基于在线稳定分析的电网模型一体化维护管理方案

牛琳琳,张 爽,邱 健,李 伟,王天琪,陆 俊,刘宇星（.中国电力科学研究院，北京海淀,009；.国网宁夏电力公司电力科学研究院，银川金凤,75000)

基于在线稳定分析的电网模型一体化维护管理方案

牛琳琳1,张 爽2,邱 健1,李 伟1,王天琪1,陆 俊1,刘宇星1
（1.中国电力科学研究院，北京海淀,100192；2.国网宁夏电力公司电力科学研究院，银川金凤,750002)

电力的快速发展，迫切需要进行基于在线稳定分析电网模型一体化维护的研究。文中简单介绍了电网模型的维护现状及存在问题。重点研究不同时间、不同空间电网模型维护管理机制，研究广域、分布式的“源端维护、全局共享”的电网模型一体化维护管理技术，实现调度中心内部以及调度中心之间的统一电网模型维护与管理，最后阐述了该系统整体功能架构，并给出具体的功能设计方案。

智能调度；在线/离线电网模型；一体化维护管理；多级数据管理

0 引言

随着智能电网建设的逐步深入，在线安全稳定分析得到了迅速发展，给电网实时状态监测提供了新的技术支撑。同时，随着我国可再生能源飞速发展，风电和光伏等新能源不断接入电网，电网运行方式复杂程度越来越高，迫切需要了解全网的运行状态，因此须通过技术手段实现数据电网模型信息共享与一体化维护，保证调度中心对整个电力系统进行实时分析与控制。

一般地，电网模型参数分为在线数据和离线数据。在线数据包含电网的运行信息，能够相对准确地描述某时刻电力系统主网的运行状态；离线数据包含相对完整的典型电网结构，以及电网设备的模型和参数，适合详细、深入地分析电网的物理特性传统的电网模型参数主要是由运方和自动化部门维护的，其中运方维护离线分析使用的数据，自动化维护在线EMS数据，这些数据都是实际电力系统的不同视图。

离线数据维护的同步时间频度较低，为1月~6月，由方式专责负责维护。文献[7-10]提出通过运行方式计算协同系统建立适用于省、地区多级电网统一的离线参数数据库，该系统支持离线方式数据的拼接合并和自动分割功能，实现多用户的离线数据维护协同工作方式，保障多数据的一致性。

在线数据维护的同步时间频度较高，为1天~1周，由自动化专责负责维护。上下级的数据维护通过智能调度支持系统平台的模型维护管理技术实现。文献[11-15]提出基于CIM/E的一体化模型信息管理方法，通过分布式一体化建模实现调度系统之间信息整合和共享。

目前模型一体化管理技术日趋成熟，但基于在线稳定分析的电网模型一体化管理技术目前仍存在以下问题：1）不同时间维度（当前、计划、规划）数据模型及参数维护不及时；2）下级模型数据在上级调度得不到及时更新，规划数据由于不确定性进行的反复修改无法及时反映到数据中； 3）缺乏统一的源端维护和管理机制。

因此本文从以下三个方面进行深入探讨： 1）提出不同时间维度电网模型统一维护管理方法。2).提出不同空间维度电网模型统一维护管理方法，实现分布数据一体化管理。3).通过模型拼接分割、数据校核比对、历史版本管理、方案管理等数据管理功能实现源端维护实现方法.

1 数据来源唯一性

历史、当前、未来静态参数和动态参数的唯一来源应该为方式数据。

历史、当前网络拓扑的唯一来源为在线数据，未来网络拓扑方式为方式和计划数据。

历史、当前系统运行方式的唯一来源为在线数据，未来系统运行方式为方式和计划数据。

故障集及计算设置唯一来源应该为方式数据。

图1 数据来源唯一性

2 关键技术

2.1 不同时间维度电网模型维护技术

根据时间维度划分，数据组包括在线数据组类、计划数据组类、未来数据组类，如图2所示。

图2 多态数据管理

文献[14]提出在线与离线一体化管理，此方案是基于统一模型、统一名称情况下进行一体化管理，在当前各个数据由多部门建模的情况下很难实现。

2.1.1 统一模型数据库

统一模型数据库内部数据库结构采用现有综合程序7.0的数据结构。结构关系如图3所示。

图3 数据库关系结构

将数据库中的数据分成了4个部分进行组织，分别是：

1)在线模型库：存储电网实时运行模型及参数，包括电网的拓扑、模型及静态参数等。

2)计划/规划库：存储多年度、多方式和多方案的运行方式数据，包括规划部分的电网、设备投产方案以及与规划相关的其它信息。

3)典型参数库：保存一些类别设备和控制系统的典型参数，为形成规划计算分析数据提供支撑。

4)设备参数版本库：保存设备参数各个版本、修改时间和修改人，通过该信息可以追溯设备参数维护的过程。

由于数据库中存储了电网的历史、现状和规划的信息，在使用数据时，根据需要指定的时间段或者时间点，提取需要的数据或者其它信息。

2.1.2 数据组方案

1）数据组和方案：除母线和节点外，其他电力系统元件数据，都含有一个数据组属性，该属性起着给数据分类命名的作用，即将某种元件的数据集合分为若干个子集，数据组(Group)即是这些子集的名称。

2）对数据组、方案和计算数据通过权限进行管理，修改应有日志记录并有版本管理，以便进行历史变更检查、出错查找和统计报告。

2.1.3 不同时间维度模型一体化维护

不同时间维度电网模型一体化维护总体目标是充分利用现有数据资源，构建统一的管理系统，提高计算数据的质量，降低数据维护的难度和工作量。大致可以分为以下四个步骤：

（1）将数据通过数据传输服务导入，包含一个数据组和一个潮流作业，对于新工程中的故障生成，采用模板方式直接定义用户需要的大部分故障。

（2）建立在线、计划及方式数据映射表。建立设备名称映射表是不同时间维度模型数据能够相互联系、相互影响的重要途径。

（3）不同时间维度模型数据通过设备映射表进行相应电气设备参数模型比较。

（4）方式、模型、图形的统一管理，数据可以方便的查询、对比、获取和备份。

在维护管理系统中，自动化、方式和计划人员各自维护数据。计划和方式人员可以灵活定义计算电网的规模、结构和运行方式，灵活抽取计算数据。所有数据都基于统一的基础参数库，保障了公用模型数据的一致性。同时系统带时效性，新的同类数据总会覆盖老的同类数据，可以大大减少维护工作量。

2.2 不同空间维护电网模型维护技术

多级模型一体化管理实现模型交换和共享及双向更新是不同空间维护维度电网模型维护技术的关键内容。由于离线/在线模型由不同部门负责，因此从离线/在线两方面进行多级模型一体化管理维护。

2.2.1 离线数据分布式维护

离线计算数据采用分布式技术把原先需要集中式统一时间维护的稳定分析计算数据方式变成一个分布式的独立维护的方式，如图4所示。通过分布维护系统，克服每半年进行一次的年度方式集中计算模式约束，在分调、省调范围内，有数据更新、设备上线的第一时间就进行设备更新，降低参数更新周期，贯通下级电网数据维护，实现离线计算数据维护的源端维护。

图4 离线分布式维护

1）各省调负责将其管辖范围内（本省220kV系统以及部分500kV系统）的设备和网架的变化反映到基础数据中。在统一数据库中修改新增实测参数的动态元件的模型和参数，调整省内运方数据的发电和负荷水平等。

2）分调通过统一数据库检查各省调上报的数据，校核无误后进行数据拼接。全部完成后通过调整得到一个收敛的潮流。

3）国调检查各分调上报的数据，校核无误后更新实测参数，修改并校核直调数据，而后进行全网数据的拼接，最后导入统一模型数据库。

2.2.2 在线数据分布式维护

本文采用文献[14]基于CIM/E在线分布式技术，电网模型从D5000基础信息数据库抽取后，按照电网模型管理流程，进行一体化维护。图5是网调电网模型管理流程，模型的交换和版本管理采用CIM/E文件方式。

图5 在线电网模型管理流程

3 源端维护系统建设

3.1 系统架构方案

源端维护系统实现包括横向的不同安全区域以及纵向的各行政管理级别；技术实现采用B/S及C/S相结合的架构，实现分布数据和数据分布的一体化管理。基于B/S系统实现维护单元与维护服务之间的交互过程以及管理；基于C/S与B/S实现数据管理服务与数据系统的交互过程管理，支持在线应用更新模型。系统的架构如图6所示。

数据管理：数据管理单元作为用户或者应用系统使用的数据维护单元，具有数据维护和管理功能，同时通过数据维护服务系统提供的基于不同传输机制和服务机制（TCP/IP--C/ S,HTTP[S]-W/S）的服务接口，实现数据统一维护功能。

维护服务：将作为独立的稳定分析计算数据的离线维护系统，运行在特定的服务器上。

3.2 源端维护管理

源端维护管理包括数据构建、模型拼接分割、数据校核比对、历史版本管理、方案管理等功能。

3.2.1 数据构建

新建数据是数据管理系统基本功能。主要考虑其使用的电网数据表示的规格、形式等，支持简单手工录入和批量兼容系统的数据的导入方式，支持本地和远程构建。

图6 源端维护管理架构

3.2.2 电网模型拼接分割

上级调度系统和下级调度系统之间的离线数据模型通过互操作及拼接，自动生成稳定分析系统的电网全局电网模型，并根据电网的区域划分，自动将全网模型分割，并发布给管理区域内的电网。

边界的拼接主要通过确定边界模型以及设备管理权限、建立统一或者可识别的命名规范等信息进行。

3.2.3 数据校核与比对

通过基本的数据校核和比对功能确保来源复杂的计算数据的正确性，以提示或解决在数据系统管理过程中，诸如传输、模型合并、边界划分、数据录入等各类数据相关过程中所产生的错误和不明确的问题。

数据校核包括“模型参数合理性校验”、“边界划分校验”、“电网图形校验”、“电网拓扑结构校验”以及“负荷发电平衡校验”等。检验的范围包括电网模型唯一性检验、模型参数合理性校核、边界划分与设备权属关系校核、电网图形校验、电网拓扑结构校验、拼接网络正确性校核。

数据比对用于应用系统对不同或同一数据工程间数据组、方案以及作业的比对功能，并形成数据比对结果报表。比对内容应包括：网络结构、负荷发电量、元件模型、元件模型参数组以及相关参数组内容。

3.2.4 方案管理

网络环境中电网数据处理和应用运行支持，需要电力系统相关数据的高度共享和并发管理；需要长时间、多步骤才能完成大量电力数据的多用户协同支持。在系统中，通过版本控制管理解决这两个问题。数据修改历史记录多用户并发管理问题；同时，基于应用需求的数据质量检查（校核、比对等）都可以在数据版本管理工程中得以实施。通过数据缓冲和提交时的取舍协调多用户同时对统一数据编辑修改的并发操作，实现历史数据的回溯管理，方便不同应用系统对数据版本的需求。

4 工程应用

随着智能电网调度技术支持系统的建设，电网模型一体化管理系统在华中调度控制中心进行部署实施，实现横向一体化建模。系统的配置图如下图7所示。

在线电网模型、静态参数根据国调标准的隶属关系进行源端维护，在网调一级实现网省一体化建模。

离线数据在华中调度控制中心统一部署，各省调通过Web浏览器登陆数据维护系统操作，将统一电网模型参数集中在统一数据库中，实现电网数据分级、源端及集中存储。

系统支持1万个以上规模的长期注册用户，10万个以上的短期免费临时用户。在线用户数500人以上，并发用户数在100人以上，可支持50个用户协同工作。在最大并发用户数且网络带宽＞=512K时，80%WEB页面的响应时间不超过3秒，95%的页面相应时间不超过10秒。用户的所有数据可以在数据库保存5年，部分归档数据可以保存10年。

5 结论

完善的在、离线电网模型维护管理机制，能深化广域、分布式电网模型“源端维护、全局共享”的宗旨，实现调度中心内部以及调度中心之间的电网模型一体化维护与管理。而电网模型一体化维护管理机制的实现必将大大提升电网模型建模和参数维护管理水平，提高基础模型参数的准确性、一致性，为智能电网高级分析应用提供重要基础支持。

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图7 系统配置图

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Scheme onIntegrated Maintenance Management System of the Grid Model Based on Online Stability Analysis

Niu Linlin1,Zhang Shuang2,Qiu Jian1,Li Wei1,Wang Tianqi1,Lu Jun1,Liu Yuxing1
(1.China Electric Power Research Institute,Haidian District,Beijing,100192,China)
(2.NingXia Electric Power Research Institute,Jinfeng District,Yinchuang,750002,China)

The rapid development of power system require urgely the need for integrated maintenance of the grid model.This paper introduces simply the present situation of the grid model maintenance and existing problems.Focus of attention is on the management mechanisms of online/offline maintenance,and integrated model maintenance management technology which is wide-area,distributed and "maintenance at source of data,sharing data within whole grid".This paper realized integrated maintenance between multiple control centers and various professionals within control centers.Overall functional structure of the system was expounded,and concrete functional design schemes for operational modes were proposed.

smart dispatching;online/offline grid model;integrated maintenance management;multi-level data management.

牛琳琳(1982—)，女，硕士，研究方向为电力系统及其自动化。