CN106251010A - 基于公用信息模型配电网站房及站内设备简化及上图方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于公用信息模型配电网站房及站内设备简化及上图方法，属于配电技术领域。该方法包括分别构建站内设备容器、站房容器以及站房间隔容器；对站内设备进行简化，遍历CIM模型，解析出站房、简化的站内设备及各设备端口并存放到构建的站房及站内设备容器中；分别遍历所有的站内设备容器，确定各站房的站内设备；根据各站房的站内设备，对各站房进行布局，确定各站房的间隔；确定配电网中各站房的大小，绘制出配电网中各站房，再分别遍历站房间隔容器，绘制各站房的间隔。本发明方法能实现站房内部设备的上图，基本还原站房的实际结构，提高了上图后的电网设备进行规划计算与分析结果的可靠性与准确度。

Description

基于公用信息模型配电网站房及站内设备简化及上图方法

技术领域

本发明涉及配电技术领域，尤其涉及基于公用信息模型配电网站房及站内设备简化及上图方法。

背景技术

配电网是由多个站房、架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿电容以及一些附属设施等组成的，在电力网中起重要分配电能作用的网络。其中，配电网站房是一种电网物理设备，其内部设备十分的复杂，主要由站内开关、母线、电气连接线、站内变压器、超节点、站内容器、地刀等电网设备组成，站内设备通过超节点设备与站外设备相连。间隔是站房设备的基本结构，每个间隔由一个或多个依次连接的站内设备串组成，设备串之间是根据电气连接线来连接的，如果间隔与站外设备相连，则通过超节点设备来连接；间隔分为母线间隔、母联间隔与孤立间隔；其中，母线间隔表明该间隔的设备串连接在一条母线上；母联间隔表明该间隔的设备串连接在两条不同的母线上；孤立间隔表明该间隔的设备串悬空的，不与任何母线相连。

电网设备之间非常关键是电网拓扑关系，即从电源、经过线路和开关等供给下游的配电变压器和用户的供电连接关系。电网拓扑的国际标准是IEC 61970/61968所定义的CIM(Common Information Model，公用信息模型)标准，这也是中国电网企业在电网调度系统(EMS系统)所遵循的标准。

电网模型上图是通过某种格式电网模型数据，按照其中对图形的描述或依据业务需要将模型数据转换为电网图形，(其中电网设备的图形是依据国家电网标准来定义，)并确定图形坐标，通过可视化手段展示模型，并能将相关数据信息保存的一种技术，简称上图。配电网规划软件用于展示配电网的网络结构和设备，支持配电网分析计算，辅助工作人员编辑规划电力网络。目前国内其他的配电网规划软件，如恒华科技的电网规划软件、鲁能规划软件等可实现从CIM标准模型中对其中的电网设备进行上图，但只能针对站房以及各站房连接关系，而不能对站房的内部设备进行上图。其主要原因在于站房的内部设备在CIM模型中没有位置坐标且站内设备的结构十分复杂。站房最重要的部分就是其站内设备结构，不导入站房的内部结构，将给配电网规划软件后续的电网结构的分析与计算结果带来很大的偏差。

CIM模型是一种XML格式的标准电网数据文件，主要由电网设备与设备之间的拓扑关系组成。每个电网设备在CIM模型中由一个父标签与多个子标签组成表示，父标签表示存放在模型中的电网设备的类型；子标签则表示存放的电网设备的属性，包括设备ID，所属站房ID，设备名称，位置坐标等；每个电网设备都有一个ID值，该值是由设备类型英文简写与不重复的15位数值组成，如一个变压器设备的ID是TRANS_240040078191900，15位的数值在整个CIM模型文件中不会重复出现，来唯一标识该设备；所属站房ID只有站内设备才有该属性，存放所属站房设备的ID；位置坐标只有站房及站房外部设备才有该属性，站内设备没有位置坐标。拓扑关系指的是电网设备之间的连接关系，在模型中拓扑关系同样由一个父标签与多个子标签表示组成。其父标签都是统一的，为cim:Terminal；子标签则表示存放设备的端口ID与所属设备ID；两个电网设备相连是通过电缆线连接两个设备的端口，每个端口都有唯一的ID标识。

如下表一、二分别表示CIM模型存放的一种变压器电网设备，及该设备的拓扑关系示例，其中表一中<cim:PowerTransformer rdf:ID＝"TRANS_240040078191900">是父标签，表示该设备为变压器类型；其余标签全部是子标签，包括<cim:IdentifiedObject.name>表示变压器的名称，<cim:IdentifiedObject.mRID>表示变压器的ID，<cim:Equipment.MemberOf_EquipmentContainerrdf:resource＝"#SUBST_240040078160600"/>表示变压器的所属站房ID，只有站内设备才有该子标签。表二拓扑关系中的<cim:Terminalrdf:ID＝"TERMINAL_240040075513100_1">是父标签，其余标签全部是子标签，<cim:IdentifiedObject.mRID>存放设备端口ID，<cim:Terminal.ConductingEquipment rdf:resource＝"#TRANS_240040075513100"/>存放其所属设备的ID。

表一

表二

CIM模型中的电网设备，类型不同，其父标签也不同。下表三列举了站房、开关、母线、变压器设备的父标签。其中，站所的父标签是cim:Substation，开关的父标签是cim:LoadBreakSwitch，母线的父标签是cim:BusbarSection，变压器的父标签是cim:PowerTransformer。

表三

cim:Substation	站房
		cim:LoadBreakSwitch	开关
cim:BusbarSection	母线
		cim:PowerTransformer	变压器

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出了一种基于公用信息模型配电网站房及站内设备简化及上图方法，该方法提高了针对上图后的电网设备进行规划计算与分析结果的可靠性与准确度。

本发明提出的一种基于公用信息模型配电网站房及站内设备简化及上图方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)分别构建站内设备容器、站房容器以及站房间隔容器；

2)对站内设备进行简化，遍历CIM模型，解析出站房、简化的站内设备及各设备端口的属性，并将站房、化简的站内设备及各设备端口存放到步骤1)构建的站房及站内设备容器中；

3)分别遍历所有的步骤2)得到的站内设备容器，对各容器中存放的站内设备进行归类分组，并将站内设备存放到相应的站房容器中，确定各站房的站内设备；

4)根据步骤3)确定的各站房的站内设备，对各站房进行布局，确定各站房的间隔，将间隔存放到步骤1)构建的站房间隔容器中，并精简各站房间隔中的开关；

5)确定配电网中各站房的大小，绘制出配电网中各站房及各站房之间的连接关系，再分别遍历所有的步骤4)得到的站房间隔容器，绘制各站房的间隔，完成基于公用信息模型的配电网站房及站内设备上图。

本发明的特点及有益效果在于：

本发明实现从公用信息模型中站房设备的站内设备简化与上图，与其他现有的上图方法比较，其优点在于能实现站房内部设备的上图，基本还原站房的实际结构，提高了针对上图后的电网设备进行规划计算与分析结果的可靠性与准确度。

具体实施方式

本发明提出了一种基于公用信息模型配电网站房及站内设备简化及上图方法，具体包括如下步骤：

1)分别构建站内设备容器、站房容器以及站内间隔容器；

1-1)构建站房、站内设备容器，构建的站内设备容器具体包括：站内开关容器、母线容器、站内变压器容器，该三种容器结构是相同的，如下表四所示，分别存放各站房相应站内设备的ID、所属站房ID、名称、端口；构建的站房容器结构如下表五所示，分别存放该站房的ID、名称、端口、位置坐标、母线子容器、站内开关子容器、变压器子容器；其中母线子容器用于存放该站房的站内母线，站内开关子容器用于存放该站房的站内开关，变压器子容器用于存放该站房的站内变压器；

1-2)构建站房间隔容器，构建的站房间隔容器具体包括母线间隔容器与孤立间隔容器，用于存放一个或多个站内设备串形成的间隔，两种间隔容器的结构是相同的，如下表六所示间隔容器的结构，分别该站房的母线间隔与孤立存放间隔。

表四

ID
	所属站房ID
名称
	端口

表五

表六

间隔

2)对站内设备进行简化，遍历CIM模型，解析出站房、简化的站内设备及各设备端口属性，并将站房、简化的站内设备及各设备端口存放到步骤1)构建的站房及站内设备容器中，具体包括：

2-1)站内设备简化：(CIM模型中的站房的站内设备比较齐全，种类繁多，)只解析站房内主要的站内设备作为简化的站内设备，主要的站内设备包括：站内开关、母线、站内变压器三种电网设备，其他的如站内地刀、站内电源等电网设备不进行解析。

2-2)遍历CIM模型，根据CIM模型中各父、子标签解析出相应存储的电网设备及拓扑关系(如表一、二、三所示)，并将解析出站房、简化的站内设备及各设备端口存放到步骤1)构建的站房及站内设备容器中；具体包括：

2-2-1)遍历CIM模型，若父标签为cim:Substation，则为站房设备，解析站房的属性，并存放到站房容器；

2-2-2)若父标签为cim:LoadBreakSwitch，则为开关设备，开关分为站内开关与站外开关；如果该设备同时有cim:Equipment.MemberOf_EquipmentContainer子标签，该设备为站内开关，解析站内开关的属性，并存放到站内开关容器；

2-2-3)若父标签为cim:BusbarSection，则为站内母线设备，解析母线的属性，并存放到母线容器；

2-2-4)若父标签为cim:PowerTransformer，则为变压器设备，变压器有站内与站外变压器；如果该设备同时有cim:Equipment.MemberOf_EquipmentContainer子标签，该设备为站内变压器，解析站内变压器的属性，并存放到站内变压器容器；

2-2-5)若父标签为cim:Terminal，则为设备的端口，端口的所属设备为站房，遍历各站房容器中的站房，站房的ID与端口的所属设备ID相等，则把该端口存放到相应的站房容器中；端口的所属设备为站内开关，遍历站内开关容器中的各站内开关，找到所属的开关，并把端口存放到站内开关容器中；端口的所属设备为母线，遍历母线容器中的各母线，把端口存放到母线容器中；端口的所属设备为站内变压器，遍历站内变压器容器中的各站内变压器，把端口存放到变压器容器中。

此步骤完成了站房设备与站内设备的解析以及站内设备的简化操作。

3)分别遍历所有的步骤2)得到的站内设备容器(站内开关、母线、站内变压器的容器)，对各容器中存放的站内设备进行归类分组，并将站内设备存放到所属的站房容器中，确定各站房的站内设备；

(各站房的容器结构中有站内开关、母线、站内变压器子容器，用于分别存放该站房的站内设备；)通过分别遍历所有的站内开关、母线、站内变压器的容器，将容器中存放的站内开关、母线、站内变压器的所属站房ID与各站房容器中存放的站房的ID进行比较，如果相等，则将该站内设备存放到该站房容器中对应的子容器中，从而完成站内设备的归类分组，确定各站房的站内设备。

4)根据步骤3)确定的各站房的站内设备，对各站房进行布局，确定各站房的间隔，将间隔存放到步骤1)构建的站房间隔容器中，并精简各站房间隔中的开关；具体包括：

4-1)合并各站房中直接相连的母线；

遍历各站房的母线子容器，如果多条母线的端口相等，则随机选择一条母线，将其他母线从母线子容器中移除；

4-2)对各站房进行布局，确定各站房的间隔：

4-2-1)确定各站房的母线间隔：遍历每个站房的母线子容器，通过母线的端口，再分别遍历站房的开关子容器、母线子容器、变压器子容器中各设备的端口，依次找到与母线相连的站内设备；直到遇到终止设备，则停止遍历查找，查找到的一个或多个站内设备串形成母线间隔，将该母线间隔加入到该站房的母线间隔容器中；终止设备包括：端口数目为1的开关、站内变压器、母线。

4-2-1-1)与母线相连的设备为开关，则根据开关端口数目不同有如下两种情况：

如果开关的端口数目为1，则该开关为终止设备，停止查找，将开关存放到母线间隔容器；

如果开关的端口数为2，如果首端口与母线相连，则通过末端口查找与之相连的设备，直到查找到的设备为终止设备，停止查找；如果末端口与母线相连，则通过首端口查找与之相连的设备，直到查找到的设备为终止设备，停止查找，将查找到的设备串存放到母线间隔容器；

4-2-1-2)与母线相连的设备为变压器，变压器为终止设备，停止查找，把变压器存放到母线间隔容器；

4-2-1-3)与母线相连的设备为母线，母线为终止设备，停止查找，把母线存放到母线间隔容器(同时母线间隔也是母联间隔，连接两条不同的母线)；

4-2-2)确定各站房的孤立间隔，遍历各站房的站内开关与站内变压器子容器，统计还未分组的站内开关与站内变压器，基于未分组的站内开关，遍历剩余的站内开关与站内变压器，对剩余站内设备进行孤立间隔分组；直到遇到终止设备，则停止遍历查找，查找到的一个或多个站内设备串形成孤立间隔，将该孤立间隔加入到该站房孤立间隔容器中。终止设备包括：端口数目为0的开关、站内变压器。

如果开关的端口数目为0，则该开关为终止设备，停止查找，将开关存放到孤立间隔容器；

如果开关的端口数为1，则查找与端口相连的设备，直到查找到终止设备，停止查找，将查找到的设备串存放到孤立间隔容器；

如果开关的端口数为2，则先查找与首端口相连的设备，直到终止设备，停止查找；再查找与末端口相连的设备，直到终止设备，停止查找；将查找到的设备串存放到孤立间隔容器。

4-3)精简各站房间隔中的开关；

精简各站房间隔中的站内开关，如果有多个开关，则只保留最后一个站内开关，移除其余开关；遍历各站房的母线间隔容器与孤立间隔容器，如果间隔内的开关数目大于1，则只保留该间隔设备串中位置排在最后面的一个开关，其余他开关从间隔中移除。

以上就完成构造各站房的站内基本结构。

5)确定配电网中各站房的大小，绘制出配电网中各站房，再分别遍历所有的步骤4)得到的站房间隔容器，绘制各站房的间隔，完成基于公用信息模型的配电网站房及站内设备上图；具体包括：

5-1)确定配电网中各站房的大小，绘制出配电网各站房；具体包括：

根据各站房的间隔数目，间隔所占的宽度(宽度是以站房中间隔的大小为依据，本实施例设定间隔宽度0.2米，高度1米)与母线与母线之间的距离(本实施例设其宽度0.2米)，计算出各站房的大小，再根据各站房的位置坐标绘制出各站房；

5-2)遍历各站房内的母线间隔容器，绘制各母线间隔中的设备；

因为各母线间隔中的设备可能为[开关]/[开关+变压器]/[开关+母线]/[变压器]/[母线]，其中可能有0或1个开关，最多具有1个负荷、1个母线，因此采用顺序方式绘制上图，同时根据站内的基本结构，自动默认绘制站内电气连接线与超节点设备；间隔绘制过程中，如果遇到变压器、母线这两种结束设备，则结束本间隔的绘制：具体包括：

5-2-1)根据各站房的位置坐标计算出各站房的左上角与右上角的坐标位置，从该站房的左上角绘制好与间隔连接的母线；

5-2-2)再遍历各间隔中的设备，当需要绘制的设备为开关时，先绘制电气连接线，连接已经绘制好的设备，再绘制站内开关，连接刚才绘制的电气连接线；如果间隔设备结束，则绘制与开关相连的电气连接线，并绘制超节点，与该电气连接线相连，完成该间隔的绘制；

5-2-3)遍历过程中如果遇到站内变压器，则结束间隔设备的绘制，同时，将站内变压器绘制在站房外部(本发明实施例中，为方便展示，将站内变压器绘制到站房外部)，并绘制一段电气连接线将其与站内超节点相连接；如果之前已经绘制了开关，则绘制电气连接线连接开关与站内超节点；如果变压器为第一个设备则绘制电气连接线连接站内超节点与母线段；

5-2-4)遍历过程中如果遇到母线，表明该间隔是母联间隔，则需要绘制电气连接线连接已绘制的设备与母线，如果本间隔中的母线为第一个设备，则直接连接本母线和间隔中的母线；

5-3)遍历各站房内的孤立间隔容器，绘制各孤立间隔中的设备；具体包括：。

5-3-1)遍历各孤立间隔设备，当需要绘制的设备为开关时，先绘制电气连接线，连接已经绘制好的设备，再绘制站内开关，连接刚才绘制的电气连接线；如果间隔设备结束，则绘制与开关相连的电气连接线，并绘制超节点，与该电气连接线相连，完成该间隔的绘制；

5-3-2)遍历过程中如果遇到站内变压器，则结束间隔设备的绘制，同时，将站内变压器绘制在站房外部，并绘制一段电气连接线将其与站内超节点相连接。如果之前已经绘制了开关，则绘制电气连接线链接开关与站内超节点；

以上就完成配电网站房以及其内部母线间隔与孤立间隔的绘制，从而完成公共信息模型中站房及站内设备的上图。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于公用信息模型配电网站房及站内设备简化及上图方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)分别构建站内设备容器、站房容器以及站房间隔容器；

2)对站内设备进行简化，遍历CIM模型，解析出站房、简化的站内设备及各设备端口的属性，并将站房、化简的站内设备及各设备端口存放到步骤1)构建的站房及站内设备容器中；

3)分别遍历所有的步骤2)得到的站内设备容器，对各容器中存放的站内设备进行归类分组，并将站内设备存放到相应的站房容器中，确定各站房的站内设备；

4)根据步骤3)确定的各站房的站内设备，对各站房进行布局，确定各站房的间隔，将间隔存放到步骤1)构建的站房间隔容器中，并精简各站房间隔中的开关；

5)确定配电网中各站房的大小，绘制出配电网中各站房，再分别遍历所有的步骤4)得到的站房间隔容器，绘制各站房的间隔，完成基于公用信息模型的配电网站房及站内设备上图。

2.如权利要求1所述的配电网站房及站内设备简化及上图方法，其特征在于，步骤1)具体包括：

1-1)构建站内设备容器、站房容器，构建的站内设备容器具体包括：站内开关容器、母线容器、站内变压器容器；该三种容器结构是相同的，分别存放各站房相应站内设备的ID、所属站房ID、名称、端口；构建的站房容器分别存放该站房的ID、名称、端口、位置坐标以及母线子容器、站内开关子容器、变压器子容器；其中母线子容器用于存放该站房的站内母线，站内开关子容器用于存放该站房的站内开关，变压器子容器用于存放该站房的站内变压器；

1-2)构建站房间隔容器，构建的站房间隔容器具体包括母线间隔容器与孤立间隔容器，用于存放一个或多个站内设备串形成的间隔，两种间隔容器的结构是相同的，分别存放该站房的母线间隔与孤立间隔。

3.如权利要求1所述的配电网站房内部设备化简及上图方法，其特征在于，步骤2)具体包括：

2-1)站内设备简化：只解析站房内主要的站内设备作为简化的站内设备，主要的站内设备包括：站内开关、母线、站内变压器三种电网设备；

2-2)遍历CIM模型，根据CIM模型中各父、子标签解析出存储的电网设备及拓扑关系，并将解析出站房、简化的站内设备及各设备端口存放到步骤1)构建的站房及站内设备容器中。

4.如权利要求1所述的配电网站房内部设备化简及上图方法，其特征在于，步骤3)具体包括：通过分别遍历所有的站内开关、母线、站内变压器的容器，将容器中存放的站内开关、母线、站内变压器的所属站房ID与各站房容器中存放的站房的ID进行比较，相等，则将该站内设备存放到该站房容器中对应的子容器中，从而完成站内设备的归类分组，确定各站房的站内设备。

5.如权利要求1所述的配电网站房内部设备化简及上图方法，其特征在于，步骤4)具体包括：

4-1)合并各站房中直接相连的母线；

遍历各站房的母线子容器，如果多条母线的端口相等，则随机选择一条母线，将其他母线从母线子容器中移除；

4-2)对各站房进行布局，确定各站房的间隔；

4-2-1)确定各站房的母线间隔；遍历各站房的母线子容器，通过母线的端口，再分别遍历站房的开关子容器、母线子容器、变压器子容器中各设备的端口，依次找到与母线相连的站内设备；直到遇到终止设备，则停止遍历查找，查找到的站内设备形成母线间隔，将该母线间隔加入到该站房的母线间隔容器中；

4-2-2)确定各站房的孤立间隔，遍历各站房的站内开关与站内变压器子容器，统计还未分组的站内开关与站内变压器，基于未分组的站内开关，遍历剩余的站内开关与站内变压器，对剩余站内设备进行孤立间隔分组；直到遇到终止设备，则停止遍历查找，查找到的站内设备形成孤立间隔，将该孤立间隔加入到该站房的孤立间隔容器中；

4-3)精简各站房间隔中的开关；

精简各站房间隔中的站内开关，有多个开关，则只保留最后一个站内开关，移除其余开关；遍历各站房的母线间隔容器与孤立间隔容器，间隔内的开关数目大于1，则只保留该间隔设备串中位置排在最后面的一个开关，其余他开关从间隔中移除。

6.如权利要求1所示的配电网站房内部设备化简及上图方法，其特征在于，步骤5)具体包括：

5-1)确定配电网中各站房的大小，绘制出配电网中各站房；

5-2)遍历各站房内的母线间隔，绘制各母线间隔中的设备；

5-3)遍历各站房内的孤立间隔，绘制各孤立间隔中的设备。