CN104239059A - 基于全模型的智能配用电统一信息支撑平台的构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于全模型的智能配用电统一信息支撑平台的构建方法，包括：步骤1：将控制单元分别与智能配电信息交互总线和智能用电信息交互总线通信；步骤2：将智能配电信息交互总线设置在安全I区和安全II区，通过总线适配器与调度自动化系统和配电自动化系统交互信息；将智能用电信息交互总线设置在安全III区和安全IV区，并通过模型映射法与用电信息采集单元和分布式能源管理单元交互信息。与现有技术相比，本发明提供的智能配用电统一信息支撑平台的构建方法，使信息支撑平台具备面向变电站、配电线路、配电台区、用户和分布式能源及储能系统的全模型信息统一采集与集中监控功能，为各部门提供安全、稳定、可靠和快捷的数据交换服务。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于全模型的智能配用电信息支撑平台的构建方法，具体涉及一种基于全模型的智能配用电信息支撑平台方法。
背景技术
配用电系统由于其自身的规模庞大和复杂性，信息交互方式都是根据特定需求建立独立的信息模型，通过点对点的交互方式解决专业业务领域或者部门业务操作的一些问题。随着配用电系统中的子系统越来越多，各个子系统间的关联，也会越来越复杂，只要其中一个子系统发生变化，别的子系统也必须跟着更改。然而上述信息交互方式不能建立一个统一平台获取企业范围内的数据视图，也不会促进未来智能商务或数据仓库应用，因此很难从根本上解决配用电系统面临的“信息孤岛”问题。
当前若要从根本上实现信息共享和应用集成需解决2个问题：一是解决各个子系统的信息模型私有问题，建立公共的、统一的数据模型；二是解决各个子系统访问机制专有问题，建立标准的数据接口规范。为此，国际电工委员会IECTC57WG13制定了IEC61970系列标准，该标准的定义使EMS系统与其他应用系统能够不依赖信息内部的表示，存取公共数据和交换信息，其主要目标是为EMS系统中不同厂商的应用功能之间，或不同的EMS系统之间，或EMS系统与电力行业其他应用系统之间的数据交换和应用集成提供便利，允许多个厂家的应用能够在一个EMS系统环境中运行，支持大范围的电力系统应用，允许长期的扩展和更新。
随着配电管理系统(Distribution Management System，DMS)功能的不断发展和范围不断扩大，用户迫切的希望DMS系统是由不同的应用子系统，特别是不同厂商的应用子系统以某种规范的方式简洁地集成在一起，实现不同应用间的数据交换与共享。在这种背景下，国际电工委员会IEC TC57 WG14提出了IEC61968标准，并基于此标准开发了配网信息交互总线、总线适配器等系列产品，解决了现有配电网信息模型不统一、体系架构不匹配、信息编码不一致带来的多个问题，实现了配电系统的信息集成与互操作。
上述两种方式均在遵循IEC61968/61970的标准体系下，实现了EMS、DMS系统与其他系统的信息集成与互操作，其关键技术突破包括以下2个方面，一是采用统一的建模语言构建CIM信息模型并构建了面向CIM的数据库；二是基于WEB服务构建标准CIS接口规范和“即插即用”的适配器技术。但是基于IEC61970的EMS系统信息交互技术和基于IEC61968的DMS系统信息交互技术均未延伸到用电和分布式能源领域，不能实现分布式电源接入、储能系统、智能用电等全模型的信息交互。随着智能配电网建设与发展需求的不断提高，面向EMS系统、DMS系统、用电信息采集系统以及分布式电源接入和储能系统的智能配用电信息集成与互操作的要求日趋强烈，构建集调度、配电和用电等系统的统一信息支撑平台体系构架，实现对调、配、用电网实时/准实时数据统一采集、存储和互操作，消除数据信息“孤岛”，保证数据源的准确性和唯一性，实现不同业务系统间数据资源的有效共享与交互，对于智能配用电网的建设十分有必要。
发明内容
为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种基于全模型的智能配用电统一信息支撑平台的构建方法，所述方法包括：
步骤1：构建所述平台的控制单元，将所述控制单元分别与智能配电信息交互总线和智能用电信息交互总线通信；
步骤2：将所述智能配电信息交互总线设置在安全I区和安全II区，通过总线适配器与调度自动化系统和配电自动化系统交互信息；将所述智能用电信息交互总线设置在安全III区和安全IV区，通过模型映射法与用电信息采集单元和分布式能源管理单元交互信息。
优选的，所述控制单元包括数据采集与存储模块以及配用电分析与应用模块；
优选的，所述数据采集与存储模块，采集变电、配电、用电和分布式能源的CIM全模型运行数据，基于CIS接口标准与调度自动化系统、配电自动化系统、台区监控系统、低压用户以及分布式能源实时交换数据；
所述数据采集与存储模块包括实时/历史数据库，所述实时/历史数据库采用EDNA分布式实时数据库对海量数据无损压缩存储；
优选的，所述配用电分析与应用模块，用于调控一体化管理、配电台区管理、用户用电信息采集管理、用电需求侧管理、用户互动管理、综合统计分析和运行维护管理；
所述调控一体化管理为，通过CIM全模型将变配电系统的数据和SVG图形导入所述配用电分析与应用模块，集中监测变电站和配电线路的运行状态；
所述配电台区管理为，依据所述CIM全模型监测所述台区配电系统的电能质量、数据异常状态，对台区进行无功补偿投切控制、漏电保护远程控制和台区经济运行管理；
所述用电需求侧管理包括用户负荷管理、有序用电管理、预付费控制、用电情况分析和分时电价分析；
所述用户互动管理包括用电需求侧响应、用电信息查询和用电缴费；
所述综合统计分析，依据台区用户的用电需求量对中低压配电网线损率、电压合格率、供电可靠性、电能质量、供电电量和供用电负荷特性进行统计分析，并通过报表、棒图和曲线图进行展示；
优选的，所述步骤2中的模型映射法包括：
步骤2-1：基于IEC61850标准定义分布式能源的对象模型；
步骤2-2：构建所述对象模型与CIM全模型的逻辑设备映射；
优选的，所述步骤2-1中所述对象模型由基于IEC61850标准定义的逻辑节点组成，所述对象模型包括光伏发电系统、储能系统、燃料电池、电动汽车充电系统、分布式馈线、线路设备和通信系统；
优选的，所述逻辑节点包括信息系统模型、DER ECP模型、DER控制器模型、DER发电模型、DER励磁系统模型、转速/频率调节系统模型和电力电子变换器模型；
优选的，所述步骤2-2包括：
分析所述对象模型中每个逻辑节点的所有属性和每个属性的属性类型，将所述对象模型中的一个属性映射到CIM全模型中的至少一个属性，将一个属性类型分别映射到CIM全模型中的至少一个属性类型；
若所述逻辑节点的属性未在CIM全模型中描述，则依据所述属性在CIM全模型中扩展新的属性和属性类型，从而建立逻辑设备映射；
优选的，将所述逻辑节点映射到CIM全模型时，依据调度自动化系统或者配电自动化系统的分析需求，仅选择与分析需求相应的逻辑节点的属性和属性类型映射到所述CIM全模型。
与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：
1、本发明提供的一种基于全模型的智能配用电统一信息支撑平台的构建方法，在IEC61970/61968/61850的标准及命名规范的基础上，采用一体化设计思路对来自不同系统的模型、图形以及实时和非实时数据进行整合处理，使支撑平台具备面向变电站、配电线路、配电台区、用户和分布式能源及储能系统的全模型信息统一采集与集中监控功能，为各部门提供安全、稳定、可靠和快捷的数据交换服务，实现平台信息中心和各业务部门或高级应用之间的业务互动和信息交换，有力支持新的智能电网发展所带来的全新运行模式、支持新的电力能源发展模式、支持新的电力市场商业运营模式；
2、本发明提供的一种基于全模型的智能配用电统一信息支撑平台的构建方法，将配电系统信息交互向智能用电和分布式能源领域延伸，提高了配用电系统间信息集成交互的能力。针对基于IEC61970的EMS系统信息交互技术和基于IEC61968的DMS系统信息交互技术均未延伸到用电和分布式能源领域，不能实现分布式电源接入、储能系统、智能用电等全模型的信息交互的问题，本发明提出了IEC61850模型和CIM全模型映射的方法，为各类信息模型向CIM全模型映射提供了参考依据；
3、本发明提供的一种基于全模型的智能配用电统一信息支撑平台的构建方法，解决了配电系统、用电系统、分布式能源系统孤立运行、模型不统一、信息集成交互困难等问题，为各部门提供安全、稳定、可靠和快捷的数据交换服务，实现平台信息中心和各业务部门或高级应用之间的业务互动和信息交换。通过统一的平台来获取企业范围内的数据视图，实现了基于CIM全模型的配电网快速拓扑与基于地理接线的电网数据结构设计相统一，为推进智能配电网自愈控制等高级功能的实现奠定技术基础。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是：配用电系统的点对点式信息交互方式简图；
图2是：基于IEC61970系列标准的EMS系统信息交互方式简图；
图3是：配电信息交互总线体系架构图；
图4是：分布式能源逻辑节点到CIM的映射关系图；
图5是：本实施例中基于IEC61850标准构建的ECP模型；
图6是：智能配用电统一信息支撑平台体系架构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
用电系统由于其自身的规模庞大和复杂性，信息交互方式都是根据特定需求建立独立的信息模型，通过如图1所示的点对点的交互方式解决专业业务领域或者部门业务操作的一些问题。但是基于IEC61970标准的EMS系统信息交互技术，如图2所示，和基于IEC61968标准的DMS系统信息交互技术均未延伸到用电侧和分布式电源领域，不能实现分布式电源接入、储能系统、智能用电等全模型的信息交互，因此本发明在基于IEC61850标准的分布式能源模型与CIM全模型融合的技术实现上，依托配电信息交互总线、用电信息交互总线，提出了面向调度、配电和用电等系统的统一信息支撑平台体的构建方法，该方法的具体步骤包括：
一、构建平台的控制单元，将控制单元分别与智能配电信息交互总线和智能用电信息交互总线通信；控制单元包括数据采集与存储模块以及配用电分析与应用模块。
1、数据采集与存储模块包括终端设备、数据采集软件、数据上传软件和实时/历史数据库等；
数据采集与存储模块，用于采集变电、配电、用电和分布式能源的CIM全模型运行数据，基于CIS接口标准与调度自动化系统、配电自动化系统、台区监控系统、低压用户以及分布式能源实时交换数据；
实时/历史数据库采用EDNA分布式实时数据库对海量数据无损压缩存储，同时能够与SG186工程生产、营销、GIS等业务系统进行信息交换。
其中，调度自动化系统、配电自动化系统和台区监控系统均为变配电系统中子系统。
2、配用电分析与应用模块，用于调控一体化管理、配电台区管理、用户用电信息采集管理、用电需求侧管理、用户互动管理、综合统计分析和运行维护管理。
(1)调控一体化管理，通过CIM全模型将变配电系统的数据和SVG图形导入配用电分析与应用模块，集中监测变电站和配电线路的运行状态，并对运行状态的异常情况进行处理。
(2)配电台区管理，依据CIM全模型监测台区配电系统的电能质量、数据异常状态，对台区进行无功补偿投切控制、漏电保护远程控制和台区经济运行管理，同时能够依据数据异常状态进行报警；
该无功补偿投切控制包括本地投切和远程投切两种控制方式。
(3)用电需求侧管理包括用户负荷管理、有序用电管理、预付费控制、用电情况分析和分时电价分析；
(4)用户互动管理包括用电需求侧响应、用电信息查询和用电缴费。
(5)综合统计分析，依据台区用户的用电需求量对中低压配电网线损率、电压合格率、供电可靠性、电能质量、供电电量和供用电负荷特性进行统计分析，并通过报表、棒图和曲线图进行展示，同时能够依据中低压配电网线损率、电压合格率、供电可靠性、电能质量、供电电量或者供用电负荷特性的异常数据进行分别进行报警。
二、构建智能配用电统一信息支撑平台的通信架构；
将智能配电信息交互总线设置在如图3所示的安全I区和安全II区，通过总线适配器与调度自动化系统和配电自动化系统交互信息；
将智能用电信息交互总线在IEC61968/61970标准的基础上，实现对智能配电信息交互总线的延伸与扩展，设置在如图3所示的安全III区和安全IV区，并通过模型映射法与用电信息采集单元和分布式能源管理单元交互信息；同时可取代既有的企业服务总线ESB，实现与生产PMS、营销、电网GIS、95598等系统的信息交互。
所述模型映射法的具体步骤包括：
1、基于IEC61850标准定义分布式能源的对象模型；
对象模型由基于IEC61850标准定义的逻辑节点组成，对象模型包括光伏发电系统、储能系统、燃料电池、电动汽车充电系统、分布式馈线、线路设备和通信系统；线路设备包括开关设备、电容器、重合器等；
如图4所示，逻辑节点包括信息系统模型、DER ECP模型、DER控制器模型、DER发电模型、DER励磁系统模型、转速/频率调节系统模型、电力电子变换器模型和辅助设备模型，辅助设备模型包括燃料系统模型、蓄电池模型、时序模型、物理/电气测量、保护、控制、开关设备等。将这些逻辑节点映射到CIM中就形成了图4中Physical Device、分布式能源电气连接点、ECP Controller等类。
其中，DER ECP模型如图5所示。
2、构建所述对象模型与CIM全模型的逻辑设备映射；
由于IEC61850模型和CIM模型具有完全不同的语义，因此不能实现数据的直接交换。它导致互联电网规模越来越大的情况下，模型却分割独立。调度端和电站端重复建模，模型的实时性不够，各种自动化和智能化设备缺少统一的基础，因此发明提出一种逻辑设备映射的方法实现IEC61850模型数据到CIM全模型数据的转换，具体为：
(1)IEC61850模型中交换数据功能的最小部分为逻辑节点，代表物理装置内的某项功能，执行这项功能的某些操作；
列出各对象模型的逻辑节点，分析每个逻辑节点的所有属性和属性类型，将对象模型中的一个属性映射到CIM全模型中的至少一个属性，将一个属性类型分别映射到CIM全模型中的至少一个属性类型。
(2)若逻辑节点的属性未在CIM全模型中描述，则依据属性在CIM全模型中扩展新的属性和属性类型，从而建立逻辑设备映射；若逻辑节点的属性已在CIM全模型中描述，则直接建立逻辑设备映射。
(3)由于CIM全模型是为调度端的总体分析服务的，因此侧重于一次设备，而IEC61850模型侧重于设备的具体控制和操作，将逻辑节点到CIM全模型时，依据调度自动化系统或者配电自动化系统的分析需求，仅选择与分析需求相应的逻辑节点的属性和属性类型映射到CIM全模型，其他属性则保留在原来的IEC61850模型中。
三、如图6所示，本发明提出的智能配用电统一信息支撑平台包括下述特点：
1、基于Unix/Windows混和操作系统平台，采用开放式体系结构，在统一的支撑平台上采用分布式部署，功能模块化设计，应用实时/历史数据库和无损压缩算法，通过元数据映射技术，实现CIM全模型数据的最优化存储。
2、采用C/S和B/S混合结构模式，在数据采集、处理、计算以及集中监控中采用C/S结构，提高了数据采集速度和系统对数据的处理能力，在数据查询、数据管理中采用B/S结构，便于用户进行数据查询和管理。
3、各模块软件采用完全一致的支撑平台，充分考虑调度自动化系统、台区监控系统、用户用电信息采集系统、分布式能源系统等对安全性、可靠性、开放性、可扩展性、可移植性、易维护性等的要求。
4、适用于不同发展水平、不同规模的中低压电网数据统一采集和集中管理，其控制单元的功能可依需求“即装即用”，灵活的配置。
5、系统可靠性达到MTBF不小于20000h；实时/历史数据库并发在线用户端可达1000个；实时/历史数据库数据压缩率一般工程数据为30:1；系统数据查询响应时间小于5s。
四、本实施例中分布式电源电气连接点处的模型映射法的具体映射过程为：
1、ECP逻辑设备定义一个或多个分布式能源单元与任何电力系统的电气连接点处的分布式能源的设备特性，电力系统可以包括：独立负载，微电网，以及公用电网。通常在该连接点处有一个开关或电力断路器。
2、如图5所示IEC61850-7-420标准共为ECP逻辑设备定义了：在ECP处DER装置的公共特性DCRP；在ECP处的运行特性DOPR；在ECP处DER的运行权限DOPA；在ECP处的运行模式DOPM；在ECP处的状态信息DPST；以及DCCT、DSCC、DSCH、CSWI、MMXU和MMTR等逻辑节点。
(1)：对上述逻辑节点拆分和组合之后建立2个新的类：ECP和ECP Controller。
①：ECP包括：ActivePower、CircuitPhase、ECPType、OperationTime和PublicProperties5个属性，分别表示有功功率、电路相数、ECP类型、操作时间和公共特性；
a、ECPType表示ECP的类型，原有的CIM全模型中没有该属性，所以在ECP类中扩展ECPType属性，并建立相应的包含所有ECP类型的枚举类；
b、IncctID和OutcctID这2个属性标识ECP处连接的是电源还是负载，通过Activepower属性表示，有功功率为正是电源，为负则是负载；
c、CctPhs表示电路相别类型，取值有单相、三相、三角形接线、星形接线等几种，通过CircuitPhase属性表示，该属性为Winding-Connection类型；
d、ECPNomWRtg、ECPNomVarRtg、ECPNomVLev、ECPNomHz的4个属性分别表示ECP处有功功率、无功功率、电压和频率的设定值，可以用SetPoint类中的value表示，因此不需要在新的模型中扩展，只需要将ECP与SetPoint建立关联关系。
②：ECP Controller类用来描述ECP处的控制器，它只包含从公共数据类中继承的属性，但它与CIM模型中原有的许多其他类有关联关系。
(2)：逻辑节点DCRP包括：PIntObISelf、PIntObIBck、PIntObIMan、PIntObIMrk、PIntObIUtil和PIntObIEm6个属性，属性类型为SPG，全都是用来描述在ECP处连接的装置的目标或职能，如备份、市场驱动等；
标准的CIM全模型并未对这些特性进行描述，因此通过在ECP类中扩展PublicProperties属性，建立PublicPropertiesType枚举类型，映射了在ECP处连接装置的所有目标和职能。
(3)：逻辑节点DOPR中ECPID是ECP的独有属性，它对应CIM全模型中所有类的公有属性mRID。
(4)逻辑节点DOPA中DERAuth属性表示在授权范围内ECP处的DER单元的MRID的列表，相当于CIM全模型中的PsrList，因此通过ECPController类与PsrList类建立关联关系即可。DEROpnAuth、DERCisAuth、DERModAuth、DERStrAuth、DERStpAuth这5个属性表示授权对ECP或者连接在ECP处的DER进行的启动、停止、断开、连接等各种操作，在CIM全模型一般通过Command类描述这些操作，所以通过ECPController类与Command类建立关联关系实现映射。
(5)逻辑节点DOPM中所有属性都是描述在ECP处的各种运行模式，在CIM全模型中对应Control-Type类，所以通过ECPController类与ControlType建立关联关系实现映射。
(6)逻辑节点DPST中的OPTms表示投产后的运行时间，在ECP类中扩展OperationTime来表示。ECPConn表示ECP处DER的连接状态，在CIM全模型中通过ConnectDisconnectFunction类中的布尔类型属性isconnected来表示，所以要建立ECP和ConnectDisconnectFunction这2个类的关联关系。TotWh表示总的瓦时数，可以通过OPTms和ActivePower的2个属性计算出来，所以不需要对该属性做扩展。对于其他逻辑节点由于在调度端总体分析时需求度不高，其属性仍可保留在原来的IEC61850模型中。
最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
Claims (9)
1.一种基于全模型的智能配用电统一信息支撑平台的构建方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：构建所述平台的控制单元，将所述控制单元分别与智能配电信息交互总线和智能用电信息交互总线通信；
步骤2：将所述智能配电信息交互总线设置在安全I区和安全II区，通过总线适配器与调度自动化系统和配电自动化系统交互信息；将所述智能用电信息交互总线设置在安全III区和安全IV区，通过模型映射法与用电信息采集单元和分布式能源管理单元交互信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制单元包括数据采集与存储模块以及配用电分析与应用模块。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数据采集与存储模块，采集变电、配电、用电和分布式能源的CIM全模型运行数据，基于CIS接口标准与调度自动化系统、配电自动化系统、台区监控系统、低压用户以及分布式能源实时交换数据；
所述数据采集与存储模块包括实时/历史数据库，所述实时/历史数据库采用EDNA分布式实时数据库对海量数据无损压缩存储。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述配用电分析与应用模块，用于调控一体化管理、配电台区管理、用户用电信息采集管理、用电需求侧管理、用户互动管理、综合统计分析和运行维护管理；
所述调控一体化管理为，通过CIM全模型将变配电系统的数据和SVG图形导入所述配用电分析与应用模块，集中监测变电站和配电线路的运行状态；
所述配电台区管理为，依据所述CIM全模型监测所述台区配电系统的电能质量、数据异常状态，对台区进行无功补偿投切控制、漏电保护远程控制和台区经济运行管理；
所述用电需求侧管理包括用户负荷管理、有序用电管理、预付费控制、用电情况分析和分时电价分析；
所述用户互动管理包括用电需求侧响应、用电信息查询和用电缴费；
所述综合统计分析，依据台区用户的用电需求量对中低压配电网线损率、电压合格率、供电可靠性、电能质量、供电电量和供用电负荷特性进行统计分析，并通过报表、棒图和曲线图进行展示。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中的模型映射法包括：
步骤2-1：基于IEC61850标准定义分布式能源的对象模型；
步骤2-2：构建所述对象模型与CIM全模型的逻辑设备映射。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤2-1中所述对象模型由基于IEC61850标准定义的逻辑节点组成，所述对象模型包括光伏发电系统、储能系统、燃料电池、电动汽车充电系统、分布式馈线、线路设备和通信系统。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述逻辑节点包括信息系统模型、DER ECP模型、DER控制器模型、DER发电模型、DER励磁系统模型、转速/频率调节系统模型和电力电子变换器模型。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤2-2包括：
分析所述对象模型中每个逻辑节点的所有属性和每个属性的属性类型，将所述对象模型中的一个属性映射到CIM全模型中的至少一个属性，将一个属性类型分别映射到CIM全模型中的至少一个属性类型；
若所述逻辑节点的属性未在CIM全模型中描述，则依据所述属性在CIM全模型中扩展新的属性和属性类型，从而建立逻辑设备映射。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述逻辑节点映射到CIM全模型时，依据调度自动化系统或者配电自动化系统的分析需求，仅选择与分析需求相应的逻辑节点的属性和属性类型映射到所述CIM全模型。
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