CN104809664A - 一种配电主站的信息集成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种配电主站的信息集成方法，所述方法包括(1)建立DER信息模型；(2)进行消息的映射处理；(3)进行双向映射。本发明通过配网主站系统级视图的分布式电源建模以及信息交互机制，为配电主站、分布式电源监控设备之间的不同信息模型交互提出了解决方法，为配电应用系统间的信息共享和交互建立了桥梁，为高渗透率的配电网的安全稳定运行提供了技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及配电自动化技术，具体讲涉及一种配电主站的信息集成方法。
背景技术
随着化石能源的逐渐衰竭，可再生能源开发得到重视，分布式电源建设快速发展。分布式发电的规模通常为几十千瓦到几十兆瓦，所用的能源包括天然气(含煤层气、沼气等)、太阳能、生物质能、氢能、风能、水电等洁净能源或可再生能源；而储能装置主要为蓄电池，超级电容器、飞轮储能等。由于分布式电源通常容量不大，故大量采用配电网络接入的方式。
为有效管控接入配电网络的分布式电源，配电主站和分布式电源进行信息交互迫切需要采用标准化的信息模型。
目前，配网主站使用CIM模型作为其信息模型。电网企业公共信息模型CIM是由IEC 61970-301部分定义的CIM基础部分、IEC 61968-11部分定义的配网信息模型的扩展部分和IEC 62325-301部分定义的电力市场信息模型合并组成。其中IEC 61970-301定义了电力系统各电气元件及其关系，而IEC 61968-11部分扩展到资产管理、工作计划、用户账单等领域。CIM描述了电力企业EMS和DMS业务领域中的主要对象类、类属性和类之间的关联关系，釆用面向对象的建模方法和UML描述方式，以类图的形式进行直观的展现，提供了一个关于EMS和DMS信息的全面逻辑视图,是一个代表电力企业所有主要对象的抽象模型。而分布式电源在CIM模型中没有涉及，故目前的CIM模型无法满足配网主站对分布式电源管控业务的需求，故需要在CIM中建立相应的分布式电源信息模型以满足应用要求。
目前涉及到具体设备通信层面的问题，是由IEC61850标准予以解决的，有关分布式能源单元的管理与控制，已制定发布了IEC61850-7-420标准，定义了应用于分布式能源(DER)的信息交换的分布式能源逻辑节点。IEC61850-7-420标准定义的分布式能源设备的通信包括分布式能源单元与设施管理系统之间的局部通信和分布式能源设备与操作者或监管者之间的通信，这些操作者或监管者将分布式能源设备作为一个虚拟的能量源和/或辅助服务设施来管理。
由于IEC61850的信息模型是为内部通信功能而设计，所以包含了很多与具体分布式能源设备的运行机理相关的细节，而很多细节数据并不是配电主站所关心的。另外，IEC61850的信息模型没有使用UML建立可视化的模型，因此通用性不足，无法满足配网主站的应用需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供的一种配电主站的信息集成方法，基于CIM模型，通过分析配电主站对DER管控业务及主站高级应用的需求，规范其语义空间，建立DER信息模型；通过业务主体和语义空间的约束，实现消息的映射和处理；根据业务逻辑要求，在数据层面，将原基于IEC61850的DER测控终端的数据转换成IEC61968消息，以及反向映射，形成上下行双向的信息集成。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种配电主站的信息集成方法，其改进之处在于，所述方法包括
(1)建立DER信息模型；
(2)进行消息的映射处理；
(3)进行双向映射。
优选的，所述步骤(1)包括DER管控应用与接入配电网络的DER单元的通信是通过配电SCADA实现。
进一步地，所述通信的信息模型采用IEC61850模型，DER管控应用作为一个单独的系统或作为配电主站的一个功能模块。
进一步地，
对于与DER管控应用交互的其他配电主站高级应用，用系统视图分析分布式单元，采用多组、多级互联后通过公共连接点与配电网互联：
对于公共连接点内的分布式电源、储能设备和当地负荷，建模为一个虚拟DER设备，其属性数据的数值来自配电SCADA获取的DER电厂控制器或代理服务器的数据；
对于PCC内的分布式电源、储能设备的拓扑，通过CIM已有模型描述；
对于虚拟DER设备的属性，分析各配电主站高级应用的不同需求，获取各应用的数据要求及其限制，建立虚拟DER设备的属性。
优选的，所述步骤(2)包括通过分析业务主体和语义空间的约束获得预定义的映射规则集，通过增加用户自定义的映射规则集，构成完整的消息映射集；
映射规则包括CIM和IEC 61850模型各元素间的对应和关系的对应。
进一步地，预定义的映射规则集与CIM的版本和IEC61850模型相关，当CIM或IEC61850模型发生变化时则需要根据版本变化相应的修正预定义的映射规则集。
优选的，所述步骤(3)包括在数据层面，基于IEC61850的DER测控终端的数据与IEC61968消息进行双向映射，双向映射机制确定两种模式语言描述的DER测控终端数据的XML消息到RDF消息的映射方式。
进一步地，所述映射包括：
(3.1)IEC61850公共数据类和CIM扩展数据类的映射；
(3.2)IEC61850逻辑节点与CIM类的映射；
(3.3)IEC61850逻辑节点属性与CIM类属性的映射。
与现有技术比，本发明的有益效果为：
开放分布式电源并网市场是国家电网公司的最新重大政策之一，目前尚未建立从配电主站侧对DER管控和业务应用的信息模型，以及信息交互机制。本发明专利可有效地填补在此应用领域的空白，提升技术水平。
分布式电源通常容量不大，常采用配电网络接入的方式。随着分布式电源的大量接入，其对配电网安全稳定运行的影响日益凸显，配电主站迫切需要统一协调管理分布式电源来保证配电网的稳定运行，同时充分发挥分布式电源的优点，提高供电质量。本发明通过配网主站系统级视图的分布式电源建模以及信息交互机制，为配电主站、分布式电源监控设备之间的不同信息模型交互提出了解决方法，为配电应用系统间的信息共享和交互建立了桥梁，为高渗透率的配电网的安全稳定运行提供了技术支撑。
附图说明
图1为本发明提供的DER管控应用作为配电主站功能模块。
图2为本发明提供的分布式电源通过公共连接点(PCC)与配电网互联。
图3为本发明提供的CIM与IEC61850模型消息的双向映射。
图4为本发明提供的IEC61850逻辑节点与CIM模型类的映射关系。
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。
本发明一种配电主站的信息集成方法，具体流程如下：
(1)DER信息模型建模方法：对于DER管控应用，其与接入配电网络的DER单元的通信是通过配电SCADA实现，其通信的信息模型采用IEC61850模型。DER管控应用可以作为一个单独的系统，也可以作为配电主站的一个功能模块，如图1所示。
DER管控应用通过IEC61850信息模型实现与DER单元的通信，其中包括了大量的DER单元的细节数据。当DER管控应用与其他DMS高级应用或DMS与GIS、CIS、OMS等系统交互时，不需要将所有DER单元的细节数据进行数据交互。
对于与DER管控应用交互的其他配电主站高级应用，需要从系统的视图来看分布式单元。分布式电源具有个体发电(或储能)容量小的特征，一般采用多组、多级互联后通过公共连接点(PCC)与配电网互联，如图2所示。
在IEC61850-7-420标准中，分布式能源设备电气连接点(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(EPS)的电气连接点处的分布式能源设备的特性，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。ECP可以是分层次的。每个分布式能源(发电或储电)单元有一个ECP连接到它的本地电力系统中，多组分布式能源单元有一个ECP在一个特定的位置或电厂处接入电力系统。一组分布式能源单元加上本地负载有一个ECP接入公用电力系统，而接入公用电力系统的ECP也叫做公共连接点(PCC)。
以配电主站高级应用的角度，将多组、多级互联后的多个分布式电源作为一个控制对象是最合理、最有效的方法。对于公共连接点(PCC)内的分布式电源、储能设备、当地负荷，主要是关心其运行状况、可调度能力、资产状况、健康状态，故可以统一建模为一个虚拟DER设备，其属性数据的数值来源于配电SCADA获取的DER电厂控制器或代理服务器的数据。对于PCC内的分布式电源、储能设备的拓扑，如果需要，可以通过CIM已有模型描述。
对于虚拟DER设备的属性，通过下面方法确定：分析各配电主站高级应用的不同需求，获取各应用的数据要求及其限制；同时充分考虑现有的IEC61850中的DER通信信息模型的可实现性，建立虚拟DER设备的属性。
由于各业务应用是从不同的侧面获取DER数据，必然存在不同的数据粒度要求，建立DER信息模型时需要进行分层处理，来满足不同业务应用的要求。
(2)基于上述业务主体和语义空间的约束，建立消息映射的基本范式。
公共信息模型CIM是电网企业的语义信息模型,构建了电网企业的本体概念库,目前釆用的表述形式是RDF,以CIM RDF的XML文件表述电网模型。CIM元模型通过RDFSchema模式语言解析，定义了类、属性及其关系等元素，RDF语言对系统模型进行描述，在应用系统中则输出RDF文档(CIM XML文档)。
在IEC61850中，模型利用XML Schema模式语言解析元模型，定义类、属性、操作等基本元素，SCL语言利用这些基本元素对DER测控终端模型进行描述，其数据以XML文档的形式输出。
IEC 61850模型CIM虽然都是从面向对象的角度进行设计,但是其语义上还是有很大差别的。通过分析业务主体和语义空间的约束可以获得预定义的映射规则集，针对某一具体业务应用，再通过增加用户自定义的映射规则集，可以构成完整的消息映射集来满足具体业务应用。
映射规则不仅包括CIM和IEC 61850模型各元素(类、逻辑节点、属性等)间的对应，也包括关系的对应，例如多对一、一对多、一对一等。
预定义的映射规则集与某一具体版本的CIM、IEC61850模型相关，当CIM或IEC61850模型发生变化时则需要根据版本变化相应的修正预定义的映射规则集。
使用映射规则集进行CIM、IEC61850模型消息双向映射的转换如图3所示。
(3)在数据层面，基于IEC61850的DER测控终端的数据与IEC61968消息需要进行双向映射。双向映射机制确定两种模式语言描述的DER测控终端数据的XML消息到RDF消息的映射方式。
该映射分为3个层面：
①IEC61850公共数据类和CIM扩展数据类的映射。
首先是IEC61850和CIM所使用的基本数据类型的映射；IEC61850-7-2定义了所使用的基本数据类型，以整型为例，IEC61850定义了INT8、INT16、INT24、INT32、INT128、INT8U、INT16U、INT24U、INT32U共9种不同值域的整型，而映射到CIM时是不需要如此多的整型类型，一般映射到int(有符号整型，一般为4字节整型)和uint(有符号整型)即可。
IEC61850公共数据类是由多个基本数据类型构成的结构化数据，一般是使用适当的基本数据表征主要信息，同时再增加一些该数据的品质属性、时间属性等附属属性。这些附属属性是为了保证通信时的正确性，故映射时仅需要映射公共数据类中的主要信息即可。以INS(整数状态，INT32)为例，即可将其属性stVal直接映射为CIM的int类型，而不需要映射q(Quility)，t(TimeStamp)等属性。
②IEC61850逻辑节点与CIM类的映射。
该层面的映射则是通过差异化分析，将各个逻辑节点的功能进行再抽象与划分，并与CIM模型的原有类进行比对，扩展相应类，并建立关联关系，以表达映射，如图4所示。由于CIM和IEC61850信息建模时的侧重点不同，IEC61850逻辑节点与CIM类映射时可能是一对一的映射，也可能是多对一或一对多的映射。
③IEC61850逻辑节点属性与CIM类属性的映射。
该层面的映射主要是根据语义的一致来进行映射。DER的扩展CIM模型中的扩展类属性尽可能的采用与IEC61850中一致的属性名称来表征一致的语义。不同的名称和语义不完全一致的属性通过对应的映射表来对应。
实施例
对于与DER管控应用交互的其他配电主站高级应用，需要从系统的视图来看分布式单元。对于配电主站高级应用，将多组、多级互联后的多个分布式电源作为一个控制对象是最合理、最有效的方法。对于分布式电源，从公共连接点(PCC)最为控制对象的边界是一个较好的选择。对于公共连接点(PCC)内的分布式电源、储能设备、当地负荷，主要是关心其运行状况、可调度能力、资产状况、健康状态，故可以统一建模为一个虚拟DER电厂，其属性数据的数值来源于配电SCADA获取的DER电厂控制器或代理服务器的数据。分析各配电主站高级应用的不同需求，可确定虚拟DER电厂对象的属性。
建立的DER相关CIM扩展模型
分布式能源(DER)电厂公共连接点PCC继承于IdentifiedObject类，并由Switch、Terminal、ConnectivityNode等类聚集而成，同时与DER扩展类DERPlant有关联关系。
DERPlant类是在PCC点由系统视角抽象的DER的聚合，包含一个或多个DER电源。通过关联Measurement、Metering、Control、ConnectDisconnectFunction等类实现DER电厂的量测、控制等功能。
DEREconomicDispatch类包含经济调度所需的参数，其与DERPlant类关联。
DERAsset类继承自资产Asset类，表征DER的资产属性，并与DERPlant类关联。
基于扩展的包含DER控制对象的CIM模型，通过下面的步骤与IEC61850的模型进行双向映射，实现消息的双向传输。
(1)依据具体版本的CIM和IEC61850模型，通过分析业务主体和语义空间的约束，识别并确定模型中各元素的映射关系，获得预定义的映射规则集。
(2)针对某一具体业务应用，可再增加用户自定义的映射规则集；具体实施时可以是用户操作计算机，通过相应程序的用户界面实现此映射规则集。
(3)使用映射规则集进行基于CIM RDF和SCL XML的消息的双向映射处理。首先按映射规则进行已识别元素的映射；对于转换后的结果，再按映射规则集规则，补充转换结果标准所要求的部分属性等。
双向映射处理流程的伪代码如下：
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，所属领域的普通技术人员参照上述实施例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 (8)
1.一种配电主站的信息集成方法，其特征在于，所述方法包括
(1)建立DER信息模型；
(2)进行消息的映射处理；
(3)进行双向映射。
2.如权利要求1所述的一种配电主站的信息集成方法，其特征在于，所述步骤(1)包括DER管控应用与接入配电网络的DER单元的通信是通过配电SCADA实现。
3.如权利要求1或2所述的一种配电主站的信息集成方法，其特征在于，所述通信的信息模型采用IEC61850模型，DER管控应用作为一个单独的系统或作为配电主站的一个功能模块。
4.如权利要求1或2所述的一种配电主站的信息集成方法，其特征在于，
对于与DER管控应用交互的其他配电主站高级应用，用系统视图分析分布式单元，采用多组、多级互联后通过公共连接点与配电网互联：
对于公共连接点内的分布式电源、储能设备和当地负荷，建模为一个虚拟DER设备，其属性数据的数值来自配电SCADA获取的DER电厂控制器或代理服务器的数据；
对于PCC内的分布式电源、储能设备的拓扑，通过CIM已有模型描述；
对于虚拟DER设备的属性，分析各配电主站高级应用的不同需求，获取各应用的数据要求及其限制，建立虚拟DER设备的属性。
5.如权利要求1所述的一种配电主站的信息集成方法，其特征在于，所述步骤(2)包括通过分析业务主体和语义空间的约束获得预定义的映射规则集，通过增加用户自定义的映射规则集，构成完整的消息映射集；
映射规则包括CIM和IEC 61850模型各元素间的对应和关系的对应。
6.如权利要求5所述的一种配电主站的信息集成方法，其特征在于，预定义的映射规则集与CIM的版本和IEC61850模型相关，当CIM或IEC61850模型发生变化时则需要根据版本变化相应的修正预定义的映射规则集。
7.如权利要求1所述的一种配电主站的信息集成方法，其特征在于，所述步骤(3)包括在数据层面，基于IEC61850的DER测控终端的数据与IEC61968消息进行双向映射，双向映射机制确定两种模式语言描述的DER测控终端数据的XML消息到RDF消息的映射方式。
8.如权利要求7所述的一种配电主站的信息集成方法，其特征在于，所述映射包括：
(3.1)IEC61850公共数据类和CIM扩展数据类的映射；
(3.2)IEC61850逻辑节点与CIM类的映射；
(3.3)IEC61850逻辑节点属性与CIM类属性的映射。
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Legal Events
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20150729 |