基于CIM的配電自動化系統信息交互

費建法，方 泉，王成現，郝思鵬，張仰飛

(1.江蘇省電力信息技術有限公司，江蘇南京210024；2.南京工程學院，江蘇南京211167)

我國電網調度已建成國調、網調、省調、地調和縣調（配調）五級體系。隨著電網規模越來越大，采用分級調度方式，容易形成信息孤島，需要建立同級或上下級調度間模型共享和信息交換機制。國際電工技術委員會（IEC）制定了EMS應用程序接口的IEC61970系列標準，為應用系統提供了一個基于公共信息模型(CIM)、公共體系結構和組件技術的系統集成框架，通過定義標準應用程序接口,使得這些應用或系統能夠自由交換信息。IEC 61970系列標準的兩大支柱是CIM和組件接口規范（CIS）。CIM作為一種基于面向對象技術的抽象模型，統一了電力信息模型，為實現電力系統調度應用軟件的“即插即用”以及和其他信息子系統的無縫連接提供了統一的數據模型[1]。配電網中存在多個應用系統，如：配網自動化系統、生產管理系統（PMS）、營銷系統、95598系統、用電信息采集系統、電能質量監控、停電管理系統等。各應用系統相對獨立，系統間的信息交互困難。IEC61968系列標準用于支持配電網內多種應用系統的應用集成，由代理消息的中間件服務實現。配電自動化主站系統設立了支撐平臺層，使得主站系統的功能擴展和信息交互更為靈活。提供公共服務、各應用系統以及第三方軟件之間規范化的交互機制。基于IEC61968/IEC61970標準的信息交互總線（IEB），既支持系統內部各組件的集成，也支持應用系統間的集成。

1 基于CIM的配電網絡模型

CIM采用面向對象建模技術。使用統一建模語言（UML）表示法，把CIM模型定義為一組包。每一個包包含一個或多個類圖，表示該包中的所有類及其關系，以簡化應用系統間的互操作。CIM使用高度精細化的格式，與每一應用兼容，標準格式中包含了電力系統需要的基本數據，同時也支持不影響標準數據格式前提下的其他自定義數據。CIM采用類形式來描述各電力系統對象,通過類之間關系描述電力系統各對象之間的關系，包括繼承、關聯、聚集等。

1.1 配電容器模型

配電網絡主要包括配電線路、配電變壓器、開關、補償電容、負荷等元件。這些元件構成了一個容器。其基本架構如圖1所示?；愒O備容器并不建立實體對象,而將其屬性和關聯擴充到派生類,將派生類的屬性和關聯、派生類從基類繼承的屬性和關聯都存儲在派生類中,并建立相應的實體對象。

圖1 配電設備容器模型

早期的配電容器類包含在IEC 61968WiresExt包中，作為對IEC 61970 Wires包的擴展。最新版的IEC 61968已經去除了WiresExt包，將其整合進IEC 61970 Wires包中，進一步統一了輸電網絡模型以及配電網絡模型。

1.2 配電設備模型

配電設備主要包含配電變壓器、配電線路以及開關等設備。以配電線路為例[2]，其模型如圖2所示。所有設備類均從設備基類（Equipment）繼承。與設備包容器類類似,設備類的底層建立對象，類中設置各自的屬性。由于低壓配電線路存在參數不對稱，設置了對應的單相單位長度阻抗等子類。

圖2 配電線路模型

1.3 配電拓撲模型

配電設備的連接關系通過端點（Terminal）和節點（ConnectivityNode）的關系進行描述。拓撲分析具有2個基本模型，即Switch/Node模型和Bus/Branch模型。Switch/Node模型是基于ConnectivityNode的開關/節點模型。Bus/Branch模型是基于拓撲節點類（TopologicalNode）的節點/支路模型，如圖3所示。

和連接性相關的量測類（Measurement），主要為電壓、電流、功率等，和終端關聯，并通過終端附著于設備。和連接性無關的量測類如溫度、重量、大小等，則通過電力系統資源關聯到設備。

2 配電網絡模型拼接和實時數據交互

圖3 配電拓撲模型

配電自動化主站系統對電網進行監控需要獲取電網的拓撲結構和實時監測數據。涉及和上級電網以及末端電網的連接關系以及數據交互。

2.1 模型拼接

配電網絡模型主要包括上級主網及變電站模型、配電網饋線模型和用戶側模型。主網和變電站模型通過地調EMS系統獲取；配電網饋線模型通過用電管理系統（PMS）獲??；用戶側模型通過用電信息采集系統獲取。構建統一的配電網絡模型需要拼接不同系統間的模型數據。

配電網和變電站的拼接需要從EMS中導入變電站的CIM模型，從PMS中導入配電網CIM模型。模型的連接點通常為變電站的出線開關，清理EMS出線開關處的其他模型和PMS中出線開關以上的模型。進行開關匹配，合并網絡模型。同時根據PMS中配電網信息變化，實現動態更新[3，4]。

配電網和用戶側的拼接主要實現配變終端和配電臺區低壓出線對接以及用戶和配電變壓器關聯。目前配電臺區具有綜合采集功能的智能監控終端安裝較少，多數采用負荷模型等值表示。

2.2 實時數據

配電自動化系統實時數據監測也通過不同系統獲取。主網和變電站的實時數據一般由地調EMS定時通過符合IEC 61970/61968信息交互總線（IEB）發送到配電主站，配電自動化主站通過EMS實現對變電站的遙控；配電自動化終端采集的信息包括饋線終端（FTU）、配變配電終端（TTU）、開閉所配電終端（DTU）遙測和遙信的實時數據直接發送到配電自動化主站，并接受主站的遙控信息；用戶側實時數據通過IEB由用電信息采集系統定時發送到主站[5]，部分具有遙控功能的配電臺區和負控終端接受主站的遙控信息。完整的數據監測實現對配電網的實時監控。

3 工程應用

3.1 工程概況

2011年，揚州實施智能電網綜合示范工程，首先在揚州經濟技術開發區建成了配電自動化系統。2013年，進一步擴展到農村區域（公道鎮）。揚州配電自動化系統框架如圖3所示。其數據采集和傳輸通過光纖送入主站。和其他系統的數據交互通過信息交互總線（IEB）實現。

圖4 配電自動化系統框架

3.2 配電網絡建模

配電主站系統通過PMS系統獲取10 kV配網圖模數據，把配電調度圖形系統中的電網模型和圖形，按照IEC 61968消息格式，通過配置在通信接口服務器上的適配器發送到信息交互總線，配電自動化主站通過總線獲取圖模數據并完成數據模型和圖形的更新。

變電站內模型由調度EMS系統的主站維護人員在EMS上通過作圖工具和數據庫維護工具建立電網模型，然后通過與調度EMS系統的接口轉換到配電調控一體化系統中。

配電自動化主站系統通過配電調度圖形系統數據交換流程獲取10 kV配網圖模數據，通過上級EMS系統數據交換流程獲取了主網圖模數據，然后在圖模庫一體化平臺上實現饋線模型與站內模型拼接[6]，從而在配電調配一體化系統中得到110 kV到10 kV完整的配電網絡模型，為配網調度的指揮管理準備完整的電網模型及拓撲資料。

配電網絡拓撲分析是配網所有分析應用的基礎。用于構建動態的配電網絡模型，模型體現了設備之間的連接關系、連通關系、配電網絡的實時狀態。根據模型，可進行帶電區域劃分和動態著色，分析確定配電區域的供電源點和各點供電路徑。模型結構隨著配電接線圖的設備變更而變化，狀態隨著配電實時信息的刷新而相應變動。

3.3 實時數據交互

配電自動化實時數據主要包括配網實時數據以及變電站實時數據兩部分，外加部分建有監控終端的配電臺區實時數據。

城區配電網和農村集鎮配電網實時數據由配電終端采集并通過光纖專網送入配電自動化主站，農村邊遠地區由于架設專用光纖通信成本較高，采用LTE230無線專網采集并送到配電自動化主站，主站的各種控制命令也是通過通信直接下發到配電終端。變電站實時數據由地調EMS系統每隔5分鐘發送到配電主站，主站通過接口與調度自動化系統進行數據交換，實現對變電站出線開關的控制操作。配電臺區包括公變、專變等設備量測通過GPRS無線公網通信送至用電信息采集系統，配電自動化主站通過信息交換總線從SG186系統中的用電信息采集系統獲取。

4 結束語

CIM模型為不同系統和應用間的信息交互提供了統一的平臺，為構建標準、開放的一流配電網集成體系奠定了基礎。新建的配電自動化主站系統中一般都建設了符合IEC 61970/61968標準的信息交互總線，為實現異構數據下的信息共享提供了支撐。隨著配電自動化系統逐步擴展配電管理自動化功能，需要加強配電網和上級系統的信息交互以及配電網內各系統間的信息集成。文中在CIM模型和CIS交互規范的基礎上，研究了配電網跨平臺的模型拼接以及信息交互，為后續高級應用功能的開發奠定了基礎。

[1]張迪思，呂廣憲，劉 鵬，等.面向IEC 61968信息交換總線的即插即用技術研究[J].華東電力，2013，41(6)：1246-1251.

[2]陸一鳴，劉 東，黃玉輝，等.基于CIM的饋線建模和應用[J].中國電機工程學報，2012，32(28)：157-163.

[3]董朝霞，戴 琦，楊 峰，等.基于CIM和SVG的電網建模技術[J].電力系統及其自動化學報，2006，18(5)：58-61.

[4]王志南，吳文傳，張伯明，等.基于IEC 61970的CIS服務與SVG的研究和實踐[J].電力系統自動化，2005，29(22)：60-63.

[5]錢立軍，李新家.用電信息采集系統中數據比對功能的實現及應用[J].江蘇電機工程，2013，32(2)：64-65，70.

[6]宋 鑫，曹 陽，黃海峰，等.基于電力系統規則的CIM-XML模型校驗[J].電力信息化，2006，4(12)：35-37.