统一电网信息模型

统一电网信息模型（通用6篇）

统一电网信息模型 篇1

0 引言

随着电力企业信息化的不断发展,公共信息模型(CIM)在主网调度[1-3]、配电网管理[4-5]、继电保护[6]、微电网[7]等领域得到了广泛的应用。国内外学者对采用CIM模型解决不同系统间的数据交换和信息共享进行了深入研究[8-10],但大多集中于生产控制系统间的互操作问题,而较少涉及管理信息系统与生产控制系统间的数据互通问题。国家电网公司按照实际业务需求在CIM的基础上进行了扩展和重新组织,制定了SG-CIM标准来指导信息化系统建设[11]。

本文结合南方电网信息系统建设实践,应用统一电网信息模型,以从根本上解决管理信息与实时信息的有效互通问题,并对模型的设计及其高级业务应用进行了深入探讨。

1 信息系统建设的需求

由于电力生产过程与对象的不同,电网企业信息化具有鲜明的行业特征,其中最关键的一环是构建主营业务的信息化普适模型以及建立相应的信息化标准体系。按照Nolan提出的信息系统建设模型[12],企业信息化大都经过6个过程,即初始阶段、推广阶段、控制阶段、集成阶段、数据管理阶段和成熟阶段。南方电网经过近10年的信息化发展,目前基本上处于应用集成和数据管理阶段。

2012年,南方电网启动了一体化信息系统的建设,要求保证其中核心数据和重要数据的正确性、一致性和完整性,提升数据管理水平,充分发挥企业数据资源价值。而一体化信息系统建设的基础是统一各业务系统的信息标准,包括电网信息模型、信息分类编码和命名规范等,解决各业务系统分散建模造成的主网模型、配电网模型、客户模型难以统一的问题,实现电网模型的分布维护和集中应用。为实现信息集成和数据共享的最终目标,迫切需要建立贯穿发、输、变、配、用各环节的统一电网信息模型,从根本上支持业务协同。换句话说,统一电网信息模型是电网企业信息化成熟应用的基础和标志。

2 统一电网信息模型设计

2.1 建设思路

由于电网各业务领域自动化、信息化的历史发展原因,主网模型、配电网模型、客户模型分别在能量管理系统(EMS)、生产管理系统、地理信息系统(GIS)和营销管理系统中进行维护,发展到目前整体企业级应用才需要进一步融合、统一。从企业信息化全局的角度,人、财、物等管理信息是必须涵盖的内容,而本文提出的统一电网信息模型主要是解决主网、配电网和调度、生产、营销模型统一的问题,实现标准一致、语义一致,从而从根本上解决通过映射、关联、转换所建立的电网模型的不可靠性问题,为跨系统的业务应用和企业决策分析奠定基础。

南方电网统一电网信息模型的建设思路是紧密结合业务场景需求,充分吸收调度自动化系统、生产管理系统、营销管理系统和营配集成系统应用的成果,在CIM的基础上进行设计;目标是统一各业务系统的建模标准、命名和编码规范,构建唯一、准确、可信的“站线变户”关系。信息模型包括五大要素:客户信息、设备信息、拓扑信息、量测信息和地理信息,如图1所示。

2.2 模型构成

统一电网信息模型分为逻辑模型和物理模型两个部分。其中,逻辑模型属于领域模型,采用面向对象方式描述,在CIM15版本[13]基础上剪裁和补充而成,具体做法如下。

1)删除资料性(Informative)包及其下的子包能量计划(EnergyScheduling)、财务(Financial)、市场交易(MarketOperations)、预定(Reservation)。原因是这些包成熟度不高,与实际业务不符。

2)为关键的非电气设备创建电力系统资源(PowerSystemResource)子类,如杆塔、电缆沟、工井等。

3)根据《南方电网公司设备类别规范》创建设备类别类(AssetClassification)。

4)根据《南方电网公司技术参数规范》创建技术参数类型类(TechnicalParamType)、技术参数类(TechnicalParam)。

5)根据《南方电网公司设备台账规范》创建台账层次节点类(PSRLayer)。

裁剪补充后的逻辑模型重新组织为电网资源、资产设备、用电客户、拓扑连接、量测资源和公共支持等6个包。其中,电网资源包以电力系统资源对象(PowerSystemResource)为核心描述了电网中的逻辑设备;资产设备包以资产对象(Asset)为核心描述了资产及其与逻辑设备的关系;用电客户包描述了电网供电与客户用电之间的关系;拓扑连接包描述了电网中导电设备之间的连接关系;公共支持包提供了组织、位置等供其他包使用的类以及全局数据类型定义。逻辑模型如图2所示。

物理模型采用关系模式来设计数据库,用于实现模型数据的存储和备份。具体做法如下:根据逻辑模型定义的实体类、属性及关系进行一一映射转化,用数据库关系模式直接反映出面向对象的模式。实体类映射为表,属性映射为字段,一对一或一对多关系映射为字段,多对多关系映射为表。物理模型如图3所示。

3 统一电网信息模型的应用

EMS、配电自动化系统(DMS)、计量自动化系统(AMS)等实时控制系统和生产管理、营销管理等信息系统依据统一电网信息模型进行建设,并建立网、省两级统一电网信息模型库,纳入主数据进行管理,实现模型的集中应用和分布式维护。同时,各业务系统按照统一电网信息模型要求产生的运行数据由海量准实时数据平台进行管理。这样就实现了电网实时运行信息从实时控制系统到管理信息系统的传递,同时实现了设备台账、客户信息等业务数据从管理信息系统到实时控制系统的传递,如图4所示。

统一电网信息模型库可以大大提高电网模型的数据质量,方便业务系统间共享电网模型数据,可更加便捷地实现综合停电、状态检修、应急指挥、电网规划、综合调度等高级应用功能。下文分别以综合停电、状态检修和综合调度为例说明统一电网信息模型的应用效果。

3.1 综合停电

综合停电管理对主网及配电网停电计划进行综合优化编排,事故时及时进行停电范围分析、重要客户快速复电、事故处理进程反馈。实现这些功能需要准确、全面的电网运行状态和站线变户关系等信息。目前,来自于EMS、生产管理系统、DMS、营销管理系统、GIS的电网模型和运行数据难以快速、可靠地进行交互,实现主网及配电网停电计划的优化编排和停电影响及损失的准确分析。

统一电网信息模型库实现了主网、配电网、用户相关的静态信息和实时信息的无缝集成,使得系统之间可以共享设备台账、拓扑关系、空间信息、实时数据等信息。如图5所示,编制停电计划时能够综合考虑主网及配电网拓扑关系,合理安排多项停电作业工作,减少设备的停运次数或停运时间,降低检修对电网运行及供电的影响;事故时可快捷地实现停电范围分析、重要客户快速复电、事故处理进程反馈等高级应用。

3.2 状态检修

状态检修是在设备状态评价和风险评估的基础上,根据设备状态和分析诊断结果,安排检修项目和时间,并主动实施的检修。状态检修的基础是设备健康档案,包括设计、监造、安装、调试、投运等一系列过程的数据。

目前的状态检修系统大都是简单地根据设备的产品寿命周期规律、巡视与消缺记录、在线监测状况等信息进行设备状态评估,结果难免具有片面性。如图6所示,按照统一电网信息模型标准对设备基础参数、实验数据、入网数据、运行维护数据、监测数据、运行数据进行规范统一,形成设备的健康档案,能够更加全面地对设备进行状态评价,进而实现风险评估、检修策略等高级应用功能。

3.3 综合调度

综合调度是电网调度与用户调度的综合,在保障电网安全经济运行的同时密切关注客户(特别是重要用户)的用电质量。而传统的调度管理和客户供电长期以来一直处于“双盲”状态,即电网调度看不到运行方式变化对客户用电的影响,客户服务也看不到电网运行的状态,阻碍了电力企业进一步提高供电可靠性和服务质量。

统一电网信息模型为综合调度解决“双盲”问题提供了有效支撑,如图7所示。调度自动化系统能够获取到营销管理系统中的客户信息及其与电网设备之间的关系,可实现重要用户电源追溯,实现用户负荷的实时监测;在错峰管理中可重点监测每日错峰的用户负荷;在计划性停电、转供电、运行方式调整时可实现调度操作对用户的影响分析,对影响范围内涉及的重要用户、保电用户进行预警。用电客户也能够通过营销管理系统查询到以报表、曲线等形式统计的负荷用电信息。

4 结语

目前,南方电网已经建立了从发电厂到低压用户,涵盖客户信息、设备信息、拓扑信息、量测信息和地理信息的统一电网信息模型库。该模型库大大提高了电网模型的数据质量,能够更加便捷地实现系统间的信息集成和数据共享,为综合停电、状态检修、综合调度等跨业务系统的高级应用功能提供了支撑,为提升电网运行安全水平和客户满意水平奠定了基础。

摘要：为实现管理信息系统与生产控制系统间的信息集成和数据共享,在分析南方电网信息化建设现状的基础上,提出了统一电网信息模型。详细介绍了统一电网信息模型的逻辑和物理构成,以解决主网模型、配电网模型、客户模型难以统一的问题。结合南方电网信息系统建设实践,通过综合停电、状态检修、综合调度等高级业务应用的案例说明了统一电网信息模型的应用效果。

关键词：统一电网信息模型,综合停电,状态检修,综合调度

统一电网信息模型 篇2

电网故障诊断是在电网故障过程中对装置和设备出现的状态信息进行分析和推理,在此基础上查找故障的原因和性质,判断故障发生的元件以及预测故障恶化的发展趋势,得出诊断结论。保证故障诊断算法有效的前提条件是诊断算法获取的原始信息都必须是完备甚至是冗余的。但从现有的通信技术条件看,获取完备信息以及信息整合还十分困难,这种情况阻碍了故障诊断系统的实用化进程。

1 故障诊断信息存在的问题

故障诊断需要的源信息包括电网静态信息和动态信息。静态信息包括电网的一次拓扑信息、一次元件参数以及保护配置信息。动态信息包括断路器和开关的变位信息、各保护装置上传的保护动作信息和故障录波器上传的录波文件信息。这些信息来源不同,开关信息来自数据采集与监控(SCADA)系统,保护动作信息可以由SCADA系统或故障信息系统获取,录波信息由各变电站的录波器产生,通过故障信息系统上传到调度端。但是,目前在二次设备层面由于缺乏统一的功能和接口标准,通信标准的采用缺乏一致性,各厂家对于相同协议实现上的差异,造成不同厂家保护和录波器等的信息模型无法统一。而SCADA和故障信息系统也面临同样问题,由于异构系统之间缺乏统一的数据模型,在调度中心来自不同系统之间的信息语法和语义定义没有统一的标准,造成信息整合成本过高,甚至无法整合。在这种情况下,故障诊断系统即使获得了完备的源信息,也无法使用。

2 基于统一模型的故障诊断系统结构

IEC 61850标准和IEC 61970标准为故障诊断系统获取完备数据提供了很好的思路。采用这2种标准相互协调建立故障诊断所需的统一信息模型,可以从根本上解决故障诊断系统的信息完备和模型统一问题[1]。

基于统一信息模型的故障诊断系统结构如图1所示。

在该系统中,故障诊断所需的一次元件参数和拓扑关系参考IEC 61970 CIM建模;保护配置信息采用IEC 61850的分层模型建模,模型以SCL文件的形式进行描述[2,3]。由于SCL文件以变电站或智能装置为单位进行描述,故障诊断系统必须获取全网每个变电站节点的变电站配置文件(SCD)和相关二次智能装置的IED配置文件(ICD),通过这些文件描述的元件和二次装置连接关系建立全网的一次静态拓扑连接和一次设备与二次装置的关联关系。

电网发生故障时,IED会产生开关动作信息、保护动作信息和录波信息等动态信息,这些信息通过IEC 61850的抽象通信服务接口(ACSI)服务方式映射到具体的通信协议传输到控制中心。如果无法获取完备信息,需要用户对信息进行补充或修改,以弥补信息的不足。当上述信息提供给故障诊断系统后,就可以获取一个故障断面的所有静态和动态信息,各种诊断算法可以基于此进行故障的识别和分析。

当故障诊断获得所需的信息后,其需要解决的第2个问题就是信息标准化问题。在故障诊断系统获得的故障断面信息中,各种信息所基于的模型不同,其中二次装置信息(包括保护动作信息、录波信息和保护配置信息)基于IEC 61850标准建模[4];而一次电网拓扑信息和一次元件参数则以IEC 61970 CIM为基础建模。由于2个标准的适用范围和制定体系不同,使得2个标准间存在一定的差异,建模方法也有所不同。IEC 61970的数据交换基于资源描述构架(RDF),而IEC 61850的SCL基于可扩展置标语言(XML)进行数据交换,2个标准不具有公共的元模型,若要使一次系统和二次装置具有统一模型,必须对2个标准的模型进行协调,建立统一建模语言(UML)形式的统一信息模型,模型基于CIM建模并进行扩展,以满足故障诊断的需要[5]。统一信息模型形成后,故障诊断系统通过IEC 61970的CIS调用基于统一信息模型的数据。

3 统一信息模型的建立

3.1 模型的协调

IEC 61850和CIM既有共同点又有区别,两者有共同的变电站模型,都是以电压等级、间隔来划分的,对于二次装置建模,IEC 61850比CIM详细,而对于网络拓扑建模,CIM比较完整。针对上述特点,在统一信息模型中用IEC 61850的分层模型对二次装置信息进行建模;用CIM对一次系统元件和拓扑进行建模。表现形式则参考CIM使用UML形式。

目前,新版本的IEC 61850也定义了相应的基于UML的模型,并与IEC 61970的CIM进行了一定程度的协调。故障诊断使用的统一信息模型则在其基础上进行了细化,模型结构如图2所示。其中二次装置采用IEC 61850的逻辑设备、逻辑节点、数据和属性分层描述,一次系统信息直接引用IEC 61970的CIM。

图2中带阴影的部分为UML形式的IEC 61850信息模型,用来描述二次装置的信息。其他为IEC 61970的CIM,用来描述母线、线路、变压器等系统一次元件的属性、状态和连接关系。2种模型由名字空间类(tNaming)派生。逻辑节点容器(tNodeContainer)是2种模型的协调接口,由逻辑节点容器可以派生出CIM的电力系统资源,从电力系统资源衍生出一次系统模型,包括变电站、电压等级、间隔和各种元件模型。逻辑节点容器包含若干逻辑节点(tLNode),逻辑节点描述二次装置的某一具体功能,如距离保护、零序保护等。逻辑节点中包含数据类(tData),数据类描述功能中的具体数据,如保护动作、保护定值等。数据由数据属性(tDataAttribute)描述,数据属性描述数据的时标、质量和触发条件等信息。多个逻辑节点的组合构成逻辑装置(tLDevice),用于描述二次装置的完整功能和信息。

3.2 保护语义扩展

IEC 61850采用层次化模型结构,因此其语义结构也是层次化的,例如,“相间距离Ⅰ段动作”在IEC 61850模型下表现为IED/LD/LN/DO/DA的模型结构(其中,LD为逻辑设备,LN为逻辑节点,DO为数据对象,DA为数据属性),分别由PDIS逻辑节点表示“距离”,由“Op”数据类表示“动作”。这种层次化结构将IEC 61850对信息的语义约定转化为对词汇的语义约定,大大缩减语义词汇的定义,这是IEC 61850语义体系的明显优势。

但是,IEC 61850所约定的逻辑节点类与国内使用习惯存在较大的差距,例如缺少“故障后运行保护”、“死区保护”等,同时,逻辑节点也无法完整地表达如“相间距离”、“接地距离”这种深层次语义的差别。而故障诊断系统需要精确理解保护动作信息的语义。这需要对逻辑节点的语义进行细化[6]。

IEC 61850中逻辑节点表达的语义表现为前缀(Prefix)+逻辑节点类(LNCLASS)+逻辑节点的实例名。其中Prefix在IEC 61850中没有约定语义,可以对Prefix进行语义约定,使“+LNCLASS”形式的逻辑节点能表达保护信息的深层次语义。逻辑节点实例前缀Prefix可以由多组约定的标识代码构成,以补充逻辑节点的语义,如采用PDIS2来表示“相间距离Ⅱ段”的语义。保护信息包括保护配置、动作等信息,对于这类信息,按IEC 61850层次化模型的语义结构采用LN/DO/DA的层次标识方法。例如:零序电流保护Ⅰ段A相动作,表示为:PTOC-1·Op·phsA。其中:表示零序,为前缀约定;PTOC表示电流保护,是IEC 61850中的标准逻辑节点;Op和phsA为IEC 61850中定义的标准数据类,Op表示动作,phsA表示A相。

3.3 SCL文件扩展

SCL文件是信息模型的描述载体,统一信息模型按上述原则定义后,承载其模型描述的SCL文件也必须进行相应的扩展。

由于模型基于CIM,并且扩展了保护语义,因此在IEC 61850定义的原有SCL文件中增加2个XML模型文件。第1个文件用于描述图2所示的统一信息模型,后缀名定义为“.CIM”,文件名由厂站或控制中心的标识构成,形式为“[厂站或控制中心的标识].CIM”;第2个文件用于保护语义扩展的描述,后缀名定义为“.M2S”,文件名由该IED的型号名称和版本号构成,形式为“_.M2S”,其结构如图3所示。其中系统配置描述框中的4个文件是IEC 61850的标准文件类型,通过引用2个扩展文件来描述模型的协调和扩展。

2个扩展文件均具备SCL所定义的tHeader类型的头描述信息,并且均通过系统全局标识与系统配置信息描述的资源对象相互关联。

3.4 元素和属性扩展

由于扩展了“.CIM”和“.M2S”文件,也必须对SCL进行元素的扩展。在SCL的Schema中增加一个用于引用其他文件的元素类型tFileRef,并基于该元素类型在SCL元素下增加CIMFileRef和M2SFileRef这2个元素。

此外,由于IEC 61850目前应用于变电站内通信,因此SCL描述的信息主要集中于一个变电站内部,而故障诊断所需的信息是基于整个系统的,为了使故障诊断系统能够实现全系统范围的信息检索和识别,必须对其所需信息资源进行全局性唯一标识,相应的IEC 61850通信模型也必须进行扩展。

由于IEC 61850规定LD的实例名称(inst)仅要求在IED内唯一,为了便于在系统全局范围内标识LD,在站层以上对LD的标识采用结合系统标识的方法。LD的全局标识由2部分构成:.。其中:是IED实例的系统编号,其目的是保证IED在全网的唯一性;保证某一功能在IED内的唯一性。

对应在CIM和SCL文件的Schema描述中,为所有资源对象(如Substation,ConductEquipment,IED,PowerTransformer等)增加一个描述系统标识的基本属性uri,称为统一资源标识符,用于全系统的资源检索。

4 结语

目前,基于统一信息模型的山东电网500 kV电压等级诊断数据平台已经建立。该平台通过获取每个变电站节点的SCL配置文件,在调度端形成全网的拓扑连接和每个变电站的二次装置的配置信息,并根据上述信息形成保护和一次元件的关联关系,供诊断算法使用。系统发生故障时,保护和开关动作信息以IEC 61850模型形式通过广域网实时上传到数据平台,供诊断算法进行在线诊断。此外,数据平台能够根据在线诊断结果获取故障元件的录波信息,供事故后的离线诊断使用。该模型突破了制约故障诊断算法发展的信息瓶颈,为高效、实用的故障诊断算法的提出提供了坚实的信息支撑。

采用统一信息模型可以利用IEC 61850标准和IEC 61970标准各自的通信和建模方法,取长补短,从根本上解决异构系统之间信息标准化和共享的问题。目前,IEC 61850标准和IEC 61970标准正逐步应用在各自的系统之中并逐渐完善和发展,2个标准也在不断相互协调,未来将会成为电力系统通信的基本标准,故障诊断信息的完备度也会不断提高。同时,系统可以随着2个标准的完善更新其信息模型,真正做到系统的开放和互通,使故障诊断系统真正达到实用化。

摘要：将故障诊断所需信息进行分类,采用扩展变电站配置语言(SCL)文件对一次元件静态信息和保护配置信息进行描述。使用基于IEC61850标准的通信方式传输保护和开关动作信息。将获取的故障诊断相关信息进行统一建模,建模方法参考IEC61970的公共信息模型(CIM)和IEC61850的分层模型,并结合故障诊断的应用特点进行了适当扩展。该方法解决了故障诊断难以获得完备信息和标准化信息的问题,使故障诊断系统真正达到实用化。

关键词：故障诊断,IEC61850,IEC61970,公共信息模型

参考文献

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[5]高翔.数字化变电站应用技术.北京:中国电力出版社,2008.

统一电网信息模型 篇3

随着国家电网公司智能电网规划的出台,智能电网的建设即将全面展开。在通信信息平台环节,国家电网公司将延伸“十一五”中“SG186”信息化工程取得的成果,在“十二五”开展国家电网资源计划系统的建设,打造以资产为核心的全寿命周期管理体系;而全面企业资源规划(ERP)的建设,对于资产管理系统提出了更高的要求[1,2,3,4]。按照企业信息系统的建模方法,需要首先对信息资源进行规划,对领域数据进行建模,捕捉领域中的对象类及其属性,分析其关联关系,为资产管理系统的数据库设计提供概念模型和逻辑视图,可直接指导底层物理数据模型的设计和开发[5,6]。

企业资产管理不同于传统的设备管理仅以功能位置为依据来维护设备,它更关注设备个体的健康状况,因此资产信息建模工作是从设备自身物理属性出发,从资产角度构建设备的数据模型。而目前针对企业设备资产的信息建模工作较少,大都局限于从功能位置角度构建设备台账和编码,而企业资产管理需要根据设备自身分类特性组织设备树,这就对设备资产信息模型提出了较高要求[7,8]。

IEC 61968的公共信息模型(CIM)中提出了资产的概念,给出了比较成熟的资产模型。该模型完全可以作为资产管理系统建模的参照和依据[9,10]。本文以CIM资产模型为基准,结合设备对象的实际数据项进行资产信息建模,分别建立了典型输变电设备的资产基础模型和工作模型。依据CIM中资产类相应扩展资产分类属性、本体属性、模型参数、电气属性等,从而给出较为全面的资产信息的对象视图,为资产数据库的设计提供面向对象的源模型参考,并探讨了资产模型的相关应用。

1 资产总论

1.1 资产基本概念

资产这一概念最早源于财务领域,是企业中占有一定价值的物品,电力设备则是电网企业最重要的固定资产。近来在生产管理领域,也越来越多地从资产角度考虑设备管理问题,从全寿命周期出发评估资产寿命和处置报废;而资产的运行维护管理水平直接关系到企业的运营成本和盈利能力,通过合理安排检修计划以提高设备可用率和降低设备故障率,以及节省设备运行维护的开支。

与ERP再造企业流程不同,企业资产管理(EAM)主要针对企业内部维修及维护的资产管理。在EAM中,设备台账数据是基础,运行维护管理是核心,以工单的提交、审批和执行为主线,按照缺陷处理、计划检修、预防性检修、状态检修等几种可能模式,以提高维修效率、降低总体维护成本为目标,将库存采购和人员财务等模块集成在一个数据充分共享的信息系统中[7,8]。

1.2 CIM中的资产模型

资产是被某机构所拥有的物理实体,它要经过购买、安装、维护、维修、折旧和报废等生命过程,并产生一系列重要的历史资料记录。在CIM中,资产模型可分为基础模型和工作模型,基础模型包含资产的基本属性,如Asset类描述资产本体属性、Specification类描述产品说明书(包括安装和维修作业指导书)、TypeAsset类描述通用分类信息、AssetModel类描述产品型号、ElectricalProperties类描述电气属性、FinancialProperties类描述财务属性、Location和Zone类描述资产地理位置信息。而工作模型包含资产业务活动记录,如Work和WorkTask类说明资产工作任务,Procedure和ProcedureValue类记录每步工作步骤和产生量测值,这些记录通过数据集(DataSet)的方式分类保存,共分巡视、诊断、试验、维修4类数据集,分别对应资产运行维护管理中的各项工作任务,见附录A图A1—图A4。

资产(Asset)与电力系统资源(PSR)相互关联,但二者描述设备的角度不同,前者注重设备的物理特征,而后者注重在电网中的功能位置,即设备的逻辑特征,由前者来实现。资产与组织(Organization)相关联,也可与多个组织机构有关,如检修、运行部门等。资产与量测(Measurement)关联,产生量测值(MeasurementValue),并关联端子(Terminal)。

1.3 资产与资源辨析

在CIM模型中,IEC 61970-301定义了PSR,并通过定义设备容器来建立电网设备层级树形结构,据此定义生产管理中设备功能位置,进而规范设备调度命名。IEC 61968-11资产包中明确定义了资产概念,并充分发挥文档在资产管理中的作用。

电网功能位置上的资源,需要资产来具体实现,它们之间存在着多对多的关联关系,即同一资产可先后服役于不同功能位置,而同一功能位置也可先后由不同资产来服役。如图1所示,功能位置中三相开关命名SW12,具体三相的资产序列号分别为SN43537,SN76733,SN66744,其中C相开关SN66744运行出现问题,返回厂房维修,而被SN99857替换;同时,由于出现故障,采购1台新开关设备SN35477以保证库存。

2 资产信息建模方法与实例

2.1 企业信息建模

企业信息建模是对企业信息流进行规范化处理,对企业全域资源的抽象和整合,是按标准、规范有序组织的结果,主要关注信息系统中的信息及其流向,旨在进行信息整合、规范数据模型、减少数据冗余,提高企业运作效率和信息化水平。

面向对象的建模方法是对结构化建模思路的改进,针对信息系统规模的不断扩大,通过多层次抽象,从对象到类,构造类库,采用灵活的框架或架构,能够满足当前复杂的软件开发要求。统一建模语言(UML)是一种面向对象的可视化建模语言,本文资产信息建模就是采用Rational Rose作为统一建模工具,基于现有CIM资产模型的成熟体系,对输变电主要一次设备进行信息建模[11,12],具体建模原则和方法见附录A。

2.2 资产信息建模需求

CIM资产模型可大致分为基础模型和工作模型,基础模型中从5个侧面描述资产属性,分别以Asset,TypeAsset,AssetModel为根类,针对电气设备派生出ElectricalAsset,ElectricalTypeAsset,ElectricalAssetModel子类,三者均聚合电气属性类ElectricalProperties,形成电气资产模型框架。例如:对于某电网设备XX资产信息建模,首先要扩展类继承上述4个父类,对无法继承者再根据自身属性扩展新类。具体如下:设备本体特征通过继承扩展子类XXAsset,设备分类信息扩展XXTypeAsset,某型号设备公共属性扩展XXAssetModel,设备的电气参数扩展XXProperties,这4个子类之间相互关联,且电气属性类与其他3个子类之间是聚合关系。此外,在建模中发现电气设备本身带有机械参数,具有共性需要扩展,故在电气属性之外,扩展根类机械属性MechanicalProperties并与其他根类关联,而这五大根类就形成了资产的基础模型框架,如前例针对XX设备,则扩展类XXMechanical继承根类,表述其自身机械属性,如图2所示。

反映资产业务活动的工作模型则通过文档形式记录数据,根据日常设备运行维护活动的不同可分为巡视、诊断、试验和维修4类,其结果定义为数据集,见附录A图A5、图A6。巡检业务均以工单为依据,对应CIM中类Work和WorkTask,工单包含工作内容,由作业指导书(Specification)规范,包含诸多工作步骤(Procedure),并可能产生一些量测值,且取值范围(Limit)遵循额定值(Rating)定义。

缺陷信息是电力设备运行维护管理中的重要信息,在日常巡视中及时发现设备的缺陷情况,维修消除后,记录缺陷信息,备案形成缺陷库以完善资产档案。针对缺陷信息,继承了已有业务活动类ActivityRecord、扩展子类DefectEvent(缺陷事件),以及已有子类FailureEvent(故障事件),缺陷事件类中包含设备类别、缺陷内容、部位、程度、等级、分类、消缺情况和结论等属性,部分属性取值采用枚举形式,见附录A图A7。

2.3 典型设备建模案例

资产的基础模型由五大根类组成模型框架,从不同角度描述设备对象的信息,针对具体设备分别扩展子类继承相应根类;工作模型中提取业务活动涉及的主要对象类,可适用于多种业务形式,如巡视、检修等,并特别扩展检修所关心的缺陷事件类。依照此建模思路,对变压器等典型输变电一次设备进行资产信息建模,并尝试对二次设备和其他设备进行建模。

变压器是最典型的变电设备,对它进行资产信息建模是工作重点。除按照上述资产基础模型的建模思路之外,还要充分考虑变压器设备结构复杂、部件众多的情况。较重要的部件,如套管(Bushing)和分接头(TapChanger),已在CIM模型中,而针对其他部件,则采用多态模式,扩展变压器附件资产类(TransformerAccessoryAsset)和变压器附件模型类(TransformerAccessoryModel),各附件,如潜油泵、压力释放装置、瓦斯继电器和主变温度计,则继承上述变压器附件资产类和模型类,见附录A图A8。

除变压器资产模型外,附录A图A9中还给出串联补偿器资产模型,其中设备类型属性通过枚举,并自定义复杂数据类型以弥补数据类型的不足。

3 资产模型应用实例

3.1 资产管理系统数据库设计

对于大量的设备量测数据,需要借助元数据(Metadata)来实现有效管理。元数据简言之就是关于数据的数据,如数据库表中的字段[13]。而CIM定义了电力企业中主要对象类及其属性和关系,它采用面向对象的描述方式构造了电力行业的元数据,与生产数据库的设计密切相关。文中所构建的资产基础模型,可直接指导EAM中的设备台账管理模块的数据设计,而运行和维护管理模块的设计还要考虑工作流,但其底层数据设计也可参照上文资产工作模型。

具体来说,从面向对象的静态类图转化为实体关系数据库表,有着较成熟的设计方案,如对象类的建表、继承和关联关系的映射、主键外键的处理;而依照CIM建设的数据库表包含了CIM语义信息,再通过组装基表,建立边界视图和封装边界类,能有效改进资产数据平台程序的性能,针对不同的用户提供多样化的资产数据服务。

设备台账是EAM的数据基础,它以电力设备为主线进行组织,从设备技术信息、地理位置、分类信息、功能等方面出发,将设备与备品配件从不同角度组成关联的“设备树”,并与设备图片、手册、铭牌参数、工作指导书、财务等信息相关联,记录设备在整个生命周期中的运行、故障、维修、移动的详细情况,以及每个阶段中设备的价值[7,8],如图3所示。因此,它与传统管理信息系统(MIS)的设备台账管理区别很大,包含的信息种类更多,设计上也更为复杂。CIM资产模型以面向对象的方式对资产信息进行规范化的描述,且覆盖了EAM设备台账的基本信息,完全可以作为其底层数据设计的依据。

浙江省电力公司根据电力系统资金、技术密集和设备复杂的实际特点,整合SAP中的设备管理(PM)模块和生产管理系统,充分发挥SAP资产管理优势和MIS电网管理优势,开发实施了安全生产管理系统(PSMS)。PSMS中输变电设备主数据以SAP为源头录入维护,并导入生产管理模块中;而SAP中设备基础数据视图的组织及各类数据表格和字段的设计,均参照上述基于CIM的设备台账模型,见附录A图A10。

3.2 资产分类与编码

资产分类是资产管理的关键,电力企业中设备资产众多、型号复杂,必须采用行之有效的分类法,建立合理的设备分类编码规则,形成资产管理体系。在CIM资产模型中,TypeAsset类资产从功用角度进行设备分类,给出了相当于PSR功能角色的设备分类信息,具体而言是将电力设备资产分为电气资产、容器资产、支持资产3类(见图4),电气资产再下分变压器、开关断路器、补偿器、线路等。AssetModel类进一步描述具体某类资产的不同型号设备。这2个类组成的资产分类比较完整,以此为依据,参考国内外各种资产编码,就可以形成电网企业自身对于设备管理的资产分类编码。

3.3 资产管理和系统集成

资产管理是生产管理中的重要环节,它不同于调度管理,在专业视角、关注层面、管理方法上差异很大。例如:对于开关设备这一对象,相对于调度管理从功能角度对逻辑设备的管理方法,资产管理更关注具体某种型号的开关,它服役后的运行状态、检修历史、缺陷信息等,不管它是在哪个功能位置服役或是处于仓库返修或退役报废处置阶段,都要追踪它的全生命周期记录,这就是从实体角度管理物理设备的方法[14]。

资产这一概念源自财务领域,资产管理中检修活动也涉及大量财务信息;而设备资产被企业购入后入库也涉及物资管理,当某种型号的设备告缺时需要提交采购计划。正因如此,电网EAM与财务管理、物资管理有着紧密的联系;从资产全生命周期的视角来分析,设备从购入服役到退役处置终生如此。因此,资产管理需要集成财务管理和物资管理模块,而资产编码需要分别与财务码和物资码之间建立映射关系,以利于系统互联和资产信息共享,实现设备资产“账卡物”信息一体化。

浙江省电力公司PSMS中以SAP为基础建设省级资产管理中心,便能在此平台集成各企业资源管理系统,如生产计划、维修、物料、财务管理等,做到资产相关信息全局共享,各业务系统互联互通,使资产信息一体化得以实现。

4 结语

电网EAM系统的建设,离不开对信息资源的科学规划和信息建模工作;而资产信息建模属于领域建模范畴,直接影响领域内资产管理系统数据库和应用程序的开发。CIM作为电力行业领域成熟的元数据模型,其面向对象的描述方式使其在大型软件开发上具有天然的优势;IEC 61968-11中描述的资产和工作模型越来越引起业内人士关注,特别是在国家电网资源计划系统规划中建设全生命周期EAM系统的目标下,CIM是不可或缺的领域元数据模型。

本文是基于CIM对电网企业的典型输变电设备进行了资产信息建模,阐述了资产模型基础理论,辨析了电力系统资源与资产之间的关系,构建了资产基础模型和工作模型,其中基础模型能很好地表达EAM的设备台账数据模型,而工作模型也概括了各种设备业务活动共有的数据对象;并进一步介绍了资产模型的应用实例。

基于CIM创建的资产信息模型解决了电网EAM领域内的元数据模型问题,为EAM系统开发的后续工作,如底层数据库和应用层开发,提供了有力的支持和依据。本模型已应用于浙江省电力公司PSMS中SAP设备主数据视图的设计。

摘要：从复杂信息系统建设的规律出发,基于IEC 61970/61968的公共信息模型(CIM),阐释了资产信息模型理论,分析了电力系统资源与资产的区别;提出了电力信息建模的原则和方法,并据此扩展资产信息模型,包括资产基础模型和工作模型,其中资产基础模型详尽描述了设备台账对象,而工作模型概括了主要设备维修活动涉及的基础数据;介绍了资产模型的各种应用,如用于资产数据库设计、资产分类与编码设计,并理清资产与功能位置的关系、资产管理与物资和财务管理的关联集成。

电网终端信息安全评估模型分析 篇4

在信息化时代逐渐成型的今天, 社会上的大中小的企业、团体也逐步希望更加多的接触互联网, 以谋求更高的效率来实现基本工作、人员部署、商务协助等方面工作。电网运营商提供的网络和业务已经成为现代经济社会和人民生活所必须的部分, 而人民日益增长的对物质文化的需求就促使了电力信息化的程度继续提高, 因此在信息安全方面的盲点和潜在威胁也就渐渐浮现。主要体现在以下方面:主要是在电力信息化的水平增高以后, 就不可避免使思维和体质对信息体系的相关程度不断增高, 会不断迫使信息的价值升高。最后就导致了信息的价值远远高于其他相应的物资成本, 从而会造成整个链条的畸形与脱节, 也就造成了发展得进一步的不平衡。

根据我国目前的复杂情况, 想要对电网终端系统这样一个组成成分复杂的信息系统进行较为彻底的安全评估还是具有一定难度的。目前在电网终端的信息安全评估的对象大致分为两个部分:安全漏洞和安全配置。对于安全漏洞方面, 其主要通过对漏洞进行实时的监控管理和分发针对其的补丁;而安全配置方面, 主要还是以依靠人工管理为主的现状, 这就会造成风险管理上存在很多不确定因素。美国国家标准技术协会 (National Instituteof Standards and Technology, NIST) 于2007年提出了信息安全自动化计划 (Information Security Automation Program, ISAP) , 该计划的目标是让漏洞、配置的管理和安全测试及符合性能够自动化, NIST同时也提出一个配套的安全内容自动化协议 (Security Content Automation Protocol, SCAP) [1]。透过该协议可以看出, 其想要通过明确的、规范化的模式使得遗漏问题、安全监管和政策一致性的目标变得统一。本文将要对现有的电网终端系统的安全评估模型及其实现安全评估的综合方法进行讨论与分析, 将各种信任属性的比重关系提供给决策者使用。

1 安全评估模型

不同于现有的类似“黑盒”、是或非几种类型的测试, 这类都直接明确的测试往往过于呆板。安全评估不仅要使用正式、规范的测试方法, 且更要依赖可操作的分析程序和专家智慧与专业经验[2]。要想实现安全的评估就需要按照一定的顺序, 首先必须准确去定义所要求的, 然后针对需求制定相应的目标, 之后分析出与目标相应的评估内容, 然后再对评估内容去制定评估机制, 最后得出评估后的结论。针对不同的主客体、不同的环境, 最终由安全评估流程分析得出的结果也是不尽相同。一共主要由六大类安全需求存在于电网终端信息安全评估系统里, 如图1所示。

以上的分析得出, 为保证最终的平台运行满足安全的需求, 就应该实现对电网终端的安全评估的目标。为了能够更好的实现最后建成的平台要求达到的目的, 最主要应该分析出能够干扰平台稳定运行的各项因素, 其次对这些目标进一步分解为更为详细的评估内容。通过对安全性能的相关条件的分析得出以下几个方面作为主要的考虑因素:

(1) 是否安全可靠。

(2) 是否是某个上下文。

(3) 是否存在风险。

(4) 主体能否按照设定程序执行规定的任务。

在系统进行安全性和稳定性的分析过程中, 目的是将所有范围内的目标, 其特征分层解析为具体的值, 这是基于评估参考值的分析和量化。每个关键位置的评价函数的作用就是处理这些量化过后的函数值, 并非必须是相同的, 而是根据他们各自拥有的不同属性来适用不同的处理办法, 这是对于模型的统一考虑, 而不是具体内容的功能讨论。

总结和分析现有的安全评估过程, 其往往具有模糊性的特质, 一些因素之间的比较与重要的优先度不能够做出一个清晰的判断。例如, 系统会这样来分析事件因素X会比Y略微重要, 而事件因素Z会比Y重要得多。显而易见这样的模糊关系是不够的, 就需要更具这种模糊的结论来进行一个更为准确的权重比较。而这种更加明确的分析往往能够帮助到使用者的分析和判断, 以至于更加准确的分析出结果。

2 电网终端信息安全评估系统分析

2.1 评估系统结构分析

针对现在市场没有应对电网终端实现自动化的侧重于风险分析、安全方案的信息安全评估产品的现状, 需要及时的步进这一类评估设备。主要类型, 可将其归为 (安全性分析评价设备、系统软件评估设备和概率性评估辅助设备) 3类, 这3类产品在工作时具有不同的完成点, 也就是说在系统评估过程中完成不同的职能, 起到不同的作用。为了构建出一套能够结合业务系统的安全评估结构, 该系统根据现有的业务安全评估的特点, 对行业内的情况和对行业的前景进行了充足的分析。同时借鉴权威下发的电网行业的各种类型的安全性规范文件和基础行业规范为标准, 借鉴过去在等级保护和风险评估上面的实例, 最终去构建和完善这个体系。

运用所建立起来的这个结构, 先进一步探究与行业相关的安全需求, 再去以此为依据建立安全性评估准则。将安全评估要求细化分解。将之前得出的要求进行解析, 分为一个个小基本执行层。而对这些基本执行层来进行评估分析的标准是对漏洞、补丁等有害于系统的特征的检验和分析得出的。所以要想有效得实现安全评估, 就必须严格实现这些检查项的有效性。对目标业务系统展开合规安全检查, 从而检索出不符合的项并应用安全措施来保持或降低安全风险。

2.2 评估系统实现性分析

就现有的电网终端信息安全系统来讨论, 需要考虑的主要目标就包括保障性安全、策略性属性及风险性评估这三个方面。就一些评估性系统而言, 作为一个自动化电网终端信息安全评估工具。只需要按照程序输入相关的被检查对象的信息, 如:IP地址、初始登陆名和PASSWORD, 就能够在加密通道内实现上线, 从而可以检测到被检查设备, 按照既定的程序执行一系列的任务, 然后把得出的各项数值与提前规定好的的值比较, 并且以完整报告的形式交予客户。检测具有快速性、有效性的特点, 往往能够在输入命令启动检测的三分钟内就对目标完成检查。

在配置检查完成的情况下, 系统先进行任务管理模块的启用, 相关信息就会直接送到系统的扫描引擎中。引擎就会对传入信息进行反应, 对相匹配的工作进程调用。然后对被检查目标在系统上进行登录, 通过调度中枢将对应的进程调用到被检查目标的各个位置的信息, 并将最后获得的结果反馈到系统的数据分析模块。将各个部分反馈的信息按照一定顺序进行重新排列, 与之前建立的标准库相应的数据作分析, 得出相对应的结果, 在终端将综合分析结果展示给用户。

3 结语

分析总结以上与电网终端信息安全评估相关特点, 对实施过程中电网终端信息安全评估的几个目标进行分析。利用分层化的分析, 对各个目标的比重关系进行分析、比对, 最后以量化式的结果反馈给用户, 在此基础上完成自动化的安全评估设备的建设。

摘要：当前电网终端需要一种行之有效的针对信息的传播方面的安全性评价体系。为了提出一种合理的模型, 结合现有面临的问题和电网终端的特性做出综合分析。现有的模型通过对安全评价的分析, 满足基本的安全评估的要求, 根据模型各个部分所占的总体的百分比, 分层次分析应用, 最后在终端得出结论。实际的数据分析表明, 该种模型的确可以达到自动化的检查目的, 而且整体检查的耗时不超过3min。

关键词：information security,Evaluation function,安全评估模型,国家安全,自动化评估工具,电网终端

参考文献

[1]杨衫, 曹波.电网终端信息安全评估模型[J].计算机工程, 2013.

统一电网信息模型 篇5

电网调度日志系统是电网调度技术支持体系的重要组成部分[1,2,3]。它既是调度员记录日常工作的主要载体,又是调度员了解电网运行的基本工具,对保障调度安全生产、提高调度工作效率具有重要意义。

华东网调原调度日志系统使用多年,与业务需要已呈相脱节的趋势。而华东电网正逐步跨入“多馈入、交直流混联、特大型受端”的新阶段[4],无论是把握电网整体运行状态,还是辨识电网局部薄弱环节,调度员都对调度日志系统有了更多的需求。

实际上,当前电网发展对整个华东网调技术支持体系提出了改造要求[5,6],调度日志系统改造作为其重要组成部分,着重构造与调度员逻辑思维过程相一致的调度日志信息模型,为创建统一调度信息模型积累经验[7,8,9]。

本文在对原调度日志系统信息模型2次对象化重构[10]的基础上提出了面向事件的新调度日志信息模型,并介绍了以该模型为核心的华东网调新调度日志系统设计和实际使用情况。

1 实时调度业务主要需求

华东电网最高负荷近20年来基本保持每年10%以上的增速,华东网调每班调度员却始终保持3人不变,电网快速发展与调度人力相对固定的矛盾决定了调度专业对技术支持系统持续改进的依赖,这在与调度员密切联系的日志系统上体现得尤为明显。当前,调度员对该系统最迫切的2个需求是:

1)帮助调度员更方便地分层认知电网。电网运行正变得越来越不直观,复杂的网络结构、繁杂的控制机制和不断扩展的设备规模把电网变成了一个复杂巨系统[11],分层认知有利于调度员针对任务的层次属性有选择地配置注意力资源[12],提高认知效率,加强全局把握能力。

2)帮助调度员更迅速地辨识运行薄弱环节。对于电网薄弱环节的性质和风险,调度员主观辨识存在很大的不确定性,容易发生漏判、误判或定位不准等问题,这在事故范围极易扩大的现代电网中是十分危险的。

2 原调度日志系统的不足

华东网调原调度日志系统脱胎于调度台以前的日志记录簿,运行记录以流水形式存在,忽略信息间固有的逻辑关系,与调度员逻辑思维方式也存在很大差异,给自动安全校核和调度员理解都带来很大困难。

以目前常见的500 kV变电站开关改造为例,这样的改造通常分3至5个阶段,持续半年左右时间,期间涉及运行方式调整、工作许可、稳定限额更改、电力交易等各类调度工作几十次,线路、母线、主变、开关、保护等一次、二次操作上千步。在原调度日志系统中,改造记录和其他工作记录一起都以流水形式分散存放在“日常工作”、“一次设备操作”、“二次设备操作”、“工作许可”、“设备缺陷”、“稳定限额”、“电力交易”、“拉限电记录”等各类信息目录中。无论是否在同一目录下,这些记录之间都不存在逻辑联系,因此像“无保护设备不能运行”这类自动安全校核很难实现。同时,由于调度员仅凭日志系统很难确定记录的归属,要清晰地掌握这次改造乃至全网其他工作的当前情况和历史过程都是十分困难的,更不用说还要快速辨识电网的薄弱环节。达成这些目标只能依靠调度员的个人记忆和思维重构[12]。

3 电网调度日志信息模型改造

对照分层认知电网和迅速辨识薄弱环节的需求,原华东网调日志系统显然存在不足,核心问题是其内在信息模型不合理,也由此才能解释日志系统虽经多次软硬件升级,功能却始终差强人意的现状。

3.1 面向设备的调度日志信息模型

原调度日志信息模型如图1所示。调度信息根据类别分别录入、存放和展示,设备在这种模型中不是以对象方式整体存在,而是以信息形式散乱存放于各个信息目录。因此,以此为基础的日志系统必然会面临由于设备非对象化所导致的一系列问题,如调度员需要重构信息才能获得对设备和电网的整体理解、数据录入接口多而数据校核功能却难以实现、信息缺乏关联而功能模块间却呈现强耦合关系等。

通过对原调度日志信息模型的对象化改造,本文提出如图2所示的面向设备的调度日志信息模型,即以设备为对象标志,把与设备有关的信息都囊括至对象内部,使设备及其相关信息成为一个整体。实际就是设备以信息集合的方式展现,而电网则作为设备集合来管理。调度员由此可以在设备层次上(而不是各类信息的层次上)建立对电网的认知。

面向设备的调度日志信息模型通过增加信息层次降低了每层信息的幅度,因而更接近于人类逐层精细地认识事物的逻辑思维习惯,既提高了认知整体电网的效率,也增加了聚焦局部薄弱环节的可能。同时,这种面向对象的建模方式也有利于构建弱耦合、易扩展和易维护的软件系统。

3.2 面向事件的电网调度日志信息模型

相比原调度日志信息模型,面向设备的调度日志信息模型虽然有了本质改善,也为采用彻底的面向对象设计创造了基础,但是仅以单个设备作为对象标志,一方面限制了对象内涵的范围,另一方面大量的设备对象仍然让调度员负担沉重。因此,本文进一步提出如图3所示的面向事件的电网调度日志信息模型,即以事件为对象标志,同一事件可以涵盖多个设备。通过事件层的抽象,既满足了降低对象数量的认知需求,也符合实际电网中设备、业务紧密关联的现实。

仍以500 kV变电站开关改造为例,若改造中某阶段共有2项工作(W1,W2),需要停役4个一次设备(线路A、线路B、母线C、主变D)和3个相关二次设备(安控a1、保护b1、保护b2)。这些设备停役引起电网运行方式调整(线路E复役),降低断面G的稳定限额,并进而影响了1个交易(合同F)。

这些信息在新日志系统中通过“XX 500 kV变电站开关改造”事件来管理,如图4所示。

日志系统利用信息间的关联能够自动实现“工作W1、W2结束后才能复役设备”、“线路A、线路B不得无保护运行”等安全校核,也能够醒目地提示如“断面G稳定限额下降”、“合同F无法执行”等运行限制。借助信息的时间属性,系统还可以清晰地展示事件(即改造工作)的进展过程。实际运行中,类似事件一般同时不会超过20个,调度员完全可以承受。

4 面向事件的电网调度日志系统

根据面向事件的电网调度日志信息模型,华东网调对调度日志系统进行了全面改造,在实践中取得了比较好的效果。

4.1 面向事件的系统设计

新日志系统完全采用面向事件的设计。无论是系统底层的数据组织方式,还是数据录入或数据查询的结构,以及调度员交接班方式,都以事件作为基本信息单元。

1)以事件为核心的数据组织方式

新系统中整个日志由一系列事件组成,相关调度记录围绕事件组织。每个事件或侧重设备的电气联系,或侧重工作的耦合关系,其生命周期由各种记录逐步推演,直至所有相关一次、二次设备都恢复正常状态。

2)以事件为核心的数据录入和查询

与数据组织方式相适应,调度员数据录入和数据查询也以事件为单位,可由事件索引至具体记录,也可由具体记录追溯至对应事件,嵌入的各种自动安全校核则大幅降低了误记录和误操作的可能。

3)以事件为核心的交接班方式

新日志中调度员交接班方式从过去交接独立、无联系的各类记录转变为交接事件;交接班的实质转变为对各个事件生命演化过程的阐述。

4.2 应用情况

新日志系统于2009年1月4日在华东网调正式投入运行。截至2009年12月31日,系统共建立事件3056个,涵盖各类记录18 989条,其中“日常工作”调度记录2 781条、“工作许可”记录385次、“设备缺陷”记录44个、“调度操作”记录12 102条、“稳定限额”修改记录2 156条、“实时交易”记录210条、“计划修改”记录1 311条。

初步统计,2009年调度员日常工作关注点数量整体下降84%,调度员记录和查询的效率提高约35%,调度交班记录生成和交接班时间减少约40%。对象化改造成效显著,新系统功能基本满足调度当前工作的需要。

4.3 主要优点

在新日志系统中,“事件”极大地方便了调度员了解电网整体情况和局部薄弱环节,也有助于调度员灵活地追踪电网运行过程。由于能够自动检查数据的正确性和一致性,校核多种调度安全准则,日志系统为防范误记录、误调度提供了又一个保障机制。

此外,新日志系统还引出了一个理解调度工作的新视角。调度工作原本分类细致、繁杂多样,但在作为事件发展推动因素的意义上却获得了统一的基础。这一基础对调度员建立对电网运行的一致理解、提高工作交接和经验交流的效率都有很大帮助,是对调度工作自身认识的深化。

5 结语

本文对原华东网调调度日志信息模型进行了对象化改造,提出了更符合调度业务需要、更适应调度员逻辑思维方式的面向事件调度日志信息模型,并据此建设了华东网调调度日志新系统。新系统的应用实践证明,该模型不但有力地提高了调度员工作绩效,而且大大降低了调度员误记录、误操作的可能,还为理解和交流调度工作提供了新的视角,在各类调度技术支持系统中具有广泛应用价值。

随着中国各区域电网相继跨入大电网运行时代,各级调度部门在技术支持系统改造过程中可能都存在重新认识调度工作的问题。本文工作表明,对这一问题的理解和深入,其重要性可能更甚于相关软硬件新技术的应用。

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[11]刘兴堂,梁炳成,刘力,等.复杂系统建模理论、方法与技术.北京:科学出版社,2008.

统一电网信息模型 篇6

关键词：IEC61970,CIM (公共信息模型) ,电网规划,数据规范

0 引言

电力企业信息系统发展迄今己经形成了EMS、调度生产管理、配电网自动化等各式各样的系统, 这些系统大多数仅仅面向某一部门的需要, 往往导致数据共享性差、系统集成度不高, 给信息共享带来困难, 同时引起重复建设, 浪费资金。造成这种状态的主要原因是由于系统建设缺乏对数据模型一致性、准确性、及时有效性要求的数据标准化规范和统一的业务模型。

对于电网规划来说, 涉及到的因素非常多, 需要的数据量也很大, 搜集和整理这些数据相对较困难。借助于信息系统进行电网的规划工作是一种最好的选择, 目前还很少有规划信息系统在使用, 特别是关于规划所使用的数据也没有统一的规范。

为了满足信息化建设的需要, 规划信息系统的建设和数据建模也应该按照信息一体化的思路来进行。由于已有CIM这一国际标准的框架, 适当对其不足地方进行修改, 并根据我国电网规划实际情况对其进行补充、扩展, 可以满足当前系统的需要。

1 公共信息模型 (CIM)

1.1 简介

公共信息模型 (CIM) 是一个抽象模型, 通过提供把电力系统资源表示为对象的类和属性及类之间关系的标准方法, CIM就便于对各独立开发的完整EMS系统之间进行集成, 或者和其他涉及电力系统运行的不同方面的系统之间进行集成。

CIM划分成一组包。IEC61970-301部分有10个包, 其分别为:核心包Core;域包Domain;发电包Generation;发电动态包Generation D y n a m i c s;负荷模型包L o a d M o d e l;量测包M e a s;停运Outage;电力生产包Production;保护包P r o t e c t i o n;拓扑包Topology;电线包Wires。

城市电网规划数据的公共信息模型主要是对CIM中的核心包、电力生产包、负荷模型包、拓扑包、电线包进行扩展, 下面对这5个包进行介绍:

(1) 核心包Core。

这个包不依赖于任何其他的包, 而大多数其他包都依赖于本包的关联和一般化。

(2) 电力生产包Production。

这个包提供了各种类型发电机的模型。它还建立了电力生产成本计算信息的模型。

(3) 负荷模型包Load Model。

这个包提供用曲线及相关的曲线数据来建立电力用户模型及系统负荷模型。

(4) 拓扑包Topology。

拓扑包是核心包的扩展, 以与端点类Terminal的关联为连接关系建立模型。此外, 它还为拓扑关系建立模型。

(5) 电线包Wires。

电线包是核心包和拓扑包的扩展, 它建立了输电网和配电网电气特性的信息模型。

1.2 CIM的实际应用

IEC61970标准作为当今调度自动化技术中最热门的研究和应用对象。目前, 国外是边做系统边做实验边写标准。我国通过前期对IEC61970标准的跟踪以及不断的消化、翻译工作, 于2002年1月, 成功进行了国内第1次EMS-API互操作实验。实验模型采用国外实验用的Siemens100母线、Alston ESCA 60母线和我国自行准备的IEEE 14母线模型, 实验的方法是通过CIM XML进行不同互操作成员之间的模型导入/导出和潮流计算。

针对目前潮流计算需要在线动态的外网等值模型, 清华大学在CIM并在我国2次互操作实验的基础上, 提出了进行CIM的电力网络实例的拆分与合并的基本应用原则。基于该原则的部分电力网络的不同系统之间的导入导出已经应用于实际大型省级电力系统, 取得了很好的效果。

IEC61970提供了CIM电网模型及C I S组件接口规范, 所以基于IEC61970标准的EMS系统组件化、开放化和标准化设计和开发是其应用的最重要方面。单个应用的组件化、不同应用的集成化、电力综合信息平台是3个主要的应用方向。当前, 对CIM的拓展也已经应用于配电网、HVDC (高压直流输电系统) 、数据库管理系统等方面, 如应用面向对象的程序设计方法实现基于CIM建模的配电网三相潮流计算;利用CIM建模将实际元件接线图转化为元件间的逻辑关系图, 并开发出短路电流实时监控软件;为了改造原有EMS系统使其符合通信要求, EMS系统的CIM数据导出等。在电网规划方面, CIM的扩展应用较少, 特别是电网规划所需的数据收集工作和应用软件对规划进行评估的数据接口规范定义还不完善。

1.3 CIM在电网规划应用中的不足

当今, 电网规划分析评估软件应用很广泛, 从原始CAD图导入, 形成拓扑结构, 到各种可靠性指标、经济性指标的计算等应用, 可以全方面的考察评估规划质量。但由于没有统一标准的数据接口, 导致不同软件不能互相兼容, 不能提供集成服务。

由于C I M是对整体电网的建模, 针对某一特定研究对象, CIM还不是非常完善, 这就需要对其进行扩展, 以满足实际需要。电网规划数据的CIM模型主要是对CIM包中的电线包Wires进行扩展, 因为这个包定义了输电网和配电网电气特性的信息模型, 是电网规划的最主要研究对象。如:CIM中断路器 (Breaker) 的模型只有2个本地属性, 额定开断电流和由开到闭的过渡时间, 其余属性都是从父系类开关 (Switch) 中继承, 功能也通过与传导设备类 (C o n d u c t i n g E q u i p m e n t) 、电力系统资源类 (PowerSystemResource) 的关联实现。对其进行扩展, 形成新断路器类 (BreakerNew) , 添加了如额定电压, 是否工作标识, 故障率, 运行时间等属性, 完善了CIM对电网规划方面数据定义。

根据此数据规范进行软件开发、集成和EMS系统的扩展, 对提高电网规划准确度和节省资源有很大的作用。

2 基于CIM的电网规划数据建模

2.1 CIM中类之间的关系

(1) 一般化Generalization。

一般化是一个较一般的类与一个更具体的类之间的一种关系。例如, 电力变压器类是电力系统资源类的一种具体类型。一般化为具体类提供了从它以上类层的所有更一般的类去继承属性和关系。

(2) 简单关联Association。

关联是类之间概念上的联系。每一关联都有2个作用, 每一作用还有对象重数。例如, 在CIM中, 分接头调节器类和调节计划类之间存在关联, 一个分接头调节器对象可以有0个或1个调节计划, 而一个调节计划可以属于0个、1个或多个分接头调节器对象。

(3) 聚集Aggregation。

聚集是关联的一种特殊情况。聚集表明类之间的关系是某种整体——部分的关系, 例如, 一个拓扑节点只能是一个拓扑岛的一个成员, 但是一个拓扑岛却能包括任意个, 但至少一个拓扑节点。

2.2 建模方法

从建模的观点来看, 当扩展CIM时, 可以以UML可用的若干方法的任何一种来进行扩展, 扩展可采取以下任何形式, 从最简单到最复杂。

(1) 向一个类已有的属性中增加另外的值;

(2) 向已有的类中增加另外的属性;

(3) 增加已有类具体化的新类;

(4) 通过与已有类的关联增加新类。

2.3 模型内容简介

规划数据规范中的新建数据以IEC61970的CIM包为基础, 从原有的CIM包中继承出相关的类成员变量组成独立的规划包。CIM包括各种经由主要应用之间的公用接口而交换的类和属性。其目的是尽可能只保存通用特性, 而详细的实现可以从通用特性派生出来, 各种不同的应用对数据的需要不同, 但共用的数据结构都可以通过CIM包继承, 并根据子类型适应的原则进行数据交换。根据规划需要, 从CIM包的电力生产包、负荷模型包、核心包、拓扑包、电线包中继承中规划所需的相关类, 并为了与原有CIM区别, 扩展部分独立成包。新建规划包分为三大类:元件数据、参数数据、计算数据。

2.3.1 元件数据

元件数据包括G e n e r a t o r (发电机) 、TwoWi ne d Tr a n s for mer (双卷变) 、T h r e e Wined Transformer (三卷变) 、LineNew (新线路) 、J u m p e r N e w (新跨接线路) 、L o a d (负荷) 、Capacitor (电容器) 、Reactor (电抗器) 、High Voltage Substation (高压站) 、Low Voltage Sub st at ion (低压站) 、Bre akerNew (新断路器) 、Trolley Switch (小车开关) 、FuseNew (新熔断器) 、Disconnector New (新隔离开关) 、Short Busbar (短母线) 、Busbar (母线) 、Documentation (文本) 、Gr ou nd New (新接地) 、L i g ht n i n g Arrester (避雷器) 、KStation (K站) 、Block (区块) 、Distribution Transformer (配变) 、RaodLine (道路线) 。元件数据与CIM关系如图1所示。

仅举2例进行说明。

(1) Generator (发电机) 。

本地属性

type (generator type) :发电机类型

ratedVoltage (kV) :额定电压

atWorkFlag (Boolean) :是否工作标志

ratedGrossMaxMVar (MVar) :无功出力

shortReactant (reactant) :短路电抗

继承属性

继承类Number (编号) 、Title (名称) 、Generating Unit (发电单元, 生产包)

(2) BreakerNew (新断路器) 。

本地属性

type () :类型

ratedVoltage (kV) :额定电压

busCouplingOrNot (Boolean) :是否母联

atWorkFlag (Boolean) :是否工作标识

faultTime () :故障时间

faultRatio (percent) :故障率

operationTime () :运行时间

powerDirection () :功率方向继承属性

继承类Number (编号) 、Title (名称) 、Breaker (断路器, 电线包)

其中类Number (编号) 、Title (名称) 定义为元件数据中的基类。

2.3.2 参数数据

参数数据是元件数据的扩展, 描述元件的基本参数等, 包括GeneratorParameter (发电机参数) 、Two WinedTransformerParameter (双卷变参数) 等, 参数数据与CIM关系如图2所示。

仅举2例进行说明。

(1) GeneratorParameter (发电机参数)

本地属性

voltageLevel (kV) :电压等级

ratedMW (MW) :额定有功

ratedPowerFactor () :额定功率因数

继承属性

继承类Variable (变量) 、Synchronous Machine (同步机, 电线包)

(2) BreakerParameter (断路器参数)

本地属性

workingCurrentMAX (kA) :最大工作电流

继承属性

继承类Variable (变量) 、Breaker (断路器、电线包)

其中类Variable (变量) 定义为参数数据中的基类。

2.3.3 计算数据

计算数据包括N o d e D a t a (节点数据) 、BranchData (支路数据) 、ReactiveCompensate (无功补偿) 。计算数据与CIM关系如图3所示。

仅举1例进行说明

(1) NodeData (节点数据)

本地属性

nodeTitle () :节点名称

nodeVoltage (kV) :节点电压

injectingMW (MW) :注入有功

injectingMVar (MVar) :注入无功

继承属性

继承类Attributes (属性)

其中类Attributes (属性) 定义为计算数据中的基类。

3 结语