CN102880792A - 一种基于iec标准的常规变电站的动态建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于IEC标准的常规变电站的动态建模方法，包括：(1)建立面向对象模型；(2)通过映射和补充，得到实体模型；(3)根据实体模型，构建主站系统的UCIM模型；(4)对UCIM模型进行更新。本发明能够有效解决面向信息点的调度主站通信和面向对象的变电站通信之间的通信冲突和效率的问题，提高大量常规变电站技术升级改造的效率，减轻变电站及调度自动化管理维护人员的工作压力。

Description

一种基于IEC标准的常规变电站的动态建模方法

技术领域

本发明属于电力系统建模技术领域，具体涉及一种基于IEC标准的常规变电站的动态建模方法。

背景技术

随着电力市场的兴起和电力系统的扩大，信息量越来越大，要求在各种自动化系统内快速、准确地集成、合并和传播实时信息；

IEC 61850标准作为新生事物，和过去的变电站自动化技术有着显著地差异，因此不可能在段时间内完全实现IEC61850标准的应用，同时也没有必要一蹴而就地完成这样一个替代过程。因此，非IEC 61850系统(及IED)和基于IEC61850系统(及IED)会在一定的时间内共存。

IEC 61850标准在国内外均属于热门研究内容，包括西门子、ABB以及国内众多厂家，均已成功研制了基于IEC 61850的变电站自动化系统。在电力控制系统的所有设备容易交换信息和自由访问所感兴趣的部分是对新的无缝通信系统的基本要求。长期以来，电力系统中的通信没有一个统一的通信规约，就不可能在一个IT架构基础之上，有效地选择不同的自动化设备、远动系统以及数据采集装置等供货商。为此，IEC TC57制定了统一的通信系统体系，来构成电力系统的无缝通信系统体系，使得电力系统运营商和供货厂商都可以从这些标准中获益。由于这种需求，命名为“Communication networks and systems”的IEC61850标准，于2003年9月后陆续推出，我国等同采用并转化后，标准编号为DL/T 860。与以往的IEC 60870系列标准、DNP等标准不同，IEC 61850标准已经超越了单纯的通信范畴，成为包括变电站系统功能定义、信息模型搭建、通信接口封装、配置以及一致性测试等众多特性的全新标准。

由于电网中存在大量非IEC 61850标准的变电站设备，需要在IEC 61850逐步推广的背景下，对已有设备妥善处理。当前，变电站间隔层现有的绝大部分IED不支持IEC 61850标准，它们采用最多的是CDT、IEC 60870-5系列协议，这些通信协议都是面向信息点而非面向对象的。然而智能变电站内基于IEC61850的通信服务是的一个典型特征是具有自描述的面向对象模式，而当前变电站和基于IEC61970的调度主站之间的通信大多采用面向信息点的IEC60870-5系列通信协议，这两者之间的通信模型构建存在相当大的差异，同时数字化变电站模型也无法和调度主站IEC61970CIM直接对接，这导致当数字化变电站按照IEC61850标准对象化建模并采集信息后，通过什么样的方式对调度主站提供可扩展的、无缝协调的模型和数据一体化通信是当前急待解决的问题。

随着基于IEC61850的新建变电站和改造变电站越来越多，面向信息点的调度主站通信和面向对象的变电站通信之间的通信冲突和效率会逐步显现出来，有效解决该问题具有对大量的常规变电站的技术升级改造，对于减轻变电站及调度自动化管理维护人员的工作压力具有十分积极的现实意义。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种基于IEC标准的常规变电站的动态建模方法，能够实现常规变电站点式信息向基于IEC 61850和61970协同标准的信息转换适配。

一种基于IEC标准的常规变电站的动态建模方法，包括如下步骤：

(1)对常规变电站中的设备和电力系统运行信息进行基于IEC 61850标准建模，得到常规变电站的面向对象模型；

(2)对常规变电站的点式信息进行批量挑选，将挑选出的点式信息映射到所述的面向对象模型中，并补充自描述信息至面向对象模型中，得到常规变电站的基于IEC 61850标准的实体模型；

(3)将所述的实体模型传送给基于IEC 61970标准的主站系统，根据实体模型构建主站系统的基于IEC 61850标准与IEC 61970标准协同的UCIM模型(United Common Information Model，统一公用信息模型)；

(4)利用基于IEC 61850标准的自描述机制获取实体模型的变化信息，进而利用所述的变化信息对所述的UCIM模型进行更新。

所述的点式信息是指常规变电站自动系统中，信息是按照测点不同物理量以不同信息地址的来区分的，如某个开关的状态，某个测点的电压、电流量等。

所述的自描述信息是指在自动化系统中，数据模型包含具有自我特征描述的专用信息，可以为外部系统根据其描述信息识别。

所述的主站系统包括EMS(能量管理系统)、OMS(调度运行管理系统)、TMR(远程抄表电能量系统)等上位机管理系统。

所述的步骤(3)中，构建主站系统的UCIM模型方法如下：

1)在IEC 61970标准的CIM模型(Common Information Model，公用信息模型)中解除常规变电站的二次设备与其他设备的关联；

2)把上述二次设备抽象为IED类(智能电子设备类)，所述的IED类归为Equipment类(设备类)下；并建立IED类与Equipment类的继承关系；

3)根据常规变电站的实际安装配置情况以及所述的继承关系，组织构建常规变电站中的一次设备与IED类的对应关联，从而得到主站系统的基于IEC61850标准与IEC 61970标准协同的UCIM模型。

所述的步骤(4)中，利用变化信息对UCIM模型进行更新的方法如下：

在常规变电站的IED(智能电子设备)正常运行时，定时启动模型对比更新程序；在常规变电站的IED加电或重启时，直接启动模型对比更新程序；

所述的模型对比更新程序为：保存与UCIM模型相匹配的实体模型，然后对保存的实体模型与常规变电站当前的实体模型进行对比，如有差异则向常规变电站中的站控层服务器发布变化信息，使订阅了模型更新服务的主站系统通过IEC 61850-8-1通信接口获取所述的变化信息，最后利用变化信息更新主站系统的UCIM模型。

本发明能够有效解决面向信息点的调度主站通信和面向对象的变电站通信之间的通信冲突和效率的问题，提高大量常规变电站技术升级改造的效率，减轻变电站及调度自动化管理维护人员的工作压力。

附图说明

图1为本发明动态建模方法的步骤流程示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的动态建模方法进行详细说明。

如图1所示，一种基于IEC标准的常规变电站的动态建模方法，包括如下步骤：

(1)建立面向对象模型。

对常规变电站中的设备和电力系统运行信息进行基于IEC 61850标准建模，得到常规变电站的面向对象模型；

变电站一次、二次设备各有分工，前者负责完成其输配电任务，后者设备负责监控一次设备的运行。所以，以一次设备为对象，并结合IEC 61850标准，对设备和系统进行建模，面向一次设备组织逻辑节点(LN)的建模思想，是面向一次对象的应用和展示的模型依据，可使变电站功能和模型规范化。整个建模过程中，核心工作是应用功能分解、裁减与分配；明确功能后，需要LN实现相应的子功能；最后需要将LN组合成逻辑设备(LD)，同时确定它们间的通信信息片。

IEC 61850标准中有一些定义并不能完全满足目前变电站需要，加之变电自动化技术也在不断发展，标准的扩展是不可避免的。IEC 61850标准本身具备较强的可扩展性，而且IEC 61850标准的版本也在持续改进中。现阶段模型的扩展主要是LN的扩展，包括定义新的LN和在已有的LN中增加新的数据对象。

当标准逻辑节点中若无标准数据满足标准逻辑节点类特殊实例的需要，可创建“新的”数据。为保持互操作性简便，使用该选项应谨慎，应遵守下列规定：

1.如果这些缩写可用，构成新数据名时，应使用IEC标准中缩写。仅在其它情况中，允许使用数据英文名称以外新的缩写；

2.指定一个IEC 61850-7-3中定义的公用数据类。如果无标准的公用数据类满足新数据的需要，可扩展或使用新的数据类；

3.任何数据名应仅分配指定一个公用数据类(CDC)；

4.新逻辑节点类应依据IEC 61850-7-1中的概念和规定以及IEC 61850-7-3中给出的属性，采用“名称空间属性”加以标志。

新数据名称创建应确保每一新加名称与标准数据名的助记命名约定相一致，并在所考虑变电站中唯一。新数据名描述应公开，提供给专用变电站自动化系统的用户。

(2)通过映射和补充，得到实体模型。

对常规变电站的点式信息进行批量挑选，即通过文件的形式将各个传统设备中拥有的遥测和遥信点信息以文件的形式传输上来，把常规变电站的IED装置的信息导入专用的配置工具，然后把这些导入信息罗列到待选区域，按照一次设备的相关性和面向对象模型的分布情况对导入信息进行分块批量选取；

将挑选出的点式信息映射到面向对象模型中；在现有常规变电站的基础上，对本类变电站的老旧通信设备进行升级改造，对外提供统一的IEC61850规范接口标准，使传统通信技术到IEC61850规范的转换要求。对于实时数据，系统设计采用传统规约(IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、Modbus等)或者数据点文件的方式接入而采用IEC61850规范提供统一平台，主要采用其中的报告控制块的形式发出；对于准实时和非实时数据，将信息向IEC61850标准转换有3种主要的方法，即从信息表到面向对象的信息转换、间接模型转换方法和直接转换方法，转换成IEC 61850面向对象的信息后，即可实现自描述机制，从而实现按不同分类维护。

补充自描述信息至面向对象模型中，即通过配置工具将特征描述信息填入构建了映射关系的面向对象模型中，从而得到常规变电站的基于IEC 61850标准的实体模型。

(3)根据实体模型，构建主站系统的UCIM模型。

将实体模型传送给基于IEC 61970标准的主站系统，即通过IEC 61850-8规定的MMS(制造业报文规范)通信接口按照发布和订阅的机制向主站系统发布；

根据实体模型构建主站系统的基于IEC 61850标准与IEC 61970标准协同的UCIM模型：

1.在IEC 61970标准的CIM模型中解除常规变电站的二次设备与其他设备的关联；

2.把上述二次设备抽象为IED类，IED类归为Equipment类下；并建立IED类与Equipment类的继承关系；

3.根据常规变电站的实际安装配置情况以及继承关系，组织构建常规变电站中的一次设备与IED类的对应关联，从而得到主站系统的基于IEC 61850标准与IEC 61970标准协同的UCIM模型。

实现两个标准的协调需要在以下两部分分别进行扩展：设备资源的状态属性(PSRStatus)、资产管理业务(Procedure)形成的离线信息，并最终在企业中心完整展现。另外在这一模型体系中，IED除继承Equipment等的基本属性外，还应扩展定义软硬件版本、电源复位、通信工况等信息及其与IEC 61850模型的映射关系。

在统一模型中需要在整个管理区域内对设备及其信息进行统一编码，设备编码为IEC 61970的Core包的识别对象中的mRID字段，设备按资产归属关系层次及区域，每一层次采用固定位数的数字，全局唯一，部件编号作为可选部分，非子设备时填0；设备信息编码采用可变长度的编码，逻辑设备在与逻辑节点名字之间用“/”分隔，逻辑节点与数据之间用“.”分隔，形成设备内唯一的信息标识，与设备标识结合唯一地标识一个设备信息。

中心级状态监测平台作为客户端，与变电站内以三种方式实现接口：基于MMS的模型信息传输，基于MMS的文件传输，另外还特别支持基于TCP/IP的透明通信代理，以适应目前还有多数状态监测装置不能支持IEC 61850的情况。从变电站传来基于SCL(变电站配置语言)的配置文件，这些文件通过具体的文件解析插件适配到UCIM模型。

(4)对UCIM模型进行更新。

利用基于IEC 61850标准的自描述机制获取实体模型的变化信息，进而利用变化信息对UCIM模型进行更新。通过动态建模技术，模型的修改只需在变电站端操作，主站端实现同步更新，完成动态建模功能。

变电站加电(energized)前，标准的结合主要着眼于离线数据文件交换。这种文件交换需要同步SCL数据和CIM XML(CIM可扩展标记语言)数据。两种文件格式可以通过OWL(本体网络语言)建立关联，从而用OWL去联系CIM和61850的类。OWL文件包含其对CIM和SCL数据的编码及CIM OWL元素和SCL OWL元素的关系。在常规变电站的IED加电或重启时，直接启动模型对比更新程序。

在常规变电站的IED加电或重启时，直接启动模型对比更新程序；

模型对比更新程序为：使IED保存与UCIM模型相匹配的实体模型，然后对保存的实体模型与常规变电站当前的实体模型进行对比，如有差异则向常规变电站中的站控层服务器发布变化信息，使订阅了模型更新服务的主站系统通过IEC 61850-8-1通信接口获取变化信息，最后利用变化信息更新UCIM模型。

Claims (3)

1.一种基于IEC标准的常规变电站的动态建模方法，包括如下步骤：

(1)对常规变电站中的设备和电力系统运行信息进行基于IEC 61850标准建模，得到常规变电站的面向对象模型；

(2)对常规变电站的点式信息进行批量挑选，将挑选出的点式信息映射到所述的面向对象模型中，并补充自描述信息至面向对象模型中，得到常规变电站的基于IEC 61850标准的实体模型；

(3)将所述的实体模型传送给基于IEC 61970标准的主站系统，根据实体模型构建主站系统的基于IEC 61850标准与IEC 61970标准协同的UCIM模型；

(4)利用基于IEC 61850标准的自描述机制获取实体模型的变化信息，进而利用所述的变化信息对所述的UCIM模型进行更新。

2.根据权利要求1所述的基于IEC标准的常规变电站的动态建模方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，构建主站系统的UCIM模型方法如下：

1)在IEC 61970标准的CIM模型中解除常规变电站的二次设备与其他设备的关联；

2)把上述二次设备抽象为IED类，所述的IED类归为Equipment类下；并建立IED类与Equipment类的继承关系；

3)根据常规变电站的实际安装配置情况以及所述的继承关系，组织构建常规变电站中的一次设备与IED类的对应关联，从而得到主站系统的基于IEC61850标准与IEC 61970标准协同的UCIM模型。

3.根据权利要求1所述的基于IEC标准的常规变电站的动态建模方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，利用变化信息对UCIM模型进行更新的方法如下：在常规变电站的IED正常运行时，定时启动模型对比更新程序；在常规变电站的IED加电或重启时，直接启动模型对比更新程序；

所述的模型对比更新程序为：保存与UCIM模型相匹配的实体模型，然后对保存的实体模型与常规变电站当前的实体模型进行对比，如有差异则向常规变电站中的站控层服务器发布变化信息，使订阅了模型更新服务的主站系统通过IEC 61850-8-1通信接口获取所述的变化信息，最后利用变化信息更新主站系统的UCIM模型。

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