电力监控系统中考虑新能源的3层建模方法

电力监控系统中考虑新能源的3层建模方法

仝利军

国网山西省电力公司大同供电公司电力调度控制中心，山西大同037008

摘要：为适应越来越多的新型设备数据接入电力监控系统，提出了从采集点到设备容器再到行业应用的3层建模设计方法。首先，按不同采集类型，建立了采集点模型;然后，建立了设备与各类采集点的关联关系;最后，按照行业应用要求，建立了数据的行业模型，实现了与公共信息模型的统一，并通过特定的存储与校验方法，保证了数据模型的高效性和安全性。采用该方法，电力监控系统在考虑各类新能源设备接入时无需进行模型修改，提高了系统的适应性和扩展性。

关键词：新能源;监控系统；信息建模;数据融合；公共信息模型

0引言

目前，而向对象的技术己经在电网能量管理系统中得到广泛应用，实时数据库的应用也日益成熟。而随着各类新能源信息的接入，电网能量管理系统也面临着需要接入各类新型设备的考验，与传统的电力监控系统相比，含新能源的监控具有如下特点:①新能源设备类型多样，目前还没有统一的标准，即使是同一设备，由于生产厂家不同，各类参数的要求也相差甚远，很难对某一种设备进行具体的定义;②数据类型多样，新能源设备除了电力系统传统的四遥数据外，还有类似设备状态等多种数据类型；③新能源发电设备种类多样，包括风力发电设备、光伏发电设备、海流能发电设备等多种类型，每种类型的构成组件不同，内部逻辑关系也不相同；①新能源发电规模差异大，大型集中式新能源发电厂设备多、数据量大，小型发电厂虽然单点数据量不大，但分布广，二者差异较大。这些特点对传统的电力监控系统提出了新的需求。

目前，电力调度系统大都按照IEC61970中的公共信息模型(CIM)方式进行建模，为了接入各类新型设备，在CIM的基础上做了各类扩展。这种做法能够解决各类新型设备的接入问题，但出现新的设备时需要进行CIM的扩展，应用起来不够灵活。本文提出了一种从采集点到设备容器再到行业应用的3层系统建模设计方法，能够方便地接入各类新型设备而无需进行模型的扩展，并在行业应用层实现与标准化模型的统一，同时通过特定的存储与校验方法保证了3级建模的高效与安全。该方法可以推广应用到其他工业控制领域。

1新能源监控需求分析

电力行业监控类系统的一般规律如图1所示。

系统根据输入量进行监视，通过应用分析形成相应的输出量进行控制，控制结果又以输入量的形式反馈到系统中。

系统输入量是现场采集设备的各种信息，电力系统的信息主要包括:设备的遥信值，如开关的分合状态；设备各类参数的数值量，如电压、电流;设备的电能脉冲量和设备的整型状态量，即用整型数值表示的状态量，如电源状态等。这些采集量来自现场不同的监测点，一个设备可能具有一个或多个监测点，一个采集终端可采集一个或多个设备的信息。

监控分析是系统的核心部分，监视与控制侧重于采集点数据类型的处理，而应用分析在电力系统中大都按照CIM的方式进行模型组织，并在此基础上进行各类分析。CIM描述了用于分析的各类设备之间的关联关系以及分析所使用的模型。

输出量是根据分析结果向目标设备下发的控制量，一般而言，一种输入量对应着一种输出量，比如遥信控制量、参数控制量、整型控制量。

目前新能源监控系统大都由电力系统监控调度等软件改造而成，系统的建模主要有2种方式：①以点为核心的建模方式，侧重于现场设备的数据采集与控制，这种建模方式在应对大量应用分析时不够灵活；②参照电力系统的标准模型进行扩展建模，这种建模方式在现场增加了新的设备类型后，需要对模型进行改动，增加新型设备的描述。

2.3层建模方法

2.1总体思想

由新能源监控需求分析可以看出，就监控而言，更重视各个采集点的类型信息，而未经组织的分立采集点信息不利于分析应用。

监视和控制主要针对的是不同的数据类型，而分析则需要不同的设备模型。因此，应采用由采集点到设备容器再到行业应用模型的3层建模方式，即根据采集点类型建立统一的输入输出数据模型，采集点类型目前包括开关量、模拟量、状态量和脉冲量的输入与输出。在此基础上进行设备容器建模，模糊设备的行业特性将设备作为容器看待，而不针对具体的设备建模，同时建立设备与采集点的关联数据模型;最后，建立行业应用通用模型，描述各类

设备容器的行业特性。3层模型结构如图2所示。

按此建模方式设计，监控系统的支撑平台分解为2个部分，其中的服务平台包括网络服务、数据库服务等通用服务。在此基础上建立系统的3层模型，由服务平台与建模共同构成系统的支撑平台，如图3所示。

3层建模中采集点建模主要是针对系统内所有的采集点，设置点的属性等各类模型。单个点之间没有联系，只有属于自身的各类属性。设备容器建模是建立系统内的各类设备容器，并建立与点之间的联系，一个设备可能有多个采集点。行业应用建模包含了2个方面的信息:①建立设备之间的主从及层次关系；②行业属性与设备容器及采集点之间的关系。

2.2采集点建模

采集点建模的目的是建立采集通用模型。它与现场设备的采集点类型有关，根据电力系统现有的数据类型，将采集点模型分为遥信采集量、遥测采集量、电能采集量、脉冲采集量和控制量。

采集点建模分为定义属性建模和采集属性建模。采集属性建模即建立采集点的采集相关信息，包括采集点号或者控制点号、采集值、采集状态、采集时间以及与数据采集相关的信息(如采集通道、通信协议、基数、转换系数等)。针对电力系统存在多通道的情况，为每个采集信息预留多个通道的存储空间(一般不会超过4个)。由于上述采集数据类型是系统的内部数据类型，与现场设备定义方式可能不一致，因此需要增加采集点类型转换的描述。该描述信息定义了现场设备的数据类型与系统内部采集数据类型间的转换关系。比如，现场目前新能源系统中广泛采用的Moabu、协议，其数据分类准则与上述描述方式不同。采集点的定义属性包括了采集点的系统属性(如是否可修改、显示方式等)、关联属性(如对应图形、外部链接等)、行业属性、采集类型(遥信、遥测、电能、状态)和控制类型(是否可控)等。采集点的定义属性与采集属性采用分别定义的原则，目的是使数据采集模块能够独立。

采集点建模还需要建立采集点的实时展示属性，由于采集到的是采集点的原始值，而最终展示值可能经过了一系列加工，比如电力系统内的“封锁”操作，它固定最终的展示值。实时展示信息区按不同采集类型建立，与采集属性一一对应，展示属性包括了采集点的最终值、状态、时间和展示属性(包括颜色、形式等)信息。

根据上述定义方式，采集点建模包括了采集点采集属性、定义属性和实时展示属性3个部分。

由于同一采集点按3类属性进行建模，因此需要建立信息间的关联关系。由于采集属性与展示属性一一对应，因此可以采用相同的标志号，采集属性和展示属性都是由定义属性所产生，因此可以建立规则性关联关系。

2.3设备容器建模

设备是现场的实体，一个设备包含多个采集点信息，一系列设备的集合构成了容器。比如在一个变电站中，间隔是一个容器，母线是一个设备。在传统的电力监控系统中，设备的种类相对比较固定，各类设备的建设标准比较齐全。而目前新能源、新设备大量出现，同类设备间的差异也比较大，比如光伏逆变器，各个厂家提供的采集信息各不相同。在这种情况下，要枚举和描述出现的新型设备变得十分困难。

设备容器统一建模，即模糊设备的行业特性，将设备与容器都看成是集合，设备是采集点的集合，容器是设备的集合。在设备容器建模时需要描述各类集合的特性，以及集合与集合间的连接与层次关系。

在建模时，首先进行设备容器描述，容器的描述包括容器类型描述和存储信息描述。容器类型包括容器和设备2类，存储信息描述则描述了该容器的存储信息，包括存储的空间位置(如存储的表位置等);然后进行设备类型描述。每一种设备容器都可能有不同的设备类型，每一种设备类型都属于某一种设备容器。比如同样是风电机组设备，其可能有不同的型号。将容器分为不同设备类型的目的在于描述同一设备间的差异性，因为不同型号同一设备的集合构成可能不同。最后需要描述设备类型采集点信息。点的建模己在2.2节中介绍，设备类型采集点信息则建立了设备与采集点之间的关系。比如类型为DF66的风电机组设备具有熔断器状态的遥信量、电流和电压等遥测量、风电机组电能量，以及风电机组状态、刹车状态等状态量。

接下来进行通用容器信息描述，其包含以下内容。①铭牌属性。为了考虑出厂属性的通用性，可以对电力系统的各类设备进行分析总结，尽量将这些固有的属性(如容量、额定电压、额定电流等)都描述全。②设备类型。其与设备类型的描述对应。③连接属性。由于监控系统最终是利用图形的形式进行展示，图形刻画了系统内各个设备的连接关系，因此需要在设备信息中对连接属性进行描述。设备与设备的连接在图形上通过端子进行，因此只需对端子进行编号，就可表示出设备的连接关系。系统的设备连接端子个数都不太多(一般不多于4个)，因此可以预留设备连接端子的编号信息。①系统属性。其包括系统内部所使用的属性，如时间等。⑤父节点属性。父节点描述具体该设备的上级节点是哪一个设备。⑥其他属性。

2.4行业应用建模

行业应用建模主要用于描述采集点与设备容器对应于行业应用的主从层次关系及行业性存储关联关系，包括了采集点的行业属性建模和层次关系建模。为有序表示各个采集点的行业属性，对所涉及的采集点行业类型属性分配系统唯一的编码标志，在此基础上进行数据存储空间的组织。为此，首先，建立设备采集点行业属性关系，即描述各类设备容器需要按照何种行业顺序进行数据存储，比如对于母线的设备容器，需要按照AB相间电压、BC'相间电压、CA相间电压、A相电压、B相电压、C'相电压的顺序进行数据的组织;然后，建立容器行业存储信息描述区，与通用容器信息模型建立一一对应的标识，存储信息对应采集点的展示属性区，这样可以通过设备并按照行业应用的方式进行采集数据的组织，方便上层应用。

在此基础上，通过设备容器层次关系的描述，建立设备间的主从关联关系。在进行这一层次建模时，可按照CIM的逻辑结构进行层次描述，即可实现与标准化模型的统一。

行业性建模的目的在于按照标准，给应用功能建立基础模型支撑，应用功能可以通过该模型方便地获取各类基础信息。

3结束语

综上所述，随着全球经济一体化的发展，任何一个行业只有通过不断完善和不断创新，才可以生存。电力监控系统发展的必然趋势是自动化、智能化及科技化，这也是世界发展的必然选择。

参考文献：

[1]孙学黔.电力调度监控系统的方案设计与实现[J].科技风，2014，01：52.

[2]李学伟.论电力工程信息通信中的网络技术[J].广东科技，2011，08：20-21.

[3]陈芳珍.基于KVM技术的电力调度监控方案设计[J].企业技术开发，2011，15：35-36.

[4]薛晓辉，李彦龙，马光耀.电力调度监控系统方案设计[J].中国科技信息，2014，24：87-88.