基于公共信息模型的配電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)研究

謝雙勝

摘 要：雖然現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中已高度普及，但不同系統(tǒng)之間缺少相互交互，本研究基于公共信息模型（CIM）的電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)使得目標(biāo)系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性和跨系統(tǒng)交互能力，打破了“信息孤島”的現(xiàn)狀。研究引入有向圖和十字鏈表的算法實(shí)現(xiàn)，使電網(wǎng)拓?fù)涞母咝Т鎯?chǔ)和快速重構(gòu)成為可能；建立模擬仿真、電氣“五防”校驗(yàn)、兩票操作校驗(yàn)等核心輔助功能，使得配電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理工作可安全高效開(kāi)展。

關(guān)鍵詞：IEC 61970；公共信息模型（CIM）；配電網(wǎng)調(diào)度

1 概述

電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理是關(guān)系到電網(wǎng)設(shè)備及人身安全的重要環(huán)節(jié)，目前10kV中壓配電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)的研究仍較少。雖然現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中已高度普及，但不同系統(tǒng)之間缺少數(shù)據(jù)交互，形成了“信息孤島”，導(dǎo)致電網(wǎng)基層人員往往為完成一項(xiàng)工作需要同時(shí)使用多套系統(tǒng)，眾多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)維護(hù)也加重了基層人員的負(fù)擔(dān)，再加上不同系統(tǒng)間信息更新不同步，數(shù)據(jù)不一致時(shí)有發(fā)生，為此建立一套可多系統(tǒng)交互的調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)尤為重要。

2 CIM電網(wǎng)建模

IEC 61970是國(guó)際電工委員會(huì)制定的《能量管理系統(tǒng)應(yīng)用程序接口（EMS-API）》系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。其目的是實(shí)現(xiàn)不同廠家系統(tǒng)的互聯(lián)和數(shù)據(jù)交換。IEC 61970主要由接口參考模型、公共信息模型（CIM）和組件接口規(guī)范（CIS）三部分組成，其中公共信息模型（CIM）是整個(gè)EMS-API的核心，它提供了對(duì)電力系統(tǒng)中所有對(duì)象及其分析、計(jì)算工具的抽象。

針對(duì)中壓配電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理的建模，主要用到CIM模型中Core（核心包）、Topology（拓?fù)浒┖蚖ires（電線包）等幾個(gè)包，根據(jù)CIM模型的電網(wǎng)設(shè)備及拓?fù)浣＃噜忞姎庠O(shè)備的連接關(guān)系通過(guò)如下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)：

設(shè)備1→設(shè)備端子←→連接結(jié)點(diǎn)←→設(shè)備端子←設(shè)備2

3 基于CIM的配電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行平臺(tái)構(gòu)建

3.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 系統(tǒng)核心功能的實(shí)現(xiàn)

3.2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。根據(jù)CIM電網(wǎng)建模中各設(shè)備、拓?fù)潢P(guān)系等實(shí)體類之間的關(guān)系，以SQL Server等關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)建立存儲(chǔ)數(shù)據(jù)表和相關(guān)存儲(chǔ)過(guò)程。各種類對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的基礎(chǔ)表，類的屬性對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)表中的字段，并根據(jù)各設(shè)備類、拓?fù)漕惖睦^承、聚合和泛化關(guān)系以數(shù)據(jù)庫(kù)的主鍵和外鍵的關(guān)系表示。另外，利用數(shù)據(jù)庫(kù)的導(dǎo)入導(dǎo)出配適器，可以把數(shù)據(jù)庫(kù)中的設(shè)備和拓?fù)湫畔⒍紝?dǎo)出至標(biāo)準(zhǔn)的CIM/XML文件，實(shí)現(xiàn)與其他外系統(tǒng)之間的信息同步。

3.2.2 配網(wǎng)圖形平臺(tái)設(shè)計(jì)。配電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理中使用到的電網(wǎng)圖形主要有兩種：一種是用于調(diào)度運(yùn)行的一次系統(tǒng)圖，可根據(jù)設(shè)備拓?fù)溆上到y(tǒng)自動(dòng)生成；另一種是帶地理位置坐標(biāo)的地理接線圖。對(duì)于只有單回或一組數(shù)回饋線的一次系統(tǒng)圖，由于數(shù)據(jù)量較少，一般基于SVG圖形和主流網(wǎng)頁(yè)瀏覽器、瀏覽器插件即可滿足圖形的展示和操作的需要，但SVG圖形不具備地理信息管理和空間分析等能力，為此地理接線圖可基于Mapinfo或ArcGIS等專業(yè)地理信息管理系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)。圖形數(shù)據(jù)的交換方面，一次系統(tǒng)圖可直接通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)SVG圖形與外系統(tǒng)進(jìn)行交換，對(duì)于采用地理信息管理平臺(tái)的地理接線圖，也可以通過(guò)開(kāi)源的GDAL等圖形格式轉(zhuǎn)換庫(kù)無(wú)損轉(zhuǎn)換成SVG圖形后進(jìn)行信息共享。

3.2.3 配電網(wǎng)運(yùn)行態(tài)拓?fù)涞膶?shí)現(xiàn)。根據(jù)中壓配電網(wǎng)的特點(diǎn)，相互連接的配電線路、設(shè)備之間的拓?fù)潢P(guān)系可用圖（G）來(lái)表示，圖由頂點(diǎn)V（G）和弧E（G）的有限集合組成，是一種比線性表和樹(shù)結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用非常廣泛。配電網(wǎng)特定時(shí)刻運(yùn)行潮流的單向性決定了其運(yùn)行態(tài)拓?fù)涫且粋€(gè)有向圖，為便于高效存儲(chǔ)和實(shí)現(xiàn)拓?fù)涞目焖僦貥?gòu)，本研究采用十字鏈表作為拓?fù)涞拇鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)。基于十字鏈表，電網(wǎng)中每一個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)圖的一個(gè)頂點(diǎn)，而頂點(diǎn)之間的弧則代表了設(shè)備間的連接關(guān)系，由此對(duì)電網(wǎng)設(shè)備之間的拓?fù)浞治鼍娃D(zhuǎn)化為對(duì)有向圖的遍歷問(wèn)題。圖常用的遍歷方法有：深度優(yōu)先搜索遍歷和廣度優(yōu)先搜索遍歷。

3.2.4 電氣“五防”校驗(yàn)和模擬仿真。配電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行安全校驗(yàn)的核心是電氣“五防”檢驗(yàn)，“五防”是在變電站或饋線倒閘操作中防止五種惡性電氣誤操作事故的簡(jiǎn)稱，其具體內(nèi)容是：（1）防止誤分、合斷路器；（2）防止帶負(fù)荷分、合隔離開(kāi)關(guān)；（3）防止帶電掛（合）接地線（接地刀閘）；（4）防止帶接地線（接地刀閘）合斷路器（隔離開(kāi)關(guān)）；（5）防止誤入帶電間隔。

本研究采用基于有向圖的運(yùn)行拓?fù)淇砂岩陨稀拔宸馈币?guī)則轉(zhuǎn)化成在特定連通圖中搜索接地點(diǎn)、電源點(diǎn)等問(wèn)題，例如要防止帶接地合斷路器，只需在操作前遍歷一次合閘后所形成的連通圖，檢測(cè)其中是否由接地設(shè)備的存在，如果有接地則禁止合閘，無(wú)接地則允許合閘。

以電氣“五防”檢驗(yàn)和當(dāng)前運(yùn)行態(tài)拓?fù)涞母北緸榛A(chǔ)，形成系統(tǒng)的模擬仿真環(huán)境，通過(guò)運(yùn)行態(tài)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)著色，既可直觀查看倒閘操作的影響范圍也可以對(duì)操作進(jìn)行模擬演練和安全校驗(yàn)，有利于及早發(fā)現(xiàn)違規(guī)操作。

3.2.5 調(diào)度運(yùn)行日志及“兩票”輔助系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。為了人身及設(shè)備安全，電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行中要求嚴(yán)格執(zhí)行“兩票”和調(diào)度運(yùn)行日志制度，基于本系統(tǒng)的運(yùn)行態(tài)實(shí)時(shí)拓?fù)浞治觯谂渚W(wǎng)調(diào)度全過(guò)程都可提供安全檢驗(yàn)。在“兩票”的開(kāi)票階段，系統(tǒng)根據(jù)錄入的操作自動(dòng)進(jìn)行仿真校驗(yàn)，若屬違規(guī)操作則發(fā)出警告，并禁止錄入該操作，在開(kāi)票階段排除各種影響人身或設(shè)備安全的違規(guī)操作。審批階段，通過(guò)模擬演練顯示操作的影響，為審批人員提供審批參考。在執(zhí)行階段，實(shí)時(shí)更新系統(tǒng)圖形的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、設(shè)備帶電狀態(tài)和設(shè)備的掛牌、接地狀態(tài)，并更新系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行態(tài)拓?fù)洌_保系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)和現(xiàn)場(chǎng)一致，也為后續(xù)操作的安全校驗(yàn)和執(zhí)行做好準(zhǔn)備。同時(shí)，系統(tǒng)提供了“兩票”的全流程審批、跟蹤和日志查詢功能，確保調(diào)度操作的安全有序執(zhí)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于以上系統(tǒng)設(shè)計(jì)，成功為某地市供電分局開(kāi)發(fā)了配電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)，通過(guò)多年使用實(shí)踐證明，該系統(tǒng)可滿足供電局日常運(yùn)行管理的需求，打破了“信息孤島”的現(xiàn)狀，也實(shí)現(xiàn)了提高工作效率的目標(biāo)。

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