线损管理系统中电网模型的建立

曹占峰，尹洪苓，徐秀敏

(1.北京中电普华信息技术有限公司，北京 100192;2.国网信息通信产业集团有限公司，北京 100031)



线损管理系统中电网模型的建立

曹占峰1,2，尹洪苓1,2，徐秀敏1,2

(1.北京中电普华信息技术有限公司，北京 100192;2.国网信息通信产业集团有限公司，北京 100031)

针对现有线损管理系统电网模型中存在的主配网没有直接连通、二次设备的测量作用没有被充分发挥的问题，提出了建设一种连通主配网、关联一次设备与二次设备的电网模型;通过一对一的数字化建模方法，建立一次设备与二次设备的分层模型连通主网、配网，除去等值连接的二次工作量和兼容性问题；设计二次设备的关口属性树建立一次设备与二次设备的关联关系，避免信息系统中关口与实际关口不符的问题；模型的搭建在SG-CIM的规范下进行;电网模型建立后，遵循SOA架构设计线损管理系统，实现电网模型的可重用管理及线损的实时管理。

电网模型；二次设备；关口；线损管理

0 引言

随着信息化技术的发展和国家利好政策的导向，电力企业信息化建设在十一五、十二五期间取得了长足发展，但仍存在较为严重的“信息孤岛”现象，普遍表现为系统重复建设、集成复杂、管理繁琐。电网模型是电力信息管理系统应用的基础，是绝大多数电力信息系统可以共享的信息，因此，搭建一个标准化、规范化、具有普遍适用性的电网模型是解决电力行业“信息孤岛”的有效途径之一。

电量与线损率是电力行业的核心指标，特别是线损率综合反映产生于输电、变电、配电、售电各个环节的损耗，因此，线损管理工作中信息系统的建设是电力行业信息化发展中最为重要的方向之一。本文以线损管理为应用背景，介绍一种连通主配网、按真实物理网架结构关联一二次设备的电网模型的搭建。

现有电网模型的研究成果多应用于区域网、省网，或分别针对主网、配网，导致进行全网分析时需要建立等值模型连接各个电网模型。而模型连通时又面临着标准不统一的问题，需要在不同模型标准间进行转换，常发生一套设备存在多套数据，严重影响了数据准确性、增加维护的工作量，由此又会产生一系列相关的问题，尤其是在配网中，问题将更加突出[1-4]。

同时存在的问题还包括：信息系统中的关口与实际电网中定义的关口不同步，是为了方便线损计算、管理而在原测量点基础上虚拟出来的关口，且在“四分”计算时同时可能虚拟了多套关口，导致线上管理与线下运行机制脱轨，增加了管理和维护的复杂性，进行线损计算时没有充分发挥二次设备的测量作用。

本文针对以上问题，提出了用一对一的数字化建模方法，建立一次设备、二次设备的分层模型，实现主网、配网在模型中的连通，并根据真实物理网架结构设计关口来建立一次设备与二次设备的关联关系，由此搭建标准化、统一的电网模型，并在此基础上设计信息管理系统，将其应用到线损管理领域。

1 建模体系介绍

为了实现电网模型的“即插即用”、提高模型普适性，将采用标准化思想进行搭建，同时针对现有模型中存在的主要问题有针对性的提出对应的解决方案。

1.1 建模标准SG-CIM

国际电工委员会制定的IEC61970/IEC61968系列标准指导了电力行业中主配网自动化等应用，为电力系统中的各种资源定义了适用于构建电力行业业务应用的公共信息模型(common information model，CIM)，该模型促进了电力行业信息化软件的组件化、开放化发展，使得各大电力企业信息化研究机构不断的理解、使用、扩充该标准。在国内，国家电网(以下简称国网)在研究国际标准数据模型的基础上，对全网共享交互数据的需求进行了全面梳理和分析，根据国网业务组织形式进行优化和扩展，进而形成了国网公共数据模型SG-CIM[5-6]。SG-CIM含12个主题域、65个二级主题域、947个实体、9929个属性，可以满足电网建模的设计需求，且该标准是在立足全网数据需求的基础上产生的，使得该标准在国内电力行业中具有较高的参考价值及应用基础，因此，本文中电网模型的建立将参考SG-CIM规范的要求。同时，关口在电力系统中的起到电量计量作用，因规范中对关口没有特殊规定，考虑对这部分内容进行扩充。

1.2 建模分析

在电网建模方面，专家学者提出了多种方法实现对不同电网资源模型的差异化分析、内外部电网合并及标准化建模思想来满足在线、一体化管理需求，通过建立电网模型得到精确的电网基础数据、运行数据[7-8]。但这些设计思想多针对不同系统的集成、面向省网或区域电网，采用的标准多为CIM，存在着以下问题：

1)CIM覆盖面广，但支持国内电网深度有限，扩展时标准不一；

2)多系统集成时没有解决重复建模问题，同一套设备有两套甚至多套数据同时存在；

3)主网、配网集成时需要建立等值模型并解决由此产生的一系列问题；

4)面向业务设立虚拟关口易受业务修改影响、维护工作量大、不能满足实时数据处理需求。

就以上问题，本文提出如下解决方案：

1)参照SG-CIM标准建立应用于全网的统一、标准的电网模型；

2)针对电网中物理层设备、拓扑关系进行一对一的数字化方法进行建模；

3)将主网、配网建立在同一模型中；

4)按二次设备与一次设备间的电量采集关系设立唯一的多属性关口。

以便建立可应用于全网的标准化电网模型，同一模型中联通主配网，实现同一设备在全网唯一对应一套数据。通过多属性关口真实反映二次设备的电量采集信息，实现全网数据的实时化采集和线损的实时计算，提高管理效率和精准程度。

2 电网数字化建模

2.1 主题域划分

首先需要梳理各业务模块中涉及的内容到SG-CIM二级主题域下，作为电网模型、数据交换的标准，电网模型主要涉及的主题域、二级主题域在图1中给出[9]。

电网中涉及导线、杆塔、变压器、开关等物理设备，厂站、关口、台区等非物理设备，在建模时将这些组织单位、管理单位统一定义为虚拟设备，与物理设备统称为设备。根据设备在电网运行中的特点将将设备划分成：直接参与发电、输电、变电、配电、用电的一次设备；监测、保护、控制、调节一次设备运行的二次设备；反应时间关系、资产隶属、电网量测等的管理单元三大类。

图1 电网模型中主题域及二级主题域的选取及应用

2.2 层次化模型的建立

二次设备是指对一次设备进行监测、控制、保护等的电气设备，有别于一次设备的是二次设备自身实现了与信息技术的融合，在信息采集和通信等方面具备一定的优势和技术基础，因此导致了一次设备、二次设备在信息系统使用中往往相互独立，没有建立起关联关系[10-11]。考虑到线损管理中主要应用到二次设备所产生的电量采集信息，因此在二次设备模型设计时主要针对其测量作用。关口是体现二次设备对一次设备测量作用的重要单元，是建立一、二次设备关联关系的桥梁，也是线损信息化管理的依托点。

本文提出一种针对设备的分层数字化电网建模方法，根据设备类型分别建立一次设备模型、二次测量模型。其中一次设备模型针对一次设备建立，体现线损管理的物理网架结构；二次测量模型是针对二次设备中起到测量作用的设备而建立，是获取一次设备电量的精准途径；同时针对电网模型在线损管理中的应用，在二次测量模型的基础上依据关口建立计算分析模型。对于线损以外的应用领域可在一次、二次模型基础上建立其他应用模型，除应用模型以外的两层模型的建模结果以电气图的形式进行直观且具体的展现。图2中给出的就是所建立的电网模型层次结构，面向设备类型进行电网建模，而非面向输电网、配电网，因此避免了主配网分离的局面，同时在信息化系统中根据二次设备的作用建立与一次设备的关联关系。

图2 电网模型层次简图

2.3 关口管理方案

关口电量管理涉及到发电企业、电网企业、电力用户三方的电量贸易结算，是线损计算、管理、考核等工作中均涉及的重要环节，因此针对关口电量管理的研究是电力行业从业人员关注的方向之一[12]。但其管理还存在一些问题：脱离一、二次设备单独管理关口；没有建立起一、二次设备的关联关系；线上管理系统中的关口与实际定义的关口不符。

根据关口在使用过程中的作用，并针对现有关口线上管理方法中的弊端，采用以下方案对关口进行管理：

1)面向实际网架结构建立连接一、二次设备的数字化关口；

2)建立反应关口应用特点的属性树；

3)同一块关口表设定正反向潮流关系。

为了最大程度优化对关口电量的管理方法，建立以关口表为根节点的关口属性树，根据关口属性特点为根节点设计四棵子树，各子树包含其分类下的各关口类别，每个类别下面可以有其特性的属性子树，一般类别子树下所含的属性子树不超过三层。所建立的关口属性树的结构在图3中给出。所设计的关口管理方案具备这样的特点：建立一、二次设备连接关系实现了一次设备电量数据的全采集；真实反映电网运行中实际关口情况，全应用到各设备；具有分类属性全覆盖各种类型关口；正反向潮流属性实现设备数据唯一性。

图3 关口属性树结构

3 电网模型在线损管理中的应用

线损率是电力行业的重要管理指标，线损管理系统的建设为电网模型提供了应用的落脚点，电网模型为线损管理系统的规范化应用、普遍适用性提供了支撑。在标准化电网模型的基础上，本着最大化实现组件复用、组件内部细粒度及外部松耦合的原则，系统采用面向服务架构SOA(service-oriented architecture)进行设计。

SOA将各独立功能抽象成服务来构造松耦合系统，在服务的重组构造中，服务将作为模块实现极大限度的共享和重用。架构包括：服务提供者(Provider)、服务注册中心(Directory)、服务请求者(Consumer)3个角色，提供者将服务发布到注册中心，请求者到注册中心中查找需要的服务，将所需的服务进行绑定来调用服务。

本系统作为Provider将电网模型与其他线损功能模块按组件形式进行封装，以Web服务的形式对外发布；其他线损领域内及领域外的各Consumer根据个性化需求通过ESB访问线损管理系统的电网模型组件；ESB接受Consumer端的请求及Provider端返回的应答信息并进行传递、完成路由，对外提供电网模型服务[13-16]。因为模型采用了标准化的设计思想和SOA架构，且实现了主配网的连通，因此在对外提供服务、进行数据交换时将忽略各系统应用环境、部署等的差异性，无需进行二次转换，满足SG-CIM下的数据交换需求。在图4中给出了系统的SOA架构集成方案。

图4 SOA架构集成方案

4 结论

电网模型是电力信息系统应用的基础，本文为实现电网模型通用性、规范化的目标，在标准化的设计思想下，通过一对一数字化方法实现了主配网的互联互通、遵照实际物理网架结构建立了一次设备与二次设备的关联关系，反应了电网的真实物理模型，并通过关口属性树的设计充分利用了二次设备的测量作用。因此，可以通过对电力其他领域的研究实现该模型的“即插即用”。在线损管理领域应用该模型时采用SOA架构思想将其封装成组件，使得模型对外提供服务时进一步实现了不依赖环境的特性，同时通过服务重组可实现对外的个性化需求。

一方面本电网模型符合规范化、通用性要求，可无差异的应用到其他领域，具备较强的兼容性；另一方面本模型主要以线损领域为应用背景而产生，对二次设备建模时主要考虑其测量作用，因此在应用到其他领域时还可根据规范对控制、保护等方面进行标准化扩充，可扩展性强，也成为了所建立的电网模型未来的发展方向之一。

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Grid Model Development in Line Loss Management System

Cao Zhanfeng1,2, Yin Hongling1,2, Xu Xiumin1,2

(1. China Power Information Technology, Beijing 100192, China;2. State Grid Information & Telecommunication Group Co.,Ltd., Beijing 100031, China)

There is no direct communication between the main and distribution network in the existing grid model of line loss management system, and the measuring role of secondary device is not full. Aimed at these problems, the proposal to construct a grid model which main and distribution network is connectivity, primary equipment is associated with secondary equipment is presented. Establishing hierarchical model of primary equipment and secondary equipment which communicate the main and distribution network by one-to-one digital modeling method, to remove the secondary workload and compatibility issues of equijoins; Designing gateway property tree of secondary equipment which establish a relationship with the primary and secondary equipment, to avoid the gateway in information systems inconsistent with the actual; the model is built in SG-CIM's specifications. After building the grid model, designing the line loss management system which follows the SOA architecture, to implement grid model's reusable management and real-time line loss management.

grid model; secondary power equipment; gateway; line loss management

2015-09-14；

2015-11-11。

曹占峰(1976-)，男，内蒙古人，硕士，主要从事电力信息化、电力系统等方向的研究。

1671-4598(2016)03-0208-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.03.056

TP273

A