)可以保存10年。

5 結(jié)論

完善的在、離線電網(wǎng)模型維護管理機制，能深化廣域、分布式電網(wǎng)模型“源端維護、全局共享”的宗旨，實現(xiàn)調(diào)度中心內(nèi)部以及調(diào)度中心之間的電網(wǎng)模型一體化維護與管理。而電網(wǎng)模型一體化維護管理機制的實現(xiàn)必將大大提升電網(wǎng)模型建模和參數(shù)維護管理水平，提高基礎(chǔ)模型參數(shù)的準(zhǔn)確性、一致性，為智能電網(wǎng)高級分析應(yīng)用提供重要基礎(chǔ)支持。

[1] EPRI.IntelliGrid:smart power for 21 st century. Palo Alto,CA,USA:EPRI,2006.

[2] 張伯明，孫洪斌，吳文傳，等。智能電網(wǎng)控制中心的未來發(fā)展[J].電力系統(tǒng)自動化，2009，33(17):21-28.

[3] 嚴(yán)劍峰，于之虹，田芳，等.電力系統(tǒng)在線動態(tài)安全評估和預(yù)警系統(tǒng)[J].中國電機工程學(xué)報，2008，28(34)：87-93.

圖7 系統(tǒng)配置圖

[4] 鄭超，侯俊賢，等.在線動態(tài)安全評估與預(yù)警系統(tǒng)的功能設(shè)計與實現(xiàn) [J].電網(wǎng)技術(shù)，2010，34(3)：55-59.

[5] 郭琦.電力系統(tǒng)綜合安全預(yù)警與協(xié)調(diào)預(yù)防控制研究 [D].北京：清華大學(xué)，2005.

[6] 程時杰，李興源，等.智能電網(wǎng)統(tǒng)一信息系統(tǒng)的電網(wǎng)信息全域共享和綜合應(yīng)用[J].中國電機工程學(xué)報，2011，31(1)：8-14.

[7] 錢靜，范廣民，何蕾，等．分布式協(xié)同建模技術(shù)在綜合數(shù)據(jù)平臺中的實現(xiàn)[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2009，33(20)：136-141．

[8] 王紅印，胡揚宇，李芳，等．電力系統(tǒng)智能協(xié)同方式系統(tǒng)[J]，中國電機工程學(xué)報，2011，31(S1)：52-57．52-57(in Chinese)．

[9] 張松樹，陳勇，李芳,等.電力系統(tǒng)運行方式計算協(xié)同系統(tǒng)的功能設(shè)計與實現(xiàn)[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2012，36(10)：270-274．

[10] 李芳,陳勇，張松樹，等.大電網(wǎng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫建設(shè)相關(guān)技術(shù)研究[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2013，37(2)：417-424．

[11] 米為民，荊銘，尚學(xué)偉，等。智能調(diào)度分布式一體化建模方案[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2010，34(10)：6-9。

[12] IEC 61970 Energy management system application program interface(EMS-API):Part 552CIM XML model exchange format[S].2009

[13] 國家電網(wǎng)公司.廣域全景分布式一體化電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)總體計[R].北京：國家電網(wǎng)公司，2008

[14] 辛耀中，米為民，蔣國棟，等.基于CIM/E的電網(wǎng)調(diào)度中心應(yīng)用模型信息共享方案[J]．電力系統(tǒng)自動化，2013,37[8]:1-5．

[15] 米為民，李立新，尚學(xué)偉，等．互聯(lián)電力系統(tǒng)分層分解時空協(xié)調(diào)建模研究[J]．電力系統(tǒng)自動化,2009,33[15]:56-61．

[16] 嚴(yán)亞勤，陶洪鑄，李亞樓，等.對電力調(diào)度數(shù)據(jù)整合的研究與實踐[J].繼電器，2007，35(17)：37-40.

Scheme onIntegrated Maintenance Management System of the Grid Model Based on Online Stability Analysis

Niu Linlin1,Zhang Shuang2,Qiu Jian1,Li Wei1,Wang Tianqi1,Lu Jun1,Liu Yuxing1
(1.China Electric Power Research Institute,Haidian District,Beijing,100192,China)
(2.NingXia Electric Power Research Institute,Jinfeng District,Yinchuang,750002,China)

The rapid development of power system require urgely the need for integrated maintenance of the grid model.This paper introduces simply the present situation of the grid model maintenance and existing problems.Focus of attention is on the management mechanisms of online/offline maintenance,and integrated model maintenance management technology which is wide-area,distributed and "maintenance at source of data,sharing data within whole grid".This paper realized integrated maintenance between multiple control centers and various professionals within control centers.Overall functional structure of the system was expounded,and concrete functional design schemes for operational modes were proposed.

smart dispatching;online/offline grid model;integrated maintenance management;multi-level data management.

牛琳琳(1982—)，女，碩士，研究方向為電力系統(tǒng)及其自動化。