运行方式关键数据快速校验技术研究

章 华，王邵强，张小龙，徐艳琨，司海涛，付俊强

（1.国网浙江省电力有限公司龙游县供电公司，浙江 衢州 324400；2.杭州久益电力科技有限公司，浙江 杭州 314000）

电网运行方式分析是电力系统各项业务决策的基础。对运行方式进行分析，不仅可以判断当前状态下电网运行是否稳定，还可以对其趋势进行评估。有利于及时把握电网运行中的安全风险，并适时采取正确的措施避免高风险事故的发生[1]。

在社会飞速发展的当下，电力行业也在不断前进，新能源因其污染小、环境适应性好等特点，被作为清洁能源而大力推广，各类新能源的发电规模不断扩大，越来越多的新能源电源接入电网运行中。但新能源电源具有复杂的故障特性和运行方式，对原有电网造成冲击，给电网的运行方式计算也带来了众多新的问题，电网的安全运行和供电的可靠性将会随着运行方式计算分析的准确性降低而降低。

电网运行方式计算会涉及到电网模型中的大量数据，如设备参数、拓扑连接、实时数据等。在进行计算时需要对所需数据进行调取，但其并不都在同一个数据库中，从不同数据库中调取的数据可能会存在格式不统一、数据重复等实际问题，该数据准备过程需要耗费相关人员较多时间。

在实际的电网运行方式计算中，电网模型数据由于来源较为复杂，可能调取所得数据会因为设备数据采不准确或者人工录入数据存在失误等不确定因素导致数据产生错误，如果直接将这些不良数据运用于运行方式计算中则会导致运算结果与实际情况不相符，在计算结果产生后再发现其存在错误将会导致计算效率大大降低。若在运行方式计算中没有及时发现其存在的数据错误，则将对电网运行分析产生影响，进而导致错误决策的产生。

目前为提高电网运行数据的准确性，国内外不同团队从运行方式计算的多个不同角度进行了研究。有技术研究通过增加采集数据源数量的方法，以获取更大量的数据可以用于计算，通过比较分析各数据计算结果最终得到正确的数据[2]。仅从最终所得数据结果的角度来看，该方法的确可以获得正确性较高的数据。但是从操作过程的角度出发，该方法需要利用多方资源以获得数据，且计算方式较为复杂，人力物力耗费较大，在实际应用中可操作性较低。还有团队的研究以拓扑模型数据为途径，将原有拓扑数据分段拆分，按特定顺序进行排列后通过逐个溯回校验的方式，来识别错误数据，以提高计算结果准确性[3]。此方法仅能从已有拓扑模型的基础上对电网运行数据进行校验，对原有电网数据模型的准确性要求较高。其存在的问题是，当最终校验数据显示为错误时，无法判别是否因为原有拓扑模型自身错误对数据正确性造成的影响。

本文讨论的运行方式关键数据校验，从图数模一体化校验的角度出发，在运行方式计算前对所需数据进行校验，避免了错误数据运用于计算中的情况发生，可以极大降低因计算结果不正确导致的运行方式决策失误，提高电网运行的可靠性。而且本文研究的运行方式关键数据检验技术在校验各数据正确性的同时，也会对数据与模型之间的对应准确性进行判断，使各数据能更好地应用于运行方式计算中的同时，也可以从图形直观地表现电网运行当前状况。

1 电网运行计算所需信息提取思路

公共信息模型（CIM）是电力系统元数据的模式，是一种描述电力系统所有对象逻辑结构和关系的信息模型，能为各个应用提供与平台无关的统一的电力系统逻辑描述。本文研究所需数据包括了主网模型和配网模型，它们将分别从主网能量管理系统（EMS）和配电自动化系统（DAS）获取，以公共信息模型（CIM）及可缩放矢量图形（SVG）文件作为数据载体导出。从系统导出的数据文件包括了电网连接的拓扑图形及其相关的信息数据，本文的研究将从2个角度对获取数据文件进行拆分：一是从逻辑分析层面和既有规定对导出文件中的拓扑模型进行层次拆分，二是按照拓扑模型的边界及其所对应的运行数据对CIM解析后的数据进行合理拆分。

在满足运行方式计算需求的基础上，为了在模型拼接后使数据更好地融合，将对提取的CIM文件解析的同时进行二维表的转换，转换所得的表将在模型拼接后通过映射的方式与模型相结合，可以更好地对电网模型进行全面的描述。

2 数据快速校验设计思路

运行方式关键数据校验结果的准确性是运行方式计算的前提。首先分别从数据库提取主网数据和配网数据，利用文件解析软件将数据进行解析。在主网和配网数据完整获取后，对其进行合理拆分并分别归类整理。通过分析模型的拓扑属性，将主网模型和配网模型进行合理拼接，组合成新的主配网整体的模型。在获得新组成的主配网一体化模型后，对该模型的图形、拓扑及数据的准确性及对应性同时进行分析校验，只有校验结果均为正确时数据才可以输出用于运行方式计算。如果在校验过程中系统发现模型数据存在错误，则会在系统界面中给出相应提示，显示为错误的数据将会转到人工流程。在人工流程中，会有相关专业人员读取到该数据，并将数据进行再次校验，以验证所示数据是否为错误数据。当人工确认系统发现的为错误数据时，相关人员会对数据进行修正，然后再次传入系统通过既有算法程序进行分析校验，只有当该次校验结果为正确时数据才可以输出用于运行计算。如果再次校验仍为错误数据，则将重复之前流程，再次进行人工修正，直至数据可以通过系统校验正确输出。流程图如图1所示。

图1 运行方式关键数据校验流程

3 关键技术

3.1 主配网模型拼接

按照国际标准IEC 61970，将已解析拆分的数据重新进行整合设计系统模型。拆分重组后的一体化模型由3部分信息组成，即电气属性、拓扑属性和图形属性。在一体化模型展示中，各设备需定制其图形表示形式，大多数设备在电气接线图中具有普遍使用的表示形式，若存在不具有普遍表示形式的设备需对其进行注解，方便后期数据调取查询，同时要保证同一设备的图形属性一致。各电气设备的表现形式不仅限于设备的静态图形属性，还包括了与设备相关联的动态图形属性，即设备在不同的状态下应有相应的表达形式，可以通过图形区别直观地反映当前电网运行中的该设备的使用状态[4]。

电气属性为电网中各种电气设备的数据模型，数据模型通常是固定的，例如线路都有电阻和电抗、变压器有变比和损耗等。这些设备原有的数据模型都储存于相应数据库中，主配网一体化模型构建后各设备数据也将跟随该设备储存于同一数据库方便使用。

传统拓扑生成的图形系统是以矢量形式来描述图形，各图形元素间仅通过几何方式连接，已不能满足现在电力系统需要。我们将获取的主配网原有模型中将边界设备设定为所有端点，同时拆解原有模型中的外部设备和其所存在拓扑层面的连接以获得悬空端点[5]。在合并前进行拓扑校验，检查原有模型中是否存在电压等级不同的设备相连接，在完成校验后，通过端点与设备依次相连接的方式，将边界设备与拆分后的悬空端点建立联系，同时在图形连接时通过逻辑管理改善图形布局的合理性，构造出一个完整的拓扑模型。

在图形模型建立的基础上，要将数据与其相结合，虽然模型数据和CIM描述的对象相同，但描述方法不同，从模型无法展现CIM中的数据层次以及其中的逻辑视图。遵循IEC 61970标准，通过映射的方法可以建立其与新构建模型之间的联系，同时也可以更完整地表达CIM数据。映射的具体方式为：①为保证CIM数据完整性，不造成数据缺失，将其中所有的类转换成二维数据表；②CIM的类属性包含了固有属性和继承属性，先将2类属性进行汇总，再将其转换为字段填入相对应的表中；③CIM的类之间具有多种逻辑关系，用键表达CIM类之间的不同关系，分别用主键和外键表示，主键保证了电网模型数据资源记录的唯一性，外键则表示了继承、关联、聚集等关系，当类之间具有多对多关系时，可以增加中间表用于建立它们之间的关系。采用映射的方法不仅保证了CIM数据的完整性，同时因为用到了二维表展现的方式，该方式将所有类属性最终都继承至底层表，在实际操作时只需一张表即可获取完整数据，极大提升了数据查询和处理的效率。

3.2 图数模一体化校验

利用宽度优先遍历（BFS）对主配网模型进行分层搜索，根据模型的基础信息，按层次结构对数据进行逐一校验，避免了重复访问或数据遗漏[6]。首先基于离线环境对配电网模型进行属性校验和拓扑校验。属性校验是最为基础的数据校验，主要是通过对比分析各电气设备的基础信息和结构层次，统计分析存在的相关异常，保证配电网模型电气设备属性的准确性和完整性。拓扑校验需在属性校验正确的基础上，调取配电网中各设备的信息及拓扑结构，同时结合设备层次分析设备间逻辑关系，根据各设备间关系的不同使用相对应的校验方法，校验了系统建模的正确性及拓扑的连通性。

在电网运行时，改变其电网结构或者使注入功率发生改变而导致潮流支路发生的改变可以定义为潮流转移。在基态下选取的节点注入电压矢量，通过计算支路两端点转移潮流，对比计算结果可以发现开断支路的绝对值最大。由此可知在不考虑存在不良数据的情况下，计算各支路转移潮流，其绝对值最大的支路可以判定为可能存在拓扑错误的支路。

但由于不良数据会对支路转移潮流计算产生影响，进而会导致拓扑错误支路判断准确性不高，因此需选取任意时刻采集的数据，同时调取SCADA实时数据与正常运行状态下的基态进行比较，通过进一步分析可以得到拓扑变化以获取不良数据的计算估值。在实际计算中会出现获得多组不良数据的情况，可通过所得数据分布状况及数值大小进行估算，以此分析得出单一支路错误和多支路错误的情况[7]。根据计算得到最终扩展转移潮流的绝对值，同时结合基态有功数值来判断支路状态是否存在错误。当绝对值较小时，则说明拓扑正确无错误发生。

4 结语

利用关键数据校验技术可以最大程度地排除不良数据对运行方式计算的干扰，有助于提高电网运行方式的可靠性和安全性。该技术中拼接所得的图数模一体化模型，不仅可用于运行方式计算数据的检验和调取，还将在此基础功能上充分发挥其作用，结合电网运行人员在实际场景中的应用，在运行方式数据校验技术研究的基础上，根据业务需求构建电网运行的相关应用模型，如停电方案、停电路径、失负荷类别等，可以更好地辅助电网工作人员进行电力运行决策，起到保障日常电力运行良好状态的作用。