电网调控信息智能分级采集系统的研究与开发.pdf

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电网调控信息智能分级采集系统的研究与开发1 电网调控信息智能分级采集系统的研究与开发2 电网调控信息智能分级采集系统的研究与开发3 电网调控信息智能分级采集系统的研究与开发4 电网调控信息智能分级采集系统的研究与开发5 电网调控信息智能分级采集系统的研究与开发6
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第43卷第6期2015年3月16日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandContro1Vl0l_43NO.6Mar.16,2015电网调控信息智能分级采集系统的研究与开发畅广辉,镐俊杰,刘宝江,戴飞,杨东海,史金伟。,段运鑫,孟勇亮(1.国网河南省电力公司,河南郑州450052;2.许继电气股份有限公司,河南许昌4610003.国电南瑞科技股份有限公司,江苏南京210061)“”摘要:调控一体化模式下,各级电力调度控制中心需要采集、监控的信息量呈现爆炸性的增长,传统的完全依赖人工的调控信息采集模式已经不能适应实际工作需要。提出了一种调控信息智能自动采集交互处理机制,通过对调控信息分级规则和智能分级采集技术的研究,开发了电网调控信息智能分级采集系统。基于电网通用模型描述规范(CIM.E)实现了调控主站和变电站子站模型的映射、关联处理和校验,基于信息编码规范和IEC104扩展协议实现了调控信息的智能自动分级采集和处理。相关成果己在河南电力调度控制中心得到了工程应用,取得了良好的效果。—关键词:调控一体化;智能自动采集交互处理机制;CIME;模型校验;IEC104;分级采集ResearchanddevelopmentofintelligentandclassifiedcollectionsystemforelectricpowerdispatchingandcontrolinformationCHANGGuanghui,HA0Junjie,LIUBaojiang,DAIFei,YANGDonghai,SHIJinwei,DUANYunxin2,MENGYongliang(1.StateGridHenanElectricPowerCompany,Zhengzhou450052,China;2.XJElectricCo.,Ltd.,Xuchang461000,China;3.NARITechnologyDevelopmentCo.,Ltd.,Nanjing210061,China)“Abstract:Undertheframeworkofintegrationofdispatchinga”ndcontrol.theamountofinformationneededtobecollectedandmonitoredbyallelectricpowerdispatchingcontrolcentershowsexplosivegrowth,andtraditionalmodeofdispatchingandcontrolinformation(DCI)collectionwhichreliesonartificialcanhardlymeettherealoperationaldemand.Intelligentautomaticcollectioninteractiveprocessingmechanism(IACIPM)isproposed,whereanintelligentandclassifiedcollectionsystemforelectricpowerDCIisdeveloped,throughthestudyontheregulationofinformationclassificationrulesandintelligentclassifiedcollectiontechnology.Themapping,correlationandverificationofpower—networkmodelbetweenmasterstationandsubstationsisrealizedbasedonCIME,andtheintelligentautomaticcollectioninteractiveprocessingforDCIisrealizedbasedoninformationcodingstandardandIEC104extendedprotoco1.RelatedresultshavebeenappliedinHenanElectricPowerDispatchingControlCenter,andachievedgoodeffect.Keywords:integrationofdispatchingandcontrol;IACIPM;CIM-E:modelverification;IEC104;classifiedcollection中图分类号:TM73文献标识码:A—文章编号:16743415(2015)06.O115.O60引言当前,国家电网的建设正朝着以特高压电网为骨干网架,具有显著信息化、自动化、互动化特征,各级电网协调发展的坚强智能电网方向不断发展IlJ。随着电网规模的不断扩大和智能化程度的不断提高,电网的复杂度和运行安全的风险度不断增大,运行控制的效率、安全性和经济性I2J面临严峻的考验。省、地、县三级电网施行电网调度和变电设备“”监控合一的调控一体化运行模式,调控中心除承担电力生产、输送调配等传统任务外,还增设了电网一、二次设备的日常运行监视和远程控制职责,需要采集监控的信息量呈现爆炸性的增长(按单站估算,500kV、220kV、110kV和35kV变电站信息量分别达到约10000条、5000条、3000条和1500条的规模),传统的调控信息采集模式存在着时问紧、工作量大、不规范等特点,已经不能适应“”调控一体化运行模式对信息采集的要求。电力系统保护与控制本文主要介绍了河南省调在电网调控信息智能自动分级采集方面开展的研究和尝试。基于对IEC61850和IEC61970标准模型映射技术的研究,实现调控主站系统(以下简称主站)、变电站监控系统(以下简称子站)模型与调控信息的分级关联映射,通过研究调控信息接入交互处理机制,配套开发主站、子站调控信息智能分级采集软件,实现了调控信息的智能自动分级采集,有效提升了调控信息接入工作的质量和效率,取得了良好的效果。1传统的调控信息接入模式1.1接入过程传统的调控信息接入工作需要经历一系列繁琐的过程:子站调试人员根施工图纸和采集监控信息建立子站数据库,生成全站信息点表,提供给相关各级主站运维人员;主站运维人员根据各自调控责任范围,采用电话、邮件或传真等方式,与子站调试人员就接入信息的范围和顺序进行全面的沟通(经常需要多次反复1,从含有大量信息的子站信息点表中进行人工选点,关联电网和设备模型,并返回所需信息点表给子站;子站调试人员再根据各级调控主站所需的信息点表分别对应配置形成不同的远动信息表(需严格关联模型信息,核对大量的信息内容,以保证调控主站与子站交互信息的一致性和正确性),并在可靠的远动通信通道建立后,分别与各级调控主站逐条信息开展加量测试或实传试验,直至上述所有工作完成并确认无误,接入工作结束。1.2存在的问题和不足传统的调控信息接入工作不仅繁琐且效率低下,存在着以下问题和不足。a)受工期限制,变电站建设周期不断缩短,投运前留给调控信息接入调试的时间非常紧张,依靠人工方式存在着工作量大、效率低、易出错等问题;b1因工作技能和责任心的不同,子站调试人员在与不同调控主站进行大量调控信息接入调试的过程中,极易出现信息定义不规范及关联关系错误等情况;c1在变电站改扩建或调控信息需求变化时,少量的设备及接线方式调整和信息需求变化,往往都会导致上述工作必须重新逐项开展,从而造成人力和物力的极大浪费;d1一般情况下,子站信息会接入多级调控主站,需要针对不同调控主站的需求作出不同的配置,导致上述过程重复进行,造成时问和人力不必要的浪费。目前,国内在电网调控信息分级规则方面已有部分研究成果(主要体现为企业内部技术规范,鲜有公开的文献和报道可供参考),在具体的调控信息采集处理机制上尚未有创新的思路和研究成果,上述问题在调控信息接入调试工作中仍然普遍存在。为此,亟需开展调控信息智能分级自动采集新机制及相关技术的研究和开发,以有效解决上述问题,避免信息接入过程技术失误情况的产生,降低调试及运维人员劳动强度,提高劳动生产力水平。2主站与子站模型关联和映射智能变电站和智能调度是智能电网体系的两大关键环节[3]。智能变电站监控系统遵循IEC61850标准,采用变电站配置描述(SubstationConfigurationDescription,SCD)模型,该模型包括一/二次设备【4J,智能电网调度控制系统遵循IEC61970电网物理模型标准。电网通用模型描述规范(简称CIM.E)规定了电力系统CIM模型的高效描述格式,适用于电力系统大规模数据模型的在线应用与交换。本研究基于CIM.E实现了子站与主站之间大规模的模型交换、校验及共享,避免了CIM/XML格式交换变电站数据模型的局限和不足,有效解决了变电站系统数据模型(IEC61850)与主站的大规模在线交换问题。子站端遵循变电站IEC61850标准,通过IEC61850(变电站模型)与实时数据库的映射研究实现IEC61850模型与实时数据库关联;通过智能信息分级分类分类研究对实时数据库数据进行分级分类;实时数据库和信息编码规范的映射研究实现实时数据库和信息编码规范的模型关联;信息编码规范和CIM.E规范的模型关联通过CIM.E与信息编码规范的映射研究来实现。主站的IEC61970模型通过IEC61970(电网模型)与CIM.E的映射研究来实现与CIM.E规范的模型关联。子站和主站问通过信息编码规范、CIM。E规范以及IEC104规约扩展分级信息传输功能,实现调控信息智能分级采集。模型关联处理过程如图1所示。3调控信息智能自动分级采集设计3.1主要技术思路以IEC61850和IEC61970标准为基础,将变电站子站设备模型和调控主站电网模型进行统一和关联(设备名称参照《电网设备通用数据模型命名规范》L5J进行信息编码处理),结合省、地、县各级调控中心的职责及调控信息分级规则(另行制定),由各级调控主站自动完成子站应采集调控信息的初步筛选,并辅助以人工甄别、确认的方式,将变电站畅广辉,等电网调控信息智能分级采集系统的研究与开发jLIEC61850信息分级实时库与信息编码信息编码规范与信息智能分级CIM.E与IEC61970(变电站模型)分类处理规范的映射CIM.E的映射交互处理(电刚模型)的映射与实时库的映射…IEC61850I、,/实时数据库厂\、,l信息编码L、,lL…IECl04II、rlIEC6l970‘’……模型lmapinfo.xm(\db\厂mapxmlJ规范l、cime.xmll、cimexml…l、rI模型图1模型关联处理过程Fig.1Processionofpowernetworkmodelassociationbetweenmasterstationandsubstations子站调控信息按照省、地、县三级调控中心的各自需求,对应形成符合各级调控中心运行需要的远动信息表,实现各级调控中心所需实时数据的正确采集。电网一次设备模型以调控主站侧建模信息为主,避免调控主站与变电站子站双侧分别维护,调控主站通过校验接收到的变电站子站设备模型文件,保证主站和子站信息交换内容的一致性,并通过校验子站上传的测试数据(子站侧按一定规则赋值的信息),保证主站采集数据的正确性。调控信息智能自动分级采集的技术思路示意如图2。图2技术思路示意图Fig.2Schematicoftechnicalideas3.2通信协议选择及扩展调控主站与变电站子站问的通信协议采用电力系统实时数据通信应用层协议IEC104[。该协议适用于电力系统控制中心之间的实时数据通信,目前已成为各网省调采用的主要通信协议,常用于电“”网四遥信息的交换传输。该协议具有受干扰数据不致丢失、重复传送和序列号确认、方便扩展用户自定义数据类型等特点,运行机制较为健全,能够充分结合网络技术,使得数据传输安全可靠且具有较高的传输效率。为了实现调控信息的智能自动分级采集,在使用IEC104协议时,扩充了类型标示ASDU54和ASDU127,分别用于文件操作控制和信息分级文件传输。扩充的基本原则是不改变IEC104协议的主“”要帧结构和通信机制。主要扩展文件操作控制对应的ASDU帧结构中信息体中的信息元素集,增“”“”加了下发普通文件、请求CIM.E文件命令、“—”“”“发送CIME文件、发送文件校验结果、发送”校验文件等内容。CIM.E格式文件一般较大,需要多帧传输,为了确保文件可用且正确无误,在ASDU对应的帧中“”“增加了后续位标志和起始传输位置(用于确定”本帧在文件中位置)。为了区别常规的数据传输,信息智能分级采集采用0x7001作为信息对象地址的起始地址。通信过程示意如图3。图3主站与子站通信过程Fig.3Communicationprocessionbetweenmasterstationandsub.stations为避免调控信息接入调试过程产生数据跳变等影响,在修改模型相关信息前,将主站与子站问的104网络通道设定为调试态,在模型校验结束前,不将任何实时数据(量测数据、状态信息等)作为可信数送往调控主站SCADA系统,以防止因设备模型变更,主站与子站间模型的差异(如系数、极性不一致等)引起的数据短暂跳变;模型校验完成后,修改调试态至正常态,以允许实时数据上送至调控电力系统保护与控制主站SCADA。此外,由于信息传输具有方向性,为验证下行通道的可用性,专门为调控信息智能自动分级采集功能增加了遥控测试类型报文,该ASDU数据帧结构与正常的遥控命令帧相同,分别“”“”用75和76的类型标识来测试单命令和双命令遥控信息。3.3调控信息描述与分级根据《电网设备通用数据模型命名规范》变电站调控信息可按一次设备(开关、刀闸、机构、量测等1、过程层设备(GOOSE中断、SMV中断等1、间隔层设备(保护动作、保护告警、压板、装置告警、通信状态等)、站控层设备系统信息(通信状态、系统故障、系统告警等进行详细分类。电网设备全路径命名结构:电网.厂站线/电压.间隔.设备/部件.属性。其中,带下划线的部分为名“”“”称项,小数点.和正斜线/为分隔符。如:“”河南.仓颉站/500kV.塔仓线/仓颉侧.有功。调控主站向变电站子站自上而下推行统一的设备命名,屏蔽不同调控主站对变电站子站同一设备描述上的差异,从根本上保证调控信息描述的规范性和一致性,为实现省、地、县三级调控信息智能自动分级采集奠定良好的基础。“”依据国家电网公司大运行体系对省地县三级调控机构职责范围的界定(见图4),为便于调控信息自动分级采集功能的实现,结合不同电压等级变电站设备配置特点,500kV、220kV变电站调度运行职责与设备监控职责不统一以及用户资产变电站“”“不纳入调控一体化运行等情况,以设备/部件.”属性为最小元素形成调度运行必需信息和设备监控必需信息两个最小集合,并以该两个最小集合的并集作为程序自动筛选的初步结果,再辅以人工确认的方式形成省地县三级调控机构采集的最终调控信息集合。设备监控职责调度运行职责臣圈巫五匪噩盛图4省地县三级调控机构职责范围Fig.4Rangesofdispatchingandcontrolresponsibilityof—province,prefecturelevelandcounty其中,调度运行必需的信息包括交流系统量测数据、开关及刀闸位置信号、全站事故总信号、间隔事故信号、继电保护动作信号、重合闸信号以及稳控装置动作信号等;设备监控必需信息则包括遥控遥调操作、一次设备故障/告警、二次设备(回路)故障/异常、站内交直流电源告警等信号。3.4工作流程及具体功能3.4.1主站与子站交互流程调试准备阶段,主站运维人员根据本级调控运行需要完成变电站CIM模型,子站调试人员完成变电站全站保护信息的准备;之后,主站召唤获取子站非CIM.E模型的设备文件,按照调控信息分级规则并结合人工甄别确认的方式形成本级调度运行和—设备监控必需的信息集和有序的CIME格式厂站设备模型文件,更新前置采集库并将该文件下发给子站;子站依据所接收文件的模型、点号生成对应的调控信息转发库,并对所接收的CIM.E文件随机赋值后以镜像文件方式回传至主站,同时通过104通道上传与镜像文件一致的赋值数据;最后,主站比较镜像文件模型、数据和104通道采集数据,如完全一致,则发送校验成功报文给子站,退出调试状态,主站和子站正式进入104通道采集状态,否则,给出错误提示,重复上述过程,直到校验无误。采集交互流程示意如图5所示。主站端子站端召唤子站{}cIM文件l-(保护信息等)l、根据生成模型及从予站召唤的保护信息并选点,生成E格式文件更新前篇库,将E格式文件(FesYx表食开关最及保护信息等全站转发信息)F发给子站解析E格式文,件,逐点与数据库比较,,f生成转发库—+一一一一一一一一4上传}遥信上传带测值遥测、遥信)的104报文校校验正确,发校验成功报文’I上、r退出调试态,开始104数据通信l收到校验成功报冬,退出访Il试态,开始lO4数据通信+(结束)图5调控信息智能自动分级采集流程Fig.5ProcessionofintelligentautomaticclassifiedcollectionforDCI一l20.电力系统保护与控嘲电力出版社.2009.[5]DL/T1171-2012电网设备通用数据模型命名规范[S].DL/T1171-2012powergridequipmentcommonmodelnamingspecification[S].——[6]DL/T634.51042002远动设备及系统第5104部—分传输规约采用标准传输协议子集的IEC60870--5101网络访问【S】.DL/T634.5104--2002telecontrolequipmentandsystems—part一5104:transmissionprotocols-networkaccessfor—IEC608705-101usingstandardtranspo ̄profiles[S].[7]汤震宇,秦会昌,胡绍谦,等.变电站程序化操作的远动接口实现[J】.电力系统保护与控制,2010,38(13):83.87.TANGZhenyu,QryHuichang,HUShaoqian,eta1.Realizationofthesubstationsequenceoperationtelecontrolinterface[J].PowerSystemProtectionandControl,2010,38(13):83-87.[8]米为民,辛耀中,蒋国栋,等.电网模型交换标准CIM/E和CIM/XML的对比分析【J].电网技术,2013,37(4):936-941.MIWeimin,XINYaozhong,JIANGGuodong,eta1.ComparisonanalysisofgridmodelexchangestandardCIM/EandCIMfXML[J].PowerSystemTechnology,2013,37(4):936-941.[9]宋鑫,曹阳,黄海峰,等.基于电力系统规则的CIM.XML模型校验[J].电力信息化,2006,4(12):35-37.SONGXin,CAOYang,HUANGHaifeng,etat.—CIMXMLmodelcheckingbasedonpowersystemrules[J].ElectricPowerInformmionTechnology,2006,4(12):35-37.收稿日期:2014-06-06;—修回日期:2014-0721作者简介:畅广辉(1976-),男,通信作者,博士,高级工程师,主要研究方向为电力系统调度与控制、人工智能技术在电力系统中的应用、变电站自动化技术等;E-mail:sw612@126.com镐俊杰(1973-),男,硕士,高级工程师,主要研究方向为电网调度自动化、电力系统调度与控制等;刘宝江(1977一),男,工程师,主要从事电力系统调度及其自动化、变电站自动化系统等研究及开发工作。(编辑姜新丽)
大叔大爷
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