CN103715772B - 一种智能变电站全景数据中心 - Google Patents

Abstract

一种智能变电站全景数据中心，由数据存储模块、对外通讯服务模块、数据采集模块组成，所述数据采集模块采集智能变电站内部的实时数据，并上传至数据存储模块；在所述数据存储模块用于保存上传的实时数据，并创建统一的数据存储和一次设备、二次设备的信息模型；所述的对外通讯服务模块与数据存储模块相连，通过信息服务标准化的方式，对其他变电站和调度主站提供数据输出服务。本发明针对传统变电站数据存在的站控层子系统之间信息相互隔离、互不通信、数据冗余重复的问题，以及传统变电站的不加屏蔽的数据上送、造成上送数据量成倍上涨，而对主站系统造成较大处理压力的问题。

Description

一种智能变电站全景数据中心

技术领域

本发明属于电力系统自动化领域，特别是在智能变电站一体化监控系统中，实现多专业、多维度数据的组织与服务。

背景技术

变电站需要为电网安全运行提供统一、简洁、准确的数据支撑，作为电力传输、信息采集的关键节点，其数据的全面性、完整性是实现智能电网的信息基础。

变电站主站要为电网调度系统主要提供两类数据，一类为实时数据，包括传统“四遥”等稳态数据，主要用于SCADA/EMS系统的运行监视；动态数据以PMU同步采样数据为主，应用于调度动态系统监视与稳定分析等高级应用；暂态数据主要指保护、录波装置记录的暂态采样数据，用于发生电力故障后的事故分析。另一类为非实时数据，主要静态数据包括一、二次设备模型、拓扑关系、运行参数和定值等，在国家电网公司发布的《智能变电站技术导则》中规定智能变电站应满足源端维护的要求，即变电站新建、扩建和改造时，提供符合IEC61970的模型、图形及通信信息，能够直接应用于主站系统，大部分维护工作在变电站端完成，从而大大减少主站建模、绘图、通信配置等重复工作量。在变电站自动化系统中，有各种复杂的智能应用，分别在远动机、协议转换器、监控后台、保护信息子站、PMU集中器、“五防”机、电压无功控制、高级应用分析等子单元中独立存在；随着智能电网的发展，很多智能应用需要由电网调度系统与变电站自动化系统相互协作完成。对于区域电压无功控制、顺序控制等面向变电站的高级应用，它们和调度系统之间的协作主要通过信息交互完成，交互的内容也可分为实时、静态和历史数据。

传统变电站数据按照专业分别划分，站控层子系统之间信息相互隔离，互不通信，造成采集的数据冗余、重复，采集中出现的错误无法进行纠正；另一方面，不加屏蔽的数据上送，造成上送数据量成倍上涨，对主站系统造成较大的处理压力。

随着IEC61850通信协议在变电站的广泛使用，自动化装置通过站内的高速通信网实现了信息互通。考虑到电力企业集约化发展和变电站向无人值班发展的趋势，数据中心的实现应有别于调度中心各专业主站的集成方式。各专业数据应分类存储，集中管理，实现统一建模和存取。

发明内容

本发明的目的在于解决传统变电站数据存在的站控层子系统之间信息相互隔离、互不通信、采集的数据冗余重复的问题，以及传统变电站不加屏蔽的数据上送、造成上送数据量成倍上涨，而对主站系统造成较大的处理压力的问题。为此，本发明提供了一种智能变电站全景数据中心。

在变电站层建立统一的全景数据中心，汇集站内不同专业、不同时间尺度、不同类型、不同来源的数据，经过处理后，实现统一整合和存储管理，对外提供标准化信息服务，是智能变电站发展过程中必须具备的关键技术。并应面向全电网，建立变电站信息交换标准化管理的数据管理机制。

变电站全景数据中心对外接口将统一以服务的方式提供，为各类、各级调度、生产主站系统、相邻变电站提供标准的信息服务、源端维护及数据支撑。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种智能变电站全景数据中心，所述智能变电站全景数据中心设置于智能变电站站控层，由数据存储模块、对外通讯服务模块、数据采集模块组成，所述全景数据中心通过对不同专业、不同时间尺度、不同类型、不同来源的数据进行统一采集、处理，实现了全站数据的信息融合；其特征在于：

所述数据采集模块采集智能变电站内部的实时数据，并上传至数据存储模块；

在所述数据存储模块用于保存上传的实时数据，并创建统一的数据存储和一次设备、二次设备的信息模型；

所述的对外通讯服务模块与数据存储模块相连，通过信息服务标准化的方式，对其他变电站和调度主站提供数据输出服务。

所述数据采集模块与智能IED设备相连，采用IEC61850通信协议，采集SCADA实时数据；所述数据采集模块还与常规装置相连，采用IEEEC37.118等通信协议，采集SCADA实时数据；所述数据采集模块把从智能IED设备或常规装置采集到的数据，经过解析形成SCADA三遥数据（遥测、遥信、遥脉）和故障录波文件，保存到数据存储模块；

所述数据存储模块，是数据采集模块和对外通讯服务模块的数据基础，由实时数据库、文件、关系数据库、消息总线统一构成，通过消息总线实现数据存储跨节点部署，支持存储数据在智能变电站内跨信息安全区部署；

在所述数据存储模块中，创建统一的数据存储和一次设备、二次设备的信息模型，来描述一次设备、二次设备信息以及其他数据存储，一次设备模型按照IEC61970/CIM中相关设备描述，构建为调度主站服务的变电站统一的数据存储模型；二次设备模型以IEC61850通信模型为基准，按照逻辑设备、逻辑节点、数据对象、数据属性的层次结构来组织；所述的对外通讯服务模块，通过信息服务标准化的方式，将对其他变电站和调度主站提供数据输出服务，动态映射到具体的通信协议上。

本发明具有以下技术效果：

本发明提出了一种智能变电站全景数据中心，具有如下优点和积极效果：

（1）解决了传统变电站数据存在的站控层子系统之间信息相互隔离、互不通信、采集的数据冗余重复的问题；

（2）解决了传统变电站不加屏蔽的数据上送、造成上送数据量成倍上涨，对主站系统造成较大处理压力的问题；

（3）变电站全景数据中心对外接口将统一以服务的方式提供，为各类、各级调度、生产主站系统、相邻变电站提供标准的信息服务、源端维护及数据支撑。

附图说明

图1为智能变电站全景数据中心组成图；

图2为智能变电站信息模型关联关系示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

本发明确立的智能变电站全景数据中心，其实现包括以下内容：数据采集模块、数据存储模块、对外提供统一的信息服务模块，模块之间关系如图1所示。

1、数据采集模块

变电站涉及多个专业，包含的数据复杂多样：设备参数数据、地理及建筑空间数据等数据，是非实时数据；稳态采集数据、动态采集数据、暂态采集数据、SOE及事件告警数据、设备状态监测数据、二次设备及回路监视数据、环境监测数据、辅助设施数据等SCADA实时数据，是SCADA三遥（遥测、遥信、遥脉）数据；下行控制数据，是向下送到一次设备的控制命令；视频数据，是通过视频采集系统采集的数据。通过上述数据及产生的分析结果，可全景、多维度的进行展示、反映变电站整体运行状况。

所述数据采集模块与智能IED设备相连，采用IEC61850通信协议，采集SCADA实时数据；所述数据采集模块还与常规装置相连，采用IEEEC37.118等通信协议，采集SCADA实时数据；所述数据采集模块把从智能IED设备或常规装置采集到的数据，经过解析形成SCADA三遥数据，保存到数据存储模块；

上述数据构成了变电站全景数据中心的数据基础，但并不意味着建立全景数据中心需要包括全部数据，可根据变电站的实际情况，汇集不同的数据。

2、数据存储模块

2.1数据存储模块的存储介质由实时数据库、文件、关系数据库、消息总线统一构成，通过消息总线实现数据存储的跨节点部署，亦支持站内跨信息安全区部署。

在数据存储模块中，实时数据、准实时数据实现多机之间的严格镜像同步，非实时数据基于版本管理模块采用统一的管理机制，对外可以提供基于量测多源技术的多源数据统一访问接口。

实时数据库用来提供高效的实时数据存取，数据全部驻留内存。支持实现从毫秒到秒级的高精度实时数据采集，可提供变电站的电气设备、电网运行的参数信息、模型信息、实时信息、事件告警。

关系数据库提供持久化的结构数据存储，提供粗粒度的历史数据，可提供长期的统计信息、配置信息。

在实时数据库基础上实现的高速时序数据库，实现电力系统对象的动态同步数据采集，在实时数据库中可以保存短时间(上限不低于10s)的一组连续数据，用于实时分析、实时数据显示，同时在历史数据中实现了相应同步数据的压缩存储。

各态数据通过各自的通讯采集子系统，分别实现采集、传输，但所有数据统一存放于全景数据的组织，并实现统一管理，但通过不同的视图接口，可获得相应的数据。

2.2数据存储模块统一信息模型

变电站全景数据中心的合理组织离不开信息模型的支撑，本发明参考了IEC61850、IEC61970/CIM的信息模型，在此基础上设计了变电站统一信息模型，如图2所示。

以IEC61850通信模型为基准搭建信息模型。二次设备信息的层次结构按照逻辑设备、逻辑节点、数据对象、数据属性来组织，一次设备模型参考了IEC61970/CIM中相关设备描述，构建为调度、调控中心服务的变电站统一信息模型。

以IEC61850标准为基础，规定了变电站内所有一次设备、二次设备信息的命名规范，实现站内一、二次设备的统一命名(61850Reference)，所有的信息对象也具有统一的标识符(GID)。一次设备的信息模型与CIM标准中关于一次设备的描述是基本一致的。一、二次设备关联，采用了IEC61850标准中一次设备–逻辑节点关联的方式，虽然实现了二次信息模型与一次设备模型之间的信息关联，但对于计算点、PMU数据等多源数据引用没有相应的关联方式，对于双重化保护、测控装置之间的数据冗余也没有给出相应的解决办法。

在此，引入了CIM标准中关于量测（Measurement）的概念，实现了多个数据源与一次设备的基于多源量测技术的映射关联。量测量定义为任何测量的、计算的、或者二者都不是的量；任何电力一次设备都可以有0到n个量测量，量测量至少和一个量测值（MeasurementValue）关联。设备、量测、量测值的关系UML图2所示。

一次设备除了应具有二次自动化装置中的逻辑节点（功能）外，还应与量测量建立直接关联。量测量表定义了一次设备、多个数据源中的测量数据之间映射关系，通过扩展CIM的ValueSource，定义出测控、PMU、保护等二次设备的类型枚举，将对同一个一次设备的某个量测如电压、电流等多态测量数据，统一到相应的量测对象，从而既实现对象化管理，也统一了访问模式。

这样，针对电气一次设备，通过量测量接口，可以提供：

1）稳态的、低采样密度的、不同步的电网时间断面信息；

2）可以实现毫秒级的时间尺度上对电力系统进行实时同步观测，利用这些精细数据对电力系统进行全新分析，可弥补SCADA系统的不足；

3）可以记录电网运行发生故障、异常时的事件与一定时间内的高精度、同步的电网断面暂态信息；

4）可以提供设备本体的非电量数据的采集、诊断结果及高精度的采样数据。

量测量数据作为数据中心对外提供的通用数据接口，可以提供唯一的、经过校核的站内熟数据；通过量测数据源的切换，可以获取相关所需数据源的数据。

3、通讯服务模块

变电站数据中心将更好的支撑调控一体化的运行模式，将以对主站系统提供标准化的数据服务的角度出发，规范交互信息形式，建立不依赖任何通信协议的标准化信息服务标准，屏弃了传统变电站远动系统“重规约、轻服务”的思想，将通信规约的实现与具体的功能实现进行“解耦”；一方面，消除了对外信息支持服务体系必须映射、绑定到一个具体通信规约上的烦恼；另一方面，通信规约按照自身的规范发展进行扩展，通过中间层的“规约无关框架”，实现了对外信息服务与通信规约的动态结合。

通过信息服务标准化的方式，将对外的信息支持服务动态映射到具体的通信协议上，体现了变电站作为智能电网运行体系下站内统一数据提供者的角色，为调度主站系统提供相应的数据服务。通讯服务模块从数据存储模块获取数据，向其他智能变电站和调度主站提供数据服务；同时，也可从其他智能变电站和调度主站接收数据，并存储到数据存储模块。

1）通用类服务

包括文件类访问服务、远程操作类服务，可提供源端维护、远程浏览、图形调阅、远程值班等功能。

针对文件访问，提供了通用文件、图形文件、模型文件的目录、文件获取等服务。图形文件格式支持G、SVG文件，模型文件格式支持E、CIM/XML、SCD文件。

实现变电站单线图、间隔图、网络图、通讯图等图形文件上传、模型文件的上传，增量维护、远程浏览等功能，为各级主站系统提供符合标准的源数据。

能够为各级主站提供合格的模型、图形等功能将作为智能变电站数据中心的基础功能，并可以提供以图形浏览为主的远程调阅服务。

远程操作类服务实现远程操作站内自动化系统的功能，实现图形、模型文件的远程下装，实现站内部分操作的远程维护操作。

2)数据类服务

提供多种实时数据、历史数据、事件告警的查询、上传、控制操作。包括直采直送操作服务、保信子站服务、WAMS子站服务、告警直传、历史数据查阅、状态监测数据上传、校核数据订阅上送、控制/AGC、AVC曲线/天气预报接收、基础数据更新等服务。

可以按照配置要求，提供三态(稳态、动态、暂态)数据的上传，支持调度一体化支持系统对多类数据的复合要求。

全景数据中心会根据采集到的各类冗余信息进行相互校核，在变电站内进行一次数据的校核，屏弃错误数据，并将订购的数据进行对齐，按照上级系统的订购要求进行校核后数据的定间隔上送。

建立站级全景数据中心后，变电站可以为主站提供过往的历史、统计数据，针对长期的、慢速的分析计算，在站内完成评价后，可以提供给相应的主站系统。

3）计算类服务

在变电站实现全部数据的共享，意味着之前主站系统做的部分应用可以下放到变电站内去实现，充分利用各个变电站的计算资源，实现在一定的区域电网内实现主站、变电站系统的协同计算，可优化主站系统的负担与任务，并可避免多个主站系统重复计算所带来的资源浪费。

而本发明的范围不应局限于这些描述。任何在本发明原理范围内的修改、改进都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种智能变电站全景数据中心，所述智能变电站全景数据中心设置于智能变电站站控层，由数据存储模块、对外通讯服务模块、数据采集模块组成，所述全景数据中心通过对不同专业、不同时间尺度、不同类型、不同来源的数据进行统一采集、处理，实现了全站数据的信息融合；其特征在于：

所述数据采集模块采集智能变电站内部的实时数据，并上传至数据存储模块；

在所述数据存储模块用于保存上传的实时数据，并创建统一的数据存储和一次设备、二次设备的信息模型；

所述的对外通讯服务模块与数据存储模块相连，通过信息服务标准化的方式，对其他变电站和调度主站提供数据输出服务；

其中，所述数据采集模块与智能IED设备相连，采用IEC61850通信协议，采集SCADA实时数据；所述数据采集模块还与常规装置相连，采用IEEEC37.118通信协议，采集SCADA实时数据；所述数据采集模块把从智能IED设备或常规装置采集到的数据，经过解析形成SCADA三遥数据即遥测数据、遥信数据、遥脉数据，保存到数据存储模块；

所述数据存储模块，是数据采集模块和对外通讯服务模块的数据基础，由实时数据库、文件、关系数据库、消息总线统一构成，通过消息总线实现数据存储跨节点部署，支持存储数据在智能变电站内跨信息安全区部署；

在所述数据存储模块中，创建统一的数据存储和一次设备、二次设备的信息模型，来描述一次设备、二次设备信息以及其他数据存储，一次设备模型按照IEC61970/CIM中相关设备描述，构建为调度主站服务的变电站统一的数据存储模型；二次设备模型以IEC61850通信模型为基准，按照逻辑设备、逻辑节点、数据对象、数据属性的层次结构来组织；所述的对外通讯服务模块，通过信息服务标准化的方式，将对其他变电站和调度主站提供数据输出服务，动态映射到具体的通信协议上。

2.根据权利要求1所述的智能变电站全景数据中心，其特征在于：

在所述数据存储模块中，引入了CIM标准中关于量测的概念，实现多个数据源与一次设备的基于多源量测技术的映射关联，量测量定义为任何测量的、计算的、或者二者都不是的量；任何一次设备都可以有0到n个量测量，量测量至少和一个量测值关联；

一次设备除了应具有二次自动化装置中的逻辑节点外，还与量测量建立直接关联，定义了一次设备、多个数据源中的测量数据之间映射关系，定义出测控、PMU、保护二次设备的类型枚举，将对同一个一次设备的某个量测，统一到相应的量测对象。

3.根据权利要求1所述的智能变电站全景数据中心，其特征在于：

智能变电站全景数据中心作为智能电网运行体系下站内统一数据提供者的角色，为多个部门、各种主站系统提供相应的数据服务，数据服务有三种：通用类服务、数据类服务、计算类服务。

其中，通用类服务包括文件类访问服务、远程操作类服务，提供源端维护、远程浏览、图形调阅、远程值班；

所述数据类服务包括提供多种实时数据、历史数据、事件告警的查询、上传、控制操作；

所述计算类服务是指在智能变电站实现全部数据的共享，充分利用各个智能变电站的计算资源，在一定的区域电网内实现主站、智能变电站系统的协同计算。