CN108763399B - 一种适用于含d-pmu的配电网多源数据建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于含D‑PMU的配电网多源数据建模方法，属于电力工程技术领域；将D‑PMU拆分成CIM中已经存在的量测值模块、连接设备至量测端的终端模块和设备模块，整理归类后增加CIM中缺失的同步时钟模块、守时模块、同步相量测量模块。对模块与模块之间进行关联，增加设备模块与终端模块之间的关联、终端模块与量测模块之间的关联；建立配电网量测数据采集系统D‑PMU、SCADA、故障滤波、计量数据、营销数据、GIS数据、光伏的模型，涵盖“变电站—10kV馈线—配变—低压线路—用电客户”的配用电网一体化模型。为智能电网的高级决策应用提供更完善的数据基础，实现配电网全信息化。

Description

一种适用于含D-PMU的配电网多源数据建模方法

技术领域

本发明涉及一种适用于含D-PMU的配电网多源数据建模方法，属于电力工程技术领域。

背景技术

随着分布式电源和电动汽车等柔性负荷的大规模接入以及用户与电网频繁互动，用户侧出现了电源与负荷交织融合的现象，配电网电力电子化趋势更加明显且节点之间相角差别细微，配电网数据监测与决策控制的难度日益增加。芯片化、低成本、高精度和高采样率的微型同步相量测量装置(D-PMU)的出现，可以采集配电网带时标的相量数据，较好地解决了配电网数据监测的技术难点。

在电力行业信息化建设中，随着智能表计大规模推广应用以及电网精益化管理带来的配用电数据爆炸性增长，配电网领域的信息系统数量众多，业务复杂，往往需要贯穿多个信息系统实现数据共享。但电力信息大多数仅仅面向某一部门的需要，往往导致数据共享性差，系统集成度不高以至出现多个信息“孤岛”，给信息共享带来困难，同时引起重复建设，浪费资金。造成这种状态的主要原因是缺乏数据一致性、准确性及时效性要求的数据标准化规范。

统一的数据规范是配电网数据共享的关键，数据信息交互涵盖D-PMU、GIS系统、光伏系统、配电自动化系统等，目前配电网CIM还不够完善，相关模型缺乏，部分信息在现有的CIM中并没有对应描述，需要增加新的类来进行补充。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种可以使配电网不同应用系统的数据实现交换与共享的适用于含D-PMU的配电网多源数据建模方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该方法包括以下步骤：

步骤1：基于CIM建立配电网D-PMU的D-PMU包。

步骤2：通过差异化分析，继承CIM中Core包、Meas包中相关类，并建立映射关系。

步骤3：通过差异化分析，确定D-PMU、GIS、光伏系统的扩展类，并使扩展类与既有类建立映射关系。

步骤4：扩展类通过映射关系继承来自父类的属性，通过差异化分析，在既有属性的基础上为扩展类增加新的属性。

步骤5：将建立的D-PMU、GIS、光伏系统的CIM模型解析为XML语言，从而验证所建模型的正确性。

作为优选，所述步骤1中，在IEC61970和IEC61968系列标准基础上进行CIM扩展时，需要保持原有CIM模型的完整性，不能在原有的包中进行扩展，针对不同的扩展对象要建立不同的包。

作为优选，所述步骤2中，差异化分析即为对电网的所建模型进行分析，抽象出相应的类和属性，并与标准CIM模型相比对，找出它们之间的异同点，相同的地方进行类的继承，不同的地方进行类的扩展。

作为优选，所述步骤3中，在扩展新的类时，首先要在标准CIM模型中找到对应的类，然后继承而来。

作为优选，所述步骤5中，可扩展置标语言(XML)是万维网联盟(W3C)创建的一组规范。

作为优选，所述PMU整个装置可以分为传感器、滤波器、A/D转换器、采集装置、处理装置、通信链路、相量测量单元装置、时钟同步单元装置、守时模块；被采集的模拟量通过电压、电流传感器输出的二次信号中包含高次谐波，采用滤波器对其进行滤波，通过A/D转换器把量测信号转换为数字量上传给相量测量单元，相量测量单元由采集装置和数据处理装置组成，同时关联时钟同步单元，使得线路电流电压获得实时相角，时钟同步单元关联守时模块，可以维持系统采集脉冲的稳定性。终端将采集得到的线路电压电流相量数据传送至量测包。同时，根据所扩展这些模块的性质对原有包中进行类和属性的扩展。

作为优选，所述时钟同步单元装置中设有接受方式单元、接受频道单元、接受敏感度单元、时间转换单元、脉冲转换单元、国际标准时间单元；时钟同步单元装置用来产生数据采集所需要的同步采样脉冲和为每个采集终端提供高精度的同步时钟源，还将时钟同步单元还将国际标准时间转换为北京时间，同步时钟处理模块将处理后获取的时间和同步脉冲信息送至相量测量模块。

作为优选，所述守时模块中设有GPS监控信息单元、同步采样转换单元、同步采样脉冲单元和报警信号单元；所述守时模块当卫星失去锁定时，守时模块就代替同步卫星，产生一个与卫星锁定情况下严格同步、同相位的本地脉冲信号，并修正由于卫星失步造成的时间误差，去除不良数据。

作为优选，所述相量测量单元装置中设有同步采样时钟单元、数据传输率单元、GPS时间信息单元、GPS状态信息单元、相角单元、时间戳单元；所述相量测量单元装置用于进行同步相量的测量输出以及记录整个系统的动态变化，由数据采样单元和处理单元组成，把处理后的同步采样数据通过终端上传至主站，完成同步相量的采集与测量。

作为优选，所述步骤5中GIS数据模型盖涵核心包、电线包、拓扑包、量测包、停运包和SCADA包中的相关类，GIS数据模型是在分布式计算环境上转换、传输、集成各级电力企业的配电网的信息交换模型。

所述步骤5的光伏系统中光伏电站主要由太阳能电池方阵、控制器、储能单元和逆变器等系统组成。PVCell为光伏电池单元类，PVCell按需进行串并联后组成光伏阵列PVArray，因此二者呈聚集关系，并均继承于CIM标准模型中的导电设备。PVArray通过逆变器将PV阵列输出的直流电转换为交流电供电力系统使用，并聚合到光伏发电单元。

本发明的原理：将D-PMU拆分成CIM中已经存在的量测值模块、连接设备至量测端的终端模块和设备模块，整理归类后增加CIM中缺失的同步时钟模块、守时模块、同步相量测量模块。对模块与模块之间进行关联，增加设备模块与终端模块之间的关联、终端模块与量测模块之间的关联。

本发明的操作过程为：建立配电网模型中的配变组合模型，建立配电网量测数据采集系统D-PMU、SCADA、故障滤波、计量数据、营销数据、GIS数据、光伏的模型，涵盖“变电站—10kV馈线—配变—低压线路—用电客户”的配用电网一体化模型，为配电网提供统一的数据格式，便于配电网各系统之间数据共享，实现跨系统数据间业务协同，提升配电网辅助决策与计算分析的精度，满足统一决策分析的需要。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：提供了一种含D-PMU的配电网多源异构数据建模方法，在统一的数据模型基础上，使D-PMU、光伏数据、GIS数据等系统进行数据交换和共享，提升了配电网的可用性，为智能电网的高级决策应用提供更完善的数据基础，实现配电网全信息化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明流程图；

图2为本发明D-PMU的CIM模型图；

图3为本发明GIS的CIM模型图；

图4为本发明光伏发电的CIM模型图.

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

参看如图1--图4所示，本具体实施方式包括以下步骤：

步骤1：基于CIM建立配电网D-PMU的D-PMU包。在IEC61970和IEC61968系列标准基础上进行CIM扩展时，需要保持原有CIM模型的完整性，不能在原有的包中进行扩展，针对不同的扩展对象要建立不同的包。本发明主要扩展了D-PMU包。

步骤2：通过差异化分析，继承CIM中Core包、Meas包中相关类，并建立映射关系。差异化分析即为对电网的所建模型进行分析，抽象出相应的类和属性，并与标准CIM模型相比对，找出它们之间的异同点，相同的地方进行类的继承，不同的地方进行类的扩展。差异化分析的主要目的，在于提高已有模型的利用率，减少重复设置类或属性而带来的模型及数据冗余，提高应用程序运行时的工作效率。

在建立模型特别是在扩展模型时，若没有经过仔细的差异化分析，不详细梳理已有模型和待扩展部分的异同，而直接将待扩展部分全部直接作为扩展部分添加到已有模型中，最终在应用时，将导致数据转换工作量激增，并且在类或属性的上下隶属关系、组织结构上也将造成混乱。

步骤3：通过差异化分析，确定D-PMU、GIS、光伏系统的扩展类，并使扩展类与既有类建立映射关系。在扩展新的类时，首先要在标准CIM模型中找到对应的类，然后继承而来。例如在光伏发电系统建模中，扩展光伏阵列的运行控制系统时，先从CIM中找到Controller类，由于Controller类中没有光伏特有的一些属性，所以需要新扩展属性，为了不破坏原有CIM的结构，采用继承方式，以Controller类为父类，新建PVArrayController类为子类并扩展属性。

步骤4：扩展类通过映射关系继承来自父类的属性，通过差异化分析，在既有属性的基础上为扩展类增加新的属性。扩展类的属性时，扩展属性过程中，要充分考虑到信息支撑平台对电网稳态分析、暂态分析、动态分析、规划分析和生产管理的应用支撑。比如光伏发电系统模型中为光伏阵列的运行控制系统建模而扩展的父类控制系统，在属性扩展时应包含稳态分析、暂态分析、动态分析等基本应用需要用到的全部参数。

步骤5：将建立的D-PMU、GIS、光伏系统的CIM模型解析为XML语言，从而验证所建模型的正确性。可扩展置标语言(XML)是万维网联盟(W3C)创建的一组规范，它不仅可以用来描述配置信息，还可以用来作为数据交换规范。将所建立的CIM模型转化为XML文档储存在数据库中，方便调用。

其中，PMU整个装置可以分为传感器(Sensor)、滤波器(Filter)、A/D转换器(A/DConverter)、采集装置(Sampling)、处理装置(Processor)、通信链路(CommunicationLink)、相量测量单元装置(PhaseMeter)、时钟同步单元装置(TimeSynchronization)、守时模块(TimeKeeping)。被采集的模拟量通过电压、电流传感器输出的二次信号中包含高次谐波，采用滤波器对其进行滤波，通过A/D转换器把量测信号转换为数字量上传给相量测量单元，相量测量单元由采集装置和数据处理装置组成，同时关联时钟同步单元，使得线路电流电压获得实时相角，时钟同步单元关联守时模块，可以维持系统采集脉冲的稳定性。终端将采集得到的线路电压电流相量数据传送至量测包(Meas)。同时，根据所扩展这些模块的性质对原有包中进行类和属性的扩展。

所述时钟同步单元装置中设有接受方式单元、接受频道单元、接受敏感度单元、时间转换单元、脉冲转换单元、国际标准时间单元；时钟同步单元装置用来产生数据采集所需要的同步采样脉冲和为每个采集终端提供高精度的同步时钟源，还将时钟同步单元还将国际标准时间(UTC)转换为北京时间，同步时钟处理模块将处理后获取的时间和同步脉冲信息送至相量测量模块。

所述守时模块中设有GPS监控信息单元、同步采样转换单元、同步采样脉冲单元和报警信号单元；所述守时模块当卫星失去锁定时，守时模块就代替同步卫星，产生一个与卫星锁定情况下严格同步、同相位的本地脉冲信号，并修正由于卫星失步造成的时间误差，去除不良数据。

所述相量测量单元装置中设有同步采样时钟单元、数据传输率单元、GPS时间信息单元、GPS状态信息单元、相角单元、时间戳单元；所述相量测量单元装置用于进行同步相量的测量输出以及记录整个系统的动态变化，由数据采样单元和处理单元组成，把处理后的同步采样数据通过终端上传至主站，完成同步相量的采集与测量。

所述GIS数据模型盖涵核心(Core)包、电线(Wires)包、拓扑(Topology)包、量测(Meas)包、停运(Outage)包和SCADA包中的相关类，GIS数据模型是在分布式计算环境上转换、传输、集成各级电力企业的配电网的信息交换模型。

所述光伏系统中光伏电站主要由太阳能电池方阵、控制器、储能单元和逆变器等系统组成。PVCell为光伏电池单元类，PVCell按需进行串并联后组成光伏阵列PVArray，因此二者呈聚集关系，并均继承于CIM标准模型中的导电设备(ConductingEquipment)。PVArray通过逆变器(RectifierInverter)将PV阵列输出的直流电转换为交流电供电力系统使用，并聚合到光伏发电单元。光伏阵列的运行控制系统由类PVArrayController来描述，继承自描述控制系统的类ControlSystemBlock。太阳追踪控制系统(SunTrackController)用来控制光伏阵列方向角，该模块继承于CIM中的Equipment类。本具体实施方式中扩展汇流箱类JunctionBox，是大型光伏电站中不可或缺的设备，可以将多路光伏阵列同时接入，并对其进行量测和控制。

光伏曲线PVCurve和太阳强度预测曲线SolarIrradiationForecastCurve用来描述光伏电池的各种特性曲线和记录太阳强度预测信息，从CurveSchedule类继承。本具体实施发那个是中扩展了气象信息类MeteorologicalInformation，可以存放天气信息，是伏安曲线的必备数据。光伏阵列在发电运行时可成为发电机组，因此类PVArray与类PVGeneratingUnit有关联关系。

PVPlant类从电厂Plant类继承，由一个或多个光伏发电单元聚集而成，用于描述光伏电站模型，一个光伏电站可以通过太阳强度预测实现能量转换，光伏发电机组可以用来能量调度，因此二者与PVPlant是聚集关系。

在现有配电自动化系统、GIS系统、光伏系统，引入D-PMU的CIM模型，使得配电网不同应用系统的数据实现交换与共享。为配电网提供统一的数据格式，便于配电网各系统之间数据共享，实现跨系统数据间业务协同，提升配电网辅助决策与计算分析的精度，满足统一决策分析的需要。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种适用于含D-PMU的配电网多源数据建模方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤1：基于CIM建立配电网D-PMU的D-PMU包；

步骤2：通过差异化分析，继承CIM中Core包、Meas包中相关类，并建立映射关系；

步骤3：通过差异化分析，确定D-PMU、GIS、光伏系统的扩展类，并使扩展类与既有类建立映射关系；

步骤4：扩展类通过映射关系继承来自父类的属性，通过差异化分析，在既有属性的基础上为扩展类增加新的属性；

步骤5：将建立的D-PMU、GIS、光伏系统的CIM模型解析为XML语言，从而验证所建模型的正确性；GIS数据模型盖涵核心包、电线包、拓扑包、量测包、停运包和SCADA包中的相关类，GIS数据模型是在分布式计算环境上转换、传输、集成各级电力企业的配电网的信息交换模型；

D-PMU装置可以分为传感器、滤波器、A/D转换器、采集装置、处理装置、通信链路、相量测量单元装置、时钟同步单元装置、守时模块；被采集的模拟量通过电压、电流传感器输出的二次信号中包含高次谐波，采用滤波器对其进行滤波，通过A/D转换器把量测信号转换为数字量上传给相量测量单元，相量测量单元由采集装置和数据处理装置组成，同时关联时钟同步单元，使得线路电流电压获得实时相角，时钟同步单元关联守时模块，可以维持系统采集脉冲的稳定性；终端将采集得到的线路电压电流相量数据传送至量测包；同时，根据所扩展这些模块的性质对原有包中进行类和属性的扩展；

所述相量测量单元装置中设有同步采样时钟单元、数据传输率单元、GPS时间信息单元、GPS状态信息单元、相角单元、时间戳单元；所述相量测量单元装置用于进行同步相量的测量输出以及记录整个系统的动态变化，由数据采样单元和处理单元组成，把处理后的同步采样数据通过终端上传至主站，完成同步相量的采集与测量；

建模方法的原理：将D-PMU拆分成CIM中已经存在的量测值模块、连接设备至量测端的终端模块和设备模块，整理归类后增加CIM中缺失的同步时钟模块、守时模块、同步相量测量模块；对模块与模块之间进行关联，增加设备模块与终端模块之间的关联、终端模块与量测模块之间的关联，所述建模方法的操作过程为：建立配电网模型中的配变组合模型，建立配电网量测数据采集系统D-PMU、SCADA、故障滤波、计量数据、营销数据、GIS数据、光伏的模型，涵盖“变电站—10kV馈线—配变—低压线路—用电客户”的配用电网一体化模型。

2.根据权利要求1所述的一种适用于含D-PMU的配电网多源数据建模方法，其特征在于：所述步骤1中，在IEC61970和IEC61968系列标准基础上进行CIM扩展时，保持原有CIM模型的完整性，不能在原有的包中进行扩展，针对不同的扩展对象要建立不同的包。

3.根据权利要求1所述的一种适用于含D-PMU的配电网多源数据建模方法，其特征在于：所述步骤2中，差异化分析即为对电网的所建模型进行分析，抽象出相应的类和属性，并与标准CIM模型相比对，找出它们之间的异同点，相同的地方进行类的继承，不同的地方进行类的扩展。

4.根据权利要求1所述的一种适用于含D-PMU的配电网多源数据建模方法，其特征在于：所述步骤3中，在扩展新的类时，首先要在标准CIM模型中找到对应的类，然后继承而来。

5.根据权利要求1所述的一种适用于含D-PMU的配电网多源数据建模方法，其特征在于：所述步骤5中，可扩展置标语言是万维网联盟创建的一组规范。

6.根据权利要求1所述的一种适用于含D-PMU的配电网多源数据建模方法，其特征在于：所述时钟同步单元装置中设有接受方式单元、接受频道单元、接受敏感度单元、时间转换单元、脉冲转换单元、国际标准时间单元；时钟同步单元装置用来产生数据采集所需要的同步采样脉冲和为每个采集终端提供高精度的同步时钟源，还将时钟同步单元还将国际标准时间转换为北京时间，同步时钟处理模块将处理后获取的时间和同步脉冲信息送至相量测量模块。

7.根据权利要求1所述的一种适用于含D-PMU的配电网多源数据建模方法，其特征在于：所述守时模块中设有GPS监控信息单元、同步采样转换单元、同步采样脉冲单元和报警信号单元；所述守时模块当卫星失去锁定时，守时模块就代替同步卫星，产生一个与卫星锁定情况下严格同步、同相位的本地脉冲信号，并修正由于卫星失步造成的时间误差，去除不良数据。

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