CN107103110A - 面向电网设备监控大数据分析的统一信息模型及建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电网自动化调度技术领域，尤其涉及面向电网设备监控大数据分析的统一信息模型及建模方法。所述统一信息模型包括资源模型与量测模型；所述资源模型包括设备容器、一次设备模型及相关二次设备模型。所述建模方法包括如下步骤：(S1)采用IEC61970中CIM模型描述建立设备容器、一次设备模型及其关联，并引入到统一信息模型；(S2)采用IEC61850中SCL模型建立二次设备模型，并引入到统一信息模型中；(S3)在统一信息模型中建立一次设备模型与二次设备模型的关联；(S4)将量测类信息扩展到量测包中，构建广义量测模型。本发明的模型实现了一二次设备间的关联，同时对CIM模型中的量测类进行了模型扩展，实现了所有量测类信息的集中接入与统一建模。

Description

面向电网设备监控大数据分析的统一信息模型及建模方法

技术领域

本发明属于电网自动化调度技术领域，尤其涉及面向电网设备监控大数据分析的统一信息模型及建模方法。

背景技术

随着特高压电网建设的全面提速、新能源的快速发展和电力市场化改革的深入推进，电网一体化运行的特征愈发明显，对电网实施集中分析决策、多专业间业务协作和跨调度机构工作协同等需求更加迫切。近年来，电网调度控制中心所能获取的信息资源越来越丰富，电网设备监控分析可利用的信息源也越来越多，而且信息量巨大，形成了电网设备监控大数据。大数据技术的发展为利用海量的电网设备监控数据提供了解决方案，推动了电网设备监控系统的技术发展和电网设备监控业务的深化应用。但是能够顺利运用各种来源的信息的前提是数据的完备性和互操作性，所以有必要研究对电网设备监控业务分析所需的各种信息进行整合的方法。

电网设备监控大数据分析所需信息来源于多个不同的专业系统，各系统遵循不同的建模标准，不同的建模标准在建模方法、建模内容等方面存在差异。传统的建模方式仅满足对部分数据的建模，难以满足电网设备监控大数据分析的数据要求，存在问题如下：(1)IEC61970中CIM建模主要针对调控主站端的一次设备模型及网络拓扑，缺少对二次设备模型的描述。(2)IEC61850中SCL建模主要针对变电站子站端的二次设备模型，使用上侧重于主子站端的数据交互。(3)现有的建模方式缺少对设备状态监测、电压控制信息、作业管理数据等电网设备量测类信息的描述，难以实现对这类数据的应用。

综上所述，传统的建模方式难以获得电网设备监控大数据分析所需要的信息，无法满足电网设备监控大数据分析的业务需要，故急切需要设计一种应用于电网设备监控大数据分析的统一信息模型。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明的目的在于提供一种面向电网设备监控大数据分析的统一信息模型及建模方法。建立统一信息模型的框架，实现一二次设备间的关联，同时对CIM模型中的量测类进行模型扩展，实现所有量测类信息的集中接入与统一建模。

为实现上述目的，本发明提出了一种面向电网设备监控大数据分析的统一信息模型，所述统一信息模型包括资源模型与量测模型；

所述资源模型包括设备容器、一次设备模型及相关二次设备模型；

所述一次设备模型包括Wires、Topology、Domain、Core；

所述量测模型在原有量测模型的基础上扩展了量测包，涵盖所有量测类信息，包括电压控制信息、电网运行量测数据、设备状态信息、环境监测信息和作业管理信息。

为实现上述目的，本发明同时提出了一种面向电网设备监控大数据分析的统一信息模型的建模方法，所述方法包括如下步骤：

(S1)采用IEC61970中CIM模型描述建立设备容器、一次设备模型及其关联，并引入到统一信息模型；

(S2)采用IEC61850中SCL模型建立二次设备模型，并引入到统一信息模型中；

(S3)在统一信息模型中建立一次设备模型与二次设备模型的关联；

(S4)将量测类信息扩展到量测包中，构建广义量测模型。

进一步地，在所述步骤(S3)中，一次设备模型和二次设备模型的关联采用尽量少修改原有模型的原则，将IEC61850中的保护模型和量测功能模型作为两颗子树接入到CIM模型中，具体步骤如下：

(S3-1)将CIM中的ProtectionEquipment类与IEC 61850中的ProIED概念对应起来，并随之引入IED层次以下的IEC61850保护功能对象；

(S3-2)将CIM中的Measurement类与IEC 61850中的IED概念对应起来，并随之引入IED层次以下的IEC 61850量测和开关对象；

(S3-3)建立IEC 61850中ProLNode类与CIM中ConductingEquipment类的关联；

(S3-4)建立IEC 61850中ProLNode类与CIM中Breaker类的关联。

进一步地，在所述步骤(S4)中，构建广义量测模型的具体步骤为：

(S4-1)将Measurement类抽象为一个量测类信息的父类，增加属性Mealtype，用于标识量测类信息；

(S4-2)量测类信息中增加属性MealParentID和Mealtype；

所述MealParentID用于标识其父类；

所述Mealtype用于标识量测类信息的类别；

(S4-3)将电压控制信息、电网运行量测数据、设备状态信息、环境监测信息、作业管理信息共5类量测信息通过MealParentID与Measurement类关联，从而将量测类信息引入到统一信息模型中。

本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种面向电网设备监控大数据分析的统一信息模型，该模型协调了IEC61970的CIM模型和IEC61850的SCL模型，建立了统一信息模型的框架，实现了一二次设备间的关联，同时对CIM模型中的量测类进行模型扩展，将故障、检修、缺陷、气象等其余量测类信息统一接入到统一信息模型，实现了所有量测类信息的集中接入与统一建模，基于上述建模方法，构建了电网设备监控大数据分析的统一信息模型，支撑了电网设备监控大数据应用。

在CIM模型中量测模型仅描述了电网运行信息中的SCADA类，对于电网设备监控大数据分析需要的量测类信息缺少引入方式，需要通过模型扩展的方式引入到统一信息模型。而在本发明中，统一信息模型中扩展量测类信息的策略就是基于CIM模型中的量测包，定义广义的量测包，将所有的量测类信息与量测模型横向关联，从而建立广义量测模型。

附图说明

图1是统一信息模型的示意图；

图2是一、二次设备模型关联策略示意图；

图3是量测类信息扩展方式示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的结构图及具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的统一信息模型是一个新的类对象体系，能够涵盖IEC61970中CIM模型和IEC61850中SCL模型的电网设备监控数据及所有量测类信息，并且使得CIM模型和SCL模型到新模型的转换是无损的，该模型为电网设备监控大数据分析能够提供完备的信息资源。统一信息模型的UML表示如图1所示，一次设备模型包括Wires、Topology、Domain、Core，一次设备模型与二次设备模型统称资源模型。

CIM划分为一组包，包是一种将相关模型元件分组的通用方法。Core是核心包，包含了所有应用共享的核心命名，该包不依赖与任何包，但Topology、Domain、Wires和Measurement均依赖于该包。Domain包是量与单位的数据字典，定义了可能被其他任何包中的任何类使用的属性的数据类型。Topology是拓扑包，是Core包的扩展，是设备怎么通过闭合开关连接在一起的逻辑定义。Wires包是Core和Topology包的扩展，建立了输电和配电网络的电气特性的信息模型。二次设备模型与Wire包中的保护类是对应关系，通过建立二次设备与保护类的对应关系，实现了一次设备与二次设备的关联。Meas包是Topology包的扩展，用于描述各应用之间交换的动态测量数据的实体。

统一信息模型主要包括资源模型与量测模型。具体介绍如下：

a)资源模型

资源模型包括设备容器、一次设备及相关二次设备。在统一信息模型中基于IEC61970中CIM模型描述设备容器和一次设备。依据IEC61850中IED的相关定义描述包括保护设备、测控装置、安自装置等二次设备。本发明采用扩展一次设备模型中Wire包，建立保护类，在二次设备模型中建立一次设备关联类，建立保护类与一次设备关联类的逻辑连接，实现一次设备与二次设备的关联。

b)量测模型

变电站设备监控涉及的六类量测数据，在模型里将以量测类型的对象存在。原有的量测模型中仅包含SCADA量测数据，统一信息模型在原有量测模型的基础上扩展了量测包，建立涵盖所有量测类信息的量测模型。

资源模型是对变电站内设备容器、一次设备及二次设备的基本参数在满足电网结构和拓扑关系的前提下进行建模。量测模型是对变电站内一次设备和相关二次设备在运行过程中动态采集到的量测类数据进行建模。变电站内的设备是建模的对象和本体，资源模型是对其所属静态数据建模，量测模型是对其动态数据建模，两者共同完成了对电网设备的统一建模。

在统一信息模型中，采用CIM模型与SCL模型协调的方式构建资源模型及其关联关系，并在此基础上扩展量测模型建立涵盖所有量测信息的广义量测模型。具体步骤为：

(S1)采用IEC61970中CIM模型描述建立设备容器、一次设备类及其关联，并引入到统一信息模型。

(S2)采用IEC61850中SCL模型建立二次设备模型，并引入到统一信息模型中。

(S3)在统一信息模型中建立一次设备与二次设备的关联。

(S4)将量测类信息扩展到量测包中，构建广义量测模型。

在所述步骤(S3)中，一次设备模型和二次设备模型的关联采用尽量少修改原有模型的原则，将IEC61850中的保护模型和量测功能模型作为两颗子树接入到CIM模型中。一、二次设备模型关联策略如图2所示，其中MealNode、MealDevice、MeaIED、ProIED、ProLDevice和ProLNode是二次设备部分，其余是一次设备模型部分，具体步骤为：

(S3-1)将CIM中的ProtectionEquipment(保护设备)类与IEC 61850中的ProIED概念对应起来，并随之引入IED层次以下的IEC61850保护功能对象。

(S3-2)将CIM中的Measurement(量测)类与IEC 61850中的IED概念对应起来，并随之引入IED层次以下的IEC 61850量测和开关对象。

(S3-3)建立IEC 61850中ProLNode(保护逻辑节点)类与CIM中ConductingEquipment(导电设备)类的关联。

(S3-4)建立IEC 61850中ProLNode(保护逻辑节点)类与CIM中Breaker类的关联。

在所述步骤(S4)中，统一信息模型中扩展量测类信息的策略就是基于CIM模型中的量测包，定义广义的量测包，将所有的量测类信息与量测模型横向关联，从而建立广义量测模型。量测类信息扩展方式如图3所示。量测模型扩展的具体步骤为：

(S4-1)将Measurement类抽象为一个量测类信息的父类，增加属性Mealtype，用于标识量测类信息。

(S4-2)量测类信息中增加属性MealParentID和Mealtype,MealParentID用于标识其父类，Mealtype用于标识量测类信息的类别。

(S4-3)将电压控制信息、电网运行量测数据、设备状态信息、环境监测信息、作业管理信息共5类量测信息通过MealParentID与Measurement类关联，从而将量测类信息引入到统一信息模型中。

Claims (4)

1.一种面向电网设备监控大数据分析的统一信息模型，其特征在于，所述统一信息模型包括资源模型与量测模型；

所述资源模型包括设备容器、一次设备模型及相关二次设备模型；

所述一次设备模型包括Wires、Topology、Domain、Core；

所述量测模型在原有量测模型的基础上扩展了量测包，涵盖所有量测类信息，包括电压控制信息、电网运行量测数据、设备状态信息、环境监测信息和作业管理信息。

2.一种面向电网设备监控大数据分析的统一信息模型的建模方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

(S1)采用IEC61970中CIM模型描述建立设备容器、一次设备模型及其关联，并引入到统一信息模型；

(S2)采用IEC61850中SCL模型建立二次设备模型，并引入到统一信息模型中；

(S3)在统一信息模型中建立一次设备模型与二次设备模型的关联；

(S4)将量测类信息扩展到量测包中，构建广义量测模型。

3.根据权利要求2所述的一种面向电网设备监控大数据分析的统一信息模型的建模方法，其特征在于：在所述步骤(S3)中，一次设备模型和二次设备模型的关联采用尽量少修改原有模型的原则，将IEC61850中的保护模型和量测功能模型作为两颗子树接入到CIM模型中，具体步骤如下：

(S3-1)将CIM中的ProtectionEquipment类与IEC 61850中的ProIED概念对应起来，并随之引入IED层次以下的IEC61850保护功能对象；

(S3-2)将CIM中的Measurement类与IEC 61850中的IED概念对应起来，并随之引入IED层次以下的IEC 61850量测和开关对象；

(S3-3)建立IEC 61850中ProLNode类与CIM中ConductingEquipment类的关联；

(S3-4)建立IEC 61850中ProLNode类与CIM中Breaker类的关联。

4.根据权利要求2所述的一种面向电网设备监控大数据分析的统一信息模型的建模方法，其特征在于：在所述步骤(S4)中，构建广义量测模型的具体步骤为：

(S4-1)将Measurement类抽象为一个量测类信息的父类，增加属性Mealtype，用于标识量测类信息；

(S4-2)量测类信息中增加属性MealParentID和Mealtype；

所述MealParentID用于标识其父类；

所述Mealtype用于标识量测类信息的类别；

(S4-3)将电压控制信息、电网运行量测数据、设备状态信息、环境监测信息、作业管理信息共5类量测信息通过MealParentID与Measurement类关联，从而将量测类信息引入到统一信息模型中。