PAS網(wǎng)絡(luò)建模流程的設(shè)計(jì)

羅玉春，王　毅（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京211106）

PAS網(wǎng)絡(luò)建模流程的設(shè)計(jì)

羅玉春，王毅
（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京211106）

電網(wǎng)高級(jí)應(yīng)用分析軟件需要一個(gè)正確、可靠的電網(wǎng)模型，目前調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)（EMS）平臺(tái)模型管理維護(hù)時(shí)忽略了模型拓?fù)涞恼_性、設(shè)備參數(shù)的完備性、模型的多樣性，無法滿足不同高級(jí)應(yīng)用的計(jì)算分析。針對當(dāng)前EMS系統(tǒng)中高級(jí)應(yīng)用軟件（PAS）網(wǎng)絡(luò)模型驗(yàn)證和使用方式存在的特點(diǎn)，提出一種更為完善的PAS網(wǎng)絡(luò)模型建立、使用的流程，在設(shè)計(jì)中考慮了不同高級(jí)應(yīng)用及操作系統(tǒng)平臺(tái)對電網(wǎng)模型分析使用的需求，該流程方式具有可復(fù)用、跨異構(gòu)操作系統(tǒng)平臺(tái)等特點(diǎn)，已在國內(nèi)多套調(diào)度控制系統(tǒng)中投入在線運(yùn)行，實(shí)際證明其可以滿足不同網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用軟件對電網(wǎng)模型的使用要求。

能量管理系統(tǒng)；模型驗(yàn)證；模型維護(hù)；高級(jí)應(yīng)用軟件

在調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)（EMS）中，一般采用分布式一體化建模，按照“遠(yuǎn)端維護(hù)，全局共享”的原則，各調(diào)度系統(tǒng)之間基于公共信息模型（CIM）/可擴(kuò)展標(biāo)記語言（XML）文件進(jìn)行模型交換，利用模型拆分與合并等技術(shù)，建立完整的大電網(wǎng)模型。導(dǎo)入或者拼接后的電網(wǎng)模型由于多方面的原因，如模型拼接錯(cuò)誤、不同廠家的高級(jí)應(yīng)用軟件（PAS）對模型的具體要求不一致，造成模型不能滿足PAS功能的使用要求，從而導(dǎo)致實(shí)時(shí)運(yùn)行的狀態(tài)估計(jì)、靜態(tài)安全分析等應(yīng)用不能獲取可用的電網(wǎng)模型［1-6］。在EMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)日常的維護(hù)過程中，不可避免地存在模型維護(hù)不正確，一旦維護(hù)錯(cuò)誤，導(dǎo)致無可用的模型使用，有可能影響PAS的在線運(yùn)行，甚至對整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生不可預(yù)料的影響。

使用調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)平臺(tái)功能保存電網(wǎng)模型，一方面由于保存的模型數(shù)據(jù)域較多，占用磁盤空間大，另一方面保存的模型并不一定能夠滿足PAS分析計(jì)算的需要，且目前對電網(wǎng)模型維護(hù)管理的研究多集中于各系統(tǒng)間基于CIM/XML模型的模型導(dǎo)入、導(dǎo)出和拼接，相應(yīng)的模型驗(yàn)證工具功能有限，對模型管理忽略了模型拓?fù)涞恼_性、設(shè)備參數(shù)的完備性、模型的多樣性，無法滿足不同高級(jí)應(yīng)用的計(jì)算分析，而針對調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)PAS的模型維護(hù)使用方面的研究涉及甚少［5，6］。針對這些問題，提出了一種調(diào)度控制系統(tǒng)中高級(jí)應(yīng)用分析功能的網(wǎng)絡(luò)模型建立、維護(hù)及使用流程的實(shí)現(xiàn)方式，實(shí)現(xiàn)了PAS網(wǎng)絡(luò)模型可控性、可用性、可復(fù)用等，能夠?qū)崿F(xiàn)跨平臺(tái)（異構(gòu)操作系統(tǒng)）使用，目前已應(yīng)用于網(wǎng)、省、地級(jí)智能調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)及其他調(diào)度控制系統(tǒng)，取得了良好的實(shí)用效果。

1　網(wǎng)絡(luò)建模簡介

網(wǎng)絡(luò)建模的主要功能是維護(hù)設(shè)備的電氣參數(shù)和生成電網(wǎng)的連接關(guān)系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)建模提供了模型生成、模型驗(yàn)證等功能。模型驗(yàn)證與校驗(yàn)分為基本校驗(yàn)和深度校驗(yàn)兩類。基本校驗(yàn)基于設(shè)備靜態(tài)參數(shù)、連接關(guān)系校驗(yàn)，驗(yàn)證內(nèi)容包括：設(shè)備參數(shù)合理性、設(shè)備節(jié)點(diǎn)號(hào)拓?fù)湫ｒ?yàn)、設(shè)備參數(shù)和類型一致性校驗(yàn)、其他特殊校驗(yàn)等。深度校驗(yàn)基于電網(wǎng)運(yùn)行方式數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，主要利用狀態(tài)估計(jì)和潮流計(jì)算功能進(jìn)行模型校驗(yàn)。

2　網(wǎng)絡(luò)建模流程設(shè)計(jì)

2.1總體框架

設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)建模總體框架如圖1所示。當(dāng)驗(yàn)證結(jié)果正確合理時(shí)，將驗(yàn)證過的模型存入EMS系統(tǒng)I區(qū)商用庫，標(biāo)記模型狀態(tài)、生成時(shí)間、維護(hù)人員及相關(guān)說明內(nèi)容；通過模型管理工具實(shí)現(xiàn)對保存模型的基本操作管理，實(shí)現(xiàn)對模型的保留、修改、刪除操作，并通過商用庫同步工具同步到EMS系統(tǒng)III區(qū)商用庫，分別供I區(qū)和III區(qū)高級(jí)應(yīng)用分析軟件計(jì)算使用。

圖1　網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì)總體框架

高級(jí)應(yīng)用功能根據(jù)自身需求使用保存的電網(wǎng)模型，I區(qū)實(shí)時(shí)運(yùn)行的狀態(tài)估計(jì)、靜態(tài)安全分析功能自動(dòng)從商用庫中獲取最新的模型進(jìn)行分析計(jì)算；研究分析功能模塊，如潮流計(jì)算、短路電流計(jì)算等模塊由使用者選擇某一保存的最新/歷史電網(wǎng)模型進(jìn)行研究分析。

2.2電網(wǎng)模型驗(yàn)證及維護(hù)

電網(wǎng)模型維護(hù)從開始修改模型到最后投入在線系統(tǒng)包含模型數(shù)據(jù)修改、模型數(shù)據(jù)驗(yàn)證、模型數(shù)據(jù)啟用、模型狀態(tài)管理幾個(gè)步驟。

模型拼接實(shí)現(xiàn)模型空間維度的管理，模型版本管理實(shí)現(xiàn)模型時(shí)間維度的管理，對于高級(jí)應(yīng)用來說，要為高級(jí)應(yīng)用提供自定義維度私有模型的管理。對網(wǎng)絡(luò)建模驗(yàn)證通過后的模型信息，如模型生成時(shí)間、模型確認(rèn)時(shí)間、模型說明信息、用戶名稱、操作網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等信息保存在商用庫中，不同的模型標(biāo)記相應(yīng)的狀態(tài)，并通過模型管理工具對保存的模型進(jìn)行狀態(tài)管理、修改操作，從而實(shí)現(xiàn)高級(jí)應(yīng)用分析私有模型的管理，模型狀態(tài)具體描述如表1所示。

表1　模型狀態(tài)定義表示

2.3模型數(shù)據(jù)格式

在EMS系統(tǒng)中，電網(wǎng)模型的維護(hù)基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，通過表域的形式進(jìn)行存儲(chǔ)維護(hù)，為了模型保存的便利性及直觀性，在保存模型時(shí)基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫直接對相關(guān)表域的記錄進(jìn)行保存。對于某一個(gè)域保存信息如表2所述，主要包括域名，域類型、域所占字節(jié)長度。

表2　域信息屬性

根據(jù)高級(jí)應(yīng)用分析計(jì)算的需要，定制電網(wǎng)模型需要保存的表域，不需要的表域則不進(jìn)行保存。對于保存表的信息描述如表3所示，主要包括表名、表的域信息占用字節(jié)數(shù)、表的實(shí)體信息占用字節(jié)數(shù)。

由于調(diào)度控制系統(tǒng)建設(shè)過程中，高級(jí)應(yīng)用軟件可能運(yùn)行在不同的硬件平臺(tái)上，在內(nèi)存管理方面可能存在不兼容的問題，EMS系統(tǒng)使用的操作系統(tǒng)如Linux、Solaris、aix、hpux雖然都是Unix兼容的操作系統(tǒng)，但是它們內(nèi)存的字節(jié)高低位存儲(chǔ)位置不完全相同［7］。為了在不同平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)模型的數(shù)據(jù)共享，必須考慮異構(gòu)硬件平臺(tái)的字節(jié)順序問題，否則可能導(dǎo)致在不同硬件平臺(tái)上，保存的電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)不能夠被正確獲取。

表3　表信息屬性

對需要保存的表域，采用大字段的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)拼接并保存，模型數(shù)據(jù)拼接順序格式如圖2所示。

圖2　模型數(shù)據(jù)拼接格式

2.4模型解析及使用

驗(yàn)證結(jié)果正確合理的電網(wǎng)模型保存在商用數(shù)據(jù)庫中供高級(jí)應(yīng)用功能使用，即為高級(jí)應(yīng)用提供自定義時(shí)間維度的模型，不同的網(wǎng)絡(luò)分析模塊功能根據(jù)使用分析的需要從商用庫中解析相應(yīng)的電網(wǎng)模型至計(jì)算分析使用的庫中，并使用該電網(wǎng)模型進(jìn)行分析。

EMS安全I(xiàn)區(qū)實(shí)時(shí)運(yùn)行的狀態(tài)估計(jì)、靜態(tài)安全分析功能自動(dòng)從商用庫中獲取最新的電網(wǎng)模型進(jìn)行分析計(jì)算。保存的模型進(jìn)入實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)在線使用之前需要進(jìn)一步模型校驗(yàn)，以保證模型的正確性和合理性，然后利用無縫切換的模型投入在線技術(shù)，將通過校驗(yàn)的模型生效到在線實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)模型的無擾動(dòng)同步更新，保障在線系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

研究分析功能模塊，如潮流計(jì)算等模塊可根據(jù)使用者分析的需要選擇保存的電網(wǎng)模型進(jìn)行研究分析。高級(jí)應(yīng)用軟件基于歷史斷面進(jìn)行分析時(shí)需要使用對應(yīng)的歷史電網(wǎng)模型，可通過模型解析程序從商用庫中獲取保存的歷史模型。

在獲取電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)時(shí)，需要判斷所取電網(wǎng)模型的字節(jié)順序標(biāo)志位和當(dāng)前應(yīng)用主機(jī)字節(jié)順序的一致性，當(dāng)字節(jié)順序不一致時(shí)，在解析模型時(shí)根據(jù)存儲(chǔ)的字段域信息屬性通過相應(yīng)的高低字節(jié)順序轉(zhuǎn)換獲取到正確的數(shù)值并解析到計(jì)算庫中供分析計(jì)算使用。

3　基于層次型數(shù)據(jù)庫計(jì)算分析的模型應(yīng)用

由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)具有層次性的關(guān)系，為了分析計(jì)算的便利，目前在EMS系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用分析計(jì)算中廣泛采用基于層次型數(shù)據(jù)庫的分析計(jì)算方法，該種方法首先將關(guān)系型的電網(wǎng)模型轉(zhuǎn)換為層次型的電網(wǎng)模型并將電網(wǎng)模型存入層次型數(shù)據(jù)，層次型數(shù)據(jù)庫采用磁盤文件映射的方式將電網(wǎng)模型以二進(jìn)制文件存儲(chǔ)在高級(jí)應(yīng)用服務(wù)器硬盤上，在分析計(jì)算時(shí)基于層次型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行。

對于高級(jí)應(yīng)用軟件運(yùn)行在字節(jié)順序不同的硬件平臺(tái)上，由于層次型數(shù)據(jù)庫和機(jī)器高低字節(jié)順序有關(guān)，不同字節(jié)順序機(jī)器之間不能直接共享層次型數(shù)據(jù)庫實(shí)體數(shù)據(jù)，當(dāng)需要在不同字節(jié)順序主機(jī)應(yīng)用間共享同一電網(wǎng)模型時(shí)，文中提出2種解決方案滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

方案一：同前文所述，從商用庫中獲取同一電網(wǎng)模型，根據(jù)保存的電網(wǎng)模型并考慮字節(jié)順序在各應(yīng)用主機(jī)重新生成層次型的數(shù)據(jù)庫，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)模型的一致性，示意流程如圖3所示。

圖3　方案一流程

方案二：在PAS基礎(chǔ)應(yīng)用（如狀態(tài)估計(jì)應(yīng)用）計(jì)算完成后，同時(shí)生成大端和小端字節(jié)順序的層次型數(shù)據(jù)庫實(shí)體文件，后續(xù)應(yīng)用在復(fù)制模型斷面時(shí)，基于基礎(chǔ)應(yīng)用的主機(jī)字節(jié)順序和本應(yīng)用主機(jī)字節(jié)順序，通過復(fù)制對應(yīng)的大端或者小端字節(jié)順序的層次型數(shù)據(jù)庫實(shí)體文件實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)模型的一致性，流程示意如圖4所示。

圖4　方案二流程

這2種方案均可有效地實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用間電網(wǎng)模型的一致性，在實(shí)際EMS系統(tǒng)中都有應(yīng)用，在穩(wěn)定性、效率性方面均可滿足在線運(yùn)行的要求。

4　結(jié)束語

在介紹當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用中模型驗(yàn)證方式的基礎(chǔ)上提出了一種更為完善的PAS網(wǎng)絡(luò)建模的實(shí)現(xiàn)方式，該方式能有效解決目前智能調(diào)度支撐系統(tǒng)中PAS網(wǎng)絡(luò)模型使用過程中存在的一些問題，使用者可以方便的基于實(shí)時(shí)/歷史電網(wǎng)模型進(jìn)行PAS分析計(jì)算，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)異構(gòu)操作系統(tǒng)之間的PAS網(wǎng)絡(luò)模型的快速共享。國家電網(wǎng)智能調(diào)度控制系統(tǒng)D5000及國電南瑞OPEN-3000調(diào)度控制系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用證明，該流程實(shí)現(xiàn)方式可以滿足網(wǎng)省地級(jí)調(diào)度系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)分析中不同應(yīng)用對電網(wǎng)模型的需求，提高了EMS高級(jí)應(yīng)用軟件的實(shí)用化水平。

［1］季學(xué)純，陳鵬，翟明玉.基于離線驗(yàn)證的電網(wǎng)模型維護(hù)框架及其流程設(shè)計(jì)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35（6）：51-54.

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［3］林靜懷，米為民，葉飛，等.智能調(diào)度建模技術(shù)中若干問題的研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2011，35（6）：1-4.

［4］李曉露，黃明輝，韋凌霄，等.多區(qū)域電網(wǎng)模型在線拼接與合并［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（15）：49-52.

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Design of Power Grid Modeling Process in Advanced Application Software Package

LUO Yuchun，WANG Yi
（NARI Technology Development Co.Ltd.，Nanjing 211106，China）

The power system model with reasonable network is needed for PAS.In the current EMS，the correctness of the topology，the completeness of the device parameters and the diversity of the model are not included，which makes PAS analysis unable to execute.Targeting at the disadvantages of PAS network model and its application，a new modeling process design is proposed.The proposed design meets the usage requirements of different PAS applications and heterogeneous operating system platform.In addition，the design is reusable and based on multi-platforms.Software developed based on the proposed design is applied into several China's dispatching control systems.The applications show that the proposed design can meet the requirements of PAS application.

energy management system；model validation；model maintenance；advanced application software package

TM734

A

1009-0665（2015）05-0040-03

羅玉春（1984），男，江蘇漣水人，工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用軟件研發(fā)工作；

王毅（1980），男，甘肅會(huì)寧人，工程師，從事電力調(diào)度自動(dòng)化電網(wǎng)分析與控制技術(shù)研究工作。

2015-05-10；

2015-06-06