CN114201844A - 一种基于iec61850标准的水电站全景建模方法 - Google Patents

一种基于iec61850标准的水电站全景建模方法 Download PDF

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金岩磊
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Abstract

本发明公开一种基于IEC61850标准的水电站全景建模方法,包括如下步骤:1)对水电站内设备和应用系统数据进行特征抽取,基于IEC61850标准形成设备模型、测点模型和应用系统数据模型,并建立设备模型到测点模型的关联关系;2)以设备模型为基础模型,提取各应用系统数据模型中的关键信息,合并到设备模型中,作为全景核心模型;3)建立全景核心模型的对象GID,并补充到各专业应用模型中,形成以GID为关键字的全景模型框架;4)对全景模型框架的数据进行分类,并提供数据读写服务功能,完成水电站全景模型的构建。该方法满足了水电站数据中心跨部门、跨专业的业务协同需求,节省了建设成本和运维成本,提升了应用分析能力和运维智能化水平。

Description

一种基于IEC61850标准的水电站全景建模方法
技术领域
本发明涉及水电站数据中心技术领域,尤其涉及水电站数据中心数据模型建设技术。
背景技术
随着信息技术在水电站运行领域应用的不断深入,为满足水电站运行需要和解决特定的设备运行管理问题,建立了大量的技术支持(应用)系统,目前基本建成了满足采集监测、业务管理、分析指挥等多层次应用需求的信息化支撑体系,取得了良好成效。这些系统功能各有侧重,所管理的信息既有交集、也存在差异和互补的内容。由于建设时间和采用技术的不同,各系统的信息描述方式、数据对象标识自成体系,虽单个应用的功能需求得到满足,但也形成了信息共享困难、难以支撑数据综合分析利用的信息孤岛。
随着水电站的发展和管理要求的提高,各个专业应用之间、与公司其他部门之间、上下级之间的信息共享和协作的要求越来越高,信息系统的孤岛形态就显得尤为突出。由于各个专业系统都有自己的数据模型,数据多源重复生成、交叉存储,且数据模型的构建不完整、不统一,缺乏统一数据标准,导致数据难以得到综合利用,不能很好地为决策分析提供支撑,也无法充分发挥多业务系统数据协同的信息化优势。
发明内容
为了解决目前水电站内各系统数据模型不完整、不统一、缺乏统一标准的问题,本发明提出了一种基于IEC61850标准的水电站全景建模方法,基于IEC61850标准构建信息规范全面、数据关系清晰、服务实时高效的水电站全景模型,满足水电站数据中心跨部门、跨专业的数据贯通与业务协同的功能需求。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种基于IEC61850标准的水电站全景建模方法,包括以下步骤:
1)对水电站内关键设施、一次设备、二次设备和各应用系统数据进行特征抽取,基于IEC61850标准形成面向对象的设备模型、测点模型和各应用系统数据模型,并建立设备模型到测点模型的关联关系;
2)以面向对象的设备模型为基础模型,提取各应用系统数据模型中的关键信息,合并到设备模型中,剔除合并后设备模型中存在的重复信息,作为全景核心模型;
3)使用全局标识GID生成工具,按照预先设定的规则生成全景核心模型的对象GID,各应用系统使用全景核心模型提供的GID查询服务,得到全景核心模型的对象GID,补充到各应用系统数据模型中,形成以GID为关键字的全景模型框架;
4)对全景模型框架的数据进行分类,并提供数据读写服务功能,完成水电站全景模型的构建;其中全景模型框架的数据分为基础信息、台账信息、功能配置信息和动态数据信息,动态数据信息又分为实时采集数据、计算数据、历史采样数据和历史统计数据。
进一步,步骤1)是使用水电站监控系统提供的数据源,基于IEC61850标准中所定义的逻辑节点LN,将水电站内关键设施和一次设备抽象为不同类型的数据模型,各类型的数据模型合称为设备模型,其中关键设施和一次设备包括:水电领域的水电机组、水轮机系统、轴承系统、发电机系统、励磁系统、调速器系统、辅助油系统、辅助水系统、辅助气系统、大坝、闸门以及升压站的变压器、开关刀闸、线路、电压互感器、电流互感器、电动机、避雷器、电容电抗器。
进一步,步骤1)所述的二次设备是指对水电站内一次设备进行监察、测量、控制、保护、调节的设备,包括:继电保护及自动装置、测量表计、控制和信号装置、在线监测装置、可编程逻辑控制器PLC,将这些二次设备所采集的信息点划分为遥测、遥控、遥脉和遥信类型,这些二次设备及其所采集的信息点构成测点模型。
进一步,步骤1)中设备模型到测点模型的关联关系包括1对1单向引用关系、1对1双向引用关系、1对n双向引用关系,引用关系是非共生关系。
进一步,步骤2)中根据IEC61850标准中逻辑节点LN所包含的数据对象DO定义,从各应用系统数据模型中提取与DO定义对应的属性作为关键信息。
进一步,步骤3)中全景核心模型的对象GID是字符串数据类型,在全景核心模型中唯一存在,是根据水电站提供的格式和生成规则生成,同一个对象每次生成的GID是相同的,对象被删除后,对应的GID被废除,不会被重新使用。
进一步,步骤4)中对全景模型框架中的数据进行分类,采用不同的方式存储,并提供数据读写服务功能,其中基础信息、功能配置信息、实时采集数据、计算数据存放在实时数据库中,采用内存装载机制,数据更新和访问达到毫秒级;台账信息、历史采样数据和历史统计数据存放在关系数据库中,数据更新达到分钟级,支持秒级数据查询。
采用本发明所述方法,基于IEC61850标准实现了水电站内水电机组、升压站设备、水情水文、大坝、通航等不同业务领域模型、对象及数据的互联共享,建立了信息交互渠道,达到了水电站数据中心跨部门、跨专业的数据贯通与业务协同的目的,节省了水电站数据中心建设成本和水电站运维成本,提升了水电站应用分析能力和运维智能化水平。
附图说明
图1是水电站全景建模方法的流程示意图;
图2是水电机组核心数据结构;
图3是水电站全景核心模型示意图;
图4是使用集团公司编码规范的编码示例。
具体实施方式
下面以水电站数据中心建设多应用系统数据集成为例,介绍基于IEC61850标准的水电站全景建模的具体实施方式。
本发明一种基于IEC61850标准的水电站全景建模方法,包括以下步骤:
第一步:对水电站内关键设施、一次设备、二次设备和各应用系统数据进行特征抽取,基于IEC61850标准形成面向对象的设备模型、测点模型和各应用系统数据模型。其中,使用水电站监控系统提供的数据源对站内关键设施、一次设备、二次设备进行特征抽取和建模,同时还对站内各应用系统数据进行信息抽取。在信息抽取过程中,基于IEC61850标准中所定义的逻辑节点LN,将水电站内关键设施和一次设备抽象为不同类型的数据模型,各类型的数据模型合称为设备模型,其中关键设施和一次设备包括:水电领域的水电机组、水轮机系统、轴承系统、发电机系统、励磁系统、调速器系统、辅助油系统、辅助水系统、辅助气系统、大坝、闸门以及升压站的变压器、开关刀闸、线路、电压互感器、电流互感器、电动机、避雷器、电容电抗器;将水电站内二次设备及其采集信息抽象为测点模型,其中二次设备是指对水电站内一次设备进行监察、测量、控制、保护、调节的设备,包括:继电保护及自动装置、测量表计、控制和信号装置、在线监测装置、可编程逻辑控制器PLC,并将这些二次设备所采集的信息点划分为遥测、遥控、遥脉和遥信类型。建立设备模型到测点模型的关联关系,设备模型到测点模型的关联关系包括1对1单向引用关系、1对1双向引用关系、1对n双向引用关系,引用关系是非共生关系。
第二步:以面向对象的设备模型为基础模型,根据IEC61850标准中逻辑节点LN所包含的数据对象DO定义,从各应用系统数据模型中提取与DO定义对应的属性作为关键信息,合并到设备模型中,剔除合并后设备模型中存在的重复信息,作为全景核心模型。
第三步:使用全局标识GID生成工具,按照预先设定的规则生成全景核心模型的对象GID,该GID是字符串数据类型,在全景核心模型中唯一存在,是根据水电站提供的格式和生成规则生成,同一个对象每次生成的GID是相同的,对象被删除后,对应的GID被废除,不会被重新使用。各应用系统使用全景核心模型提供的GID查询服务,得到全景核心模型的对象GID,补充到各应用系统数据模型中,形成以GID为关键字的全景模型框架;
第四步:对全景模型框架的数据进行分类,并提供数据读写服务功能,完成水电站全景模型的构建。其中全景模型框架的数据分为基础信息、台账信息、功能配置信息和动态数据信息,动态数据信息又分为实时采集数据、计算数据、历史采样数据和历史统计数据。不同的模型数据采用不同的存储方式,其中基础信息、功能配置信息、实时采集数据、计算数据存放在实时数据库中,采用内存装载机制,数据更新和访问达到毫秒级;台账信息、历史采样数据和历史统计数据存放在关系数据库中,数据更新达到分钟级,支持秒级数据查询。
如图1所示,该建模方法主要分四步:
步骤S1是对水电站内关键设施、一次设备、二次设备和各应用系统数据进行特征抽取,基于IEC61850标准形成面向对象的设备模型、测点模型和各应用系统数据模型。其中,使用水电站监控系统提供的数据源对站内一次设备、二次设备进行特征抽取和建模,在模型建设过程中,基于IEC61850标准中所定义的逻辑节点LN,将水电站内关键设施和重要一次设备抽象为设备模型,将水电站内二次设备及其所采集的信息点抽象为测点模型,并建立设备模型到测点模型的关联关系。
这里,所述一次设备是指发、输、配电的主系统上所使用的设施和设备,包括:水电站大坝、闸门、水电机组及其辅助设备、升压站设备及辅控设备;所述二次设备是指对水电站内一次设备进行监察、测量、控制、保护、调节的设备,包括:继电保护及自动装置、测量表计、控制和信号装置、在线监测装置、可编程逻辑控制器PLC;所述应用系统是指为了满足专业方向需求而建设的系统,包括:水情监测系统、机组在线监测系统、一次设备在线监测系统、电网保护及故障信息管理系统、廊道巡检机器人系统、升船机监控和调度系统、视频监控系统。
这里,所述面向对象的设备模型是使用水电站监控系统提供的数据源,基于IEC61850标准中所定义的逻辑节点LN,将水电站内关键设施和一次设备抽象为不同类型的数据模型,各类型的数据模型合称为设备模型,并根据站内实际位置和关系设置一次设备间1对n的双向共生关系。共生关系是指父对象被删除,子对象同时被删除;子对象被删除,父对象不会被删除。该设备模型中各类型数据模型与IEC61850标准中所定义的逻辑节点LN之间的对应关系如表1和表2所示。
表1水电站关键设施和水电机组及各类部件系统与LN的关系对照表
Figure BDA0002688783710000051
表2升压站各类设备与LN的关系对照表
Figure BDA0002688783710000061
这里,设备模型到测点模型的关联关系包括1对1单向引用关系、1对1双向引用关系、1对n双向引用关系,设备对象与测点对象是非共生关系。其中,单向引用关系表示引用端可见被引用端,但是被引用端不可见引用端;双向引用关系表示引用端和被引用端双方可见;非共生关系与共生关系是对应的,一端对象被删除,不会影响到另外一端对象的存在。
步骤S2是以面向对象的设备模型为基础模型,根据IEC61850标准中逻辑节点LN所包含的数据对象DO定义,从各应用系统数据模型中提取与DO定义对应的属性作为关键信息,合并到设备模型中,剔除合并后设备模型中存在的重复信息,作为全景核心模型。以水电机组为例,根据IEC61850标准中逻辑节点HUNT所包含的数据对象DO定义,结合水电监控系统提供的数据信息,形成水电机组的核心数据结构,如图2所示,其他设备类似。以同样方法提取其他应用数据模型中的关键信息,合并到设备模型中,剔除合并后的重复信息,形成全景核心模型,如图3所示。
步骤S3是使用全局标识GID生成工具,按照预先设定的规则生成全景核心模型的对象GID,该GID是字符串数据类型,在全景核心模型中唯一存在,是根据水电站提供的格式和生成规则生成,同一个对象每次生成的GID是相同的,对象被删除后,对应的GID被废除,不会被重新使用。各应用系统使用全景核心模型提供的GID查询服务,得到全景核心模型的对象GID,补充到各应用系统数据模型中,形成以GID为关键字的全景模型框架
这里,GID的编码包含对象的类型信息和隶属关系,既支持KKS编码,也支持遵循集团公司编码规范进行编码,如图4所示为使用集团公司编码规范的编码示例。
步骤S4是对全景模型框架的数据进行分类,并提供数据读写服务功能,完成水电站全景模型的构建。其中全景模型框架的数据分为基础信息、台账信息、功能配置信息和动态数据信息,动态数据信息又分为实时采集数据、计算数据、历史采样数据和历史统计数据。不同的模型数据采用不同的存储方式,其中基础信息、功能配置信息、实时采集数据、计算数据存放在实时数据库中,采用内存装载机制,数据更新和访问达到毫秒级;台账信息、历史采样数据和历史统计数据存放在关系数据库中,数据更新达到分钟级,支持秒级数据查询。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于IEC61850标准的水电站全景建模方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)对水电站内关键设施、一次设备、二次设备和各应用系统数据进行特征抽取,基于IEC61850标准形成面向对象的设备模型、测点模型和各应用系统数据模型,并建立设备模型到测点模型的关联关系;
2)以面向对象的设备模型为基础模型,提取各应用系统数据模型中的关键信息,合并到设备模型中,剔除合并后设备模型中存在的重复信息,作为全景核心模型;
3)使用全局标识GID生成工具,按照预先设定的规则生成全景核心模型的对象GID,各应用系统使用全景核心模型提供的GID查询服务,得到全景核心模型的对象GID,补充到各应用系统数据模型中,形成以GID为关键字的全景模型框架;
4)对全景模型框架的数据进行分类,并提供数据读写服务功能,完成水电站全景模型的构建;其中全景模型框架的数据分为基础信息、台账信息、功能配置信息和动态数据信息,动态数据信息又分为实时采集数据、计算数据、历史采样数据和历史统计数据。
2.如权利要求1所述的基于IEC61850标准的水电站全景建模方法,其特征在于,步骤1)是使用水电站监控系统提供的数据源,基于IEC61850标准中所定义的逻辑节点LN,将水电站内关键设施和一次设备抽象为不同类型的数据模型,各类型的数据模型合称为设备模型,其中关键设施和一次设备包括:水电领域的水电机组、水轮机系统、轴承系统、发电机系统、励磁系统、调速器系统、辅助油系统、辅助水系统、辅助气系统、大坝、闸门以及升压站的变压器、开关刀闸、线路、电压互感器、电流互感器、电动机、避雷器、电容电抗器。
3.如权利要求1所述的基于IEC61850标准的水电站全景建模方法,其特征在于,步骤1)所述的二次设备是指对水电站内一次设备进行监察、测量、控制、保护、调节的设备,包括:继电保护及自动装置、测量表计、控制和信号装置、在线监测装置、可编程逻辑控制器PLC,将这些二次设备所采集的信息点划分为遥测、遥控、遥脉和遥信类型,这些二次设备及其所采集的信息点构成测点模型。
4.如权利要求1所述的基于IEC61850标准的水电站全景建模方法,其特征在于,步骤1)中设备模型到测点模型的关联关系包括1对1单向引用关系、1对1双向引用关系、1对n双向引用关系,引用关系是非共生关系。
5.如权利要求1所述的基于IEC61850标准的水电站全景建模方法,其特征在于,步骤2)中根据IEC61850标准中逻辑节点LN所包含的数据对象DO定义,从各应用系统数据模型中提取与DO定义对应的属性作为关键信息。
6.如权利要求1所述的基于IEC61850标准的水电站全景建模方法,其特征在于,步骤3)中全景核心模型的对象GID是字符串数据类型,在全景核心模型中唯一存在,是根据水电站提供的格式和生成规则生成,同一个对象每次生成的GID是相同的,对象被删除后,对应的GID被废除,不会被重新使用。
7.如权利要求1所述的基于IEC61850标准的水电站全景建模方法,其特征在于,步骤4)中对全景模型框架中的数据进行分类,采用不同的方式存储,并提供数据读写服务功能,其中基础信息、功能配置信息、实时采集数据、计算数据存放在实时数据库中,采用内存装载机制,数据更新和访问达到毫秒级;台账信息、历史采样数据和历史统计数据存放在关系数据库中,数据更新达到分钟级,支持秒级数据查询。
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