1 引言
国家“十一五”期间要求单位GDP能耗比“十五”降低20%,而电力能耗占整体能耗的近1/3,所以节能降损对国民经济意义重大[1]。要顺利推进节能降损工作,一个很重要的环节就是对所有电力设备的线损情况进行监测分析,对这些电力设备的供售电量进行采集和统计,为线损分析和应用提供可靠的数据源。
对供售电量的采集,常规将在各级调度部门分别建设电量采集系统、线损管理系统,同时需要实现用电现场管理系统、用电营销系统等接口,特别在地区和县级的两层建设凸现了无序建设、重复建设、孤岛建设、分散建设等现象[2]。随着计算机软硬件技术的发展,为满足电力系统生产、运行和管理需要,实现信息和功能共享越来越重要,从而带动了电网应用系统的技术趋势良性发展。
1.1 标准化
IEC61970/IEC61968标准为电力系统中的各种资源定义了公共信息模型(CIM:Common Information Model),在很大程度上方便了不同系统之间的集成。CIM将对于电力企业信息化水平的提高具有极大的促进作用,理解标准、遵循标准、使用标准、扩展标准也必将成为电力企业信息化发展的共识[3]。
1.2 平台化
为了解决电力系统的“信息孤岛”问题,实现各专业应用之间在功能和数据上的集成是必由之路,从单个应用的组件化,到不同应用间的集成化,到电力企业的综合信息平台,从单个应用视角、多个应用视角、企业整体视角三个层面实现整合和集成[4]。依据国家电网公
司“十一五”信息发展规划,国家电网公司2006年开始实施信息化建设工程(“SG186工程”),其中的一体化平台、数据中心、应用集成、企业门户等主要方向均体现了平台化的总体思想[5]。国家电网公司农电工作部进一步明确了在“十一五”期间,电网自动化系统的新建或改造,必须遵循一体化设计和建设原则,实现调度、配网、集控、电量、管理等多种应用功能的无缝集成,加强信息资源数据整合和数据共享,全面提升电网调度自动化系统建设的应用水平。
1.3 集成化
伴随“SG186工程”,国家电网公司同时提出了“硬件集中、软件集成”的主要思想。结合目前电网公司层次化的管理结构,进行地级、省级集中建设也成为必然趋势,如目前浙江电力的全省大营销系统建设、各地区用电现场管理系统集中建设。
根据上述标准化、平台化、集成化的建设趋势,本文提出的地县一体化电量采集和线损管理系统的重要建设思路,不但实现了地区、县级的一体化集中建设,实现了电量采集、线损管理的平台化集成建设,而且平台的底层模型、接口规范、发布方式等均满足相关标准和规范,方便进行其他应用的拓展。本文重点对平台建设的三个主要问题进行了研究,即地县一体化建设模式、基于CIM的标准底层模型、基于电力设备的线损对象模型的自动抽取和关联等。
2 地县一体化建设思想
结合电能量采集计量系统的结构模式和二次防护、数据备份等基本要求,充分考虑地区系统的实用化建设和数据共享现状及后期县级系统的应用发展方向,充分贯彻“硬件集中、软件集成”的基本思想,采用“平台统一、数据库统一、二次防护统一、Web发布统一、数据备份统一、地区和省级共享统一”总体原则,地县一体化电量采集及线损管理系统的组网模式如图1所示。
2.1 系统网络组成
如图1所示,地区为一套完整的电量采集及线损管理系统,采用网络分布式结构,采用正、反向隔离装置实现内外网业务分离、数据同步;数据采集、统计在内网实现,数据同步到外网;各种业务在外网根据权限进行。整套系统由主网内网、前置采集网、外网三部分组成,主要负责自身管理变电站、电厂数据的完整、可靠采集。
县局采用“子系统”建设模式,其采集维护子系统负责自身管理范围内变电站、电厂数据的采集,通过地县调度数据网与地区系统内网连接,这样相关基本信息的设置、录入和数据维护、采集通道的建设和维护在各县局进行,整套平台的运行机制、数据处理、数据存储、数据备份、二次防护等在地区进行。所有县局用户可基于权限通过地县信息网实现地区系统Web服务的访问,实现自身对电量和线损数据及报表的各种应用。
图1 地县一体化电量采集及线损管理系统组网图
2.2 地县一体化平台的主要内容
对地县一体化建设模式,主要实现了平台统一、数据库存储统一、数据备份统一、二次防护统一、Web发布统一、地区和省级共享统一等功能。
平台统一:电量处理、发布和应用平台只是在地区建设实现,地区为一套完整统;各县局只建设简单的采集维护子系统。
数据存储和备份统一:数据库服务器、数据备份服务器只是在地区实现,同时实现异常时的备份服务器切换功能。
二次防护统一:二次防护机制仅在地区实现,各县局采集维护工作站通过调度数据网与内网连接,用户工作站通过科信管理网实现数据访问。
Web发布统一:所有电量数据和应用发布基于地区实现,全地区功能和流程一致,权限控制机制一致。
地区和省级共享统一:根据浙江省地区及县级电量采集系统建设的整体需求,系统需要实现省公司电量系统、省公司营销系统、各地区PI数据库的接口并共享设备模型信息、电量数据和业务数据;所有这些接口全部在地区系统统一实现。
3 基于CIM的公共信息平台
公共信息平台使得多个异种数据源在单个站点可以统一的模式组织存储,将设备信息、资产信息、实时数据、管理数据等集中存储,并支持管理决策,利于各种综合应用的顺利开展,满足生产、运行和管理的需要。CIM提供了一种用对象类和属性及彼此关联关系来表示电力系统资源的标准方法,在很大程度上方便了公共信息平台的实现。本文在对CIM配电网扩展模型进行研究的基础上,结合电力设备的层次结构,结合系统主要建设目标,实现了输电网、变电站、配电网完整电网模型的建立,并据此映射了底层标准数据库。
3.1 拓扑建模
CIM拓扑建模主要用于定义如何连接配电网各设备,设备连接关系通过“导电设备(ConductingEquip-ment)－－终端(Terminal)－－联结点(ConnectivityNode)”的关联关系来表现。终端是设备的终点,一个设备可有多个终端,联结点根据网络运行状态,把相关的终端连接在一起。
3.2 设备建模
设备建模主要对拓扑模型中的传导设备(ConductingEquipment)进行详细描述,同时管理设备相关参数、线损计算所需参数。为方便进行各类装置的物理位置关联,本文对线路段、节点进行描述。
线路分段规则有两个:(1) 不同型号导线类型(如架空线、电缆)进行分段;(2) 架空线、电缆出现连接位置有开关、闸刀等开断设备时进行分段。这样就可以虚拟出架空线段、电缆段、架空电缆段等分段类型,类似变电设备中的间隔,据此进行线路段的描述和定义。
架空线上的设备要么作为杆、塔附属设备,要么依靠杆、塔作为支撑;同样电缆上面,有设备的地方,肯定要有井孔才能把设备通过电缆接入电网。因此从功能位置的角度考虑,虚拟出杆、塔、井孔这样的节点位置,可以反映出一组设备在电网中的位置关系。对不依赖于杆、塔、井孔的设备其节点作为虚拟设备处理。
3.3 公共信息平台的建立
基于CIM对所有配电网设备的物理位置和连接关系进行界定后,遵循IEC61970/61968的CIM对一次设备、二次设备按照电网层次结构和关联关系进行统一定义,对各种采集、计量装置基于IEC61968资产包的定义进行统一管理,对所有数据类型采用量测方式进行统一描述,对所有业务流程按IEC61968工作包的相关描述进行统一实现,采用统一命名和编码技术对所有对象进行唯一识别。基于上述技术实现的公共信息平台的统一定义,可方便映射成标准的数据库底层模型。
3.4 设备的统一命名
在整个模型及整合过程中,必须唯一识别各电力设备对象,根据目前的行业应用经验,采用统一命名(Naming)进行实现。设备的统一命名方案和设备的层次结构密切相关,本系统采用聚集关系描述设备层次结构;确保不同系统中设备对象的名字的唯一性,且具有一定的可读性,方便标识、交流和定位设备对象。所采用设备命名属性的说明如下:
名称(name):同一父对象范围内各对象的唯一名称。
描述(discription):对象或实例的描述。
路径名称(pathName):在容器层次结构中构造的、并且具有一个单级标志的对象,也可以具有一个多级标志(multi level designation)。把对象的单级标志和包容该对象的各个容器对象的单级标志连接起来就可以创建该对象的多级标志,即所有容器名的串联。
别名(aliasName):对象或实例的任意文字名(A free text name of the object or instance)。
3.5 量测的定义和实现
在基于CIM唯一识别一个电力设备对象后,为唯一识别所有数据,系统引入量测Measurement、量测值MeasurementValue、量测类型MeasurementType、量测单位Unit、量测来源MeasurementValueSource等对象,通过上述对象的描述就可唯一识别一个设备对象在某时间的某数据类型的数据值。
图2 基于CIS的接口定义
4 线损对象模型管理
4.1 线损数据来源分析
实现线损管理系统首先需建立线损对象模型,包括分线、分主变、分台区、分压、分片等,这些对象要么是单一的设备单元(如线路损耗),要么是多个设备单元的组合(如110kV电网)。依靠单纯的电量采集系统,仅包含了主变、线路、电压等级、管理片区等部分信息,按目前各自动化系统的建设模式,需要从用电现场系统获取专变信息、从配变监测系统获取公变信息、从营销系统获取线路和台区的供售信息等。
常规线损系统主要采用人工录入方式建立线损对象,人工指定与各设备对象的关联,系统接口未采用标准规范,导致大量的人工工作量,并且数据冗余、不一致、维护不及时现象严重,甚至直接导致系统失败。
4.2 基于CIS的标准接口
对各自动化系统接口,系统拟定了基于IEC61970 CIS的标准接口,如图2所示。若允许系统直接采集,系统可同时接入配变终端、集抄终端。系统接口完全基于统一命名进行设备识别,若其他系统不支持统一命名,可通过接口适配器进行转换;所有接口基于CIS规范通过WebService实现。
对统一接口,系统定义了静态信息、量测数据等两个统一函数(图2)。静态信息的获取函数为get_extent_ values(),根据类识别返回该类所有对象的属性;电量数据的获取TimeSeries sync_read_raw(),其中的时间、量测类型、量测值等描述均遵循规范要求。
4.3 线损对象模型的自动抽取和维护
为实现不同自动化系统中分布的设备属性的互联和互操作,本文遵循上述统一命名规范,进行设备对象、设备对象属性的整合和扩展。
对整合后的CIM模型,线损相关的各电力设备对象的电压等级、所属区域、设备关联、电量量测等均进行了完整的描述,进而可方便实现分线、分主变、分台区、分压、分片的线损对象模型的自动抽取,实现线损对象的自动创建和维护,实现线损对象的输入、输出电量与各电量量测的关联。
图3 系统集中采集和统一接口示意图
5 系统建设实例
本文所介绍系统在浙江衢州电力局现场运行,效果良好。
衢州电力局电量采集及线损管理系统实现了地县一体化建设,各县供电局只建立前置采集维护子系统,负责自身静态信息的录入和数据采集,其他功能完全在地区集中实现。
系统同时实现了用电现场管理系统、用电营销系统、配变监测系统、SCADA系统的接口(图3),实现了线损对象模型的自动创建和维护。各接口的实现均基于CIS规范,采用WebService实现系统间的互联;对设备统一命名的实现,由于各接口系统改进工作量很大,采用了接口适配器转换方式。同时该系统支持后期配变监测终端、集抄集中器的直接接入采集,实现线损统计的时间同步性、配电网线损的准实时统计等要求。
6 结束语
现代电力系统正朝着标准化、集成化、平台化方向发展,本文基于IEC61970的CIM规范要求建立了电网公共信息平台,基于IEC61970的CIS规范统一实现了其他系统的标准接口,按地区集中建设模式实现了地县一体化电量采集系统的建设,进一步实现了新型线损管理功能,可很好解决线损对象模型的创建和维护、数据来源、线损管理和考核等问题。随着配变监测、集抄数据的准实时直接采集,配电线路、台区损耗将实现准实时计算[6],在数据源完整的情况下拓展理论线损计算和技术降损、管理降损分析,届时将把线损管理和本系统功能推到一个更高的应用水平,也将充分体现该系统的经济价值和社会价值;伴随着节能减排、电力市场商业化运作的深入,该系统将呈现出更加广阔的推广前景。
参考文献:
[1] 国家电网公司农网“十一五”科技发展规划纲要(国家电网农[2005]681号文)[S].国家电网公司.
[2] 罗定志．基于公共信息平台的线损管理系统的研究．工业企业节电技术研讨会[C],2006-4-9,江苏苏州,中国电力出版社:384-387.
[3] 孙宏斌,吴文传,张伯明,等.IEC61970标准的扩展在调度控制中心集成化中的应用[J].电网技术,2005,29(16):21-25.
[4] 罗四夕．CIM/CIS系列标准在电力企业信息化领域中的应用研究．国家电力信息网-科技专栏-科技动态[Z].来源为贵州电力公司,2005-11-16.
[5] 国家电网公司信息化“SG186”试验示范工程验收标准(网省公司2007年版)[S].2007,10.
[6] 孟晓丽,李惠玲,盛万兴.省/地/县一体化配电网线损管理系统的设计与实现[J].《电力系统自动化》2005(23):13-16.