金瑤，管荑，肖靜

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，濟(jì)南250012；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，濟(jì)南250001；3.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南250014）

基于GID的智能化數(shù)據(jù)平臺(tái)分析

金瑤1，管荑2，肖靜3

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，濟(jì)南250012；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，濟(jì)南250001；3.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南250014）

新一代智能化變電站系統(tǒng)具備變電站運(yùn)行優(yōu)化控制、變電站設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持、設(shè)備故障診斷、智能告警等功能。這些功能的實(shí)現(xiàn)需要有效、準(zhǔn)確、綜合考慮變電站各種數(shù)據(jù)。結(jié)合相關(guān)最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，研究通用模型協(xié)調(diào)，并結(jié)合非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備適配網(wǎng)關(guān)研究，構(gòu)建高性能變電站綜合數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)部分智能化應(yīng)用和CIM/GID服務(wù)于遠(yuǎn)方調(diào)度主站系統(tǒng)。所述成果能夠提高變電站的運(yùn)行效率，降低運(yùn)維成本，提高運(yùn)行安全可靠性，有助于推進(jìn)新一代智能化變電站的建設(shè)，具有可觀的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

智能變電站；數(shù)據(jù)平臺(tái)；GID

0 引言

變電站是構(gòu)成電網(wǎng)的樞紐環(huán)節(jié)，變電站智能化是建設(shè)智能電網(wǎng)的基本要求，也是智能電網(wǎng)的重要組成部分。近年來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)公司推行建設(shè)新一代智能變電站，變電站將會(huì)沿著設(shè)備信息數(shù)字化、功能集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化、檢修狀態(tài)化的方向繼續(xù)前進(jìn)，這要求底層數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化、模型化、統(tǒng)一化要達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)。

數(shù)字化、自動(dòng)化與互操作化是新一代智能變電站的基礎(chǔ)要求，近年來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)公司已經(jīng)在基于IEC 61850的數(shù)字化變電站的研究、開(kāi)發(fā)及建設(shè)方面取得了非?？捎^的進(jìn)展，一些基本符合IEC 61850規(guī)范要求的數(shù)字化變電站業(yè)已投入運(yùn)行，關(guān)于智能變電站的研究正在向縱深發(fā)展。

新一代智能化變電站系統(tǒng)具備變電站運(yùn)行優(yōu)化控制、變電站設(shè)備狀態(tài)檢修決策支持、設(shè)備故障診斷、智能告警等功能。這些功能的實(shí)現(xiàn)需要有效、準(zhǔn)確、綜合考慮變電站各種數(shù)據(jù)。到目前為止，國(guó)內(nèi)電網(wǎng)在基于IEC 61850的站內(nèi)一、二次設(shè)備數(shù)字化與局部數(shù)據(jù)的互操作性研究方面有了較大進(jìn)展，但在變電站數(shù)據(jù)的全面有效整合和綜合運(yùn)用方面仍處于剛剛起步階段，尚有大量關(guān)鍵技術(shù)需要研究和突破。

結(jié)合相關(guān)最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，首先進(jìn)行通用模型的協(xié)調(diào)研究，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合IEC 61970/IEC 61850及IEC 61850/非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備適配網(wǎng)關(guān)的研究，構(gòu)建高性能變電站綜合數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上研究實(shí)現(xiàn)了部分智能化應(yīng)用，同時(shí)以CIM/GID（標(biāo)準(zhǔn)化信息模型/數(shù)據(jù)操作接口）服務(wù)于遠(yuǎn)方調(diào)度主站系統(tǒng)。

1 通用信息模型設(shè)計(jì)、擴(kuò)展與模型協(xié)調(diào)

1.1 模型設(shè)計(jì)與擴(kuò)展

國(guó)家電網(wǎng)公司下發(fā)的針對(duì)新一代智能變電站相關(guān)技術(shù)文件中要求：應(yīng)具有全站信息數(shù)字化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)功能集成化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊化、高壓設(shè)備智能化和運(yùn)行狀態(tài)可視化等技術(shù)特征。并應(yīng)符合易擴(kuò)展、易升級(jí)、易改造、易維護(hù)的工業(yè)化應(yīng)用要求。以國(guó)際現(xiàn)行較為通用的IEC 61850為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)整個(gè)新一代智能變電站的信息模型，以保證模型的通用性與統(tǒng)一性，同時(shí)遵循IEC 61970 CIM的原則進(jìn)行擴(kuò)展［1］。

1.2 語(yǔ)義模型協(xié)調(diào)

IEC 61850配置模型數(shù)據(jù)的文件格式是SCL（變電站配置描述語(yǔ)言），它定義了集合元素和屬性的XML文件形式，包含了運(yùn)行時(shí)需要所有IED的數(shù)據(jù)信息。

1.3 配置模型協(xié)調(diào)

從IEC 61850配置中創(chuàng)建CIM模型的能力和從CIM模型中創(chuàng)建61850配置是成功進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)集成化的必要因素。信息模型一致性需要處理信息的3個(gè)層次，如圖1所示。需要處理的第一個(gè)層次是描述怎樣使CIM和61850語(yǔ)義相關(guān)起來(lái)，這叫做“語(yǔ)義建立階段”；第二個(gè)層次是實(shí)際部署系統(tǒng)的配置，為了實(shí)際的運(yùn)行，這要求所有相關(guān)信息都要建立起來(lái)；第三個(gè)層次是運(yùn)行模型［2］。

圖1 信息模型一致性

2 標(biāo)準(zhǔn)化綜合數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)

將構(gòu)建面向新一代智能變電站的綜合數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，以提供標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)服務(wù)。該平臺(tái)將變電站內(nèi)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，利用CIM和GID向數(shù)據(jù)應(yīng)用者高效提供該變電站全景數(shù)據(jù)視圖。如圖2所示，變電站基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)斷面、歷史數(shù)據(jù)、電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、圖像或多媒體數(shù)據(jù)、二次系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等各種變電站數(shù)據(jù)均被綜合數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)整合，并向數(shù)據(jù)應(yīng)用者（調(diào)度端主站系統(tǒng)或當(dāng)?shù)貞?yīng)用）提供標(biāo)準(zhǔn)的CIM/GID服務(wù)［3］。

圖2 變電站智能化綜合數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)

3 適配網(wǎng)關(guān)

3.1 IEC 61970/IEC 61850適配網(wǎng)關(guān)

IEC 61970/IEC 61850適配網(wǎng)關(guān)置于變電站內(nèi)部，用于實(shí)現(xiàn)在站內(nèi)完成IEC 61850與IEC 61970數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換［4］。網(wǎng)關(guān)的作用如圖3所示，網(wǎng)關(guān)的內(nèi)部工作原理如圖4所示。

圖3 IEC 61970/IEC 61850適配網(wǎng)關(guān)的作用

圖4 IEC 61970/IEC 61850適配網(wǎng)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3.2 IEC 61850/非標(biāo)準(zhǔn)智能設(shè)備適配網(wǎng)關(guān)

要實(shí)現(xiàn)IEC 61850/非標(biāo)準(zhǔn)智能設(shè)備適配網(wǎng)關(guān)，首先要對(duì)現(xiàn)有的非標(biāo)準(zhǔn)智能裝置進(jìn)行建模。非標(biāo)準(zhǔn)智能裝置大多沒(méi)有明確清晰的信息模型，可參照IEC 61850 7-3 CDC和IEC 61850 7-4 LN的定義，將這些裝置提供的信息與標(biāo)準(zhǔn)信息對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)模型標(biāo)準(zhǔn)化建模。

網(wǎng)關(guān)不但要建立信息模型，還要進(jìn)行接口的適配。非標(biāo)準(zhǔn)智能裝置大多沒(méi)有為應(yīng)用定義明確的編程接口，只是在通信層進(jìn)行了定義，這些裝置使用的通信規(guī)約大多以IEC 60870 5-103為基礎(chǔ)，做了修改和擴(kuò)充。要實(shí)現(xiàn)與裝置的通信，必須要針對(duì)每一種通信規(guī)約變體，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的規(guī)約適配模塊。

此外，適配網(wǎng)關(guān)可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)OPC UA協(xié)議轉(zhuǎn)換，以提供標(biāo)準(zhǔn)化接口調(diào)用。

3.3 統(tǒng)一信息采集

設(shè)備適配網(wǎng)關(guān)服務(wù)是變電站和上級(jí)主站通信的橋梁。它主要具有運(yùn)行時(shí)模型協(xié)調(diào)功能和服務(wù)接口轉(zhuǎn)換功能。

運(yùn)行時(shí)模型協(xié)調(diào)主要是指從IEC 61850測(cè)量模型到CIM的映射機(jī)制。除了類的邏輯關(guān)系和計(jì)數(shù)寄存器，還有字符串定義和離散值（枚舉值和布爾值）。為了分析兩種測(cè)量模型，需要檢查IEC 61850的CDCs（公共數(shù)據(jù)類型），并且與CIM測(cè)量模型比較它們的屬性和結(jié)構(gòu)。在IEC 61850中，測(cè)量按照一定的數(shù)量和關(guān)系條件進(jìn)行分組，組合在一起的測(cè)量通常具有共享相同特性、測(cè)量同一物理位置、測(cè)量同時(shí)等特征。

接口轉(zhuǎn)換功能是將變電站內(nèi)的智能電子設(shè)備（IED）所使用的ACSI接口轉(zhuǎn)換為智能變電站數(shù)據(jù)平臺(tái)所使用的GID接口，讓變電站設(shè)備可以訪問(wèn)到數(shù)據(jù)平臺(tái)的電網(wǎng)模型信息，也使得數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)可以獲取變電站自動(dòng)化系統(tǒng)所提供的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)。

4 基于綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)的部分智能化應(yīng)用

4.1 故障綜合分析與決策

當(dāng)變電站系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，迅速確定故障原因、性質(zhì)、位置，能夠大大減少故障損失和系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間。故障診斷非常復(fù)雜，包括電網(wǎng)故障診斷、一次設(shè)備故障診斷、二次設(shè)備故障診斷。實(shí)現(xiàn)正確的故障診斷需要綜合有效信息的支持，包括故障錄波信息、保護(hù)動(dòng)作信息、環(huán)境狀態(tài)信息、視頻圖像、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。基于綜合數(shù)據(jù)信息實(shí)施故障診斷的原理如圖5所示。

變壓器故障診斷。僅僅根據(jù)變壓器油色譜的數(shù)據(jù)，只能得出變壓器基本的故障類型。要對(duì)變壓器進(jìn)行詳細(xì)而準(zhǔn)確的診斷，必須綜合各種信息，如：油色譜信息，油壓、油位、油溫信息，電氣、化學(xué)試驗(yàn)結(jié)果和運(yùn)行檢修史。同時(shí)將各類信息的關(guān)系以及分析判斷的結(jié)果進(jìn)行整合，把各類信息邏輯相關(guān)的顯示給運(yùn)行人員，以方便查閱，對(duì)變壓器的整體狀況進(jìn)行分析，及時(shí)對(duì)其進(jìn)行診斷和維修［5］。

圖5 實(shí)施變電站故障診斷的原理

斷路器故障診斷。從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得波形采樣數(shù)據(jù)及斷路器的基本狀態(tài)量，然后對(duì)采樣文件進(jìn)行分析，得到特征參量。例如，從斷路器合閘線圈電流采樣數(shù)據(jù)中，可分析出線圈出現(xiàn)電流時(shí)刻、線圈電流消失時(shí)刻、線圈電流最大值、出現(xiàn)線圈電流最大值的時(shí)刻、線圈電流有效值等。獲得波形的關(guān)鍵信息后，根據(jù)Dempster合成原理，結(jié)合專家知識(shí)庫(kù)，對(duì)斷路器故障做出診斷分析［6］。

關(guān)于線路故障診斷?；诠收箱洸〝?shù)據(jù)、可實(shí)現(xiàn)故障性質(zhì)、故障類型、故障距離等的分析計(jì)算。

關(guān)于綜合分析決策支持?；诰C合數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)及上述故障診斷方法，系統(tǒng)可最終給出故障處理的決策方案，輔助操作人員快速準(zhǔn)確理故障。

4.2 智能告警

智能告警實(shí)現(xiàn)對(duì)一、二次信息進(jìn)行在線故障診斷、處理，支持網(wǎng)絡(luò)智能分析，分項(xiàng)、分類對(duì)收集的告警信息進(jìn)行壓縮和管理，針對(duì)“三集五大”體系不同需求制定告警方案，利用直觀的方式提供全方位告警提示并輔助決策，為電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供技術(shù)支撐［7］。

系統(tǒng)可及時(shí)響應(yīng)設(shè)備故障，并及時(shí)預(yù)計(jì)報(bào)警。響應(yīng)范圍包括運(yùn)行異常告警、二次設(shè)備異常告警等，并對(duì)報(bào)警原因進(jìn)行智能推理，及時(shí)提供給使用者可能的故障原因，提供完備的告警顯示與控制界面并對(duì)故障信息管理。

5 結(jié)語(yǔ)

新一代智能化變電站數(shù)據(jù)信息服務(wù)領(lǐng)域建設(shè)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)站內(nèi)設(shè)備之間的互操作和整個(gè)變電站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合。對(duì)新一代智能化變電站的數(shù)據(jù)服務(wù)建設(shè)方面進(jìn)行研究，最終全面實(shí)現(xiàn)變電站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合及智能化應(yīng)用。分別針對(duì)IEC 61850或非標(biāo)準(zhǔn)的一般智能裝置實(shí)現(xiàn)面向整個(gè)變電站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合，服務(wù)于遠(yuǎn)方調(diào)度主站系統(tǒng)或智能化應(yīng)用，研究成果包含能夠?qū)崿F(xiàn)變電站智能化的基礎(chǔ)性技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)。所述分析及設(shè)計(jì)研究尚未推廣應(yīng)用于實(shí)踐，其研究成果將在后續(xù)應(yīng)用中繼續(xù)改進(jìn)。

［1］周波曦，孟昭勇，王志臣，等.基于CIM的變電站與配電饋線一次接線圖自動(dòng)繪制算法［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36（11）：77-81.

［2］劉兆田，葛立青，楊凡.基于CIM的通用數(shù)據(jù)服務(wù)在智能變電站中的應(yīng)用［J］.電力信息化，2012（9）：85-88.

［3］白建社，江秀臣，薛鈞義.變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通用數(shù)據(jù)服務(wù)軟件平臺(tái)研究［J］.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2004，16（3）：5-8，16.

［4］易妍，范輝，顧雪平.智能變電站一體化信息支撐平臺(tái)構(gòu)建分析［J］.河北電力技術(shù)，2013（1）：10-13.

［5］彭飄.基于根本原因法的智能變電站故障診斷模型的研究［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2011.

［6］崔法聚.基于集控中心的電力系統(tǒng)警報(bào)處理故障診斷研究［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2012.

［7］宋璇坤，劉穎，孫佳，等.新一代智能變電站一體化信息平臺(tái)設(shè)計(jì)［J］.電力建設(shè)，2013，34（9）：21-25.

Analysis of the Intelligent Data Platform Based on GID

JIN Yao1，GUAN Ti2，XIAO Jing3
（1.Economic&Technology Research Institute，State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250012，China；2.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China；3.State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250014，China）

The new generation intelligent substation system should have functions of operation optimization control，decision support of equipment state maintenance，equipment fault diagnosis and intelligent alarm.Realization of these functions requires accurate，effective and comprehensive consideration of various data of the substation.Combined with the latest relevant international standards，general model of coordination is studied.Combined with the research of non-standard equipment adapter gateway，the integrated data service platform of high performance substation is constructed.Part of intelligent applications and CIM/GID services for the remote dispatch master station system are realized.The results can be used to improve the operation efficiency of substations，reduce maintenance cost，improve the operation safety and reliability，and help to promote the construction of new generation intelligent substations.The results have considerable social and economic benefits.

intelligent substation；data platform；GID

TM732

A

1007－9904（2015）02－0032－04

2014-10-20

金瑤（1976），女，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化相關(guān)工作；

管荑（1979），女，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化相關(guān)工作；

肖靜（1978），女，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化相關(guān)工作。