基于配电网统一信息模型的全网一张图建设

张帝，朱吉然，唐海国，张志丹，齐飞，冷华

(1.国网湖南省电力有限公司电力科学研究院，湖南长沙410007；2.国网湖南省电力有限公司，湖南长沙410004)

统一信息模型及模型化数据[1-2]是配电网数据融合的基础和关键。由于缺乏统一、适用、兼容的信息模型标准[3]，各专业配电数据的私有化、差异化、异构化、碎片化问题突出，多源系统多元数据融合困难，进而导致配网数据质量参差不齐、难以评价和深化应用，具体表现为:

1)缺乏统一信息模型。各专业立足自身管理需求，基于私有模型自建业务系统，导致专业间业务流程和数据无法有效贯通共享[4]，营配调贯通未落到实处，无法支撑核心业务应用。

2)基础数据质量不高。人工录入问题普遍存在，图实不符问题突出，缺乏严格高效的数据质量评估和管控手段[5-6]，基础数据水平无法达到实用化要求。

3)图模需求差异大。现在系统图模数据与实际业务应用需求差异大，各专业图模应用需求不同，无法满足跨专业的多业务、多场景、大规模应用需求。

4)实用化应用支撑不足。缺乏实用化应用支撑，现有数据质量和统推应用无法满足实际业务需要，需求响应不足，无法形成数据支撑应用、通过应用驱动促进数据和业务提升的良性循环。

CIM(Common Information Model，通用信息模型)技术标准解决了基于可缩放矢量图形 (SVG，Scalable Vector Graphics)交换规范描述效率低只能离线交换的缺陷[7-8]。图模一体化[9]、图模库一体化[10-11]、图模数库一体化[12]等技术可支撑电网多个场景应用。为消除模型异构，提高信息交互能力，文献 [13]提出异构公共信息模型的映射方案，并以此为基础从数据层实现信息交互。应对配电网模型的频繁变更和数据质量问题，文献 [14]提出基于多态机制的未来态配电网模型管理方案，在独立环境开展模型维护、接入和校验，实现模型管理多源端、多用户、自动化离线调试等需求。针对拓扑连接错误、孤岛节点、馈线属性维护、运行方式不一致等问题，文献 [15]基于自动成图思想，提出一种能直观反映模型拓扑关系的配电网概念图，通过动态模型抽取树型/弹力布局过程，辅助进行配电网模型拓扑校核工作。相关研究工作和方法均给配电网图模建设提供了有益经验。

2019年，国家电网有限公司 “两会”提出全面推进 “三型两网”建设战略，加快泛在电力物联网建设。泛在电力物联网建设目标是对内实现“数据一个源、电网一张图、业务一条线”，对外广泛连接内外部服务资源和服务需求，打造能源互联网生态和新的利润增长点。“源端唯一、全局共享”的图模数据，是实现泛在电力物联网建设“业务协同、数据贯通”的关键环节，本文结合湖南电网实际，基于配电网统一信息模型，聚力开展配电网图模建设，打造湖南电网 “一张图、一张网”。

1 建设内容

1.1 总体思路

以配电网统一信息模型为基础，以 “两系统、一平台”技术体系为原则，以 “1＋N”模式新一代配电自动化系统建设为抓手，为推动泛在电力物联网建设在配电领域落地，全面开展设备新投异动流程和配电网图模建设，建立设备模型、基础台账共享、管控和应用深化机制，用统一信息模型将分散化、碎片化的数据进行关联和约束，为各专业提供逻辑统一、主干清晰、层次分明的配电网全景模型，全面支撑综合故障研判、供电服务指挥等核心业务建设。

1.2 建设主要内容

1)标准化建模。厘清全业务统一数据中心全域模型、分域模型、公共信息模型和配电网统一信息模型之间的关系[2]，以省级配电自动化主站为核心、配电网统一信息模型为基础，对配电网设备资产模型、资源管理、网络拓扑等进行统一建模，如图1所示，构建基于 CIM的模式校验(rdfs、xsd)、实例交互和管控 (基于rdfs和xsd验证rdf、xml)模块，对设备新投异动流程各环节消息进行标准化格式验证，使之始终与配电网统一信息模型语义和语法保持一致。模块功能覆盖相关考核规范、配电自动化模型校验规范要求，针对55类配网设备，梳理形成各类场景82个典型校验项，在专业运维人员建档过程中可以自动校验、自动推送错误信息清单，辅助基层人员开展数据质量治理。

图1 配电网统一信息模型建设

2)专题图优化。根据电气拓扑连接，对专题图的节点设备 (站房、杆塔、接头等)进行节点分层、最优路径分析和布局快速收敛优化，优化后的调度单线如图2所示，按照调度实际应用需求，添加了配变容量、线路型号和长度等信息。同步建立营销、运检、调度部门配网图模治理协作和沟通机制，确保营配调数据同源，按照 “谁主管、谁负责、谁维护”的原则，组成配网图模治理工作小组，集中对配网设备进行现场核实和图模数据治理，形成图模治理和审核的闭环管理。

图2 配电网专题图自动优化效果

3)交互与质量双管控。基于 “先试先行”原则，以信息交互总线为载体，建设营配调贯通的设备新投异动流程，如图3所示。对已建有配电自动化主站系统的地市开展省地两级全闭环管控，未建配电自动化主站系统地市基于省级配电自动化主站系统实现图模审核与发布。开展配网图模质量分析，实现配网图模在线交互、数据质量指标统计和可视化展示，对设备异动流程的各环节状态、异动数据流程进行有效溯源和实时监控，围绕省-市-县-所四级考核体系，加强设备异动流程及时性和流程闭环水平管控。同时，编制下发 《配电网图模异动管理方法》《基于PMS2.0的配电网设备异动操作手册》。

4)源端维护，抓关键问题。突出配网图模源端维护及基础数据质量的重要性，深入分析配网图模建设现状以及图模实用化需求，推动各专业统一思想，协调营配调相关部门，综合湖南电网网架特征，共同制定实用化图形布局规范，开展模型校核和图形自动优化工作，确保图模 “源端唯一、全局共享”。同时以故障综合研判应用水平为抓手，对基于模型拓扑开展故障区域快速定位水平较低的单位开展问题分析，提高基层单位对治理工作的认知水平和工作效率。

图3 配电网图模异动在线交互流程

2 建设成效

配网图模治理和设备新投异动在线流程的建立，从本质上改变了 “人工制图、线下审核”的传统工作方式，实现公司范围内配电网 “一张图、一张网”，是快速实现全省配电网可观可测，增强配电网故障快速响应能力的数据基础。

1)配网图模数据质量显著提升。国网湖南电力有限公司自2018年3月开始，采用集中办公与周报进度管控相结合的方式组织开展全省图模校验和治理工作，数据完整率由32.33%提升至98.21%，数据规范率由23.13%提升至99.31%，图模一致率由27.72%提升至97.76%，如图4所示。通过与PMS2.0系统和配电自动化系统的集成应用，实现设备异动流程在线管理。目前湖南长沙城区1 291条线路新投异动实现全闭环流转，其他地市营配调专业正协同开展图实相符普查工作。

图4 配电网图模数据各分项指标统计

2)馈线自动化应用。支撑各地市独立配电自动化系统 (湖南为长沙、株洲、湘潭和衡阳4个地市)馈线自动化应用，基于电气拓扑实现配网运行故障定位、故障隔离和自动恢复。目前，长沙城区1 291条线路实现100%源端维护，均已投入半闭环馈线自动化，截至2019年6月，全自动馈线自动化累计动作83次，累计转供用户72 885户，缩短非故障停电时长91 471时户数。

3)故障综合研判应用。支撑省级配电自动化系统综合故障研判应用，快速完成故障区域和影响范围分析，形成以配网专题图、电网GIS为双入口的停电事件和设备状态可视化监控手段。目前省级配电自动化系统累计完成11 339条馈线初始化，挂接故障指示器、DTU(Distribution terminal unit，站所终端)和FTU(Feeder terminal unit，馈线终端)17 216套，整体覆盖率49%，自2018年11月省级配电自动化系统上线以来，累计捕捉故障1 852起，定位准确率90.11%，有效减轻了基层班组故障巡线压力，缩短了故障定位时间。

4)供电服务指挥应用。支撑供电服务指挥系统主动服务和主动抢修，如图5所示，综合上游变电站、下游配网台区停电事件，精准定位停电区域和影响用户，提高故障响应和主动服务水平，减少故障停电时间，提升优质服务水平。目前湖南供电服务指挥中心建立 “四入口”工单报修机制，基于省级配电自动化系统研判定位的精准故障区域，供服主动工单平均时长已缩短至5 min之内。

图5 供电服务指挥系统停电分析到户应用

3 小结

图模是配电网精益化管理的基础，通过开展统一信息模型建设和一年多的图模数据治理，全省图模数据完整率、规范率、一致率等显著提升，治理完成率超过98%，基本满足实用化应用条件。通过PMS2.0系统与配电自动化系统的集成应用，实现标准图模静态数据和配网动态量测数据及告警信息的汇集，逐步形成 “全网一张图”，支撑公司馈线自动化、故障综合研判、供电服务指挥等泛在电力物联网建设及应用，有效提高配电网故障处理效率和优质服务水平。