李響，陳浩敏，陳波，習(xí)偉，鄭小華

（1.廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，廣東佛山 528000；2.南方電網(wǎng)科學(xué)研究院，廣東廣州 510080；3.快威科技集團(tuán)有限公司，浙江杭州 310027）

經(jīng)過十余年的發(fā)展，變電站綜合自動化技術(shù)已經(jīng)日臻成熟。隨著計算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及信號處理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，變電站綜合自動化技術(shù)從傳統(tǒng)的SAS（綜合自動化變電站）發(fā)展到數(shù)字化變電站甚至智能變電站。但已有的變電站自動化系統(tǒng)可能由不同的廠家承建，對同類數(shù)據(jù)的描述和要求也不盡相同。這樣的重復(fù)描述和存儲，不僅浪費(fèi)資源，還會產(chǎn)生二義性[1]。為了實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的無縫同步數(shù)據(jù)共享，本文利用IEC61970的公共信息模型對變電站八類運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一建模，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一致性、實(shí)時性、完整性、安全性、有效性和準(zhǔn)確性。

本文以500 kV順德變電站為例，其生產(chǎn)管理所需的數(shù)據(jù)共有8大類：電網(wǎng)運(yùn)行信息、故障和保護(hù)信息、運(yùn)行分析信息、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測信息、電能質(zhì)量信息、視頻信息、環(huán)境信息和作業(yè)管理信息。變電站內(nèi)已有的監(jiān)控管理系統(tǒng)分為生產(chǎn)控制區(qū)（Ⅰ區(qū)）和管理信息區(qū)（Ⅲ區(qū)），分別由不同的廠家承建。生產(chǎn)控制區(qū)（Ⅰ區(qū)）包括穩(wěn)定控制、測控保護(hù)、廠域控制保護(hù)、一體化運(yùn)行記錄分析裝置、一體化電源控制、PMU等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，管理信息區(qū)（Ⅲ區(qū)）包括電能質(zhì)量監(jiān)測、安防、視頻及環(huán)境監(jiān)測等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。兩區(qū)之間需實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)與管理數(shù)據(jù)的同步無縫共享。在充分研究了IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，本文采用CIM（公共信息模型）對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行建模。

1 IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)概述

IEC 61970系列標(biāo)準(zhǔn)定義了能量管理系統(tǒng)應(yīng)用程序接口（EMS-API），主要包括公共信息模型（Common Information Model，CIM）和組件接口規(guī)范（Component Interface Specification，CIS）兩部分。其目的是便于來自不同廠家的EMS系統(tǒng)內(nèi)部各種應(yīng)用的集成；便于EMS系統(tǒng)與調(diào)度中心內(nèi)部其他系統(tǒng)的互聯(lián)；便于不同調(diào)度中心EMS系統(tǒng)之間的模型交換[2]。

CIM以面向?qū)ο蟮姆绞矫枋隽穗娏ο到y(tǒng)各領(lǐng)域的模型，是IEC 61970的核心內(nèi)容[3]。CIM是一個抽象模型，它描述了包含在EMS信息模型中的電力企業(yè)的所有主要對象。通過使用統(tǒng)一建模語言（Unified Modeling Language，UML），將電力系統(tǒng)資源抽象成各種對象類和屬性以及他們之間的各種關(guān)系。通過定義一種基于CIM的公共語言，使應(yīng)用或系統(tǒng)能夠不依賴于信息的內(nèi)部表示而訪問公共數(shù)據(jù)和交換信息[4]。

2 監(jiān)控運(yùn)維數(shù)據(jù)建模

目前發(fā)布的IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)對電力企業(yè)所涉及的對象描述得非常詳盡，但并不能滿足所有應(yīng)用的需求[5-19]。以變電站為例，其生產(chǎn)管理的8大類數(shù)據(jù)在CIM中的描述較少，要建立數(shù)據(jù)模型，需對CIM進(jìn)行擴(kuò)展。表1為順德站1號主變數(shù)據(jù)的模型信息，從表中可以看出，除了電網(wǎng)運(yùn)行信息可參考CIM中已有的Meas量測包直接建模外，其余的數(shù)據(jù)都需重新建模。圖1所示為在Meas量測包中本文所擴(kuò)充的內(nèi)容（圖中灰色方框部分），及與CIM中其他包及Meas包內(nèi)各類之間的關(guān)聯(lián)。擴(kuò)充各類繼承量測類（Measurement）的屬性和關(guān)聯(lián)，可獲取量測的值、限值、單位及量測與設(shè)備間的關(guān)聯(lián)。

表1 順德站1號主變數(shù)據(jù)模型信息表Tab.1 Data model information table of 1#transformer in Shunde Substation

因篇幅有限，下面僅以Meas量測包擴(kuò)展電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)類、擴(kuò)展的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測類和基于IEC61968工作包（Work）擴(kuò)展的作業(yè)管理信息類為例進(jìn)行具體說明。

2.1 電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)類

電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)包括：1）模擬量數(shù)據(jù)：頻率，電壓，電流，有功功率，無功功率，溫度，水位等。2）狀態(tài)量數(shù)據(jù)：開關(guān)，刀閘，事故總信號，主變分接頭，裝置運(yùn)行狀態(tài)、軟壓板、硬壓板等。3）PMU數(shù)據(jù)。表2為電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)類（PowerOperationData）的固有屬性，其關(guān)聯(lián)繼承自Measurement，此處不再贅述。

圖1 Meas包擴(kuò)展類及其關(guān)聯(lián)Fig.1 Extended classes and their association in Meas package

表2 電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)（PowerOperationData）的固有屬性表Tab.2 Inherent attributes of PowerOperationData

2.2 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測類

圖2 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測類（EquConditionMonitoringData）結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of EquConditionMonitoringData

生產(chǎn)控制區(qū)（Ⅰ區(qū)）對一次設(shè)備進(jìn)行在線數(shù)據(jù)分析和總結(jié)、狀態(tài)監(jiān)測，按照設(shè)備需要安排檢修計劃；對二次設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。對順德站而言，站內(nèi)主要的一次設(shè)備包括主變壓器、HGIS/GIS、斷路器、避雷器以及部分刀閘等。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測類（EquConditionMonitoringData）分為8個子類，分別為變壓器監(jiān)測類、絕緣監(jiān)測類、局放監(jiān)測與診斷類、斷路器監(jiān)測類、避雷器監(jiān)測類、絕緣氣體監(jiān)測類、絕緣液體監(jiān)測類和環(huán)境監(jiān)測類。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測類（EquConditionMonitoringData）的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

以主變壓器為例，其監(jiān)測的主要對象包括3類數(shù)據(jù)，主變報警類、主變測量類，主變設(shè)定類。主變報警信息主要包括鐵芯接地電流報警、夾件接地電流報警、中性點(diǎn)直流電流報警、監(jiān)控設(shè)備通信異常和監(jiān)測設(shè)備自檢異常等。主變測量類包括鐵芯接地電流、夾件接地電流，中性點(diǎn)直流電流等。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測類與設(shè)備類（Equipment）關(guān)聯(lián)，獲取設(shè)備的參數(shù)信息；繼承Measurement關(guān)聯(lián)限值集類（Limitset），用以設(shè)定監(jiān)測量的上下限閾值；繼承Measurement關(guān)聯(lián)Unit設(shè)置監(jiān)測量的單位；繼承Measurement關(guān)聯(lián)MeasurementValue獲取監(jiān)測量的檢測值；關(guān)聯(lián)Measurement獲取監(jiān)測量的描述與標(biāo)識信息以及當(dāng)監(jiān)測量越限時發(fā)出報警信息。根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測包的報警信息，與作業(yè)管理信息類相關(guān)聯(lián)，產(chǎn)生檢修計劃、缺陷報告，開出工作票或操作票等。

2.3 作業(yè)管理信息類

變電站作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，其安全關(guān)系著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而變電站的安全又取決于其日常的運(yùn)行管理。管理信息區(qū)（Ⅲ區(qū)）通過對變電站電能質(zhì)量監(jiān)測、安防、視頻、環(huán)境監(jiān)測以及日常作業(yè)管理信息等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，保障變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過對作業(yè)管理數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和歸類，本文基于IEC61968的工作包（Work）建立了作業(yè)管理信息類（JobManagement），擴(kuò)展已有的CIM模型。作業(yè)管理信息類主要由日常維護(hù)類（包括計劃類、檢修類和巡視類）、值班類、工作票類、操作票類、缺陷類和試驗類組成。其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 作業(yè)管理信息類（JobManagement）結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure of JobManagement

由圖3可知，由設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測類檢測到設(shè)備的異常情況或是設(shè)備試驗中發(fā)現(xiàn)的設(shè)備異常，形成檢修計劃；檢修工作形成工單，開出對應(yīng)的工作票或操作票；開票后形成值班記錄；由值班人員巡視或者設(shè)備試驗發(fā)現(xiàn)的問題，形成缺陷數(shù)據(jù)；根據(jù)缺陷單形成檢修工作，并開出兩票，最后形成值班記錄；值班人員修改設(shè)備定制，開出操作票；或者接收來自調(diào)度主站的調(diào)度命令，開出操作票，最后形成值班記錄。

2.4 數(shù)據(jù)交換安全防護(hù)

生產(chǎn)控制區(qū)與管理信息區(qū)的網(wǎng)絡(luò)邊界處設(shè)置電力專用安全隔離裝置進(jìn)行雙向物理隔離。電力專用安全隔離裝置通過“安全島”數(shù)據(jù)擺渡和割斷穿透性TCP連接等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的單向傳輸和網(wǎng)絡(luò)邊界的物理隔離。該裝置分為正向型和反向型，其中正向型安全隔離裝置用于生產(chǎn)控制區(qū)到管理信息區(qū)的單向數(shù)據(jù)傳輸。反向型安全隔離裝置用于從管理信息區(qū)到生產(chǎn)控制區(qū)單向純文本數(shù)據(jù)傳輸。反向安全隔離裝置接收管理信息區(qū)發(fā)向生產(chǎn)控制區(qū)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行簽名驗證、編碼轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)報文檢查等處理后，轉(zhuǎn)發(fā)給生產(chǎn)控制區(qū)內(nèi)的相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

生產(chǎn)控制區(qū)與管理信息區(qū)之間的訪問策略：只允許生產(chǎn)控制區(qū)主動與管理信息區(qū)建立連接，不允許從管理信息區(qū)反向訪問生產(chǎn)控制區(qū)，以此確保變電站各系統(tǒng)的信息安全。

3 工程應(yīng)用

針對500 kV順德變電站監(jiān)控運(yùn)維的8大類數(shù)據(jù)，本文提出的基于IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)的變電站監(jiān)控運(yùn)維數(shù)據(jù)的建模方法，為被交換或訪問的信息提供一個公共的、一致的語義，實(shí)現(xiàn)了變電站駕駛艙項目統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理，為電網(wǎng)運(yùn)行控制、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)視和變電站維護(hù)管理提供一站式的支撐。具體應(yīng)用如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)模型的具體應(yīng)用Fig.4 The specific application of the data model

4 結(jié)論

本文提出了一種基于IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)的變電站監(jiān)控運(yùn)維數(shù)據(jù)的建模方法，著重對不同廠家間交流共享的數(shù)據(jù)統(tǒng)一建模，對CIM模型進(jìn)行多方面擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)500 kV順德變電站生產(chǎn)控制區(qū)（Ⅰ區(qū)）和管理信息區(qū)（Ⅲ區(qū)）之間數(shù)據(jù)的同步無縫實(shí)時共享，兩區(qū)數(shù)據(jù)高度融合，變電站運(yùn)營環(huán)境更加友好，提高了變電站安全管理的效率，為變電站的日常安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了堅實(shí)的保障。

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