图模一体的变电站与调度主站协同建模方法与流程

本发明属于电力系统及其自动化领域，特别是涉及一种图模一体的变电站与调度主站协同建模方法。

背景技术：
智能调度与智能变电站是智能电网两大关键环节。电力系统中各级调度中心的主站能量管理系统遵循IEC61970标准，利用CIM、CIM/E模型来描述电网模型，变电站自动化系统遵循IEC61850标准，利用变电站配置描述语言SCL来描述变电站模型。IEC61970系列标准定义了能量管理系统的应用程序接口，目的在于便于集成来自不同厂家的能量管理系统内部的各种应用，便于将EMS与调度中心内部其它系统互联，以及便于实现不同调度中心EMS之间的模型交换。IE61970主要由接口参考模型、公共信息模型和组件接口规范三部分组成。接口参考模型说明了系统集成的方式，公共信息模型定义了信息交换的语义，组件接口规范明确了信息交换的语法。IEC61850标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，提出了一种公共的通信标准，通过对设备的一系列规范化，使其形成一个规范的输出，实现系统的无缝连接。将变电站通信体系分为3层：变电站层、间隔层、过程层。在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到制造报文规范、传输控制协议/网际协议以太网或光纤网。在间隔层和过程层之间的网络采用单点向多点的单向传输以太网。变电站内的智能电子设备(IED，测控单元和继电保护)均采用统一的协议，通过网络进行信息交换。IEC61850的特点是：1)面向对象建模；2)抽象通信服务接口；3)面向实时的服务；4)配置语言；5)整个电力系统统一建模。IEC61850建模了大多数公共实际设备和设备组件。这些模型定义了公共数据格式、标识符、行为和控制，例如变电站和馈线设备(诸如断路器、电压调节器和继电保护等)。IEC61850作为制定电力系统远动无缝通信系统基础能大幅度改善信息技术和自动化技术的设备数据集成，减少工程量、现场验收、运行、监视、诊断和维护等费用，节约了大量时间，增加了自动化系统使用期间的灵活性。采用该标准可解决变电站自动化系统产品的互操作性和协议转换问题，还可使变电站自动化设备具有自描述、自诊断和即插即用的特性，极大地方便了系统的集成，降低了变电站自动化系统的工程费用。在我国采用该标准系列将大大提高变电站自动化系统的技术水平、提高变电站自动化系统安全稳定运行水平、节约开发验收维护的人力物力、实现完全的互操作性。图1示出了传统技术中的61850变电站工程实施配置流程。纵观国内外众多科研机构对电网模型的研究均停留在各自的专业范围内，主站IEC61970标准、变电站IEC61850标准只考虑自身的需要，对相关电力系统信息进行了模型的定义，从而导致了在智能变电站建设及智能调度管理过程中，存在以下问题：由于系统内部设备删除后对应的量测没有删除，或者在外部模型拼接导入过程中对重复设备的量测处理不当造成了非设备量测信息中存在较多的垃圾数据。物理上不同的厂站(或设备)使用同样的中文名称，导致中文名称在电网内不唯一。部分设备或对象的属性没有填写或正确维护，无法建立合理的逻辑关系或存在逻辑错误。如区域间的从属关系属性没有填写，交流线段的连接点和交流线段端点对应的连接点不一致，主变高压侧电压等级与低压侧电压等级颠倒等问题。模型更新不及时，新投运厂站和个别运行厂站只有量测模型，没有建立对应的网络模型。变电站建设与调度人员工作重复，极大地增加了冗余工作，浪费了成本。综上所述，2个标准体系的差异导致调度中心主站和变电站之间很难做到信息同步与信息共享。

技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明目的是提供一个基于IEC61970及IEC61850的系统统一建模模型，包含IEC61970CIM/E模型与IEC61850SCL模型标准，涵盖从变电站过程级、间隔级和站级应用到控制中心应用的统一电力系统信息模型，以及模型统一服务。建设全网统一的数据模型和数据平台，在厂站端实现统一数据采集、统一模型、统一规范、与调度统一的数据交换接口，并与调度端统一维护，实现厂站源端维护与全网共享，主站端可以自动生成调度端模型，实现主站的免维护，变电站端可以自动生成变电站配置信息，实现变电站与主站模型信息的一致性和无缝连接。在调度端实现应用系统和功能的有机整合，实现资源共享，提高整体应用水平，以满足现代大电网安全稳定运行的需求，为一二次系统实现统一监控提供理论及技术基础。为了达到上述目的，本发明提供的图模一体的变电站与调度主站协同建模方法，可将图模一体的变电站模型在主站进行全网模型一体化处理和无缝连接，为调度端提供IEC61970标准的电网信息模型(CIM、CIM/E模型)和变电站及大电网图形，为变电站监控提供所需的系统信息和配置信息，图模一体的变电站模型由变电站维护，在主站对图模一体的变电站模型与全网模型进行一体化处理和无缝连接。本发明提供的图模一体的变电站与调度主站协同建模方法包括建立环境阶段和建立模型阶段；所述的建立环境阶段包括按顺序执行的下列步骤：步骤一、建立图模一体化变电站模型文件格式及数据库数据结构的S11阶段；步骤二、在变电站侧建立变电站图模一体化建模平台的S12阶段；步骤三、在主站侧建立系统设备与变量命名机制和变电站与电网无缝连接机制的S13阶段；步骤四、在主站侧建立图模一体化电网模型管理平台的S14阶段；步骤五、建立变电站图模一体化建模平台与主站图模一体化电网模型管理平台之间的连接的S15阶段；所述的建立模型阶段包括按顺序执行的下列步骤：步骤一、变电站平台建立变电站模型并生成临时变电站配置文件的S21阶段；步骤二、变电站平台将变电站模型提交给主站平台的S22阶段；步骤三、主站平台对变电站模型进行全网模型一体化处理与无缝连接，生成主站端变电站模型的S23阶段；步骤四、判断图模一体化变电站模型在主站平台进行的一致性校验是否通过的S24阶段；如果判断结果为“是”，则进入下一步S25阶段，否则跳转至S28阶段的入口处，下一步执行S28阶段；步骤五、主站平台将变电站模型下发给变电站平台，变电站平台生成变电站配置文件的S25阶段；步骤六、判断变电站平台进行的配置一致性校验是否通过的S26阶段；如果判断结果为“是”，则进入下一步S27阶段，否则返回至S23阶段的入口处，下一步重新进入S23阶段；步骤七、平台将变电站配置文件应用到变电站监控系统的S27阶段；步骤八、主站平台判断变电站模型建模是否存在问题的S28阶段；如果判断结果为“是”，说明属于变电站建模有问题，则流程返回至S21阶段的入口处，下一步重新进入S21阶段；否则，说明问题属于主站全网模型一体化处理与无缝连接中的问题，则流程返回至S22阶段的入口处，下一步重新进入S22阶段。在S21阶段中，所述的建立变电站模型的具体做法是：将变电站设备模型和对应图形及设备间拓扑连接关系融为一体，存储于同一文件或数据库，其中的设备模型与设备图形是一一对应的关系，即以图形方式覆盖61850变电站的模型内容。在S21阶段中，所述的变电站配置文件的内容为ICD文件、SSD文件、SCD文件和CID文件。在S23阶段中，所述的全网模型一体化处理与无缝连接的具体做法是：在主站对变电站内设备模型对象进行重命名，并把图模一体化变电站模型与外部电网模型进行连接，剔除重复定义设备，并使电网模型定义覆盖61850、61970标准内容，同时满足电网在线、离线安全稳定分析的需求。在S24阶段中，所述的变电站模型一致性校验的具体做法是：通过比较修改前后的图模一体化变电站模型来实现，由软件工具进行对比并输出校验报告，人工予以确认。在S26阶段中，所述的变电站配置一致性校验的具体做法是：通过比较基于SCL描述的SCD文件实现，在图模一体化变电站模型修改前后分别导出变电站配置文件，由软件工具进行对比并输出校验报告，人工予以确认。本发明的效果：建立了一套覆盖IEC61850、IEC61970标准的变电站自动化系统与调度自动化系统协同建模方法，实现图模一体化方式的变电站模型建模和全网模型一体化处理与无缝连接。变电站侧可由图模一体化变电站模型导出变电站配置文件，用于61850变电站的实施配置。主站侧可由图模一体的电网模型导出CIM、CIM/E数据模型及SVG、G格式变电站图形和地理接线图。实现了电网一次、二次设备模型、图形信息在变电站源端维护和全网共享。从本质上克服了目前主站侧对变电站模型、图形的重复建模与维护，降低了重复建模出错概率和生产成本，提高了电网模型一致性和可操作性，从而推动IEC61850、IEC61970标准系统化应用，具有显著经济效益和社会效益。附图说明图1为传统技术中的61850变电站工程实施配置流程。图2为本发明提供的图模一体的变电站与调度主站协同建模方法的建模示意图。图3为本发明提供的图模一体的变电站与调度主站协同建模方法中建立环境阶段的操作流程图。图4为本发明提供的图模一体的变电站与调度主站协同建模方法中建立模型阶段的操作流程图。图5为图模一体化变电站模型构成示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明提供的图模一体的变电站与调度主站协同建模方法进行详细说明。本发明提供的图模一体的变电站与调度主站协同建模方法，其包括建立环境阶段和建立模型阶段；建立环境阶段为建模前的准备工作阶段，建立模型阶段为实际建模阶段。如图3所示，所述的建立环境阶段包括按顺序执行的下列步骤：步骤一、建立图模一体化变电站模型文件格式及数据库数据结构的S11阶段：首先定义图模一体的变电站模型及其对应的数据结构，该模型可以以文件或数据库形式存储，支持以图形为主的图模一体建模设计，支持变电站模型的增量建模方式和设备命名与重命名机制；步骤二、在变电站侧建立变电站图模一体化建模平台的S12阶段：在变电站侧建立变电站图模一体化建模平台，支持以图形方式进行变电站模型建模、变电站配置文件导入、导出和变电站配置文件一致性校验，支持变电站模型和变电站配置文件版本管理；支持与主站图模一体化电网模型管理平台网络通讯等；步骤三、在主站侧建立系统设备与变量命名机制和变电站与电网无缝连接机制的S13阶段：在主站侧，建立系统设备与变量命名机制，读取变电站提交的图模一体化变电站模型，检查变电站内设备模型和数据对象名称，对具有全局属性的设备和变量进行统一命名管理，避免名称重复或重复命名；建立变电站与电网无缝连接机制，确定变电站与外部电网的连接设备，剔除重复定义的连接设备或等值网络，由主站对变电站与外网的连接设备进行维护；步骤四、在主站侧建立图模一体化电网模型管理平台的S14阶段：在主站侧建立图模一体化电网模型管理平台，支持以图形方式进行变电站模型一体化处理与全网模型无缝拼接，能够进行变电站模型一致性校验，能够导入电网模型、图形数据，导出CIM，CIM/E模型和SVG、G格式图形文件，支持变电站模型和全网模型版本管理，支持与变电站图模一体化建模平台网络通讯等；步骤五、建立变电站图模一体化建模平台与主站图模一体化电网模型管理平台之间的连接的S15阶段：变电站图模一体化建模平台通过调度数据网与主站图模一体化电网模型管理平台相连接，以便进行后续操作；建立环境阶段至此结束。图4示出了本发明提供的图模一体的变电站与调度主站协同建模方法中建立模型阶段的流程图，为叙述方便，变电站图模一体化建模平台简称为：变电站平台，主站图模一体化电网模型管理平台简称为：主站平台，图模一体化变电站模型简称为：变电站模型。如图4所示，所述的建立模型阶段包括按顺序执行的下列步骤：步骤一、变电站平台建立变电站模型并生成临时变电站配置文件的S21阶段：在变电站平台上建立、编辑图模一体化变电站模型，根据图模一体化变电站模型生成临时变电站配置文件；1.1在变电站图模一体化建模平台导入装置厂商提供的ICD文件，以图形方式建立或编辑图模一体化变电站模型，实现变电站设备的图形、模型建模和拓扑连接与网络配置；1.2由当前版本的图模一体化变电站模型导出临时变电站配置文件，供后续变电站配置一致性校验使用；步骤二、变电站平台将变电站模型提交给主站平台的S22阶段：变电站图模一体化建模平台通过调度数据网将图模一体化变电站模型发送至主站图模一体化电网模型管理平台；步骤三、主站平台对变电站模型进行全网模型一体化处理与无缝连接，生成主站端变电站模型的S23阶段：3.1在主站图模一体化电网模型管理平台对图模一体化变电站模型进行全网模型一体化处理与无缝连接，在主站由主站模型库保存的其他变电站模型及外网信息生成主站模型或全网模型，以此与变电站提交的图模一体化模型进行连接，确定变电站与电网的连接设备，剔除重复定义的设备，同时对变电站模型中的设备及系统变量名称进行检查，依据系统设备与变量命名机制对变电站模型中新添加设备进行重命名；3.2在主站图模一体化电网模型管理平台，将一体化处理与无缝连接后的图模一体化变电站模型重新输出，定义为主站端图模一体化变电站模型；3.3在主站图模一体化电网模型管理平台，可由所辖各个变电站的图模一体化变电站模型构建图模一体主网模型，图模一体主网模型与主站外网模型可建立图模一体全网模型；由图模一体主网模型或图模一体全网模型可导出61970标准的CIM、CIM/E电网模型和/或SVG、G格式变电站图形及全网地理接线图。同时建立主站模型库，启动对主站端图模一体化变电站模型、图模一体主网模型和图模一体全网模型版本管理。步骤四、判断图模一体化变电站模型在主站平台进行的一致性校验是否通过的S24阶段：在主站侧对主站端图模一体化变电站模型和变电站平台提交的初始变电站模型进行变电站模型一致性校验，即在主站图模一体化电网模型管理平台，应用软件工具对新生成的主站端图模一体化变电站模型与变电站平台初始提交的图模一体化变电站模型进行比较，对比变电站一二次设备的图形与模型信息、变电站设备的拓扑连接关系、IED配置数据、通讯配置等项内容，确保全网模型一体化处理与无缝连接正确操作，同时判断图模一体化变电站模型的完整性和正确性，如果判断结果为“是”，则进入下一步S25阶段，否则跳转至S28阶段的入口处，下一步执行S28阶段；步骤五、主站平台将变电站模型下发给变电站平台，变电站平台生成变电站配置文件的S25阶段：主站平台将主站端图模一体化变电站模型下发给对应的变电站平台，变电站平台根据主站端图模一体化变电站模型生成变电站配置文件；5.1主站平台将通过变电站模型一致性校验的主站端图模一体化变电站模型通过调度数据网发送给变电站平台，由变电站图模一体化建模平台导出新的变电站配置文件；步骤六、判断变电站平台进行的配置一致性校验是否通过的S26阶段：变电站图模一体化建模平台根据对变电站配置文件与临时变电站配置文件进行变电站配置一致性校验，即在变电站图模一体化建模平台，通过软件工具对新导出的变电站配置文件和初始的临时变电站配置文件进行变电站配置一致性校验，确保主站的全网模型一体化处理与无缝连接不更改变电站配置，通过一致性校验判断新生成的变电站配置文件与临时变电站配置文件是否一致，如果判断结果为“是”，则进入下一步S27阶段，否则返回至S23阶段的入口处，下一步重新进入S23阶段；步骤七、平台将变电站配置文件应用到变电站监控系统的S27阶段：变电站图模一体化建模平台将主站端图模一体化变电站模型修订为图模一体化变电站模型新版本，对图模一体化变电站模型和变电站配置文件进行版本管理，将变电站配置文件应用到变电站监控系统，即：7.1在变电站图模一体化建模平台，对经过主站全网模型一体化处理与无缝连接且通过变电站配置一致性校验的主站端图模一体化变电站模型及其导出的变电站配置文件启动版本管理并建立变电站模型库，将主站端图模一体化变电站模型更新为变电站维护的图模一体化变电站模型；7.2变电站根据与主站协同建模生成的变电站配置文件，实施61850变电站工程的配置流程；建模阶段流程至此结束；步骤八、主站平台判断变电站模型建模是否存在问题的S28阶段：在主站平台判断所存在变电站配置更改问题，是否归属于电站模型建模的问题，如果判断结果为“是”，说明属于变电站建模有问题，则流程返回至S21阶段的入口处，下一步重新进入S21阶段；否则，说明问题属于主站全网模型一体化处理与无缝连接中的问题，则流程返回至S22阶段的入口处，下一步重新进入S22阶段。所述的建立图模一体化变电站模型的具体做法是：将变电站设备(一次、二次)模型和对应图形及设备间拓扑连接关系融为一体，存储于同一文件或数据库，其中的设备模型与设备图形是一一对应的关系，即以图形方式覆盖61850变电站的模型内容。在模型建立或编辑中采用所见即所得的图形化界面，在图形界面中通过添加某一设备的图形来添加设备，通过编辑图形属性来修改设备参数(一次设备参数、二次设备参数或定值)；设备间拓扑连接关系包括了一次设备间的连接关系、一次设备与二次设备间的连接关系、变电站内的网络配置等。图模一体化变电站模型建模与传统的先建立变电站设备建模，再根据设备模型建立图形的建模方式有明显区别。所述的变电站配置文件的内容为：61850变电站当前主要的配置文件类型，即ICD文件、SSD文件、SCD文件、CID文件等。ICD文件是智能电子设备(IED)的能力描述文件，由装置厂商提供给系统集成厂商，该文件描述IED提供的基本数据模型及服务，但不包含IED实例名称和通信参数；SSD文件是系统规范文件，全站唯一，该文件描述变电站一次系统结构以及相关联的逻辑节点，最终包含在SCD文件中；SCD文件是全站系统配置文件，全站唯一，该文件描述所有IED的实例配置和通信参数、IED之间的通信配置以及变电站一次系统结构，由系统集成厂商完成；CID文件是IED实例配置文件，每个装置有一个，由装置厂商根据SCD文件中本IED相关配置生成。在传统的61850变电站工程实施过程中，系统集成商提供系统配置工具，并根据用户的需求负责整个系统的配置及联调，装置厂商提供装置配置工具，并负责装置的配置及配合系统集成商进行联调。在图模一体化变电站模型建模过程中，ICD文件仍由装置厂商提供，图模一体化变电站模型建模工具具有系统集成功能，图模一体化变电站模型覆盖了SCD文件内容，由图模一体化变电站模型可导出SSD、SCD等变电站配置文件。所述的全网模型一体化处理与无缝连接的具体做法是：全网模型一体化处理与无缝连接主要在主站对变电站内设备模型对象进行重命名，并把图模一体化变电站模型与外部电网模型进行连接，剔除重复定义设备，并使电网模型定义覆盖61850、61970等标准内容，同时满足电网在线、离线安全稳定分析的需求。对于在变电站初次建立的图模一体化变电站模型，在建模过程中已经对设备进行命名，为避免全局属性的电网设备或信息变量名称重复，需要建立对应的命名机制并对相关设备或信息变量在主站重命名。全局属性的电网设备或信息变量经主站命名后，在后续编辑中不可在变电站侧重新命名。图模一体化变电站模型与变电站外部电网连接时，需要确定变电站与外部电网的连接设备，并剔除重复定义的连接设备。图模一体化变电站模型中与外部电网的连接设备一经确立，在后续编辑中不可在变电站侧进行编辑修改。全网模型一体化处理与无缝连接不更改变电站配置。所述的变电站模型一致性校验的具体做法是：变电站模型一致性校验通过比较修改前后的图模一体化变电站模型来实现，由软件工具进行对比并输出校验报告，人工予以确认。校验内容包括：变电站一次、二次设备的图形与模型信息，变电站设备的拓扑连接关系，IED配置数据，通讯配置等。所述的变电站配置一致性校验的具体做法是：变电站配置一致性校验通过比较基于SCL描述的SCD文件实现，在图模一体化变电站模型修改前后分别导出变电站配置文件，由软件工具进行对比并输出校验报告，人工予以确认。校验内容包括：变电站一次、二次设备及其拓扑连接关系，IED配置数据，通讯配置等。与传统变电站自动化系统建模和调度自动化系统建模方案相比，本发明提供的方法具有如下优势：1)采用图模一体化进行变电站建模，覆盖了IEC61850标准，由图模一体化变电站模型导出变电站配置描述文件，与现有变电站配置流程进行对接，保护了已有投资和电网信息化标准建设；2)采用图模一体化变电站模型与全网模型进行一体化处理和无缝连接，覆盖了IEC61970标准，可导出全网CIM或CIM/E模型及SVG、G格式图形，与现有调度自动化系统进行对接，减少电网调度运行中变电站维护的重复性工作，促进了电网模型的可操作性；3)改变了变电站模型建模和全网模型维护方式，促进了电网模型源端维护、全网共享和IEC61850、IEC61970标准应用的系统化，为全网模型一体化和无缝连接提供了基础。