基于公共信息模型的配电网调度运行管理系统研究

谢双胜

摘 要：虽然现代计算机辅助系统在电力系统中已高度普及，但不同系统之间缺少相互交互，本研究基于公共信息模型（CIM）的电网调度运行管理系统设计使得目标系统具有良好的可扩展性和跨系统交互能力，打破了“信息孤岛”的现状。研究引入有向图和十字链表的算法实现，使电网拓扑的高效存储和快速重构成为可能；建立模拟仿真、电气“五防”校验、两票操作校验等核心辅助功能，使得配电网调度运行管理工作可安全高效开展。

关键词：IEC 61970；公共信息模型（CIM）；配电网调度

1 概述

电网调度运行管理是关系到电网设备及人身安全的重要环节，目前10kV中压配电网调度运行管理系统的研究仍较少。虽然现代计算机辅助系统在电力系统中已高度普及，但不同系统之间缺少数据交互，形成了“信息孤岛”，导致电网基层人员往往为完成一项工作需要同时使用多套系统，众多系统的数据维护也加重了基层人员的负担，再加上不同系统间信息更新不同步，数据不一致时有发生，为此建立一套可多系统交互的调度运行管理系统尤为重要。

2 CIM电网建模

IEC 61970是国际电工委员会制定的《能量管理系统应用程序接口（EMS-API）》系列国际标准。其目的是实现不同厂家系统的互联和数据交换。IEC 61970主要由接口参考模型、公共信息模型（CIM）和组件接口规范（CIS）三部分组成，其中公共信息模型（CIM）是整个EMS-API的核心，它提供了对电力系统中所有对象及其分析、计算工具的抽象。

针对中压配电网调度运行管理的建模，主要用到CIM模型中Core（核心包）、Topology（拓扑包）和Wires（电线包）等几个包，根据CIM模型的电网设备及拓扑建模，相邻电气设备的连接关系通过如下方式来实现：

设备1→设备端子←→连接结点←→设备端子←设备2

3 基于CIM的配电网调度运行平台构建

3.1 系统功能结构设计

系统的总体功能结构如图1所示。

3.2 系统核心功能的实现

3.2.1 数据库设计。根据CIM电网建模中各设备、拓扑关系等实体类之间的关系，以SQL Server等关系数据库建立存储数据表和相关存储过程。各种类对应数据库中的基础表，类的属性对应数据库基础表中的字段，并根据各设备类、拓扑类的继承、聚合和泛化关系以数据库的主键和外键的关系表示。另外，利用数据库的导入导出配适器，可以把数据库中的设备和拓扑信息都导出至标准的CIM/XML文件，实现与其他外系统之间的信息同步。

3.2.2 配网图形平台设计。配电网调度运行管理中使用到的电网图形主要有两种：一种是用于调度运行的一次系统图，可根据设备拓扑由系统自动生成；另一种是带地理位置坐标的地理接线图。对于只有单回或一组数回馈线的一次系统图，由于数据量较少，一般基于SVG图形和主流网页浏览器、浏览器插件即可满足图形的展示和操作的需要，但SVG图形不具备地理信息管理和空间分析等能力，为此地理接线图可基于Mapinfo或ArcGIS等专业地理信息管理系统进行二次开发实现。图形数据的交换方面，一次系统图可直接通过标准SVG图形与外系统进行交换，对于采用地理信息管理平台的地理接线图，也可以通过开源的GDAL等图形格式转换库无损转换成SVG图形后进行信息共享。

3.2.3 配电网运行态拓扑的实现。根据中压配电网的特点，相互连接的配电线路、设备之间的拓扑关系可用图（G）来表示，图由顶点V（G）和弧E（G）的有限集合组成，是一种比线性表和树结构更复杂的非线性数据结构，应用非常广泛。配电网特定时刻运行潮流的单向性决定了其运行态拓扑是一个有向图，为便于高效存储和实现拓扑的快速重构，本研究采用十字链表作为拓扑的存储结构。基于十字链表，电网中每一个设备对应图的一个顶点，而顶点之间的弧则代表了设备间的连接关系，由此对电网设备之间的拓扑分析就转化为对有向图的遍历问题。图常用的遍历方法有：深度优先搜索遍历和广度优先搜索遍历。

3.2.4 电气“五防”校验和模拟仿真。配电网调度运行安全校验的核心是电气“五防”检验，“五防”是在变电站或馈线倒闸操作中防止五种恶性电气误操作事故的简称，其具体内容是：（1）防止误分、合断路器；（2）防止带负荷分、合隔离开关；（3）防止带电挂（合）接地线（接地刀闸）；（4）防止带接地线（接地刀闸）合断路器（隔离开关）；（5）防止误入带电间隔。

本研究采用基于有向圖的运行拓扑可把以上“五防”规则转化成在特定连通图中搜索接地点、电源点等问题，例如要防止带接地合断路器，只需在操作前遍历一次合闸后所形成的连通图，检测其中是否由接地设备的存在，如果有接地则禁止合闸，无接地则允许合闸。

以电气“五防”检验和当前运行态拓扑的副本为基础，形成系统的模拟仿真环境，通过运行态拓扑的动态着色，既可直观查看倒闸操作的影响范围也可以对操作进行模拟演练和安全校验，有利于及早发现违规操作。

3.2.5 调度运行日志及“两票”辅助系统的实现。为了人身及设备安全，电网调度运行中要求严格执行“两票”和调度运行日志制度，基于本系统的运行态实时拓扑分析，在配网调度全过程都可提供安全检验。在“两票”的开票阶段，系统根据录入的操作自动进行仿真校验，若属违规操作则发出警告，并禁止录入该操作，在开票阶段排除各种影响人身或设备安全的违规操作。审批阶段，通过模拟演练显示操作的影响，为审批人员提供审批参考。在执行阶段，实时更新系统图形的开关状态、设备带电状态和设备的挂牌、接地状态，并更新系统当前的运行态拓扑，确保系统设备状态和现场一致，也为后续操作的安全校验和执行做好准备。同时，系统提供了“两票”的全流程审批、跟踪和日志查询功能，确保调度操作的安全有序执行。

4 结束语

基于以上系统设计，成功为某地市供电分局开发了配电网调度运行管理系统，通过多年使用实践证明，该系统可满足供电局日常运行管理的需求，打破了“信息孤岛”的现状，也实现了提高工作效率的目标。

参考文献

[1]陆承宇，章文立.CIM电网模型的拓扑分析方法[J].浙江电力，2005.

[2]李荔芳，刘东，陈清鹤.公共信息模型在配电网建模工具中的应用[J].电力系统自动化，2005.

[3]邵立冬，吴文传，张伯明.基于CIM的EMS/DMS图形支撑平台的设计和实现[J].电力系统自动化，2003.