专利名称：变电站－调度中心两级分布式电网的建模方法
变电站一调度中心两级分布式电网的建模方法技术领域
本发明属于电力系统运行和控制领域，特别涉及变电站-调度中心两级分布式电网的建模方法。
背景技术：
能量管理系统(Energy management system, EMS)体系结构中，是基于计算机的现代电力系统的调度自动化系统，其任务是对电力系统进行实时采集、监视、分析、优化和控制决策。电网模型和接线图是EMS的基础和核心环节，是监视、分析、优化、控制的基础。 电网模型包括设备的拓扑结构、设备参数、量测信息。其中设备的拓扑结构和设备参数包括变压器、线路、发电机、负荷、开关、隔离刀闸、接地刀闸等设备的拓扑结构和参数。量测信息包括量测对象以及相关联的量测值对象，量测类型对象等模拟量量测信息和数字量量测信息。电网模型也可以分为两部分，一部分是站内模型，是各站内的发电机、负荷、开关、隔离刀闸、接地刀闸等设备的拓扑结构、设备参数、量测信息构成的模型；一部分是线路模型，是连接各厂站的所有线路构成的模型，线路具有两个端子对应分别在该线路相连的两个变电站。接线图中包括设备(包含变压器、线路、发电机、负荷、开关、隔离刀间、接地刀闸等)的图形和动态数据。
在传统的能量管理系统体系结构中，所有的设备建模工作在调度中心基于 IEC61970标准完成，模型为单相模型，接线图为单线图，电厂和变电站侧不维护电网模型。 电厂和变电站内基于IEC61850标准与智能电子装置Gntelligent Electronic Devices, IED)通讯获得该电厂和变电站内设备的量测数据(模拟量信息和数字量信息的实时值)， 并通过远方终端单元(remote terminal unit,RTU)基于IEC61870标准将部分数据上传到调度中心。在调度中心人工维护量测数据与设备的关联关系，来建立量测信息。
这种集中式方法存在的主要问题如下(1)全网电网模型(含设备参数、静态拓扑、一次接线图)的建立都要在调度中心完成，工作量随着电网规模的日益增大而显著增加。(2)调度中心的维护人员不可能对电网的每个细节都非常熟悉，潜在的出错可能性非常大，这种参数错误或拓扑错误将湮没在庞大的电网模型信息中，难以定位。( 目前的集中式建模方式下，如果调度中心一旦受到灾难打击，很容易导致全部功能的瘫痪，难以自愈。
国际电工技术委员会(IEC)制定了 IEC-61970标准，目的是使EMS的应用软件组件化和开放化，能即插即用和互连互通，从而降低系统集成成本和保护用户资源。公共信息模型(CIM)是IEC-61970标准中提供的抽象模型，表示包含在能量管理系统(EMS)信息模型中的电力企业的所有主要对象。CIM方便地实现了不同卖方独立开发的EMS应用、多个独立开发的完整EMS系统或EMS系统与其它涉及电力系统运行的不同方面的系统的集成，即能够不依赖于电网模型信息的具体表示而存取公共数据和交换信息。
可扩展的矢量图形(SVG)是由W3C组织发布的一种基于(XML)的开放的二维矢量图形和矢量点阵混合图形的置标语言，IEC已将SVG确定为图形交换的标准格式。
专利《电力系统多区域网络模型拼接方法》(申请号200610166302. 1)中提出了多区域进行模型拼接的方案定义模型拼接相关区域之间的模型边界，计算增加一个区域模型时模型变化增量，根据增量结果修正原有模型。该方法存在以下不足(1)拼接的是不同调度中心管辖下的模型，边界为各调度中心管辖区域之间的边界设备；没有考虑更基本的由变电站的模型拼接为调度中心的模型。( 该方法仍需要在调度中心建模。( 调度中心模型出现问题，该方法无法实现模型的自愈。(4)该方法没有考虑图形以及实时数据的拼接。发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种变电站-调度中心两级分布式电网的建模方法，该方法实现了一次建模、全网利用，为信息的分层分级处理以及电网自愈提供了模型基础。
本发明提出的一种变电站-调度中心两级分布式电网的建模方法，其特征在于， 该方法包括在每个变电站本地建立包含拓扑结构、设备参数、量测信息的网络模型和接线图，用于变电站本地的监视、分析和计算，并自动导出适合调度中心的变电站模型和接线图，通过电力调度数据网(SPDnet)传输到调度中心；在调度中心级，基于线路标识的全局一致性，将各变电站网络模型对接，自动拼接成全局电网模型，用以实现全网的监视、分析和控制。
该方法包括以下步骤
(1)在每个变电站建立变电站的网路模型和接线图，其中网络模型包括变电站设备的拓扑结构、设备参数、量测信息；接线图包括设备图形和动态数据。接线图中的动态数据为三相数据。网络模型中的拓扑结构和设备参数均为三相，量测信息为三相量测信息；同时基于IEC61850标准获得变电站内的实时量测数据。该变电站模型、图形和实时量测数据用于变电站本地的监视、分析和计算；
(2)对各变电站网络模型进行裁剪对各变电站网络模型和接线图进行裁剪以满足调度中心的需要；网络模型的裁剪主要包括(a)将三相的拓扑结构和设备参数改为单相正序的拓扑结构和设备参数；(b)用等值负荷替代低电压等级的厂用变和所用变设备等；(c)将三相的模拟量量测信息改为正序模拟量量测信息，三相的数字量量测信息改为总数字量量测信息；(d)正序的模拟量量测信息中去掉开关的模拟量量测信息；
接线图的裁剪主要包括(a)去掉接地刀闸图形；(b)用负荷图形代替厂用变压器和所用变压器的图形；(c)将三相动态数据改为单相动态数据；
导出裁剪后的变电站模型将裁剪后的变电站模型导出为符合公共信息模型 (common information model，CIM)的XML文件，将裁剪后的接线图导出为符合可缩放向量图形Scalable Vector Graphics, SVG)的XML文件。并对CIM模型进行扩展，用于关联IEC61870-104规约通讯的上传的裁剪后的实时量测数据，对CIM模型中的部分类进行扩展即对CIM模型中原有的Substation (变电站)类增加Address (地址)属性(变电站对应的站地址)及该属性的类型及描述；对CIM中原有的MeasureValue (量测值)类增加 ValueAddresss (地址值)属性(实时数据对应的量测信息体地址)及该属性的类型及描述。
(3)对步骤(3)导出的网络模型和接线图进行判断，若该网络模型和接线图与上次上传的网络模型和接线图相比发生变化，或者没有上传过网络模型或接线图，则进入步骤(5)；否则，等待时间T1OOmin)后，返回步骤1 ；
(4)将导出的变电站网络模型(CIM文件)和接线图(SVG文件)以文件格式通过电力调度数据网上传到调度中心；
(5)调度中心对收到的变电站网络模型和接线图进行校验解析各个变电站的 CIM文件，校验是否满足CIM文件的格式以及拓扑结构是否合理(即校验非接地设备是否接地，节点是否悬空等)；若任一项校验不成功，则通过调度数据网将出错信息返回相应变电站，并返回步骤(1)；解析变电站的SVG文件，校验是否满足SVG的格式以及SVG与CIM之间映射是否匹配，若任一校验不成功，则通过调度数据网将出错信息返回对应变电站，并返回步骤(1)；若校验都成功，直接导入接线图，进入步骤(7)；
(6)在调度中心侧对校验后的所有变电站的变电站模型进行拼接模型拼接以线路作为唯一边界；拼接流程具体包括
7-1)先导入一个变电站网络模型，生成层次结构(变电站-电压等级-设备)的站内模型和线路模型；
7-2)然后导入下一个变电站模型，生成该变电站的站内模型和线路模型，将新导入站的站内模型添加至已生成的站内模型中；
7-3)判断新导入站的线路模型是否存在已生成的线路模型中，若存在则删除新导入变电站中对应的线路模型，并将删除的线路模型关联的端子和量测信息关联到已生成的线路模型上，若不存在，则直接将新的线路模型以及关联的端子和量测信息添加到到已生成的线路模型中；
7-4)遍历所有的线路模型完成该站拼接；
7-5)遍历所有变电站后，将最终的站内模型和线路模型生成完整的网络模型。
(1)调度中心采集实时量测数据调度中心通过IEC61850-104规约获得包含模拟量量测和数字量量测的站地址、信息体地址、实时数据值的报文；若量测信息中某量测值对象本身的信息体地址和它所在的变电站的站地址均与报文中内容一致，则该实时数据值即为该量测值对象的取值。
(2)判断调度中心电网模型是否出错(拓扑结构不合理，基于模型的状态估计计算不收敛，数据库数据丢失等)，如果出错下发召唤变电站模型和接线图的命令，并返回步骤(5)，如果没有出错，延时T2 (—般取值1天)时间重新判断；如果本调度中心功能瘫痪， 采用调度数据网的其他服务器出错下发召唤变电站模型和接线图的命令，并返回步骤(5)。
本发明提出的变电站——调度中心两级分布式电网建模方法与传统在调度中心集中式的电网建模方式相比优点如下(1)在变电站内，建模规模小，通常只需要在新建或改建变电站时建模一次，不再变化。对于电网模型出错的变电站，可以方便在变电站本地进行诊断和定位。( 在变电站分布式建模中采用三相模型，更能反映电网中的不平衡运行等情况(3)在调度中心，无需维护站内图、模、库，维护简单，不易出错，显著降低维护工作量和出错率，理想情况下甚至可实现免维护。可有效解决调度中心模型维护的负担问题。(4)由于实现了分布式建模，模型分布存储于各厂站中，在调度中心遭受灾难打击瘫痪后，厂站侧的模型不会丢失，一旦调度中心功能瘫痪，通过分布存储在各厂站的模型的自动拼接，在调度数据网的任意一点都可快速恢复调度中心功能，为调度中心的容灾和自愈提供可能。
图1是本发明方法的流程图。
图2是本发明方法的模型拼接的流程图。
图3是本发明方法的一个实例中采用两个变电站模型。
图4是本发明方法的一个实例中采用两个变电站裁剪后的模型。
图5是本发明方法的一个实例中采用两个变电站拼接后的模型。
具体实施方式
本发明提出的变电站-调度中心两级分布式电网的建模方法结合附图及实施例说明说明如下
本发明提出一种变电站-调度中心两级分布式电网的建模方法，其特征在于，该方法包括在每个变电站本地建立包含拓扑结构、设备参数、量测信息的网络模型0和接线图，用于变电站本地的监视、分析和计算，并自动导出适合调度中心的变电站模型和接线图，通过电力调度数据网(SPDnet)传输到调度中心；在调度中心级，基于线路标识的全局一致性，将各变电站网络模型对接，自动拼接成全局电网模型，用以实现全网的监视、分析和控制。
该方法具体流程如图1所示，包括以下步骤
(1)在每个变电站建立变电站的网路模型和接线图，其中网络模型包括变电站设备的拓扑结构、设备参数、量测信息；接线图包括设备图形和动态数据。接线图中的动态数据为三相数据。网络模型中的拓扑结构和设备参数均为三相，量测信息为三相量测信息；同时基于IEC61850标准获得变电站内的实时量测数据。该变电站模型、图形和实时量测数据用于变电站本地的监视、分析和计算。
(2)对各变电站网络模型进行裁剪根据调度中心的需要对各变电站网络模型和接线图进行裁剪；网络模型的裁剪主要包括(a)将三相的拓扑结构和设备参数改为单相正序的拓扑结构和设备参数；(b)用等值负荷替代低电压等级的厂用变和所用变设备等； (c)将三相的模拟量量测信息改为正序模拟量量测信息，三相的数字量量测信息改为总数字量量测信息；(d)正序的模拟量量测信息中去掉开关的模拟量量测信息。
接线图的裁剪主要包括(a)去掉接地刀闸图形；(b)用负荷图形代替厂用变压器和所用变压器的图形；(C)将三相动态数据改为单相动态数据。
(3)导出裁剪后的变电站模型将裁剪后的变电站模型导出为符合公共信息模型 (common information model,CIM)的XML文件，将裁剪后的接线图导出为符合可缩放向量图形Scalable Vector Graphics, SVG)的XML文件。并对CIM模型进行扩展，用于关联 IEC61870-104规约通讯的上传的裁剪后的实时量测数据，对CIM模型中的部分类进行扩展的内容如表1所示。
表 1
类属性属性的类型属性描述Substation (变电站)Address (地址)长整型变电站对应的站地址MeasureValue (量测值)ValueAddress (地址值)长整型量测值对应的信息体地址
表中CIM中原有的Substation类增加Address属性(变电站对应的站地址)，CIM 中原有的MeasureValue类增加ValueAddresss属性(实时数据对应的量测信息体地址)。
(4)对步骤(3)导出的网络模型和接线图进行判断，若该网络模型和接线图与上次上传的网络模型和接线图相比发生变化，或者没有上传过网络模型或接线图，则进入步骤(5)；否则，等待时间T1OOmin)后，返回步骤1 ；
(5)将导出的变电站网络模型(CIM文件)和接线图(SVG文件)以文件格式通过电力调度数据网上传到调度中心；
(6)调度中心对收到的变电站网络模型和接线图进行校验解析各个变电站的 CIM文件，校验是否满足CIM文件的格式以及拓扑结构是否合理(非接地设备是否接地，节点是否悬空等)。若任一项校验不成功，则通过调度数据网将出错信息返回相应变电站，并返回步骤(1)；解析变电站的SVG文件，校验是否满足SVG的格式以及SVG与CIM之间映射是否匹配，若任一校验不成功，则通过调度数据网将出错信息返回对应变电站，并返回步骤 (1)；若校验都成功，直接导入接线图，进入步骤(7)；
(1)在调度中心侧对校验后的所有变电站的变电站模型进行拼接模型拼接以线路作为唯一边界；拼接流程如图2所示，具体包括
7-1)先导入一个变电站网络模型，生成层次结构(变电站-电压等级-设备)的站内模型和线路模型；
7-2)然后导入下一个变电站模型，生成该变电站的站内模型和线路模型，将新导入站的站内模型添加至已生成的站内模型中；
7-3)判断新导入站的线路模型是否存在已生成的线路模型中，若存在则删除新导入变电站中对应的线路模型，并将删除的线路模型关联的端子和量测信息关联到已生成的线路模型上，若不存在，则直接将新的线路模型以及关联的端子和量测信息添加到到已生成的线路模型中；
7-4)遍历所有的线路模型完成该站拼接；
7-5)遍历所有变电站后，将最终的站内模型和线路模型生成完整的网络模型。
(2)调度中心采集实时量测数据调度中心通过IEC61850-104规约获得包含模拟量量测和数字量量测的站地址、信息体地址、实时数据值的报文；若量测信息中某量测值对象本身的信息体地址和它所在的变电站的站地址均与报文中内容一致，则该实时数据值即为该量测值对象的取值。
(3)判断调度中心电网模型是否出错(拓扑结构不合理，基于模型的状态估计计算不收敛，数据库数据丢失等)，如果出错下发召唤变电站模型和接线图的命令，并返回步骤(5)，如果没有出错，延时T2 (—般取值1天)时间重新判断；如果本调度中心功能瘫痪， 采用调度数据网的其他服务器出错下发召唤变电站模型和接线图的命令，并返回步骤(5)。
本发明提出的变电站——调度中心两级分布式电网建模方法与传统在调度中心集中式的电网建模方式相比优点如下(1)在变电站内，建模规模小，通常只需要在新建或改建变电站时建模一次，不再变化。对于电网模型出错的变电站，可以方便在变电站本地进行诊断和定位。(2)在变电站分布式建模中采用三相模型，更能反映电网中的不平衡运行等情况(3)在调度中心，无需维护站内图、模、库，维护简单，不易出错，显著降低维护工作量和出错率，理想情况下甚至可实现免维护。可有效解决调度中心模型维护的负担问题。(4) 由于实现了分布式建模，模型分布存储于各厂站中，在调度中心遭受灾难打击瘫痪后，厂站侧的模型不会丢失，一旦调度中心功能瘫痪，通过分布存储在各厂站的模型的自动拼接，在调度数据网的任意一点都可快速恢复调度中心功能，为调度中心的容灾和自愈提供可能。
以下结合图3，利用变电站A和变电站B介绍本发明的一个实施例。
(1)在每个变电站建立变电站的网路模型和接线图，其中网络模型包括变电站设备的拓扑结构、设备参数、量测信息；接线图包括设备图形和动态数据。接线图中的动态数据为三相数据。网络模型中的拓扑结构和设备参数均为三相，量测信息为三相量测信息；同时基于IEC61850标准获得变电站内的实时量测数据。该变电站模型、图形和实时量测数据用于变电站本地的监视、分析和计算。
变电站A和变电站B通过线路Ll相连，每个站具体建模情况如下变电站A包含一单母线结构的电压等级，线路Ll通过一个隔离刀闸D1、一个开关Bl与母线Busl相连。 线路Ll在变电站A侧具有端子Tl，其中Tl与接地刀闸的端子T3，隔离刀闸的端子T2通过连结点Cm相连。开关和线路上存在三相的电流量测(Ia，Ib，Ic)，母线上存在三相的电压量测(Ua，Ub, Uc)，这些量测在接线图上以动态数据显示。
变电站B包含一双母线结构的电压等级，同样存在线路Li，线路Ll经过一个隔离刀闸Bi、一个开关D3后再分别经过隔离刀闸Dl和隔离刀闸D2与不同的母线Busl和母线 Bus2相连。线路Ll在变电站B侧具有端子T2，其中T2与接地刀闸的端子T3，隔离刀闸的端子Tl通过连结点cm相连。开关和线路上存在三相的电流量测(Ia，lb, Ic)，母线上存在三相的电压量测(Ua，Ub, Uc)，这些量测在接线图上以动态数据显示。
具体接线图如图3所示。
(2)对各变电站网络模型进行裁剪根据调度中心的需要对各变电站网络模型和接线图进行裁剪；网络模型的裁剪主要包括(a)将三相的拓扑结构和设备参数改为单相正序的拓扑结构和设备参数；(b)用等值负荷替代低电压等级的厂用变和所用变设备等； (c)将三相的模拟量量测信息改为正序模拟量量测信息，三相的数字量量测信息改为总数字量量测信息；(d)正序的模拟量量测信息中去掉开关的模拟量量测信息。
接线图的裁剪主要包括(a)去掉接地刀闸图形；(b)用负荷图形代替厂用变压器和所用变压器的图形；(c)将三相动态数据改为单相动态数据。
裁剪后的变电站A和变电站B的电网模型裁剪后结果如图4所示，三相的拓扑结构和设备参数改为正序的拓扑结构和设备参数，开关的模拟量量测删除，三相的电流量测 (la, lb, Ic)转换为正序的电流量测(I)，同样三相的电压量测(Ua, Ub, Uc)转换为正序的电压量测(U)。接线图中，删除了接地刀闸图形，并将三相的电流电压动态数据(Ia，lb, Ic 或Ua，Ub, Uc)改为正序的动态数据(I或U)。
(3)导出裁剪后的变电站模型将裁剪后的变电站模型导出为符合公共信息模型(common information model,CIM)的XML文件，将裁剪后的接线图导出为符合可缩放向量图形Scalable Vector Graphics, SVG)的XML文件。并对CIM模型进行扩展，用于关联 IEC61870-104规约通讯的上传的裁剪后的实时量测数据，对CIM模型中的部分类进行扩展的内容如表1所示。
表 权利要求
1.一种变电站-调度中心两级分布式电网的建模方法，其特征在于，该方法包括在每个变电站本地建立包含拓扑结构、设备参数、量测信息的网络模型和接线图，用于变电站本地的监视、分析和计算，并自动导出适合调度中心的变电站模型和接线图，通过电力调度数据网传输到调度中心；在调度中心级，基于线路标识的全局一致性，将各变电站网络模型对接，自动拼接成全局电网模型，用以实现全网的监视、分析和控制。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)在每个变电站建立变电站的网路模型和接线图，其中网络模型包括变电站设备的拓扑结构、设备参数、量测信息；接线图包括设备图形和动态数据。接线图中的动态数据为三相数据。网络模型中的拓扑结构和设备参数均为三相，量测信息为三相量测信息；同时基于IEC61850标准获得变电站内的实时量测数据。该变电站模型、图形和实时量测数据用于变电站本地的监视、分析和计算；(2)对各变电站网络模型进行裁剪根据调度中心的需要对各变电站网络模型和接线图进行裁剪；网络模型的裁剪主要包括(a)将三相的拓扑结构和设备参数改为单相正序的拓扑结构和设备参数；(b)用等值负荷替代低电压等级的厂用变和所用变设备等；(c)将三相的模拟量量测信息改为正序模拟量量测信息，三相的数字量量测信息改为总数字量量测信息；(d)正序的模拟量量测信息中去掉开关的模拟量量测信息；接线图的裁剪主要包括(a)去掉接地刀闸图形；(b)用负荷图形代替厂用变压器和所用变压器的图形；(c)将三相动态数据改为单相动态数据；(3)导出裁剪后的变电站模型将裁剪后的变电站模型导出为符合公共信息模型的 XML文件，将裁剪后的接线图导出为符合可缩放向量图形的XML文件。并对公共信息模型模型进行扩展，用于关联IEC61870-104规约通讯的上传的裁剪后的实时量测数据，对公共信息模型模型中的部分类进行扩展，对公共信息模型的变电站类增加地址属性及该属性的类型及描述；对量测值类增加地址值属性及该属性的类型及描述；(4)对步骤(3)导出的网络模型和接线图进行判断，若该网络模型和接线图与上次上传的网络模型和接线图相比发生变化，或者没有上传过网络模型或接线图，则进入步骤 (5)；否则，等待时间T1后，返回步骤(1)；(5)将导出的变电站网络模型和接线图以文件格式通过电力调度数据网上传到调度中心；(6)调度中心对收到的变电站网络模型和接线图进行校验解析各个变电站的公共信息模型文件，校验是否满足公共信息模型文件的格式以及拓扑结构是否合理；若任一项校验不成功，则通过调度数据网将出错信息返回相应变电站，并返回步骤(1)；解析变电站的 SVG文件，校验是否满足SVG的格式以及SVG与公共信息模型之间映射是否匹配，若任一校验不成功，则通过调度数据网将出错信息返回对应变电站，并返回步骤(1)；若校验都成功，直接导入接线图，进入步骤(7)；(7)在调度中心侧对校验后的所有变电站的变电站模型进行拼接模型拼接以线路作为唯一边界；(8)调度中心采集实时量测数据调度中心通过IEC61850-104规约获得包含模拟量量测和数字量量测的站地址、信息体地址、实时数据值的报文；若量测信息中某量测值对象本身的信息体地址和它所在的变电站的站地址均与报文中内容一致，则该实时数据值即为该量测值对象的取值。(9)判断调度中心电网模型是否出错，如果出错下发召唤变电站模型和接线图的命令， 并返回步骤(5)，如果没有出错，延时T2时间重新判断；如果本调度中心功能瘫痪，采用调度数据网的其他服务器出错下发召唤变电站模型和接线图的命令，并返回步骤(5)。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤(7)对校验后的所有变电站的变电站模型进行拼接，具体包括7-1)先导入一个变电站网络模型，生成层次结构的站内模型和线路模型； 7-2)然后导入下一个变电站模型，生成该变电站的站内模型和线路模型，将新导入站的站内模型添加至已生成的站内模型中；7-3)判断新导入站的线路模型是否存在已生成的线路模型中，若存在则删除新导入变电站中对应的线路模型，并将删除的线路模型关联的端子和量测信息关联到已生成的线路模型上，若不存在，则直接将新的线路模型以及关联的端子和量测信息添加到到已生成的线路模型中；7-4)遍历所有的线路模型完成该站拼接；7-5)遍历所有变电站后，将最终的站内模型和线路模型生成完整的网络模型。
全文摘要
本发明涉及一种变电站-调度中心两级分布式电网的建模方法，属于电力系统运行和控制技术领域。该方法包括在每个变电站本地建立包含拓扑结构、设备参数、量测信息的网络模型和接线图，用于变电站本地的监视、分析和计算，并自动导出适合调度中心的变电站模型和接线图，通过电力调度数据网传输到调度中心；在调度中心级，基于线路标识的全局一致性，将各变电站网络模型对接，自动拼接成全局电网模型，用以实现全网的监视、分析和控制。该方法实现了一次建模、全网利用，为信息的分层分级处理以及电网自愈提供了模型基础。
文档编号G06F17/30GK102521398SQ201110439009
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者吴文传, 孙宏斌, 张伯明, 汪德星, 王晶, 葛敏辉, 郭庆来 申请人:华东电网有限公司, 清华大学