CN107180314A - 一种基于一二次系统关联关系的运维业务模型建模方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于一二次系统关联关系的运维业务模型建模方法，首先对一次系统进行建模；其次对二次系统进行建模；然后将二次运维信息进行分类，并建立一二次关联关系，将一次设备与二次设备的逻辑节点关联；最终按照IEC61850标准体系建立包含一次模型、二次模型、一二次关联关系的、能支撑运维业务的IEC61850数据模型。本发明具备了对全面实时管控变电站二次系统运行风险、保障二次系统安全可靠运行的数据基础，能够有针对性地对变电站实施风险管控；在积累了一定的数据后，可以对系统历史数据进行统计，并挖掘出设备的故障发生原因，实现设备全生命周期管理，提高智能运维的效率，同时降低设备的维护成本。
Description
技术领域
本发明属于电力系统自动化领域，具体涉及到一种基于变电站一二次系统关联关系的运维业务模型建模方法。
背景技术
智能变电站的发展已经从试点工程不断地走向多地的推广应用。在智能变电站技术背景下，二次系统的结构和运行模式发生根本性变革，二次系统风险点等需要重新理解和认识。二次系统设备状态信息越来越多样，故障的发生不仅与自身的运行参数据相关外还与其所在运行环境、周边设备等诸多因素有着直接或者间接的关系，如何梳理众多的运维信息建立二次系统运维业务模型，如何从大量、多维的相关数据中分析、挖掘出设备的故障发生原因仍然较为困难。
目前的智能变电站中，变电站二次系统数据信息的描述与建模不够全面；系统规格文件(SSD)涵盖了变电站一次系统的描述信息，但SSD在目前的变电站运维系统中并未被使用，而且没有合适的数学方法描述一次系统间隔关联模型和一次系统间隔描述模型；为实现一二次系统运行方式的关联，从电网运行风险管控的视角去对待二次系统运维问题，需要配置变电站一二次系统的关联关系，并建立相应的运维业务模型与关联关系模型，完整描述变电站二次系统数据信息，实现数据信息的标准化。
发明内容
为实现全面实时管控变电站二次系统运行风险、保障二次系统安全可靠运行，本发明提出了一种基于变电站一二次系统关联关系的运维业务模型建模方法。
本发明具体采用以下技术方案。
基于一二次系统关联关系的运维业务模型建模方法，其特征在于，所述建模方法包括以下步骤：
(1)建立一次系统间隔关联模型，采用矩阵描述一次系统中间隔与间隔间的关联关系；
(2)按照IEC61850标准体系建立一次系统间隔描述模型，描述间隔内包含的一次设备和一次设备拓扑连接关系；
(3)建立二次系统硬件描述模型，包含端口关联模型与端口描述模型；
(4)建立二次系统信息描述模型，包含二次设备通信模型、二次设备之间及二次设备内的逻辑节点的关联模型、逻辑节点描述模型；
(5)将二次运维信息按照继电保护、测控、录波、计量、PMU进行分类，对变电站运维业务进行建模；其中，所述二次运维信息包括两个部分：运行状态信息和二次设备状态信息；
(6)在步骤(1)～(5)的基础上建立一二次关联关系，将一次系统间隔内包含的一次设备与二次系统内包含的二次设备的逻辑节点关联，采用预配置、提取关联规则用工具自动配置或手动配置的方法建立一二次关联关系；
(7)最终按照IEC61850标准体系建立包含一次模型、二次模型、一二次关联关系的、能支撑运维业务的IEC61850数据模型，并校验数据模型文件合法性。
本发明进一步包括以下优选方案：
在步骤(1)中，一次系统间隔关联模型描述一次系统中间隔与间隔间的关联关系，所述一次系统间隔关联模型采用矩阵X(p)k×k描述一次系统中间隔与间隔间的关联关系，其中k表示间隔数目。
在步骤(2)中，所述一次系统间隔描述模型用集合Xi表示间隔i集合中的元素，用于描述间隔内包含的一次设备。
在步骤(3)中，以智能变电站二次设备端口为最小单元建立二次系统硬件描述模型；所述端口关联模型通过建立关联矩阵表示不同端口间的物理或逻辑连接关系；所述端口描述模型包括IED设备端口描述模型和交换机端口描述模型，IED设备端口描述模型描述各个端口所连接的光纤以及包含的逻辑节点(LN)；在IEC61850协议中，逻辑节点(LogicalNode，LN)是交换数据的最小单元。
在步骤(4)中，逻辑节点关联模型通过建立逻辑节点间关联矩阵，描述逻辑节点间的映射关系；逻辑节点描述模型描述继电保护系统运行的测量、控制、状态以及定值信息，不同类型逻辑节点使用不同的集合或字符串表示；所述逻辑节点代表二次设备物理装置内的某项功能，或执行这一功能的某些操作，是一个由数据和方法定义的对象。
在步骤(5)中，按照分类对变电站运维业务进行建模，获取的各类设备的二次运维数据信息包括设备运行状态信息和设备状态信息；包括以下步骤：
5.1获取继电保护二次运维数据信息，其中，继电保护设备运行状态信息反映继电保护装置的动作情况，继电保护设备状态信息反映各个继电保护设备和回路的情况；
5.2获取测控二次运维数据信息，其中，测控运行状态信息是测控装置的实现“四遥”的功能信息，反映测控的行为动作情况；测控设备状态信息描述测控装置设备自身参数和回路情况，反映测控装置的运行健康状况；
5.3根据中国国家电网公司企业标准《Q/GDW 11202.2-2014智能变电站自动化设备检测规范》中对录波系统的要求，提取录波系统的二次运维数据信息；其中，录波系统的设备状态信息反映录波装置的自身状态、过程层和站控层网络状态；录波系统的运行状态信息反映录波系统启动情况、频率变化、开关量变化情况；
5.4根据《Q/GDW 11202.2-2014智能变电站自动化设备检测规范》中对计量系统的要求，提取计量系统的二次运维数据信息；其中，计量系统的设备状态信息反映计量装置的自身状态、过程层和站控层网络状态；计量系统的运行状态信息主要计量系统测量情况；
5.5根据《Q/GDW 11202.2-2014智能变电站自动化设备检测规范》中对同步相量测量装置(简称PMU)的要求，提取PMU的运维数据信息；其中，PMU的设备状态信息反映PMU装置的自身状态、过程层和站控层网络状态；PMU的运行状态信息反映PMU装置测量量情况以及动作、扰动、时间记录等；
5.6将以上5.1～5.5获取的继电保护、测控、录波、计量、PMU的二次运维数据信息，按照国家电网公司企业标准《Q/GDW 1396 IEC61850工程继电保护应用模型》中的物理设备、服务器、逻辑设备、逻辑节点、数据对象、数据属性的建模规则进行建模。
在步骤(6)，采用预配置、配置工具自动配置和手动配置的相结合的方法。预配置方法中完成一次设备的功能分配，配置工具自动配置则根据预配置的结果进行一次设备与二次设备的逻辑节点的自动关联，手动配置则弥补以上两种方法中遗漏的一二次关联关系的配置。从而建立一二次关联关系，形成完整模型。
在步骤(7)中，根据电力行业标准《DL_T860.6IED通信描述语言》规范的要求进行语法、语义的规范符合性校验，从而建立包含一次模型、二次模型、一二次关联关系的、能支撑运维业务的完整IEC61850数据模型。
按照本发明上述方法建模后，就建立了包含一二次系统关联关系的全面的运维业务模型，具备了对全面实时管控变电站二次系统运行风险、保障二次系统安全可靠运行的数据基础，可以利用变电站二次系统运行风险管控技术，分析全生命周期各个阶段的薄弱环节，从而有针对性地实施风险管控；在积累了一定的数据后，也可以对系统历史数据进行统计，并挖掘出设备的故障发生原因，有效发挥数据信息的价值，有利于实现设备全生命周期管理，提高智能运维的效率，同时降低设备的维护成本。
附图说明
图1是本发明基于一二次系统关联关系的运维业务模型建模方法示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细介绍。
如图1所示，本申请公开的基于一二次系统关联关系的运维业务模型建模方法，该方法建模步骤如下：
(1)建立一次系统间隔关联模型，采用矩阵描述一次系统中间隔与间隔间的关联关系；
一次系统间隔关联模型描述一次系统中间隔与间隔间的关联关系，所述一次系统间隔关联模型采用矩阵X(p)k×k描述一次系统中间隔与间隔间的关联关系，其中k表示间隔数目。
(2)按照IEC61850标准体系建立一次系统间隔描述模型，包括描述间隔内包含的主要一次设备和一次设备拓扑连接关系；并用集合描述间隔内的一次设备；
所述一次系统间隔描述模型用集合Xi表示间隔i集合中的元素，用于描述间隔内包含的一次设备。
(3)建立二次系统硬件描述模型，主要包含端口关联模型与端口描述模型，通过建立关联矩阵表示不同端口间的物理或逻辑连接关系。端口描述模型则包括IED设备端口描述模型和交换机端口描述模型，由设备能力文件(ICD)提供。
以智能变电站二次设备端口为最小单元建立二次系统硬件描述模型；所述端口关联模型通过建立关联矩阵表示不同端口间的物理或逻辑连接关系；端口描述模型包括IED设备端口描述模型和交换机端口描述模型，IED设备端口描述模型描述各个端口所连接的光纤以及包含的逻辑节点(LN)；在IEC61850协议中，逻辑节点(Logical Node，LN)是交换数据的最小单元。
(4)建立二次系统信息描述模型，主要包含逻辑节点关联模型与逻辑节点描述模型。通过建立逻辑节点间关联矩阵，描述逻辑节点间的映射关系；逻辑节点里包含了继电保护系统运行的测量、控制、状态以及定值等信息，由设备能力文件(ICD)提供；
(5)然后根据中国国家电网公司企业标准《Q_GDW 1809-2012智能变电站继电保护检验规范》和《Q/GDW 11202.2-2014智能变电站自动化设备检测规范》将二次运维数据信息进行梳理，按照继电保护、测控、录波、计量、PMU进行分类，主要包括两个部分：运行状态信息和设备状态信息。并按照分类，对变电站运维业务进行建模；
对变电站运维业务的建模包括以下具体步骤：
5.1根据《Q_GDW 1809-2012智能变电站继电保护检验规范》的要求获取继电保护二次运维数据信息，其中，继电保护设备运行状态信息反映继电保护装置的动作情况，继电保护设备状态信息反映各个继电保护设备和回路的情况；包含的具体信息如下表1所示：
表1继电保护设备状态信息与运行状态信息
5.2根据《Q/GDW 11202.2-2014智能变电站自动化设备检测规范》获取测控二次运维数据信息，其中，测控运行状态信息和测控设备状态信息如下表2和表3所示：
表2测控设备状态信息
表3测控运行状态信息
5.3根据《Q/GDW 11202.2-2014智能变电站自动化设备检测规范》中对录波系统的要求，提取录波系统的二次运维数据信息。其中，录波系统的设备状态信息和运行状态信息如下表4和表5所示：
表4录波设备状态信息
表5录波运行状态信息
5.4根据《Q/GDW 11202.2-2014智能变电站自动化设备检测规范》中对计量系统的要求，提取计量系统的二次运维数据信息。其中，计量系统的设备状态信息和运行状态信息如下表6和表7所示：
表6计量设备状态信息
表7计量运行状态信息
5.5根据《Q/GDW 11202.2-2014智能变电站自动化设备检测规范》中对同步相量测量装置(简称PMU)的要求，提取PMU的运维数据信息。其中，PMU的设备状态信息和运行状态信息如下表8和表9所示：
表8PMU设备状态信息
表9PMU运行状态信息
5.6在步骤5.1～5.5的基础上将获取的继电保护、测控、录波、计量、PMU的二次运维数据信息，参照步骤(4)的方法，并按照《Q/GDW 1396 IEC61850工程继电保护应用模型》第七章中的物理设备、服务器、逻辑设备、逻辑节点、数据对象、数据属性的建模规则进行建模。
(6)采用预配置、配置工具自动配置和手动配置的相结合的方法。预配置方法中完成一次设备的功能分配，配置工具自动配置则根据预配置的结果进行一次设备与二次设备的逻辑节点的自动关联，手动配置则弥补以上两种方法中遗漏的一二次关联关系的配置。从而建立一二次关联关系，将一次设备与二次设备的逻辑节点关联，形成完整模型；
(7)根据电力行业标准《DL_T860.6IED通信描述语言》规范的要求对步骤(6)形成的模型进行语法、语义的规范符合性校验，最终按照IEC61850标准体系建立包含一次模型、二次模型、一二次关联关系的、能支撑运维业务的完整IEC61850数据模型。
本发明的实施方式不限于此，在本发明上述基本技术思想前提下，按照本领域的普通技术知识和惯用手段对本发明内容所做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (8)
1.基于一二次系统关联关系的运维业务模型建模方法，其特征在于，所述建模方法包括以下步骤：
(1)建立一次系统间隔关联模型，采用矩阵描述一次系统中间隔与间隔间的关联关系；
(2)按照IEC61850标准体系建立一次系统间隔描述模型，描述间隔内包含的一次设备和一次设备拓扑连接关系；
(3)建立二次系统硬件描述模型，包含端口关联模型与端口描述模型；
(4)建立二次系统信息描述模型，包含二次设备通信模型、二次设备之间及二次设备内的逻辑节点的关联模型、逻辑节点描述模型；
(5)将二次运维信息按照继电保护、测控、录波、计量、PMU进行分类，对变电站运维业务进行建模；其中，所述二次运维信息包括两个部分：运行状态信息和二次设备状态信息；
(6)在步骤(1)～(5)的基础上建立一二次关联关系，将一次系统间隔内包含的一次设备与二次系统内包含的二次设备的逻辑节点关联，采用预配置、提取关联规则用工具自动配置或手动配置的方法建立一二次关联关系；
(7)最终按照IEC61850标准体系建立包含一次模型、二次模型、一二次关联关系的、能支撑运维业务的IEC61850数据模型，并校验数据模型文件合法性。
2.根据权利要求1所述的基于一二次系统关联关系的运维业务模型建模方法，其特征在于：
在步骤(1)中，一次系统间隔关联模型描述一次系统中间隔与间隔间的关联关系，所述一次系统间隔关联模型采用矩阵X(p)k×k描述一次系统中间隔与间隔间的关联关系，其中k表示间隔数目。
3.根据权利要求1所述的基于一二次系统关联关系的运维业务模型建模方法，其特征在于：
在步骤(2)中，所述一次系统间隔描述模型用集合Xi表示间隔i集合中的元素，用于描述间隔内包含的一次设备。
4.根据权利要求1所述的基于一二次系统关联关系的运维业务模型建模方法，其特征在于：
在步骤(3)中，以智能变电站二次设备端口为最小单元建立二次系统硬件描述模型；所述端口关联模型通过建立关联矩阵表示不同端口间的物理或逻辑连接关系；所述端口描述模型包括IED设备端口描述模型和交换机端口描述模型，IED设备端口描述模型描述各个端口所连接的光纤以及包含的逻辑节点(LN)；在IEC61850协议中，逻辑节点(Logical Node，LN)是交换数据的最小单元。
5.根据权利要求1所述的基于一二次系统关联关系的运维业务模型建模方法，其特征在于：
在步骤(4)中，逻辑节点关联模型通过建立逻辑节点间关联矩阵，描述逻辑节点间的映射关系；逻辑节点描述模型描述继电保护系统运行的测量、控制、状态以及定值信息，不同类型逻辑节点使用不同的集合或字符串表示；所述逻辑节点代表二次设备物理装置内的某项功能，或执行这一功能的某些操作，是一个由数据和方法定义的对象。
6.根据权利要求1所述的基于一二次系统关联关系的运维业务模型建模方法，其特征在于：
在步骤(5)中，按照分类对变电站运维业务进行建模，获取的各类设备的二次运维数据信息包括设备运行状态信息和设备状态信息；包括以下步骤：
5.1获取继电保护二次运维数据信息，其中，继电保护设备运行状态信息反映继电保护装置的动作情况，继电保护设备状态信息反映各个继电保护设备和回路的情况；
5.2获取测控二次运维数据信息，其中，测控运行状态信息是测控装置的实现“四遥”的功能信息，反映测控的行为动作情况；测控设备状态信息描述测控装置设备自身参数和回路情况，反映测控装置的运行健康状况；
5.3根据中国国家电网公司企业标准《Q/GDW 11202.2-2014智能变电站自动化设备检测规范》中对录波系统的要求，提取录波系统的二次运维数据信息；其中，录波系统的设备状态信息反映录波装置的自身状态、过程层和站控层网络状态；录波系统的运行状态信息反映录波系统启动情况、频率变化、开关量变化情况；
5.4根据《Q/GDW 11202.2-2014智能变电站自动化设备检测规范》中对计量系统的要求，提取计量系统的二次运维数据信息；其中，计量系统的设备状态信息反映计量装置的自身状态、过程层和站控层网络状态；计量系统的运行状态信息反映计量系统测量情况；
5.5根据《Q/GDW 11202.2-2014智能变电站自动化设备检测规范》中对同步相量测量装置PMU的要求，提取PMU的运维数据信息；其中，PMU的设备状态信息反映PMU装置的自身状态、过程层和站控层网络状态；PMU的运行状态信息反映PMU装置测量量情况以及动作、扰动、时间记录等；
5.6将以上5.1～5.5获取的继电保护、测控、录波、计量、PMU的二次运维数据信息，按照国家电网公司企业标准《Q/GDW 1396 IEC61850工程继电保护应用模型》中的物理设备、服务器、逻辑设备、逻辑节点、数据对象、数据属性的建模规则进行建模。
7.根据权利要求1所述的基于一二次系统关联关系的运维业务模型建模方法，其特征在于：
在步骤(6)，采用预配置、配置工具自动配置和手动配置的相结合的方法；预配置方法中完成一次设备的功能分配，配置工具自动配置则根据预配置的结果进行一次设备与二次设备的逻辑节点的自动关联，手动配置则弥补以上两种方法中遗漏的一二次关联关系的配置。
8.根据权利要求1所述的基于一二次系统关联关系的运维业务模型建模方法，其特征在于：
在步骤(7)中，根据国家电网公司企业标准《DL_T860.6IED通信描述语言》规范的要求进行语法、语义的规范符合性校验，从而建立包含一次模型、二次模型、一二次关联关系的、能支撑运维业务的完整IEC61850数据模型。
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