CN104716745B - 一种面向配电自动化终端的拓扑生成方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向配电自动化终端的拓扑生成方法及其系统，本发明在配电网CIM模型基础上，根据配电自动化系统中的实时开关遥信数据和终端配置信息，判定当前电网的拓扑状态，生成针对某个配电网终端的定制的局部相关拓扑CIM模型数据，并自动下发给相应终端。终端可根据获得的拓扑信息，获知邻近的开关、馈线段等设备的位置信息及邻近的终端的通信地址；当配电网络发生故障时，终端在将故障报警信息上传至主站的同时，可自主判断故障发生的位置及所应采取的动作。本发明提高馈线发现与隔离永久性故障的性能，降低配电自动化的实施难度及实施成本，推进配电自动化的建设，提高配电自动化工作效率和正确性，提高配电网自动化运行水平，减少停电损失。

Description

一种面向配电自动化终端的拓扑生成方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种电力系统及其自动化领域的拓扑生成方法及其系统，具体讲涉及一种面向配电自动化终端的拓扑生成方法及其系统。

背景技术

配电终端即指远程配电自动化终端(Remote terminal unit of distributionautomation)，是安装于中压配电网现场的各种远程监测、控制单元的总称，主要包括馈线终端、站所终端、配变终端等。其功能包括但不限于以下几点：

●数据采集：终端采集线路电压、电流、有功功率和无功功率等模拟量数据，通常称为遥测功能；应能采集开关的当前位置，储能完成情况，终端状态等状态量，通常称为遥信功能。

●控制功能：终端应能接受远方的命令，控制开关合闸和跳闸，以及启动储能过程等，通称为遥控功能。

●数据传输功能：终端能通过通信口将测量的数据上传至远方的配网主站或子站，接受配网主站的各种命令，并能通过RS-232或RS-485接口和周边各种通信设备进行通信，完成数据转发功能。

●维护功能：终端具备当地、远程参数配置，程序远程下载，设备自诊断、自恢复等。

●其他功能：终端还应具备对时，事件顺序记录(SOE)，馈线故障诊断，单相接地检测，一次重合闸等功能。

馈线自动化是配电网自动化的重要组成部分，快速可靠的馈线自动化需要配电自动化建设的支持，例如：

●合理的配电网结构，具备环网供电的条件；

●各类型开关具有远方操作功能；

●具备可靠的开关操作电源和供电终端、通信设备用的工作电源；

●具备可靠的、不受外界环境影响的通信系统。

安装在配电线路上的配电终端在馈线自动化中所起的主要作用：

●在正常状态下，实时监视馈线分段开关与联络开关的状态和馈线电流、电压情况，实现线路开关的远方或就地合闸和分闸操作；

●在故障时获得故障记录，并能自动判别和隔离馈线故障区段，配合自动化主站系统迅速对非故障区域恢复供电。其中故障定位、隔离和自动恢复供电对缩短非故障区的停电时间，提高供电的可靠性有重要意义，这也是馈电自动化的一项主要功能。

馈线自动化的最佳实现思路是集中控制与分布控制相结合的网络重构方法：采用分布式控制以提高反应速度，一般用于处理暂时性、局部性和可恢复的短路故障；由主站系统实现的集中式控制用于处理范围较大、复杂性较高、持续时间较长的故障隔离与处理。

配电主站有更强大的计算能力，掌握电网的拓扑结构，能够在线路发生永久性故障时规划和设计新的运行方式，隔离故障点，使停电范围最小化。为了解放主站的计算能力，提高故障反应与处理速度，需要加强终端就地处理故障能力方面的水平。为了实现这个目标，分布式终端应当具备所在区域的电网拓扑和相邻终端拓扑关系的能力，在终端群体智能的支持下，能够在不需要主站支持的情况下，快速隔离故障，改变电网运行拓扑结构并实现转供。由于终端在配电自动化所处的地位，决定了它只能具备改变局部电网运行方式的能力和权限，因此它所需要的也仅是和它邻近的电网拓扑信息。

目前，大部分配电网企业使用IEC61968所定义的配电网通用信息模型(Distribution Common Information Model，以下简称CIM模型)，描述配电网的主要对象，尤其是和电网运行有关的数据。

目前的CIM模型一般不包括终端信息，而且也不包含开关运行状态，而这些信息是终端判断电网运行状态所必需的。另外，考虑到终端在处理馈线故障时只关心开关状态及开关控制，所以设计面向终端的相关拓扑结构信息时，仅涉及开关设备。

配电网的终端是配电自动化的必要设备。将其接入配电自动化的专属通信网络后，可以实现馈线自动化。馈线自动化是配电网自动化的重要组成部分，其功能是实时监视馈线分段开关与联络开关的状态和馈线电流、电压情况，实现线路开关的远方或就地合闸和分闸操作。在故障时获得故障记录，并能自动判别和隔离馈线故障区段，迅速对非故障区域恢复供电。其中故障定位、隔离和自动恢复对提高供电的可靠性和缩短非故障区的停电时间有重要意义。因此需要提供一种配电自动化终端的拓扑生成方法来满足现有技术的需要。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种面向配电自动化终端的拓扑生成方法及其系统，本发明提高馈线发现与隔离永久性故障的性能，降低配电自动化的实施难度及实施成本，推进配电自动化的建设，提高配电自动化工作效率和正确性，从而提高配电网自动化运行水平，减少停电损失。

为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种面向配电自动化终端的拓扑生成方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

(1)配电自动化系统主站从配电网GIS系统中获取配电网的CIM模型；

(2)配电自动化系统主站通过对CIM模型的解析，获得当前配电网的电气设备静态连接关系；

(3)通过配电自动化系统所属的配电终端获取当前配电网的实时测量数据，获得各个电气开关的开合位置；

(4)依据电气设备静态连接关系和各个电气开关的位置生成具备终端信息的动态拓扑；

(5)依据动态拓扑判断每个终端邻接的终端，并针对每个终端将邻接关系生成终端拓扑文档；

(6)将所述终端拓扑文档终端拓扑文档通过Web Service方式下发至终端；

(7)通过定时监测实时数据，发现有开关变位发生时，重复步骤(4)-(6)。

进一步地，所述步骤(5)中，终端拓扑文档的内容包括：终端和其邻接的终端、以终端和其邻接的终端组成的边界以及终端实时的开关状态；

进一步地，所述步骤(5)中，生成终端拓扑文档包括下述步骤：

①将终端连接的开关设备，写入终端拓扑文档，其节点是具备终端装置的开关FTUSwitch，并设置开关的名称，识别码，电压等级，开断能力等属性

②在所述节点下添加开关设备的电气连接端，并根据终端的实时测量数据，设置其电流方向；

③对每个电气连接端，执行以下操作：

A、查找和终端拓扑文档内设备直接连接的电气设备，包括馈线段、变压器、母线段和开关

B、重复此查找过程，直至遇到如下情况停止查找过程：

所找到的设备都是已经找到的；

所找到的设备是开关设备，且有终端与其连接，并且终端有远程控制所述开关设备功能；

所找到的设备是变电站的出线开关；

C、将有终端的开关，以及变电站的出线开关，生成具备终端装置的开关FTUSwitch节点，成为此电气连接端下面的子节点，并设置开关的名称，识别码，电压等级，开断能力等属性。

本发明还提供一种面向配电自动化终端的拓扑生成方法的拓扑生成系统，其改进之处在于，所述拓扑生成系统包括终端接入系统，所述终端接入系统包括依次连接的网络拓扑静态解析模块、开关状态获取模块、终端动态拓扑生成模型和拓扑文档结果下发模块；所述终端接入系统通过配电网总线分别与和配电自动化系统和GIS系统相互通信，并通过配电自动化通信系统与配电终端相互通信。

进一步地，所述网络拓扑静态解析模块用于解析配电网的CIM模型，获得当前配电网的电气设备静态连接关系；

所述开关状态获取模块用于获取当前配电网的实时测量数据，获得各个电气开关的开合位置；

所述终端动态拓扑生成模型用于生成具备终端信息的动态拓扑；

所述拓扑文档结果下发模块用于下发终端拓扑文档至终端。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

1、本发明通过在配电网CIM拓扑模型基础上，根据配电自动化系统中的实时开关遥信数据和终端配置信息，利用计算机程序判定当前电网的拓扑状态，生成针对某个配电网终端的定制的局部相关拓扑CIM模型数据，并自动下发给相应终端。终端可根据获得的拓扑信息，获知邻近的开关、馈线段等设备的位置信息及邻近的终端的通信地址；当配电网络发生故障时，终端在将故障报警信息上传至主站的同时，可自主判断故障发生的位置及所应采取的动作。本发明提高馈线发现与隔离永久性故障的性能，降低配电自动化的实施难度及实施成本，推进配电自动化的建设，提高配电自动化工作效率和正确性，从而提高配电网自动化运行水平，减少停电损失。

2、本发明提供的面向配电自动化终端的拓扑生成方法，将生成的终端相关的动态拓扑文档下发至终端，为终端的局部分布式智能计算提供数据基础，使终端能通过相互之间的数据交换和互操作，终端可更快速、精确的执行配电网故障的判定和隔离，解放了配电自动化主站系统的计算能力，提高故障反应与处理速度，加强终端就地处理故障能力方面的水平。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的面向配电自动化终端的拓扑生成系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

生成面向终端的相关拓扑结构信息需要三方面的数据：

(1)电网CIM模型：

一般是配电自动化系统或GIS系统提供，在本案中，智能终端接入服务可以从总线中获取到其他系统提供的CIM模型数据；

(2)实时数据：

实时开关状态数据用于动态的拓扑生成，这部分数据可以直接从终端的实时数据报文中获取；

(3)终端配置信息：

从终端配置数据中可以得知终端是否具备控制某个开关的能力，是分析生成面向馈线的拓扑信息的必备信息，这部分数据可以从智能终端的web service中获取。

具备了上述三方面数据，就可以通过对CIM模型数据的解析和拓扑分析，得到配电网的静态拓扑结构；辅以实时数据中开关的实时状态，就可以得出实时状态的网络拓扑；随后，提取终端的配置信息中关于开关控制的逻辑节点(一般为CSWI开关控制器)，获得与终端相关联的开关信息，生成面向终端的相关拓扑模型，并通过终端的web service下发至终端。

本发明提供一种面向配电自动化终端的拓扑生成方法，包括下述步骤：(1)配电自动化系统主站从配电网GIS系统中获取当前配电网的CIM模型；(2)配电自动化系统主站通过对CIM模型的解析，获得当前配电网的电气设备静态连接关系；(3)通过配电自动化系统所属的配电终端获取当前配电网的实时测量数据，获得当前各个电气开关的开合位置；(4)依据电气设备静态连接关系和各个电气开关的位置进行动态拓扑；(5)依据动态拓扑判断每个终端邻接的终端，并针对每个终端将此邻接关系生成终端拓扑文档；(6)将终端拓扑文档通过Web Service方式下发至终端。

本发明提供的面向配电自动化终端的相关拓扑生成系统结构示意图如图1所示，其中的终端接入系统是执行此方法的系统，包括依次进行通信的网络拓扑静态解析模块，开关状态获取模块，终端动态拓扑生成模型，拓扑文档结果下发模块。此终端接入系统通过配电网总线和配电自动化系统与GIS系统相互通信，通过配电自动化通信系统与配电终端相互通信。

网络拓扑静态解析模块用于解析配电网的CIM模型，获得当前配电网的电气设备静态连接关系；所述开关状态获取模块用于获取当前配电网的实时测量数据，获得各个电气开关的开合位置；所述终端动态拓扑生成模型用于生成具备终端信息的动态拓扑；所述拓扑文档结果下发模块用于下发终端拓扑文档至终端。

本发明的应用场景是，所应用的配电网必须具备配电自动化系统，且所应用的终端与终端之间，终端和主站系统之间必须具备对等通信能力。

本发明提供的面向配电自动化终端的拓扑生成方法，以配电网CIM模型为基础，通过静态拓扑分析，与从配电终端的实时测量数据获取的开关实时状态相结合，生成终端的动态拓扑连接关系，并将此关系生成与终端相关的动态拓扑文档，并下发至终端，为终端的局部分布式智能计算提供数据基础，使终端能通过相互之间的数据交换和互操作，终端可更快速、精确的执行配电网故障的判定和隔离，解放了配电自动化主站系统的计算能力，提高故障反应与处理速度，加强终端就地处理故障能力方面的水平。

终端接入系统可以利用掌握的终端信息与总线上获取的CIM模型，生成包含终端信息的终端相关拓扑模型并下发至终端。步骤如下：

(1)从总线上获取电网的CIM模型；

(2)结合终端的实时数据，对CIM模型进行动态拓扑分析，明确终端的邻接关系；

(3)针对系统内每一个终端，生成终端拓扑文档，其内容包括：以其和其邻接的终端为边界，并包括其实时的开关状态。其生成方法如下：

①将此终端连接的开关设备，写入文档，其节点是FTUSwitch,并设置相关属性

②在此节点下添加此开关设备的电气连接端，并根据终端的实时数据，设置其电流方向

③对每个电气连接端，执行以下操作：

A、查找和文档内设备直接连接的电气设备，如馈线段、变压器、母线段，开关等

B、重复此查找过程，直至遇到如下情况停止查找过程：

所找到的设备都是已经找到的；

所找到的设备是开关设备，且有终端与其连接，并且该终端有远程控制该开关功能；

所找到的设备是变电站的出线开关；

C、将有终端的开关，以及变电站的出线开关加入开关添加进此电气连接端下面的子节点，并设置相应属性。

(4)将终端拓扑文档通过终端的web service服务下发至该终端。

(5)通过定时监测实时数据，发现有开关变位发生，重复步骤(2)-(4)。

本发明提高了终端分布式智能的应用水平，从而提高配电网自动化运行水平，减少停电损失，对于保证配电网的安全运行具有很大的社会和经济价值。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种面向配电自动化终端的拓扑生成方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

(1)配电自动化系统主站从配电网GIS系统中获取配电网的CIM模型；

(2)配电自动化系统主站通过对CIM模型的解析，获得当前配电网的电气设备静态连接关系；

(3)通过配电自动化系统所属的配电终端获取当前配电网的实时测量数据，获得各个电气开关的开合位置；

(4)依据电气设备静态连接关系和各个电气开关的位置生成具备终端信息的动态拓扑；

(5)依据动态拓扑判断每个终端邻接的终端，并针对每个终端将邻接关系生成终端拓扑文档；

(6)将所述终端拓扑文档终端拓扑文档通过Web Service方式下发至终端；

(7)通过定时监测实时数据，发现有开关变位发生时，重复步骤(4)-(6)；

所述步骤(5)中，终端拓扑文档的内容包括：终端和其邻接的终端、以终端和其邻接的终端组成的边界以及终端实时的开关状态；

所述步骤(5)中，生成终端拓扑文档包括下述步骤：

①将终端连接的开关设备，写入终端拓扑文档，其节点是具备终端装置的开关FTUSwitch，并设置开关的名称，识别码，电压等级，开断能力属性；

②在所述节点下添加开关设备的电气连接端，并根据终端的实时测量数据，设置其电流方向；

③对每个电气连接端，执行以下操作：

A、查找和终端拓扑文档内设备直接连接的电气设备，包括馈线段、变压器、母线段和开关

B、重复此查找过程，直至遇到如下情况停止查找过程：

所找到的设备都是已经找到的；

所找到的设备是开关设备，且有终端与其连接，并且终端有远程控制所述开关设备功能；

所找到的设备是变电站的出线开关；

C、将有终端的开关，以及变电站的出线开关，生成具备终端装置的开关FTUSwitch节点，成为此电气连接端下面的子节点，并设置开关的名称，识别码，电压等级，开断能力属性。

2.一种如权利要求1所述的面向配电自动化终端的拓扑生成方法的拓扑生成系统，其特征在于，所述拓扑生成系统包括终端接入系统，所述终端接入系统包括依次连接的网络拓扑静态解析模块、开关状态获取模块、终端动态拓扑生成模型和拓扑文档结果下发模块；所述终端接入系统通过配电网总线分别与和配电自动化系统和GIS系统相互通信，并通过配电自动化通信系统与配电终端相互通信；

所述网络拓扑静态解析模块用于解析配电网的CIM模型，获得当前配电网的电气设备静态连接关系；

所述开关状态获取模块用于获取当前配电网的实时测量数据，获得各个电气开关的开合位置；

所述终端动态拓扑生成模型用于生成具备终端信息的动态拓扑；

所述拓扑文档结果下发模块用于下发终端拓扑文档至终端。