盧小海， 王宇名， 趙文博

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局，廣東 中山 528400)

基于配網(wǎng)主站平臺的圖模變化量多版本機(jī)制研究

盧小海， 王宇名， 趙文博

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局，廣東 中山 528400)

配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備繁多，圖模變化頻率高，導(dǎo)致配電自動化運維的圖模管理工作存在一定的困難。針對當(dāng)前配電自動化系統(tǒng)圖模維護(hù)和管理的方式，本文提出一種基于精細(xì)變化量的圖模多版本分層訂閱機(jī)制。通過源端唯一的配電網(wǎng)設(shè)備異動管理，分層次訂閱數(shù)據(jù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化量，采用數(shù)據(jù)庫多版本管理機(jī)制構(gòu)建設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。通過快速構(gòu)建設(shè)備間的層次結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，按版本對配網(wǎng)圖模進(jìn)行對比和更新，全面提升配電自動化系統(tǒng)圖模的正確性，提高配網(wǎng)圖模的維護(hù)效率，保證了基于配電網(wǎng)模型開展研究分析的應(yīng)用需求。

配電網(wǎng)圖模；圖模變化量；多版本管理；分層訂閱；模型校驗

0 引言

配電網(wǎng)是連接電力負(fù)荷與大電網(wǎng)的中間環(huán)節(jié)，通過建設(shè)智能化配電網(wǎng)來實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置是建設(shè)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵內(nèi)容。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，配電網(wǎng)規(guī)模也日趨擴(kuò)大。而反映電網(wǎng)架構(gòu)及模型的配電網(wǎng)一次接線圖和環(huán)網(wǎng)圖是配電網(wǎng)各類業(yè)務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。當(dāng)前配電網(wǎng)調(diào)度主站系統(tǒng)一次接線圖主要來源于生產(chǎn)管理系統(tǒng)(PMS)或地理信息系統(tǒng)(GIS)，由于城市建設(shè)和改造的需要,配電網(wǎng)的改造和線路運方變動頻繁，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ蛶缀跆焯煸谧?，配電網(wǎng)接線圖還需要不斷地調(diào)整和修改[1-3]。在配電自動化系統(tǒng)建設(shè)過程中，從PMS或GIS導(dǎo)入圖模時，存在圖模不規(guī)范或各種錯誤，導(dǎo)致多次重復(fù)流程；配電網(wǎng)運方變化頻繁，加重了圖模維護(hù)的頻度和工作量；圖形標(biāo)準(zhǔn)的不同導(dǎo)致在配電網(wǎng)主站系統(tǒng)建設(shè)過程中圖紙的實時、超鏈、標(biāo)注信息等需二次維護(hù)，且易于被覆蓋，造成重復(fù)性勞動；圖模維護(hù)工作量巨大，維護(hù)質(zhì)量的可感知度較低，對存在的拓?fù)溥B接錯誤、模型異動和基本的模型屬性錯誤缺乏有效的感知、校核手段，調(diào)度員和運方人員幾乎每天都要對同一條饋線的單線圖改造前和改造后的情況進(jìn)行對比、擬訂計劃、開操作票，執(zhí)行線路停送電。由此可見，地區(qū)級配電網(wǎng)圖模及一體化關(guān)聯(lián)的正確性在運維方面存在不足，難以全面滿足地區(qū)配電網(wǎng)調(diào)度、自動化運維工作的需求。因此，需要有嚴(yán)格的圖模管理機(jī)制。

本文提出一種基于精細(xì)變化量的圖模多版本分層訂閱機(jī)制，通過源端唯一的配電網(wǎng)設(shè)備異動管理，全面提升配電自動化系統(tǒng)圖模的正確性，可滿足配電網(wǎng)運維管理各業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。解決了由于規(guī)模巨大的配電網(wǎng)數(shù)據(jù)量帶來的維護(hù)困難、不及時、質(zhì)量低下的問題，節(jié)省了人工成本和運行管理成本。

1 配網(wǎng)圖模關(guān)聯(lián)處理機(jī)制

配電網(wǎng)主站系統(tǒng)建設(shè)過程中的配電網(wǎng)圖模導(dǎo)入工作是一項基礎(chǔ)性工程，正確、完善的圖模是配電自動化系統(tǒng)對配電網(wǎng)分析的基礎(chǔ)。配電自動化(DMS)系統(tǒng)與外部圖模平臺建模遵循“同一模型、同一圖形、不同應(yīng)用角度”的原則，從應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)源唯一的角度出發(fā)，系統(tǒng)中需要的變電站圖模來自于調(diào)度自動化(EMS)系統(tǒng)，稱為主網(wǎng)圖模；站外圖模通常來自PMS或GIS系統(tǒng)，稱為配網(wǎng)圖模；設(shè)備資產(chǎn)編號是對設(shè)備唯一標(biāo)識的重要紐帶，原則上要求唯一[4,5]。外部圖模平臺和內(nèi)部系統(tǒng)之間，需要利用設(shè)備資產(chǎn)編號進(jìn)行設(shè)備增量的處理，通過實現(xiàn)主網(wǎng)模型與配網(wǎng)模型的邊界拼接，實現(xiàn)完整、統(tǒng)一的配網(wǎng)主站系統(tǒng)調(diào)配一體化電網(wǎng)模型[6]。

配電自動化主站平臺的模型管理流程如圖1所示。按照IEC 61968/61970消息格式,PMS或GIS系統(tǒng)把CIM/XML格式的模型數(shù)據(jù)文件和圖形數(shù)據(jù)文件，通過通信接口服務(wù)器發(fā)送到信息交互總線上?？偩€將圖形和模型數(shù)據(jù)傳送到配電主站系統(tǒng)，主站根據(jù)此模型文件增量方式完成在數(shù)據(jù)庫的模型更新，圖形則以覆蓋方式完成更新[7-9]。

圖1 配電自動化主站系統(tǒng)圖模管理流程Fig.1 Distribution automation master station system graphics and models management processr

主網(wǎng)圖模來自EMS系統(tǒng)，圖模接口遵循IEC 61968/61970標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范格的CIM/SVG方式，導(dǎo)出一組CIM/SVG分別描述主網(wǎng)廠站的網(wǎng)絡(luò)模型、圖形，并通過信息交互總線發(fā)送到配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中。配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)解析收到的主網(wǎng)模型，一方面與已有的主網(wǎng)模型作比較，計算出需要增量更新的設(shè)備信息；另一方面，在配電網(wǎng)模型中通過搜索與之相匹配的配電網(wǎng)模型邊界設(shè)備(通常為10 kV斷路器)，如果發(fā)現(xiàn)該邊界設(shè)備，表明有需要與當(dāng)前廠站模型拼接的配電網(wǎng)設(shè)備。主網(wǎng)模型對系統(tǒng)增量更新后，標(biāo)記與之匹配的配電網(wǎng)模型，更新與邊界設(shè)備相連接的配電網(wǎng)設(shè)備一端節(jié)點號。當(dāng)配電網(wǎng)模型改變后，以邊界設(shè)備為基礎(chǔ)重新建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，確保主配網(wǎng)模型拼接以及圖模關(guān)聯(lián)的正確性[10]。

2 多版本圖模管理機(jī)制

2.1 圖模精細(xì)變化量維護(hù)

良好的圖模管理能夠針對不同應(yīng)用提供不同特點的模型，也能夠根據(jù)圖模的變化形成不同版本，包括配電網(wǎng)模型、圖形和斷面數(shù)據(jù)。圖模管理以基礎(chǔ)圖模庫為核心，通過保存的圖模差異信息，最終形成滿足各類需求的不同版本的圖模信息。基礎(chǔ)圖模庫與圖模版本的關(guān)系如圖2所示。以配電自動化系統(tǒng)建成上線運行時的圖模庫為基礎(chǔ)模型庫和基礎(chǔ)圖形庫，當(dāng)外部系統(tǒng)有圖模異動時，形成一組模型變量和圖形變量并注有編號1～n，發(fā)送至配電主站系統(tǒng)形成對應(yīng)的模型版本和圖形版本并注有版本號1～n。

圖2 基礎(chǔ)圖模庫與圖模版本的關(guān)系Fig.2 Relationship between graphic and model library and version

多版本圖模管理的關(guān)鍵技術(shù)在于變化量維護(hù)過程中的數(shù)據(jù)一致性和準(zhǔn)確性，關(guān)鍵的技術(shù)應(yīng)用在于以下幾點：

(1) 基于變化量的圖模更新交互。通過對圖模變化的數(shù)據(jù)源控制，在增、刪、改操作配網(wǎng)圖模數(shù)據(jù)時，以及改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，保留設(shè)備及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)修改的痕跡，生成基于精細(xì)變化量信息的新數(shù)據(jù)庫版本，用于圖模更新交互[11]。

(2) 圖模變更多版本管理及控制。通過數(shù)據(jù)庫的多版本管理技術(shù)，識別電網(wǎng)模型的版本變化信息，只獲取電網(wǎng)模型最新變化量的版本信息進(jìn)行交互，通過變化量與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的對比，生成最新的圖模數(shù)據(jù)版本，實現(xiàn)圖模數(shù)據(jù)變化的同步控制。

(3) 圖模變化量的數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)。配電網(wǎng)圖模的數(shù)據(jù)交互是基于變化量信息進(jìn)行的同版本文件交互。在解析過程中，只需解析圖模的變化部分，以減少數(shù)據(jù)交互文件的信息量以及模型解析工作量，同時基于變化量信息的數(shù)據(jù)庫版本控制，保證了數(shù)據(jù)庫存儲空間最小，數(shù)據(jù)查詢速度最快[12]。

2.2 圖模分層訂閱機(jī)制

由于配電網(wǎng)設(shè)備種類繁多、數(shù)量龐大，建立基于多叉樹原則的層次結(jié)構(gòu)，能夠更高效地建立設(shè)備之間的層次關(guān)系。例如，配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中以饋線為單位描述配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接線圖，饋線即為配網(wǎng)設(shè)備的最上層容器，開閉鎖/環(huán)網(wǎng)柜也是配網(wǎng)的一種容器，每個配網(wǎng)設(shè)備僅有一個容器(直接容器)，即向上描述，如柱上開關(guān)的容器僅是饋線，開閉所/環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)開關(guān)的容器僅是開閉所/環(huán)網(wǎng)柜。主網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中以廠站為單位描述廠站接線圖，廠站即為主網(wǎng)設(shè)備的最上層容器，斷路器作為主配網(wǎng)拼接的邊界設(shè)備，可以作為饋線的容器。設(shè)備與容器的層次從屬結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 設(shè)備-容器層次結(jié)構(gòu)Fig.3 Device-container hierarchy diagram

對層次、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變更的數(shù)據(jù)，以提示的方式通知系統(tǒng)。在系統(tǒng)中訂閱數(shù)據(jù)變動專題的應(yīng)用程序(或應(yīng)用程序使用者)，所有訂閱相同專題數(shù)據(jù)應(yīng)用程序全部確認(rèn)后，才清除對該專題下當(dāng)前數(shù)據(jù)的提示，圖模變更分層訂閱流程如圖4所示。

圖4 圖模變更分層訂閱流程Fig.4 Hierarchical subscription flow figure of graphic and model change

基于上述層次、拓?fù)潢P(guān)系構(gòu)建，每條通知內(nèi)容包含兩部分，前半部分描述具體的統(tǒng)計分析內(nèi)容或變化內(nèi)容，后半描述關(guān)注的內(nèi)容所在的容器，如：

(1) 變電站M下有饋線設(shè)備N，O，P，該情況出現(xiàn)在變電站M內(nèi)；

(2) 斷路器R和斷路器S形成環(huán)網(wǎng)，該情況出現(xiàn)在變電站C內(nèi)；

(3) 饋線段B的拓?fù)浒l(fā)生變化，該情況出現(xiàn)在饋線D上；

(4) 開關(guān)A的層次發(fā)生變化，該情況出現(xiàn)在饋線E上。

2.3 消息處理與數(shù)據(jù)存儲

采用IEC 61968消息集成技術(shù)，實現(xiàn)消息傳送。消息總線為應(yīng)用支持軟件提供統(tǒng)一的信息交換機(jī)制，方便各應(yīng)用使用。消息總線基于事件，適用于在各個應(yīng)用之間通過發(fā)布/訂閱方式快速傳遞實時數(shù)據(jù)更新、開關(guān)變位、電力系統(tǒng)重大事故等實時信息，包括實時態(tài)、反演態(tài)、研究態(tài)、測試態(tài)等不同態(tài)下應(yīng)用的數(shù)據(jù)交換。同時消息總線為應(yīng)用提供一套通用的消息調(diào)用接口，應(yīng)用通過調(diào)用這些接口來進(jìn)行消息的發(fā)送和接收。

從宏觀角度來看，數(shù)據(jù)分為兩部分：一是層次拓?fù)淠Ｐ蛿?shù)據(jù)；二是通知。因?qū)哟?、拓?fù)淠Ｐ蛿?shù)據(jù)量巨大，從考慮不占用數(shù)據(jù)庫資源調(diào)度出發(fā)，以及快速對象化的需要，層次與拓?fù)淠Ｐ蛯⒁远M(jìn)制文件形式存儲。統(tǒng)計信息、變化信息等通知數(shù)據(jù)將存儲于實時庫模型校驗通知表中。

3 配電網(wǎng)絡(luò)模型校驗

網(wǎng)絡(luò)模型校驗是保證配電網(wǎng)主站系統(tǒng)圖模版質(zhì)量的重要手段，通過全局統(tǒng)計分析配電主站系統(tǒng)中的所有設(shè)備模型信息，構(gòu)建設(shè)備間層次關(guān)系、拓?fù)潢P(guān)系，查找設(shè)備模型可能存在的問題，及時處理潛在風(fēng)險[13]。

3.1 快速構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)

在模型導(dǎo)入、模型修改等操作過程中，往往容易產(chǎn)生模型的誤操作，如果僅局限于某一圖或者某一廠站來分析模型往往具有片面性。網(wǎng)絡(luò)模型校驗依賴于主站系統(tǒng)實時庫數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析實時庫中所有的模型數(shù)據(jù)，給用戶提供一個接口進(jìn)行全面檢查、分析模型數(shù)據(jù)。

層次結(jié)構(gòu)需要記錄的設(shè)備包括配網(wǎng)設(shè)備及變電站、站內(nèi)母線、斷路器、主網(wǎng)負(fù)荷等主網(wǎng)設(shè)備。通過設(shè)備與容器之間的關(guān)系，以及已有設(shè)備拓?fù)潢P(guān)系，構(gòu)建設(shè)備層次關(guān)系。層次結(jié)構(gòu)構(gòu)建的輸入、輸出分別為：設(shè)備的詳細(xì)信息和設(shè)備的直接容器信息。讀取數(shù)據(jù)庫時直接構(gòu)建設(shè)備信息，根據(jù)上述設(shè)備-容器的從屬關(guān)系建立設(shè)備與設(shè)備間的層次關(guān)系，并進(jìn)行存儲，得到設(shè)備的直接容器信息，以及以當(dāng)前設(shè)備為容器包含的全部設(shè)備。典型設(shè)備層次結(jié)構(gòu)構(gòu)建流程如圖5所示，從遍歷配網(wǎng)設(shè)備表開始，記錄設(shè)備所屬的直接容器，遍歷配網(wǎng)饋線表，建立設(shè)備-容器的層次關(guān)系，查找節(jié)點號為正的饋線段，即配網(wǎng)根饋線段(與主網(wǎng)負(fù)荷為直接連接關(guān)系的饋線段。通常主網(wǎng)設(shè)備的節(jié)點號為正，配網(wǎng)設(shè)備的節(jié)點號為負(fù)，根饋線段的兩端節(jié)點號一端為正一端為負(fù))。向上搜索相連的主網(wǎng)負(fù)荷，依次向上搜索斷路器→站內(nèi)母線→廠站，所有饋線遍歷結(jié)束后，再向下搜索饋線包含的配網(wǎng)設(shè)備，如配網(wǎng)母線、配網(wǎng)開關(guān)、配網(wǎng)負(fù)荷等。

圖5 模型校核邏輯Fig.5 Logic diagram of model check

3.2 快速構(gòu)建拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

配電網(wǎng)模型拓?fù)溥B通性檢查方法包含基于層次聚類分析和基于拓?fù)淠Ｐ统槿》治鰞蓚€層面?；趯哟尉垲惙治鍪侵竿ㄟ^饋線層次關(guān)系抽取單線模型，再進(jìn)行節(jié)點連通性聚類分析[14,15]。

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快速構(gòu)建方法：以變電站中母線為起始點，通過記錄的節(jié)點信息以及與設(shè)備間映射關(guān)系，迅速構(gòu)建設(shè)備間父子拓?fù)潢P(guān)系?；谕?fù)淠Ｐ统槿》治鍪侵竿ㄟ^饋線拓?fù)淠Ｐ统槿尉€模型，再基于一般化的布局布線算法，生成配電網(wǎng)拓?fù)鋱D，根據(jù)拓?fù)鋱D進(jìn)行連通性分析或修改模型抽取規(guī)則重新成圖[16]。通過饋線拓?fù)淠Ｐ统槿尉€模型是指可提供多種方式確定模型抽取規(guī)則：包括(1) 起始規(guī)則，可指定節(jié)點號、選擇饋線對象；(2) 搜索規(guī)則，正常運方(根據(jù)開關(guān)聯(lián)絡(luò)類型拓?fù)?、實時運方(根據(jù)開關(guān)實時遙信拓?fù)?、最大步驟(指定最大搜索深度)；(3) 終止規(guī)則，主網(wǎng)節(jié)點、非本線路站所。

拓?fù)潢P(guān)系檢查輔助自動化維護(hù)人員校核配網(wǎng)模型連通性質(zhì)量工作，解決了依靠人工檢查效率低、易出錯、不直觀、難度大等問題，為滿足配電網(wǎng)自動化運維及電力分析業(yè)務(wù)應(yīng)用的實用性提供了技術(shù)保障。

4 結(jié)語

本文研究了基于配電主站平臺的配網(wǎng)圖模關(guān)聯(lián)、圖模變化量管理和模型校驗的方法。針對配網(wǎng)圖模的具體特性，在新版本圖模成功導(dǎo)入配電主站平臺后進(jìn)行圖模校驗，利用在數(shù)據(jù)構(gòu)建階段生成的設(shè)備信息及設(shè)備間層次結(jié)構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對新構(gòu)建的模型與上一版本模型數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，得到層次、拓?fù)涞木唧w變化，最后對新版本圖模的完整性和正確性進(jìn)行功能驗證，并將變化結(jié)果通知各應(yīng)用程序。典型的應(yīng)用有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?、供電追蹤著色，還有負(fù)荷轉(zhuǎn)供、故障處理等高級應(yīng)用。

本文提出的基于精細(xì)化變量的圖模多版本分層管理機(jī)制，在省內(nèi)多個城市的配電自動化管理系統(tǒng)中已得到應(yīng)用。其中，中山配電自動化系統(tǒng)建設(shè)時間較早，城市電網(wǎng)包含220 kV變電站10座、110 kV變電站60座、10 kV饋線1199條，圖模維護(hù)工作量較大、人工檢查效率較低。由于配電自動化系統(tǒng)已經(jīng)過多次升級，配電網(wǎng)圖模版本管理技術(shù)也不斷在改進(jìn)，通過使用本文研究的基于圖模變化量的多版本管理機(jī)制，大大提高了圖模導(dǎo)入及模型校驗的效率，為配網(wǎng)調(diào)度提供了高質(zhì)量圖模，進(jìn)一步提高了配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的實際運行效率。

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(編輯陳 娜)

Multi-version Mechanism of Change in Graphics and Models Basedon Distribution Network Master Station Platform

LU Xiaohai, WANG Yuming, ZHAO Wenbo

(Zhongshan Power Supply Corporation, Zhongshan 528400, China)

In the distribution automation system, the distribution network structure is complex, and devices, graphics and models change frequently. There are some difficulties of graphics and models management in the distribution of automation operation and maintenance. A multi-version hierarchical subscription mechanism method based on graphics and models fine change is presented. Through the unique source distribution network equipment transaction management, data and topology changes are hierarchically subscribed. Multi-version database management mechanism is used to build device data structure. By quickly building the hierarchies and topologies between devices, matching and updating the distribution graphics and models, the correctness of distribution automation system graphics and models can be improved comprehensively, and the maintenance efficiency of the graphics and models can also be improved, which ensures the application requirements of research and analysis based on distribution network models.

distribution network graphics and models; change of graphics and models; multi-version management; tiered subscription; model verification

盧小海

2017-04-08；

2017-05-09

TM711

：A

：2096-3203(2017)05-0109-05

盧小海(1979—)，男，廣東惠州人，碩士，高級工程師，從事調(diào)度自動化專業(yè)工作(E-mail: seanlou@126.com)；

王宇名(1984—)，男，廣東茂名人，碩士，工程師，主要從事電網(wǎng)自動化、智能配電網(wǎng)工作(E-mail:cymmch@sina.com)；

趙文博(1980—)，男，河南輝縣人，碩士，高級工程師，從事調(diào)度自動化、配網(wǎng)自動化技術(shù)管理工作(E-mail:13424510801@139.com)。