CN107591802A - 一种配网模型的抽象校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明解决了CIM模型文件难以阅读不易查觉模型中存在的错误的问题,将复杂的XML语言用易读的可视化的手段进行展示。解决了图形与模型不匹配所见非所得的问题。

Description

一种配网模型的抽象校验方法

技术领域

本发明涉及电力自动化领域，具体是一种配电自动化系统的配网模型的抽象校验方法。

背景技术

国外机构对配电网模型交互的研究主要还是在模型内容描述本身, 而对模型数据质量的校核研究不多。IEC的TC57工作组一直致力于电力系统自动化和信息系统的标准起草工作,IEC61970/61968系列标准共同定义了一种电力系统公用信息模型CIM,该模型提供了一个关于电力能量管理系统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,目前已成为电力企业应用集成的重要工具。国内方面,随着IEC61970/61968标准的引入和应用,为自动化系统之间的数据交互提供了良好的模型基础,实现了系统间松耦合的数据共享和交互,解决了信息孤岛问题。

近年来,随着国内配电自动化系统的建设推广,供电企业充分认识到,只有保证电网模型数据的质量,才能保证配网自动化系统的实用和安全稳定运行,开始大幅度提高对配电网模型描述的质量要求,模型质量检查的研究工作逐步展开。目前,这些研究主要集中在:第一,CIM文件的格式检查——是否符合XML的标准；第二,CIM文件的模式检查,即按照CIM的模式定义,去检查对应的描述文件,验证各类设备的描述信息是否符合标准的要求。但是由于配网模型与主网模型在规模和特征上都存在较大差异(配网的模型规模非常大，不可能要求每个设备的连接关系都正确)，所以如果采用和主网模型一样的校验规则来校验配网模型，那么校验出来的错误太多，现有的运维力量有限，根本不可能全部修正。所以需要针对配网的模型(尤其是连接关系)制定特殊的规则，做到“抓大放小”，将关键设备的连接关系错误分析出来，而不应对每一个设备都进行左右端连接合法性校验。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足，将省地一体化的配网图模管理及信息集成平台通过模型拼接实现省调OCS(省地一体化模型)、南网新GIS及与CSGⅡ营销管理系统的模型合并，得到涵盖主网、配网和用户信息的完整电网数据大模型。

其大模型包括：

(1)能智能处理模型合并的边界对象；

(2)作为一体化全景模型，除了为电网调度业务服务外，还集成了各专业所需参数的云南电网全模型(简称全模型)，将可以为构建应用平台之上的各类应用提供基础模型；

(3)模型导出功能。提供遵循IEC61970标准的全网模型的导出功能，可以提供给各地调。也可以提供给外网调度作更大范围的在线稳定分析计算。这里的模型是广义的，可以包括设备模型及参数；

(4)各个阶段拼接模型具备独立运行状态估计功能，通过状态估计来校验拼接的全模型/数据是否可用。当新拼接的大模型不可用时，可回退到上一可用的大模型版本。

在模型拼接工程实施中，总结了必需的模型校验和错误筛查，形成了一套非常有效的模型校验工具和错误数据筛查工具，极大地简便了模型合并过程中的异常处理。

省地一体化的配网图模管理及信息集成平台提供模型数据导出工具，将电网模型资源数据导出发布。导出的目标包括符合IEC 61970-503标准约束的CIM XML文件、E格式文件或其他的GDA服务器。在导出文件中，数据对象资源的标识采用统一编码。导出工具允许用户根据需要对模型进行导出，只导出需要的部分模型数据。导出工具具备灵活的边界切割功能，能切割出任意被授权访问的模型。

从处理顺序上看,基于配电网主站的网络模型校核总体上分为三个步骤

1总体框架、2校核项目、3核心算法。

1总体框架包括

网络模型校核主要针对配电网数据采集与监控(SCADA)模型对象, 步骤一通过配电网模型抽取完成校核对象数据初始化及待校核层次拓扑模型的构建；步骤二针对已构建好层次拓扑模型提供各种校核算法并进行必要的信息更新及消息通知；步骤三主要是面向其他配电网应用层面,由消息中心推送配电网网络模型的变化及校核结果信息。

从层次逻辑上看,基于配电网主站的网络模型校核设计可分为数据存储层、算法服务层及校核应用层三个逻辑分层。

数据存储层主要描述网络模型的校核对象,主要包括EMS中的厂站、母线、断路器、刀闸等及配电网管理系统(DMS)中的馈线、开关站、配电网母线、配电网开关、配变、负荷等.数据存储层通过配电网主站的数据访问接口为算法服务层提供数据支撑；算法服务层主要提供网络模型校核算法中涉及的各种统计服务、拓扑服务、日志服务、图形服务等；校核应用层主要展现了基于配电网主站的网络模型校核的具体应用,包括属性校核、简单拓扑校核、拓扑校核及模型变化校核等。

2校核项目

2校核项目包括

属性校核、简单拓扑校核、拓扑校核、变化校核。

3核心算法。

于三层设计架构,针对四种校核项的具体特征设计对应的算法实现.利用在数据构建阶段生成的设备信息及设备间拓扑结构、层次结构,统计分析数据完整性及拓扑正确性等内容；同时对新构建的模型与上一时间周期模型数据进行对比分析,得到层次、拓扑的具体变化, 并将变化结果通知各应用程序。

有益效果：本发明解决了CIM模型文件难以阅读不易查觉模型中存在的错误的问题,将复杂的XML语言用易读的可视化的手段进行展示。解决了图形与模型不匹配所见非所得的问题。

附图说明

图1是本发明的总体框架流程。

图2是本发明的逻辑结构。

图3是本发明的一体化校核过程。

具体实施例

为了使本发明的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效，易于明白了解、下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

1总体框架

从处理顺序上看,基于配电网主站的网络模型校核总体上分为三个步骤,如图1所示。

网络模型校核主要针对配电网数据采集与监控(SCADA)模型对象, 步骤一通过配电网模型抽取完成校核对象数据初始化及待校核层次拓扑模型的构建；步骤二针对已构建好层次拓扑模型提供各种校核算法并进行必要的信息更新及消息通知；步骤三主要是面向其他配电网应用层面,由消息中心推送配电网网络模型的变化及校核结果信息。

从层次逻辑上看,基于配电网主站的网络模型校核设计可分为数据存储层、算法服务层及校核应用层三个逻辑分层,如图2所示。

数据存储层主要描述网络模型的校核对象,主要包括EMS中的厂站、母线、断路器、刀闸等及配电网管理系统(DMS)中的馈线、开关站、配电网母线、配电网开关、配变、负荷等.数据存储层通过配电网主站的数据访问接口为算法服务层提供数据支撑；算法服务层主要提供网络模型校核算法中涉及的各种统计服务、拓扑服务、日志服务、图形服务等；校核应用层主要展现了基于配电网主站的网络模型校核的具体应用,包括属性校核、简单拓扑校核、拓扑校核及模型变化校核等。

2校核项目

具体地说,基于配电网主站的网络模型校核项目包括四种类型:属性校核、简单拓扑校核、拓扑校核和变化校核。

属性校核基于设备属性信息及层次结构，其项目包括变电站馈线数量 1000、同名、同编号设备1001、站内母线1003、开关设备1004电压等级为空的设备1003、节点号等于1的设备1004。

简单拓扑校核的依据是基于设备基础模型信息及拓扑结构直接统计，其项目包括站内未与母线相连设备2000、未拼接配电网设备的主网负荷2001、一端连接设备不小于3的开关2003、一端连接设备不小于3的配变2004、两端都连接设备的配变2005、线路末端设备的开关2006。

拓扑校核基于设备基础模型信息及拓扑结构和层次结构拓扑搜索，其项目包括形成环网的出线开关对3000、无电源点的配电网设备 3001、成环的线路集合3002、同馈线下电压等级不同的设备集合 3003。

变化校核基于两个相邻时间断面下的网络模型拓扑结构及层次结构其项目包括，不同时间层次结构变化开关4000、不同时间拓扑结构变化开关4001、不同时间层次结构变化馈线段4002、不同时间拓扑结构变化馈线段4003。

四类校核项目紧紧围绕配电网自动化及调度业务由浅到深地实现网络模型的一体化整体检查,如图3所示

属性校核从调度关注的设备名称、编号、电压等级等属性方法,统计分析出相关异常,保证网络模型的设备属性完整性；简单拓扑校核则从系统建模的角度检查设备是否建模及建模是否正确,实现系统建模的一致性检查；与简单拓扑校核不同,拓扑校核则基于拓扑搜索服务校核系统模型的拓扑连通性；变化校核则是结合两个时间断面的模型数据,进行对比分析,检查设备层次关系及拓扑关系的异动,有效跟踪设备的时序变化情况。

3核心算法

基于三层设计架构,针对四种校核项的具体特征设计对应的算法实现. 利用在数据构建阶段生成的设备信息及设备间拓扑结构、层次结构, 统计分析数据完整性及拓扑正确性等内容；同时对新构建的模型与上一时间周期模型数据进行对比分析,得到层次、拓扑的具体变化,并将变化结果通知各应用程序。

3.1属性校核

校核同名不同编号、同编号不同名设备的算法描述如下。

1)构建待校核的配电网设备(配电网开关),以设备编号为主键、名称为值,构建邻接表。

2)构建待校核的配电网设备(配电网开关),以设备名称为主键、编号为值,构建邻接表。

3)遍历邻接表T1,对每个主键key获得对应的值链表List。

4)遍历链表List,对每个名称name,检查是否相同,不同则记为同编号不同名称S1。

5)遍历邻接表T2,对每个主键key获得对应的值链表List。

6)遍历链表List,对每个编号no,检查是否相同,不同则记为同名称不同编号S2。

校核配电网设备中电压等级为空的算法描述如下。

1)构建待校核的配电网设备(配电网开关、馈线段、配变、负荷、配电网母线等)集合S。

2)遍历所有已维护的电压等级集合V。

3)对集合S中的每个设备对象d,检查其电压等级属性域v,如果v ∈V,则合法,否则记录为电压等级异常集合E。

通过属性校核可全局汇总自动化、调度运行人员所关注重点信息(例如:设备名称、设备编码、电压等级等)的异常概况,针对设备名称、编码重复、电压等级缺失等异常提供具体设备的定位、维护等手段。

3.2简单拓扑校核

校核未拼接配电网设备的主网负荷的算法描述如下。

1)构建待校核的主网负荷集合,以节点号为主键、ID为值构建映射 L。

2)构建所有根馈线段集合,以节点号为主键、ID为值构建映射S。

3)遍历L,对每个元素key,检查S是否包含key,如果S不能包含key,则记录为未能与配电网拼接上的负荷集合U。

校核一端连接设备不小于3的配电网开关的算法描述如下。

1)构建全网设备模型集合,以节点号为主键、设备ID为值构建映射 M。

2)构建待校核的配电网开关,以节点号为主键、设备ID为值构建映射C。

3)遍历C,对每个开关对象两侧的节点号n1,n2,检查集合M包含 n1,n2的设备集合S1,S2,如果S1或S2的长度大于2则记录为任何一端连接设备不小于3的配电网开关集合N。

简单拓扑校核主要用于判断设备的建模情况,根据设备的节点号直接判断各类设备是否建模及建模是否正确等,及时汇总未建模或建模异常的设备集。

3.3拓扑校核

校核形成环网的出线开关对的算法描述如下。

1)构建待校核的出线开关集合B。

2)遍历集合B,以每个出线开关b为起点,通过拓扑宽度优先搜索算法,依次向外遍历,如果遍历到其他出线开关b′,并且V不包含b′, 则记录<b,b′>为环网对,并记录b为已访问过(V)。

校核成环的线路集合的算法描述如下。

1)构建待校核的出线开关集合B。

2)对实时断面情况,获取当前断面的开关遥信状态State。

3)遍历集合B,以每个出线开关b为起点,基于开关断面State通过拓扑深度优先搜索算法,依次遍历并记录每个设备的前序设备对象preMap,并记录已访问过的设备V。

4)如果通过一个设备d可以搜索到另一个设备d′,并且d′已访问过(d′∈V),则存在环路,通过preMap回溯整个环路路径。

拓扑校核从网络模型拓扑连通性方面整体校核系统模型连接概况,主要包括环路校核、电源点校核等,可有效检查出拓扑孤岛情况。

3.4变化校核

校核不同时间层次结构变化开关的算法描述如下。

1)构建待校核的不同时间断面的配电网设备集合(配电网开关、配电网母线、馈线段、配变、配电网负荷、配电网站房等)M1,M2。

2)遍历集合M2,对任何一个设备d,检查其所属开关站、所属馈线与其在M1中的设备d′有无变化,有变化的则记录为C。

校核不同时间拓扑结构变化开关的算法描述如下。

1)构建待校核的不同时间断面的配电网设备集合(配电网开关、配电网母线、馈线段、配变、配电网负荷等),以设备ID为主键,直接相连的其他设备集合为值构建M1M2。

2)遍历集合M2,对任何一个设备d,检查其关联的设备集合S2与其在M1中的设备d′关联的设备集合S1有无变化,有变化的则记录为C。

变化校核基于不同时间断面分析设备层次关系和拓扑关系的变化情况,主要针对设备的异动过程进行校核。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种配网模型的抽象校验方法，其特征在于，设计了一种抽象数学模型基于IEC61970的配电网模型文件的格式和模式检查，对配电网模型文件进行XML格式文件检查,是否符合XML语法的标准和要求，用以描述电网的拓扑结构(点线模型)，在抽象数据模型中将站房和T接点抽象为拓扑点,将拓扑点间的连接抽象为拓扑连接线，在点线模型中,没有设备的描述,开关、刀闸、馈线段导电设备将被略去,以图形的方式生动形象实现局部分析，分析结果保存为EXCEL文件格式,每页的分析结果按照分区、馈线或厂站进行逐级分层展示,分析结果清晰易懂，拓扑分析结果分为拓扑成环错误、母线直连错误、拓扑孤岛错误，每页的分析结果按照馈线设备逐级分展展示,分析结果可保存为EXCEL文件格式，模型的电网拓扑数据与模型的电网逻辑描述相比更加难以理解,不易用文字语言的方式进行表述,更适合于用图形化的形式展示，在模型拓扑查错误分析中,首先将复杂的配电网络结构进行数学模型的高度抽象,然后采用全网拓扑分析与局部拓扑分析相结合的方式,精准的查找出模型中的拓扑联络错误。可视化手段使得不需要阅读复杂的文字信息,通过图形可快速高效的理解拓扑分析结果，本项目解决了CIM模型文件难以阅读不易查觉模型中存在的错误的问题,将复杂的XML语言用易读的可视化的手段进行展示。解决了图形与模型不匹配所见非所得的问题，在本专利中配电网主站的网络模型校核总体分为三个步骤1总体框架、2校核项目、3核心算法。

2.根据权利要求1所述一种配网模型的抽象校验方法，其特征在于，其所述1总体框架包括网络模型校核主要针对配电网数据采集与监控(SCADA)模型对象,步骤一通过配电网模型抽取完成校核对象数据初始化及待校核层次拓扑模型的构建；步骤二针对已构建好层次拓扑模型提供各种校核算法并进行必要的信息更新及消息通知；步骤三主要是面向其他配电网应用层面,由消息中心推送配电网网络模型的变化及校核结果信息，

从层次逻辑上看,基于配电网主站的网络模型校核设计可分为数据存储层、算法服务层及校核应用层三个逻辑分层，

数据存储层主要描述网络模型的校核对象,主要包括EMS中的厂站、母线、断路器、刀闸及配电网管理系统(DMS)中的馈线、开关站、配电网母线、配电网开关、配变、负荷.数据存储层通过配电网主站的数据访问接口为算法服务层提供数据支撑；算法服务层主要提供网络模型校核算法中涉及的各种统计服务、拓扑服务、日志服务、图形服务；校核应用层主要展现了基于配电网主站的网络模型校核的具体应用,包括属性校核、简单拓扑校核、拓扑校核及模型变化校核。

3.根据权利要求1所述一种配网模型的抽象校验方法，其特征在于，所述2校核项目包括属性校核、简单拓扑校核、拓扑校核和变化校核，属性校核基于设备属性信息及层次结构，其项目包括变电站馈线数量1000、同名、同编号设备1001、站内母线1003、开关设备1004电压等级为空的设备1003、节点号等于1的设备1004；

简单拓扑校核的依据是基于设备基础模型信息及拓扑结构直接统计，其项目包括站内未与母线相连设备2000、未拼接配电网设备的主网负荷2001、一端连接设备不小于3的开关2003、一端连接设备不小于3的配变2004、两端都连接设备的配变2005、线路末端设备的开关2006；

拓扑校核基于设备基础模型信息及拓扑结构和层次结构拓扑搜索，其项目包括形成环网的出线开关对3000、无电源点的配电网设3001、成环的线路集合3002、同馈线下电压等级不同的设备集合3003；

变化校核基于两个相邻时间断面下的网络模型拓扑结构及层次结构其项目包括，不同时间层次结构变化开关4000、不同时间拓扑结构变化开关4001、不同时间层次结构变化馈线段4002、不同时间拓扑结构变化馈线段4003；

四类校核项目紧紧围绕配电网自动化及调度业务由浅到深地实现网络模型的一体化整体检查,

属性校核从调度关注的设备名称、编号、电压等级等属性方法,统计分析出相关异常,保证网络模型的设备属性完整性；简单拓扑校核则从系统建模的角度检查设备是否建模及建模是否正确,实现系统建模的一致性检查；与简单拓扑校核不同,拓扑校核则基于拓扑搜索服务校核系统模型的拓扑连通性；变化校核则是结合两个时间断面的模型数据,进行对比分析,检查设备层次关系及拓扑关系的异动,有效跟踪设备的时序变化情况。

4.根据权利要求1所述一种配网模型的抽象校验方法，其特征在于，基于三层设计架构,针对四种校核项的具体特征设计对应的算法实现.利用在数据构建阶段生成的设备信息及设备间拓扑结构、层次结构,统计分析数据完整性及拓扑正确性等内容；同时对新构建的模型与上一时间周期模型数据进行对比分析,得到层次、拓扑的具体变化,并将变化结果通知各应用程序，

3.1属性校核

校核同名不同编号、同编号不同名设备的算法描述如下，

1)构建待校核的配电网设备(配电网开关),以设备编号为主键、名称为值,构建邻接表；

2)构建待校核的配电网设备(配电网开关),以设备名称为主键、编号为值,构建邻接表；

3)遍历邻接表T1,对每个主键key获得对应的值链表List；

4)遍历链表List,对每个名称name,检查是否相同,不同则记为同编号不同名称S1；

5)遍历邻接表T2,对每个主键key获得对应的值链表List；

6)遍历链表List,对每个编号no,检查是否相同,不同则记为同名称不同编号S2，

校核配电网设备中电压等级为空的算法描述如下

1)构建待校核的配电网设备(配电网开关、馈线段、配变、负荷、配电网母线等)集合S；

2)遍历所有已维护的电压等级集合V；

3)对集合S中的每个设备对象d,检查其电压等级属性域v,如果v∈V,则合法,否则记录为电压等级异常集合E；

通过属性校核可全局汇总自动化、调度运行人员所关注重点信息(例如:设备名称、设备编码、电压等级等)的异常概况,针对设备名称、编码重复、电压等级缺失异常提供具体设备的定位、维护等手段，

3.2简单拓扑校核

校核未拼接配电网设备的主网负荷的算法描述如下

1)构建待校核的主网负荷集合,以节点号为主键、ID为值构建映射L；

2)构建所有根馈线段集合,以节点号为主键、ID为值构建映射S；

3)遍历L,对每个元素key,检查S是否包含key,如果S不能包含key,则记录为未能与配电网拼接上的负荷集合U；

校核一端连接设备不小于3的配电网开关的算法描述如下

1)构建全网设备模型集合,以节点号为主键、设备ID为值构建映射M；

2)构建待校核的配电网开关,以节点号为主键、设备ID为值构建映射C；

3)遍历C,对每个开关对象两侧的节点号n1,n2,检查集合M包含n1,n2的设备集合S1,S2,如果S1或S2的长度大于2则记录为任何一端连接设备不小于3的配电网开关集合N；

简单拓扑校核主要用于判断设备的建模情况,根据设备的节点号直接判断各类设备是否建模及建模是否正确,及时汇总未建模或建模异常的设备集，

3.3拓扑校核

校核形成环网的出线开关对的算法描述如下

1)构建待校核的出线开关集合B；

2)遍历集合B,以每个出线开关b为起点,通过拓扑宽度优先搜索算法,依次向外遍历,如果遍历到其他出线开关b′,并且V不包含b′,则记录<b,b′>为环网对,并记录b为已访问过(V)，

校核成环的线路集合的算法描述如下

1)构建待校核的出线开关集合B；

2)对实时断面情况,获取当前断面的开关遥信状态State；

3)遍历集合B,以每个出线开关b为起点,基于开关断面State通过拓扑深度优先搜索算法,依次遍历并记录每个设备的前序设备对象preMap,并记录已访问过的设备V；

4)如果通过一个设备d可以搜索到另一个设备d′,并且d′已访问过(d′∈V),则存在环路,通过preMap回溯整个环路路径。

拓扑校核从网络模型拓扑连通性方面整体校核系统模型连接概况,主要包括环路校核、电源点校核,可有效检查出拓扑孤岛情况，

3.4变化校核

1.校核不同时间层次结构变化开关的算法描述如下

1)构建待校核的不同时间断面的配电网设备集合(配电网开关、配电网母线、馈线段、配变、配电网负荷、配电网站房)M1,M2；

2)遍历集合M2,对任何一个设备d,检查其所属开关站、所属馈线与其在M1中的设备d′有无变化,有变化的则记录为C，

2.校核不同时间拓扑结构变化开关的算法描述如下

1)构建待校核的不同时间断面的配电网设备集合(配电网开关、配电网母线、馈线段、配变、配电网负荷),以设备ID为主键,直接相连的其他设备集合为值构建M1M2；

2)遍历集合M2,对任何一个设备d,检查其关联的设备集合S2与其在M1中的设备d′关联的设备集合S1有无变化,有变化的则记录为C；

变化校核基于不同时间断面分析设备层次关系和拓扑关系的变化情况,主要针对设备的异动过程进行校核。