基于IEC 61970组件接口规范的调度运行数据系统设计
2022-03-24蔡泓铭毛文照
于 琪，蔡 莹，蔡泓铭，毛文照，李 展
(1.广东电网有限责任公司广州供电局，广东 广州 510620；2.北京清大科越股份有限公司，北京 100084)
0 引言
IEC 61970是电力自动化系列标准之一，能够为EMS的应用程序定义接口和电力应用集成提供指导。现阶段，该标准已广泛应用于电力企业，主要用于电力信息交换，广泛涉及到EMS信息模型。而电力调度产生的数据量较大，与其他数据系统的关联性也较强，因此，利用该规范进行调度数据系统的搭建，能够有效提升组件接口的规范性和数据的交互性。
针对IEC 61970规范在系统中的应用，文献[1]提出了基于IEC 61970的调度运行管理系统设计；文献[2]提出了基于IEC 61970-301的配电网络重构表达方式；文献[3]提出了基于IEC-CIM的营配网末端设备公共信息模型；文献[4]分析了IEC 61970标准对电网调度系统的影响；文献[5]建立了基于IEC 61970/61968 CIM的发电企业全景信息模型。根据以上文献，IEC 61970规范适用于电力系统调度管控，能够取得良好的管理效果。
在节能发电调度数据方面，文献[6]分析了新一代节能发电调度技术支持系统；文献[7]开发了火电机组节能发电调度决策支持系统。可以看出，目前在节能发电调度数据研究方面仍然不足，需要针对数据特点对节能发电调度系统作进一步研究。
综上所述，本文提出了基于IEC 61970组件接口规范的节能发电调度数据系统，并通过实验仿真验证了所提系统的有效性。
1 现有调度对数据的要求
1.1 调度数据体系
调控的数据体系如图1所示。
图1 调度数据系统
现阶段电力调度的数据体系，主要包括实时运行数据、静态管理数据、综合历史数据和数据逻辑链条。而节能发电调度正是调度数据体系中的重要环节，因此，所包含的数据内容更加偏向节能环保。
在数据体系需求中，节能发电调度数据在实时运行数据上能够更加广阔地涵盖相应的节能机组、可再生能源和分布式发电等数据内容，由于这类数据主要来源于分布式电源以及微网系统，因此数据量较传统调度数据模式更加庞大，数据与地区的特性密切联系。
1.2 调度业务数据
调度业务主要承载电力调度常规业务和应急指挥业务。常规业务分为I区业务和II区业务，前者主要是指电力系统的量测、自动化以及保护等需要数据实时传输的业务；II区业务主要指电力电量交易、电能信息采集等运行管理数据。应急指挥数据主要面向电力调度过程突发的事件。
电力调度业务数据需要在横向和纵向上与其他系统以及电力潮流相关业务进行融合，从而实现统一操作。而节能发电数据的系统结构与电力调度业务数据结构密切相关，从生产控制大区以及信息管理大区2个层面出发，数据流程如图2所示。
图2 调度数据流程
节能发电调度的相应调度计划与电网模型、电网图形以及运行数据密切相关，通过图模和实时数据接口进行数据传输，将上述数据通过同步消息总线传送至管理信息大区，由相应的仿真软件对数据的备份和存储进行分析，从而使调度管理部门通过子站的电子化调度日志进行横向跨区数据同步。在这个过程中，节能发电数据实现了不同区域之间的交换，可以通过在线应用和离线软件等方式实现数据交互和实时查询。
由于目前电力调度数据需要较为广泛的应用支撑平台，但各地区各部门所使用的调度平台略有差异，因此在数据对象服务、流转服务和数据交换业务等方面存在的接口差异，阻碍了数据的进一步融合。本文提出的基于IEC 61970接口组件规范的数据系统能够有效提升数据的运行和维护效率，从而支撑设备参数、网络拓扑、调度数据的融合与流转，实现数据分级维护和数据共享。
1.3 数据交换需求
电力数据网包括调度生产业务数据和调度管理业务数据，调度数据网的传输和存储也针对上述2种数据结构，分别在数据I区和数据II区进行业务交互。调度业务数据与电力系统分析和潮流计算、调度职能管理、发电计划以及市场政策等数据密切相关，不同模式下的数据交互与数据结构的关系联系密切，I、II区数据的主要维度如下所述。
I区业务主要包括：EMS与RTU或变电站自动化系统的实时数据通信；EMS之间的数据交换；广域相量量测系统的数据交换；电力市场交易信息；电力系统动态量测及控制信息；电力系统稳定控制系统。
II区业务主要包括：调度自动化数据；联络线交换功率数据；调度检修票和操作票数据；电力系统计量数据；故障录播信息；GPS变电站统一时钟系统数据；节能发电调度系统数据。
2 IEC 61970组件接口规范
2.1 IEC 61970标准公共信息模型
IEC 61970标准公共信息模型由公共信息模型CIM和组件接口规范CIS组成，是用于描述电力系统中的实体设备之间关系、实现信息交换以及公共数据访问的规范。其中，CIM作为IEC 61970的基础，涵盖了该标准的抽象逻辑模型，其构成如图3所示。
图3 CIM数据包
其信息模型包括核心包、拓扑包、导线包、停电包、保护包、量测包、负荷模型包和发电包等，采用元数据定义，能够更好地对模型进行详细描述。
2.2 组件接口规范
组件接口规范是定义在公共信息模型基础上的，明确了与其他组件或公开访问数据的标准化接口，定义了数据交互的途径和交换内容。其接口交换信息示意图如图4所示。
图4 组件接口规范
2.3 基于IEC 61970的调度管理系统构架
基于IEC 61970的管理系统的构架如图5所示，具体包括：
a.SCADA/EMS/DMS数据收集、处理、存储模块。
b.系统分析模块，用于识别系统状态、评估系统运行模式。本模块利用离线数据或实时大数据进行处理；利用在线决策树算法对系统的实时状态进行监视和评估。
c.智能决策模块，能够实现对电网控制能力的分析，包括新能源出力预测、安全约束、远动控制和保护装置灵敏度控制等，基于得到的全局描述器搜寻和发布预防或校正控制。电力系统调度和控制在该模块中模拟为多目标博弈问题，博弈双方为人工智能调度员和一系列可能的问题，包括可再生能源的不确定性、停电和黑客攻击等。
d.存放现状表计数据/历史表计数据、仿真数据和调度命令的3大数据库以及自动装置动作记录的数据库。
e.人工智能调度接口，包括与人工调度交互的对话接口。
图5 系统构架
3 基于IEC 61970的调度数据接口设计
3.1 接口设计
基于IEC 61970的接口组件规范为不同应用之间的交互提供了标准接口，从而方便了基于CIM模型的数据类型进行交互，省去了新接口的开发，提升了调度系统、运维系统和SCADA系统之间的数据共享水平。
本文根据IEC 61970的组件接口规范设计的接口原理如图6所示，集成了目前已有的Web服务组件、规定了访问数据模型中的特定接口，实现了统一的CIM数据模型。
图6 接口组件设计
3.2 接口实现
a.基于IEC 61970 的组件接口方式。
在调度系统运行过程中，数据的抽取以及处理可以通过第三方软件的形式进行，当第三方软件遵循IEC 61970标准时，需要校核公共信息模型以及标准接口数据组件技术，如果满足要求，则可以对来自第三方软件的数据进行调用。同时，数据遵循同样的标准则可以进行数据交互，采用相应的语义以及数据传输渠道，实现对不同组件技术标准的相互传输，同时，通过与第三方软件的交互接口可以实现数据的利用效率有效提升。
b.基于IEC 61970的CIM/XML接口方式。
XML文件方式是能够与第三方软件以及数据进行交互的途径，当数据共同遵循公共信息模型时，XML文件可以实现共享操作。通过XML文件的信息交互，调度系统与第三方软件可以实现相应网络模型信息、三遥信息和调度数据断面等信息的传输和交互，满足调度系统对不同数据接口的传输要求。
c.基于E文件模型导入导出。
系统E文件的导入导出能够针对网络模型、量测参数和调度实时数据等进行数据交互处理。E文件可实现对设备属性、设备配置的要求进行导入导出。同时，其数据形式还可展示控制区域、调度子站、不同区域之间资源层次关系的配置，将这类信息按照电压等级进行传输，从而有针对性地对不同电压等级下的负荷节点进行处理。
d.基于数据库的接口方式。
传统调度数据系统主要基于数据库操作，数据库之间的不同交互方式影响着数据传输的效率。通过本文提出的系统，双方可根据数据库的数据结构以及读取要求进行相应的设定，在数据库中设立相应的标识，说明数据写入和写出的要求以及时间顺序，通过数据之间的配合方式，有效解决数据库差异之间的数据冲突。数据库的接口方式影响着数据的传输效率，因此需要匹配不同数据库的接口，从而满足数据传输和数据交互的要求。本文提出的方式能够将数据库的传输要求以标识的形式展示，通过链接关系指向特征数据，从而从源数据方面对数据进行分类和抽取，有效提升数据的索引效率。
4 系统仿真
4.1 系统说明
本文选取某地区节点系统进行仿真分析，首先对设备进行建模，建立主变和线路的模型。
LGJ-300/25导线的模型：
型号为SSZ-50000名称为101的主变模型：
4.2 添加CIM/XML接口支持
为实现调度数据的集成和管理，需要添加调度数据CIM/XML接口，分为导入和导出接口。导入接口主要为调度数据提供本地模型映射的CIM模型，通过解析XML格式的CIM信息模型，将数据转化为CIM对象结构格式，生成相应的接口支撑数据。导出接口可以实现本地模型到CIM模型的映射，根据调度部门的要求按照相应的数据形式组装成CIM对象、生成CIM/XML文本信息，从而实现结果输出。
4.3 调度数据抽取结果
针对某变电站的数据进行抽取，得到间隔内开关状态如表1所示。
表1 调度数据抽取结果
本文提出的数据系统采用链式结构，调度数据的抽取结构如图7所示。
图7 调度数据库存储示意
根据数据的抽取结果以及数据的存储方式可以看出，基于IEC 61970接口规范的数据库能够较为便捷地对变电、运维信息进行抽取和分类，有效提升节能发电调度数据的存储和分析质量，从而提升了系统的整体运行流畅度，有利于大规模开发和利用。
同时，对比了本文所提方法在数据导入导出以及数据调用方面的时间，结果如表2所示。
表2 耗时结果对比
可以看出，在耗时方面，本文所提方法由于对数据的传输和交互提供了标准化接口，能够将数据进行有效融合，从而在存储与分类过程中大大缩短了用时，提高了数据交互的效率。
5 结束语
本文提出了基于IEC 61970组件接口规范的节能发电调度数据系统。通过仿真分析可以看出，本文建立的数据库模型能够较为便捷地建立相应设备和导线的模型，能够支持添加CIM/XML接口，并且从调度数据库的抽取结果可以看出，在数据存储以及调用方面，能够更加的清晰、准确和便捷，相比传统系统，接口逐渐规范，能够实现与其他系统的联动。
