电力系统一体化全景模型研究

摘要∶为了支持电力系统二次系统资源、信息整合，为建设一体化、模块化和智能化的应用功能提供统一的基础资源支撑，有必要建立电力系统一体化全景模型。针对我国电网企业内部二次系统信息孤岛等问题，结合智能电网发展对二次系统的需求，提出电力系统一体化全景模型的建设理念，并从定义、功能要求、维护方案等方面进行了研究。通过电力系统一体化全景模型，可以为电力系统二次系统提供模型建设规范和维护标准，进而推进二次一体化建设。

关键词∶一体化全景模型；电力系统；分布式建模

作者简介：王化龙（1979），男（土家族），湖北宜昌人，工程师，学士，主要从事电力系统调度自动化系统设计和开发工作，黄湫莉（1980），女，广西藤县人，工程师，学士，主要从事电力系统调度自动化、系统通信设计工作

0 前言

电力系统模型是对电力系统相关物理现实的抽象，在计算机系统中，通常通过建模语言与数据库对电网设备及其关联关系进行电力系统模型的描述与搭建。随着电网信息化的快速发展，特别是智能调度概念的提出，各应用系统集成和交互的需求也日益提高，电网企业作为这些系统的最终用户，需要从全局的角度对电网进行掌控，所以，对电网物理结构及电网运行相关外部环境等信息的一体化描述成为一种逐渐重要的需求。本文提出的一体化全景模型即为满足这种需求的一种实现方式。

1 一体化全景模型的建设需求

目前，在我国的电网企业内部，因为专业的职能划分、系统认识的演变等原因，电网数据和模型都出现了不同的版本。以调度运行部门为核心，根据业务需求的不同，建设了很多相互独立的用于支持电网生产运行管理的计算机系统，包括能量管理系统（EMS）、广域相量测量系统（WAMS）、调度运行管理系统（OMS）、负荷预测系统、继电保护故障信息管理系统、电能量计量系统、输电地理信息系统（GIS）、雷电定位监测系统、气象预警系统等。以上系统由各级电网的不同部门或专业分别建设，独立建设电力系统模型，并对各自关注的部分进行重点描述与扩展。

造成模型缺乏横向共享与纵向贯通的能力，各业务系统之间重复维护、信息互动困难、一致性差。各独立模型不能单独满足调度整体业务需求，相互整合存在较高技术难度，在建设智能电网背景下，进行电网运行的综合分析决策也缺乏多维信息的支持。“十二五”期间，南方电网开展了一体化电网运行智能系统的研究和建设，以应对日益复杂的电网运行控制需求，一体化电网运行智能系统实现综合性和全局性的电网关键运行状态监视，进而提供涵盖各专业和各层级的电网运行监控、决策和管理功能。一个一体化的全网大模型是满足上述需求的基础，基于此模型，可以在“源端维护、全局共享”的基础上实现全网一致的模型“集中管理”；同时，还将为横向与纵向上各个二次系统功能模块按需提供模型服务，使综合化和协同化的应用功能成为可能。

2 一体化全景模型概述

2.1 定义

一体化全景模型以电网模型为核心，存储和管理全网电力系统模型、电网运行相关外部环境模型等及其对应的图形和运行参数，横向上整合一次、二次系统、气象、地理信息、水、煤等信息的电网全景模型，纵向上包括网、省、地、县的各电压等级的电网模型。一体化全景模型在CIM的基础上扩展出电网企业自身的公共信息模型，所扩展的模型可根据需求包含原有各业务支持系统的模型（在必要的情况下可以包括电网外部环境等非电网模型的类型），同时还利用模式定义与扩充工具，以适应对模型的逐步动态扩展的要求。

2.2 建设目标

通过一体化全景模型的建设，将能对电网企业现有的各电网生产运行管理支持系统提供模型支持，其范围涵盖这些系统的业务领域，同时通过ESB总线或其他类似的手段以标准接口向各系统、各级电网发布模型。一体化全景模型可独立于各业务支持系统建设，通过SOA服务总线对各系统提供模型服务功能：

1）模型定制。对全区域电网统一模型，可由运行人员在其基础上指定设备类型/具体设备/具体厂站进行等值成负荷的处理从而生成定制后的模型；可导出由运行人员指定的设备/厂站来实现部分导出，以上两种方式都能生成与模型对应的SVG画面。

2）模型服务。通过SOA服务总线按照标准形式向各业务支持系统发布定制区域统一模型与图形；也可以使用标准的CIS接口向各系统发布模型。

3）应能对输入的中调模型/图形，大区电网模型/图形，输出的全区域电网统一模型/图形实现版本管理，进行历史保存，并可生成典型方式的模型/图形作为备用。

4）可向安全III区提供与安全I区一致的服务，可以在安全III区实现模型定制与发布功能。

5）支持基于全区域电网统一模型的状态估计、潮流计算等电网分析计算应用功能。

6）可通过WEB方式实现客户端对全区域电网统一模型的定制需求的提交，经运行维护人员确认后，电网一体化全景模型可按提交的需求为该客户端提供模型、图形服务。

3 一体化全景模型建设方案

一体化全景模型的建设应以统一规划、分级协同维护的方式建设，横向上应在CIM模型的基础上进行拓展，覆盖电网企业生产业务全专业需求，采用统一的维护工具，利用专业权限管理实现多用户分布维护；纵向上采用模型复制机制，上下级调度按照调度管理权限分级维护全网模型，经统一校核后更新发布。

3.1 横向建模方案

一体化全景模型在横向上实现各安全分区模型统一建立、维护，各业务支持系统均可使用其他分区或系统导出的电网模型，也可以将自身模型导出给其他系统使用。电网企业应建立统一标准，规范一体化全景模型的建设及包含的范围。其模型扩展应建立严格的管理机制，由固定的机构组织模型扩展的讨论与新版本的发布。经过批准的一体化全景模型版本才能用于各业务部门及应用功能开发。模型维护在离线环境下完成，提供验证机制，只有验证正确的模型才能装载到测试环境下运行。在将安全III区的模型导入安全I区的过程中，必须经过相应的审核和验证，在安全I区对导入模型所做的修正，应自动同步到安全III区的源模型中，实现修正内容的自动同步更新。当采用模型导入方式生成模型时，可以选择人工触发导入或者软件自动检测导入，模型导入验证通过后，可选择人工触发发布或者由软件自动发布。符合IEC61850标准的站端模型导入维护时，由模型维护软件自动检测模型文件是否更新，如果发现更新则自动导入模型。上下级电网模型更新后，可自动更新CIM/XML模型文件，由软件检测后自动导入到一体化全景模型。模型维护可以按专业进行，一个专业完成维护工作后即可投入新模型运行，其它专业维护工作不影响其运行。

3.2 纵向建模方案

省地两级全景模型维护流程中，一体化全景模型维护节点分为省调维护节点和地调维护节点。一体化全景模型维护的主要内容包括电网模型和图形，以下所提到的模型维护均包括了电网模型和图形。省调维护人员在省调维护节点进行省调调度范围内电网模型和图形的维护，模型维护结束并经验证成功后，上传到模型中心（含省地一体化全景模型），进行模型合并。一旦省地一体化全景模型发生变化，经过审核为合法版本后，由模型中心提供模型下载服务，同时通知一体化全景模型地调维护节点,以便地调维护节点获取到一体化全景模型的最新版本。此时，还可以启动模型发布功能，将省地一体化全景模型最新版本发布到各业务支持系统中运行。地调维护人员在地调维护节点进行地调调度范围内电网模型的维护，模型维护结束并经验证和审核通过后，上传到模型中心，进行模型合并。一体化全景模型地调节点还需要利用模型切割功能，从一体化全景模型切割出地调系统所需要的电网模型和图形，导出给地调使用。

4 一体化全景模型建模示例

一体化全景模型横向上通过专业权限协同完成建模，利用工作流引擎支持，同级维护人员可分别维护模型的不同分区，可采用与传统建模类似的方式实现。纵向建模涉及调度管理边界电网及设备的维护，采用了模型复制机制，以一个省级电网的建模为例，在电网一体化全景模型中，省调一体化全景模型维护节点负责维护电网220kV以上电压等级厂站和线路，地调一体化全景模型维护节点负责维护电网220kV以下电压等级厂站和线路。

4.1 省级建模流程

对220kV厂站，省调负责220kV侧高压母线的维护，主变及220kV以下部分由地调负责维护。省调负责220kV厂站的创建，地调无权创建。省调维护结束后，由模型验证模块对模型进行验证，只有模型验证通过后，才能将维护后的模型上传到省地一体化全景模型维护节点进行模型合并。对省调维护节点而言，需要完成省调维护范围内电网模型、图形的维护，然后上传给模型中心。模型中心同时还要接受地调一体化全景模型维护节点上传的电网模型，并与省调一体化全景模型进行模型合并，生成省地调统一维护的一体化全景模型。同样，合并后的一体化全景模型也需要由模型验证模块进行验证，模型验证通过后，可以发布到各业务支持系统进行使用。同时，将模型变化通知各地调一体化全景模型维护节点，由地调维护节点决定是否更新一体化全景模型。

4.2 地级建模流程

对跨地区的110kV线路，地调一体化全景模型维护节点在建模时各自首先按照负荷进行建模，以保证地调EMS模型的正常运行。待地调将模型上传到省调一体化全景模型维护节点后，指定由某一地调的维护人员进行负荷改线路的维护。地调模型维护结束后，由模型验证模块对模型进行验证。模型验证通过后，根据地调EMS模型需要，对验证后的一体化全景模型进行模型切割，生成地调EMS的维护模型，对该维护模型进行再次验证，模型验证通过后发布到地调EMS系统使用。同时，地调还需要将维护后的一体化全景模型上传到省调一体化全景模型维护节点进行模型合并。对地调一体化全景模型维护节点而言，不仅需要完成地调维护范围内电网模型的维护，同时还要接受省调一体化全景模型维护节点的电网模型，并与地调一体化全景模型进行模型合并，生成省地调统一维护的一体化全景模型。

5 结论

一体化全景模型以电网模型为核心，通过分布式建模和模型拼接技术，以“源端维护，全网共享”为目标，实现电网企业全区域统一模型，并以此为基础，形成对实时、计划等各类电网应用及外部环境模型的统一管理，并通过模型发布服务，满足调度中心各级应用对模型的需求，为实现智能调度中心基于全景模型的分析、计算、预警和辅助决策奠定坚实基础。

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作者：王化龙 黄湫莉          单位：中国能源建设集团广西电力设计研究院有限公司