CN102243676A - 新能源综合监控系统的三级建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源综合监控系统的三级建模方法，采用从采集点建模到设备容器建模再到行业应用建模的三级建模方法。进行设备容器建模时采用通用设备容器进行描述，并通过与设备类型相关的唯一采集点编码方式构建设备容器与采集点模型间的关系；在设备容器模型的基础上对新能源行业的特征量进行统一排序，然后建立设备采集点的行业属性特征量，并通过建立设备容器的采集点行业顺序来建立各类设备的行业模型；通过规则存储与冗余存储结合的方式保证了三级模型运作的高效性和可靠性。避免了对具体模型进行描述，当设备发生改动时，无需进行模型修改，保证了系统的适应性，具有通用性，同时能够支持新能源监控与传统电力监控的应用功能。

Description

新能源综合监控系统的三级建模方法

技术领域

本发明是一种应用于电力新能源综合监控系统模型设计的一种方法，对新能源监控系统中所有设备实现一体化建模，该模型不会随系统设备的增加而发生变化。属于电力系统自动化与计算机学科的交叉技术领域。

背景技术

目前新能源综合监控系统一般都是在电力监控系统的基础上改造扩展而成，在系统的基础建模方面大都采用采集点到电力设备网络的建模方式，采集点的建模主要是对采集点的类型进行归类建模，设备建模主要有两种方式，一是针对具体设备进行建模，即详细描述系统中出现的各类设备，这种方式可以非常清晰地反映电力系统的各类设备及其相互关系，基于此的上层应用实现比较方便。但是随着电力系统内越来越多新型设备的出现，特别是各类分布式电源、储能装置出现后，各式各样的电力组件也越来越多，而各类组件的不同厂家对同类组件的描述相差甚远，因此要直接描述电力系统的设备越来越困难，按照目前的做法一旦有新设备出现，就需要增加该设备类型的描述并对设备模型进行扩展，这样做虽然可以满足系统的功能需求，但应用起来不够灵活，系统维护性较差。另一种方式是进行模糊化的设备描述，即不具体描述某类设备，将出现的所有设备用统一的方式进行描述，然后由上层应用进行特定的数据组织和计算。这种做法在出现新设备时无需进行模型改动，但不同的应用都需要各自进行数据组织，使得系统扩展性较差。

在这种情况下，需要找到一种建模设计方法，使之既能够满足传统电力系统建模的需要，又能方便有效地建立各类新型设备的模型，同时还要保证系统的高效性和安全性。

发明内容

本发明的目的是提供一种新能源综合监控系统的三级模型建模方法，在系统出现新的设备时无需进行模型的修改，同时能够满足上层应用标准化的要求，保证系统应用的高效性和安全性。

为了达到本发明的目的，所采用的技术方案是：电力行业综合监控系统收集各类设备的信息作为系统输入量，通过监控分析得出系统的控制策略，并按不同的控制输出量对各类设备进行控制，控制结果又以输入量的形式反馈到系统中。监视和控制的过程主要针对不同的数据类型，而分析则需要不同的设备和电力网络模型。根据系统的特点，采用由采集点到设备容器再到行业应用模型的三级建模方式，即根据采集点类型建立统一的输入输出数据模型，采集点类型目前包括开关量、模拟量、状态量和脉冲量的输入与输出，在此基础上进行设备容器建模，模糊设备的行业特性，将设备作为一个“容器”看待，不针对具体的设备建模，同时建立设备与采集点的关联数据模型，最后建立行业应用通用模型，描述各类“设备容器”的行业特性。

一种新能源综合监控系统的三级建模方法，其特征是，包含以下步骤：

（1）建立采集点模型：建立数据采集的通用模型，根据采集点类型建立统一的输入输出数据模型；

所述采集点模型包含定义属性、采集属性和实时展示属性的建模，

实时展示属性按不同采集类型建立，与采集属性一一对应，

定义属性随设备类型与采集点关联关系的建立而建立。

所述定义属性包括了采集点的系统属性、关联属性、行业属性、采集类型和控制属性。

按照遥信量、遥测量、电度量、状态量和控制量建立采集点的采集属性和实时展示属性描述。采集属性建模即建立采集点的采集相关信息，包括采集点号和控制点号、采集值、采集状态、采集时间以及与数据采集相关的信息，比如采集通道、通讯规约、基数、转换系数等等。针对电力系统存在多通道的情况，为每个采集信息预留多个通道的存储空间（一般不会超过4个）。实时展示信息区按不同采集类型建立，与采集属性一一对应，展示属性包括了采集点的最终值、状态、时间和展示属性（包括颜色、形式等）等信息。

建立采集点类型转换关系。由于上述的采集数据类型是系统的内部数据类型，与现场设备定义方式可能不一致，因此需要增加采集点类型转换的描述。该描述信息定义了现场设备的数据类型与系统内部采集数据类型间的转换关系。比如现场1号点是一个遥测形式的状态量，则建立1号点由遥测量转换成状态量的描述。

（2）建立设备容器模型：包含建立

设备容器类型；包括设备容器类型描述和存储信息描述，设备容器类型包括容器和设备两类，存储信息描述描述了设备容器的存储信息，包括存储的空间位置。首先进行“设备容器”描述，容器的描述包括容器类型描述和存储信息描述。比如设备容器包括“厂站”、“电压分区”、“间隔”、“风机”等，比如“风机”包含“DF77”、“DF70”等类型。并描述其存储的空间位置，比如“厂站”存储的表号为100，表名为“厂站信息表”；之后通过流程组态方法自动创建“厂站信息表”的存储空间并自动派生通用的设备容器模板；

设备类型与采集点对应信息模型：建立了每一种设备类型包含的采集点的信息，同时描述各类采集点的定义属性；比如类型为“DF77”的“风机”设备具有熔断器状态的遥信量，电流电压等遥测量，风机电度量以及风机状态、刹车状态等状态量，自动为每个数据量分配该设备类型唯一的采集点编码（从1开始）并建立每个采集点的各类定义属性，包括系统属性（比如是否可修改、显示方式等）、关联属性（比如对应图形、外部链接等）、行业属性（行业数据类型等）、采集类型（遥信、遥测、电度、状态）和控制类型（是否可控）等。

通用容器信息模型：各类设备容器的存储空间与所述设备容器模型中定义的存储空间一一对应；所述通用容器信息模型包含：a）铭牌属性。比如容量、额定电压、额定电流等。b）设备类型。与“设备类型”的描述对应。c）连接属性。由于监控系统最终是利用图形的形式进行展示，图形刻画了系统内各个设备的连接关系，因此需要在设备信息中对连接属性进行描述。设备与设备的连接在图形上是通过“端子”进行的，因此只需对端子进行编号，就可表示出设备的连接关系。系统的设备的连接端子个数都不太多（一般不多于4个），因此可以预留设备连接端子的编号信息。d）系统属性。系统属性包括了系统内部所使用的属性，比如时间等等。e）父节点属性。父节点描述具体该设备的上级节点是哪一个设备。f）其它属性。同时一一对应地为该设备容器分配其行业应用存储区。其它的设备容器也是同样的处理方式。

（3）建立行业应用模型：描述采集点与设备容器对应于行业应用的主从层次关系以及行业相关数据的存储关联关系；包括采集点的行业属性建模以及层次关系建模。

采集点的行业属性建模过程为：首先对行业应用分析服务所涉及的采集点行业类型属性进行统一规划，分配系统的唯一标识，然后为每个设备类型的采集点选择此类属性，比如“DF77风机”的“总电量”为行业属性“电量”等等。然后建立设备类型行业特性关系，即描述各类设备容器需要按照何种行业顺序进行数据存储，比如对于“母线”的设备容器，需要按照“AB相电压”、“BC相电压”、“CA相电压”、“A相电压”、“B相电压”、“C相电压”的顺序进行数据的组织，如果某个设备的采集点不全，则对应的位置用-1表示。之后建立容器行业存储信息模型，与所述通用容器信息模型建立一一对应的标识，然后按照所述设备类型行业特性关系中描述的关系进行存储信息的描述，所述存储信息对应所述采集点的实时展示属性的标识。

采集点行业类型属性统一规划的方法为，采用按行业特征量排序的建模方法，首先对行业的特征量进行统一排序，然后建立设备采集点的行业属性的特征量，并通过建立设备容器的采集点行业顺序来建立各类设备的行业模型。

采用冗余存储和规则存储的方法建立三层模型的快速检索机制，由采集点到设备的快速检索过程为：

对每种设备类型的采集点进行唯一编码，然后利用组合型的关键字存储区域*区域偏移+记录关键字*记录偏移+采集点编码建立采集点采集属性与设备的关联关系，从采集属性中通过关键字获取设备、记录以及采集点定义属性的位置；

由设备到采集点的快速检索过程为：

为采集点采集属性建立顺序记录值，在设备区建立采集点的冗余存储空间，映射与设备相关的采集点的存储位置。

添加具体设备信息并建立与采集点通用模型的关系。在具体设备容器存储空间中加入具体设备的描述，一一对应地自动在行业设备容器信息区增加描述；根据设备类型与采集点的关联信息，通过存储区域*区域偏移+记录关键字*记录偏移+采集点编码的规则存储策略自动在采集点通用模型（包括采集属性和实时信息展示属性）中产生对应的信息描述并分配唯一顺序号，比如一台“DF77”有3个遥信量，2个遥测量和1个状态量，则在遥信采集点区域中增加3条信息，并进行唯一编号，同时在遥测采集点区域增加2条信息，状态量采集点区域增加1条信息，分别唯一编号。之后将产生的唯一编号按照设备类型采集点的唯一编码位置回填到通用设备容器信息区中，并按照设备采集点行业属性关系中编排的顺序回填到行业设备容器信息区中。同时触发进行自动侦测，通过对上述规则的校验来判断信息的完整性和一致性，最终建立行业属性、设备容器和采集点的关联关系。

本方法具有如下优点：

1、通用性。这种方法对系统采用采集点、设备容器和行业应用三级建模方法，符合工业控制的一般过程，具有工业控制的通用性。

2、独立性。按数据采集类型建立的采集点模型保证了数据采集的独立性，按模糊化设备容器建立的设备容器模型保证了对设备描述的独立性，行业性建模保证了系统的行业对立性。

3、适应性。采用设备容器的通用描述方式，避免了对具体模型进行描述，当设备发生改动时，无需进行模型修改。采用行业特性描述方法，建立了采集点和设备容器的通用行业模型，保证了系统设计的适应性。

4、高效性和可靠性。采用规则存储与冗余存储结合的方法，建立了三级模型间的快速检索机制，保证了三级模型运作的高效性。采用流程组态与自动侦测校验结合的方法，保证了三级模型运作的数据可靠性。

附图说明

图1是三层模型结构示意图；

图2是采集点建模示意图；

图3是设备容器建模示意图；

图4是行业应用建模示意图；

图5是快速检索机制示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

三级模型结构如图1，新能源综合监控系统的三级建模方法具体步骤如下：

1）采集点建模

采集点建模的目的是建立数据采集的通用模型。它和现场设备的采集点的类型有关，根据电力系统现有的数据类型，将采集点模型分为遥信采集量、遥测采集量、电度采集量、脉冲采集量和控制量。

采集点建模分为定义属性建模和采集属性建模。采集属性建模即建立采集点的采集相关信息，包括采集点号或者控制点号、采集值、采集状态、采集时间以及与数据采集相关的信息，比如采集通道、通讯规约、基数、转换系数等等。针对电力系统存在多通道的情况，为每个采集信息预留多个通道的存储空间（一般不会超过4个）。由于上述的采集数据类型是系统的内部数据类型，与现场设备定义方式可能不一致，因此需要增加采集点类型转换的描述。该描述信息定义了现场设备的数据类型与系统内部采集数据类型间的转换关系。比如现场目前新能源系统中广泛采用的model-bus规约，其数据分类准则与上述描述方式不同。之后，对应采集属性中的通讯规约建立各类规约解释模型，通讯信息解析完毕后归一化到采集属性中。采集点的定义属性包括了采集点的系统属性（比如是否可修改、显示方式等）、关联属性（比如对应图形、外部链接等）、行业属性（行业数据类型等）、采集类型（遥信、遥测、电度、状态）和控制属性等。采集点的定义属性在进行设备容器与采集点的关系建模时建立，与采集属性的建模分开，目的是使数据采集模块能够独立。

采集点建模还需要建立采集点的实时展示属性，由于采集的是采集点的原始值，而最终展示值可能经过了一系列加工，比如电力系统内的“封锁”操作，它固定最终的展示值。实时展示信息区按不同采集类型建立，与采集属性一一对应，展示属性包括了采集点的最终值、状态、时间和展示属性（包括颜色、形式等）等信息。

根据上述定义方式，采集点建模包括了采集点采集属性、定义属性和实时展示属性三个部分，采集点模型结构如图2。由于同一采集点按三类属性进行建模，因此需要建立信息间的关联关系。由于采集属性与展示属性是一一对应关系，因此采用相同的标识号，采集属性和实时展示属性都是由定义属性所产生，因此可以建立规则性关联关系。

2）设备容器建模

设备是现场的实体，一个设备包含了多个采集点信息，一系列设备的集合构成了容器。比如在一个变电站中，间隔是一个容器，母线是一个设备。在传统的电力监控系统中，设备的种类相对比较固定，各类设备的建设标准比较齐全。而目前新能源、新设备大量出现，同类设备间的差异也比较大，比如光伏逆变器，各个厂家提供的采集信息各不相同。在这种情况下，要枚举和描述出现的新型设备变得十分困难。

设备容器统一建模，即模糊设备的行业特性，将设备与容器都看成是“集合”，设备是采集点的集合，容器是设备的集合。在设备容器建模时需要描述各类“集合”的特性以及“集合”与“集合”间的连接与层次关系。

在建模时，首先建立“设备容器模型”，设备容器的模型描述包括设备容器类型描述和存储信息描述。设备容器类型包括容器和设备两类，存储信息描述则描述了该设备容器的存储信息，包括存储的空间位置比如存储的表信息等。然后建立“设备类型模型”。每一样设备容器都可能有不同的设备类型，每一种设备类型都属于某一类设备容器。比如同样是“风机”的设备可能有不同的型号。将容器分为不同的设备类型目的在于描述同一设备间的差异性，因为同一设备不同型号的“集合”构成可能不同。之后建立“设备类型与采集点对应信息模型”。设备类型与采集点对应信息建立了每一种设备类型包含的采集点的信息，同时描述各类采集点的定义属性。比如定义类型为“DF66”的“风机”设备具有熔断器状态的遥信量，电流电压等遥测量，风机电度量以及风机状态、刹车状态等状态量，并对各个采集量进行定义属性的描述，比如熔断器遥信量具有可修改，以分合方式显示的系统属性，对应风机图等关联属性，采集类型为遥信量，同时具有可控和遥信控制等属性。

通过以上信息描述，已经建立的设备容器的基本模型，接下来可建立“通用容器信息模型”，各类设备容器的存储空间与“设备容器模型”中定义的存储空间一一对应。通用容器信息模型包含了几个方面信息：1）铭牌属性。为了考虑出厂属性的通用性，可以对电力系统的各类设备进行分析总结，尽量将这些固有的属性都描述全，比如容量、额定电压、额定电流等。2）设备类型。与“设备类型模型”的描述对应。3）连接属性。由于监控系统最终是利用图形的形式进行展示，图形刻画了系统内各个设备的连接关系，因此需要在设备信息中对连接属性进行描述。设备与设备的连接在图形上是通过“端子”进行的，因此只需对端子进行编号，就可表示出设备的连接关系。系统的设备的连接端子个数都不太多（一般不多于4个），因此可以预留设备连接端子的编号信息。4）系统属性。系统属性包括了系统内部所使用的属性，比如时间等等。5）父节点属性。父节点描述具体该设备的上级节点是哪一个设备。6）其它属性。设备容器的整体模型如图3。

3）行业应用建模

对于单纯的监控系统，上述二级建模已经基本能够满足要求。但对于一个综合分析管理系统来说，仅有以上二级建模还是不够的。因为分析管理涉及到了行业特性，而以上二级建模恰恰缺少其行业特性，因此还需进行行业应用建模。行业应用模型主要用于描述采集点与设备容器对应于行业应用的主从层次关系以及行业相关数据的存储关联关系。

行业应用建模包括了采集点的行业属性建模以及层次关系建模。采集点的行业属性表示了该采集点的行业特性，比如该点采集的是A相电压等等。为了有序表示各个采集点的行业属性，需要对行业应用分析服务所涉及的采集点行业类型属性进行统一规划，分配系统的唯一标识，以保证应用分析服务的一致性。在此基础上按照行业数据标志进行数据存储空间的组织，为此首先建立“设备类型行业特性关系”，即描述各类设备容器需要按照何种行业顺序进行数据存储，比如对于“母线”的设备容器，需要按照“AB相电压”、“BC相电压”、“CA相电压”、“A相电压”、“B相电压”、“C相电压”的顺序进行数据的组织，之后建立“容器行业存储信息模型”，与通用容器信息模型建立一一对应的标识，然后按照“设备类型行业特性关系”中描述的信息进行存储信息的描述，存储信息对应采集点的展示属性区的标识，这样通过设备可以按照行业属性进行采集数据的组织，方便上层应用。

同时，在设备容器模型的基础上，通过“设备容器行业层次关系”的描述建立行业设备间的主从关联关系。电力系统内一个设备或者容器一般只有一个上级节点，因此使用“父节点”的方式来对“设备容器”的层次模型结构进行描述，即可建立了设备容器行业间的层次关系。行业应用整体模型如图4。

4）三级模型的快速检索

三级模型既相互独立又互有联系，因此可以利用冗余存储和规则存储的方法建立三层模型的快速检索机制，以保证系统运行的效率。

设备容器与采集点的关系是系统建模的一个重要内容，每样设备都对应一种“设备类型”，而每种设备类型都对应不同的“采集点”，采集点的采集属性是作为独立模块存在的，因此可以对每种“设备类型”的“采集点”进行唯一编码，然后利用组合型的关键字建立采集点采集属性与设备的关联关系，组合规则可以采用存储区域*区域偏移+记录关键字*记录偏移+采集点编码等能够唯一标识的规则。这样从采集属性中即可通过关键字获取设备、记录以及采集点定义属性的位置，实现了由“点到设备”的快速检索。同时为点采集属性建立顺序记录值，在设备区建立点的冗余存储空间，映射与设备相关的采集点的存储位置，实现“设备到点”的快速检索。而对于采集点的实时信息区与采集点采集属性区采用统一的组合型关键字方式，实现快速检索的同时保证实时展示区与采集属性区的一一对应。快速检索模型如图5。

5）数据统一机制

由于采用了冗余存储与规则存储方法建立快速检索机制，因此需要建立数据统一性保护机制来进行冗余存储信息的维护。为此，可采用模型组态与存储规则校验相结合的方法来保证数据的一致性。

建立三层模型组态流程，以流程控制的方式逐步建立系统模型，自动分配存储区域，建立唯一存储标识。并主动派生采集属性区与实时信息区信息。同时为每个区域建立存储改动侦测标志，一旦存储信息发生改动，自动通过规则正反向进行数据校验。以此保证数据统一。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。 

Claims (9)

1. 一种新能源综合监控系统的三级建模方法，其特征是，包含以下步骤：

（1）建立采集点模型：建立数据采集的通用模型，根据采集点类型建立统一的输入输出数据模型；

（2）建立设备容器模型：包含建立

设备容器类型；

设备类型模型：描述同一设备间的差异性；

设备类型与采集点对应信息模型：建立了每一种设备类型包含的采集点的信息，同时描述各类采集点的定义属性；

通用容器信息模型：各类设备容器的存储空间与所述设备容器模型中定义的存储空间一一对应；

（3）建立行业应用模型：描述采集点与设备容器对应于行业应用的主从层次关系以及行业相关数据的存储关联关系；包括采集点的行业属性建模以及层次关系建模。

2.根据权利要求1所述新能源综合监控系统的三级建模方法，其特征是，步骤（1）中所述采集点模型包含定义属性、采集属性和实时展示属性的建模，

采集属性建模即建立采集点的采集信息，

实时展示属性按不同采集类型建立，与采集属性一一对应，

定义属性随设备类型与采集点关联关系的建立而建立。

3.根据权利要求2所述新能源综合监控系统的三级建模方法，其特征是，所述采集点的采集信息包括采集点号和控制点号、采集值、采集状态、采集时间和与数据采集相关的采集通道、通讯规约、基数、转换系数信息。

4.根据权利要求2所述新能源综合监控系统的三级建模方法，其特征是，所述定义属性包括了采集点的系统属性、关联属性、行业属性、采集类型和控制属性。

5.根据权利要求1所述新能源综合监控系统的三级建模方法，其特征是，步骤（2）中所述设备容器模型包括设备容器类型描述和存储信息描述，设备容器类型包括容器和设备两类，存储信息描述描述了设备容器的存储信息，包括存储的空间位置。

6.根据权利要求1所述新能源综合监控系统的三级建模方法，其特征是，步骤（2）中所述通用容器信息模型包含：1）铭牌属性，描述电力系统的各类设备固有的属性；2）设备类型，与所述设备类型模型的描述对应；3）连接属性，设备与设备的连接在图形上是通过端子进行的，对端子进行编号，表示出设备的连接关系；4）系统属性，系统属性包括了系统内部所使用的属性；5）父节点属性，描述该设备的上级节点是哪一个设备；6）其它属性。

7.根据权利要求2所述新能源综合监控系统的三级建模方法，其特征是，采集点的行业属性建模过程为：首先对行业应用分析服务所涉及的采集点行业类型属性进行统一规划，分配系统的唯一标识，然后建立设备类型行业特性关系，即描述各类设备容器需要按照何种行业顺序进行数据存储，之后建立容器行业存储信息模型，与所述通用容器信息模型建立一一对应的标识，然后按照所述设备类型行业特性关系中描述的关系进行存储信息的描述，所述存储信息对应所述采集点的实时展示属性的标识。

8.根据权利要求2所述新能源综合监控系统的三级建模方法，其特征是，采用冗余存储和规则存储的方法建立三层模型的快速检索机制，由采集点到设备的快速检索过程为：

对每种设备类型的采集点进行唯一编码，然后利用组合型的关键字存储区域*区域偏移+记录关键字*记录偏移+采集点编码建立采集点采集属性与设备的关联关系，从采集属性中通过关键字获取设备、记录以及采集点定义属性的位置；

由设备到采集点的快速检索过程为：

为采集点采集属性建立顺序记录值，在设备区建立采集点的冗余存储空间，映射与设备相关的采集点的存储位置。

9.根据权利要求7所述新能源综合监控系统的三级建模方法，其特征是，采集点行业类型属性统一规划的方法为，采用按行业特征量排序的建模方法，首先对行业的特征量进行统一排序，然后建立设备采集点的行业属性的特征量，并通过建立设备容器的采集点行业顺序来建立各类设备的行业模型。

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