（电力系统及其自动化专业论文）基于cim的河南项目数据流规划.pdf

浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a st h eg r i di sb e c o m i n gl a r g e ra n dl a r g e r ，t h ee l e c t r i cp o w e ru t i l i t yh a sm o r ea n d m o r ec o m p u t e rs y s t e m sa n da p p l i c a t i o n st oc o m p l e t eb o t hb u s i n e s sa n de n g i n e e r i n g f u n c t i o n s t h e s ea p p l i c a t i o n sw e r ed e v e l o p e ds e p a r a t e l yi nd i f f e r e n tt i m e ，w i t h o u t u n i f i e dp r o g r a m m i n g i na d d i t i o nt ot h ei n c r e a s i n gm a s sa m o u n to f p o w e r s y s t e md a t a , i ti sd i f f i c u l tt os h a r ep o w e rs y s t e mi n f o r m a t i o nr e s o u r c ee f f e c t i v e l y t h a tr e s u l t si n i n f o r m a t i o ni s l a n di n p o w e re n t e r p r i s e i n o r d e rt o g e tr i d o ft h i sa w k w a r d p r e d i c a m e n t ，i ti s e f f e c t i v et od e v e l o pai n t e g r a t i v ed a t ap l a t f o r mt h a ti n t e g r a t e s e l e c t r i cp o w e ri n f o r m a t i o n s d a t ai st h ec e n t r eo fi n f o r m a t i o ns y s t e m t h e r ei sf e wc h a n g e si nd a t ae n t i t yt y p e u s e db ya ne n t e r p r i s e w ec a na p p l yab e s tw a yt oe x p r e s st h el o g i c a ls t r u c t u r eo f s o m ed a t aa s s e m b l e s t h a ti sas t e a d yd a t am o d e l c i mi st h em o d e lw h i c hi sr e f e r r e d t ob yd a t af l o wp r o g r a m m i n gf o rd a t ap l a t f o r m c i mi sa na b s t r a c tm o d e lt h a tr e p r e s e n t sa l lt h em a j o ro b j e c t si na ne l e c t r i cu t i l i t y e n t e r p r i s et y p i c a l l yi n v o l v e di nu t i l i t yo p e r a t i o n s a sas t a n d a r dm o d e lf o ri n f o r m a t i o n e x c h a n g ei np o w e rs y s t e m ，c i mc a nb eu s e dt oi n t e g r a t ei na n yf i e l d b yu s i n gt h i s s t a n d a r dm o d e l ，d a t ae x c h a n g ei nd i f f e r e n ta p p l i c a t i o ns y s t e m sw i l lb ee a s y i ti s n e c e s s a r yt oe x t e n dc i md u et ot h ec i md o e s n ti n c l u d ea l lo ft h ep o w e rs y s t e m e n t i t i e sa n dn e we q u i p m e n t sa r es o m e t i m e sa p p l i e di np o w e rs y s t e m s o ，a f t e r a n a l y s i n gt h ed a t ao fe x i s t i n ga p p l i c a t i o n si nh e n a np o w e rd i s p a t c h i n gc o n t r o l c e n t e r ，e x c i t a t i o ns y s t e ma n ds p e e dg o v e r n o ra r em o d e l e d ，d c l i n e s e g m e n tc l a s sa n d a c l i n e s e g m e n tc l a s sa r em o d i f i e da n dp o w e rs y s t e mr c s o u g c ea s s e ti se x t e n d e d ，t o m e e tt h ep r o j e c t sn e e d s t h e n ，d e f i n i n ge a c ha t t r i b u t e sn a m e , m e a n i n g ，f o r m a t ，s o u r c e a n dt h ed e p a r t m e n t st ou s ei t f i n a l l y ，t h ep a p e ra n a l y s e st h ed a t af l o ww i t hu s e c a s e d i a g r a ma n ds e q u e n c ed i a g r a ma n dm a k e so u tt h es t a t i s t i co f d a t af l u x k e y w o r d s ： c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e l ；d a t af l o wp r o g r a m m i n g ；d a t ap a t f o r m 浙江大学硕士学位论文 第一章引言 第一章引言 面向数据流的设计是2 0 世纪6 0 年代末期软件领域研究的重大成果之一，也 是目前软件设计中使用最广泛的一种方法。它适用于任何软件系统的软件结构设 计。通常所说的结构化设计方法，就是指面向数据流的设计方法，它常常在总体 设计阶段用来设计软件的总体结构。结构化设计方法通常与需求分析所采用的结 构化分析方法衔接起来使用。在需求分析阶段，信息流是一个关键考虑，通常用 数据流图描绘信息在系统中加工和流动的情况。用来表现这个过程的数据流图， 实际上就是软件系统的逻辑模型。结构化设计方法要解决的任务，就是在上述需 求分析的基础上，将数据流图映射为软件系统的结构i j 】。 河南省电力调度通信中心为了进一步提高信息化水平，改变电力信息“孤岛” 的尴尬局面，提出了建设电力综合数据平台的要求。为了提高开发效率，合理构 建数据平台的框架，满足用户的各种功能需求，必须对数据平台作出合理的数据 流规划。 1 1 河南省电力调度通信中心应用系统现状 随着电力系统规模的不断扩大，电力企业的运营和管理越来越依赖于计算 机。在电力企业信息化的过程中，建设了大量综合性的、分布式的应用系统。这 些系统的运用极大地提高了电力企业的效率。但是随着运用的深入，同时电力企 业新的业务和工程发展需要，这些系统逐渐暴露出了一些问题。 目前河南电力调度通信中心已建成或在建的各类采集、监视、分析、控制系 统包括： 1 能量管理系统( e m s ) 、备用系统、与各地区调度和发电厂进行互联基于 e m s 数据基础的应用软件系统、电量计费系统、电力市场技术支持系统、调度 d t s 系统等； 2 离线使用的计算分析系统( 包括电力系统综合分析程序p s a s p 、保护定值 计算程序等) ； 3 在建的稳定分析和控制系统：在线动态安全分析系统、在线的稳定控制系 1 浙江大学硕士学位论文第一章引言 统和在线的动态安全域等。 图1 1 电力系统应用系统示意图 这些应用系统在不同的时期开发，所采用的软硬件来自不同的厂商，数据、 报表格式也互不兼容。这些系统通常为解决某几类特定问题而设计，往往忽略了 与其它系统的接口问题，使得系统信息共享非常困难。随着各个系统的深入开展 和工作要求的不断提高，上述系统存在的一些问题逐渐暴露出来。主要表现在： 一、已建成的调度机构相关系统，多为单独进行建设，缺少总体设计和统一 规划，造成系统问数据流向不合理、系统间通信接口复杂； 二、各系统的数据分散、网络模型参数得不到共享，增加了系统参数和数据 维护的难度，制约了调度系统信息应用水平的进一步提高； 三、系统和设备多、硬软件配置水平低，系统资源得不到充分利用，日常维 护工作量大，新增应用和系统扩充、改造比较困难； 四、上下调度机构系统之间缺少统一的设备、数据命名和接口标准，难于方 便地实现网络模型参数和数据的交换与共享，造成电力信息资源的很大浪费； 五、管理内容庞杂，操作界面多样，缺乏对整个电力应用的综合管理，不能 实现高层次的电力系统综合应用，制约整个系统应用水平的提高。 上述问题，已经影响到调度生产管理水平和工作效率的进一步提高，制约了 2 浙江大学硕士学位论文 第一章引言 调度系统信息化水平的提高。 1 2 数据流规划的目的和意义 这些在线或离线系统分别应用于不同处室，均需要使用部分或全部电网实时 数据、电网参数数据、网络拓扑数据、发电和负荷数据、机组自动控制系统数据、 历史数据以及其他系统分析计算的数据结果。但是，目前这些数据分布在调度中 心不同部门的不同系统上，并且由不同部门人员维护，例如网络拓扑数据、发电 和负荷数据由自动化人员维护；电网和发电机、负荷等参数数据由运行方式处维 护等。在这些处室当中，几个系统的数据没有可以共享利用的平台。首先，浩瀚 的数据不能实现共享，造成数据资源的浪费。其次，在新的应用系统投入时，均 需要新增数据接口，输入电网、机组等原始数据；在电网结构变化时，还需要不 断重复地进行维护更新。这造成了各系统使用、维护数据的大量重复性劳动，大 大增加了省调技术人员的工作量。第三，增加了数据出错、不统一及由此造成的 计算分析结果不一致等问题，从而影响到系统的安全、稳定运行。另外，设计、 基建、试验等部门不能使用相同的数据，导致前期建设与实际电网运行脱节，难 免造成资金浪费。 同时，各种应用程序都有其生命周期。在其生命周期结束或有更好的应用程 序出现后，如果不是原厂商的产品，则存在由原系统到新系统的一个数据转换问 题。这样不仅工作繁重，而且如果原厂商的售后服务不到位，可能会出现数据重 新录入的情况。如此不仅增加了编程和录入的工作量，而且也增加了数据出错的 概率。 所以，在这样的情况下，对于分析调度中各数据流的流向情况变得重要，只 有统一数据源，固定数据流，才能够将如此众多的数据整合成能够充分为调度所 用的信息。数据流的规划是对调度数据平台的前期准备，如果数据流规划做得好， 那么为整个数据平台的顺利构建做了一个良好的开端。 本次数据流规划的主要目的是：加强相关数据、设备命名和数据交换、应用 功能的规范化、标准化建设，理顺和解决调度现有各应用系统在系统结构、数据 流向、数据应用等方面存在的问题，实现调度系统数据资源的充分共享，提高调 度中心的工作效率和现代化管理水平。 3 浙江大学硕士学位论文 第一章引言 1 3 数据流规划的技术可行性 电网是电力工业的根本，作为电网运行支柱的电网调度，其重要性不言而喻。 支撑调度的各系统包括：能量管理系统( e m s ) 、备用系统、电量计费系统、电 力市场技术支持系统、调度d t s 系统，离线使用的计算分析系统、稳定分析和 控制系统：在线动态安全分析系统、在线的稳定控制系统和在线的动态安全域等。 这些系统在河南已经逐步建成，经过多年的运行，都已经达到成熟阶段，就单个 系统而言，已经可以承担各自的职能工作。同时，各个系统一方面其实时数据根 据需要在电网管理运行层内部共享，另一方面电网管理运行层的信息可以反馈和 输送到电网调度各系统，为电网安全、经济运行服务，也可以为电网的规划、分 析、控制提供便利。所以，需要各系统的数据能够通过数据平台进行共享。由于 各个系统已经存在大量的数据，可以对其数据流作出规划。 国际电工技术委员会i e c 定义的两个系列标准1 e c 6 1 9 6 8 和i e c 6 1 9 7 0 分别描 述了配电管理系统和能量管理系统的应用程序接口。两个系列标准共同定义了一 种电力系统公共信息模型c i m ( c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e l ) 。公共信息模型c i m 是电力企业应用集成的重要工具，它包括公共类、属性、关系等，其类( c l a s s l 及对象( o b j e c t ) 是抽象的，可以用于许多电力系统应用，它是逻辑数据结构的灵 魂，可定义信息交换模型。c i m 提供了一个关于电力能量管理系统信息的全面 逻辑视图，是一个代表电力企业所有主要对象的抽象模型，包括了这些对象的公 有类和属性，以及它们之间的关系。所以，我们可以借鉴c i m ，对电力综合数 据平台的数据流进行规划。基于c i m ，可以使我们的数据流规划做得更规范。 1 4 基于c i m 的数据流规划方法 实现电力综合数据平台的关键之一，在于如何构建一个统一的电力企业信息 模型，从而将原本分散在不同应用系统中的信息按照该模型组织为一个整体。 c i m 的提出，为构建信息模型提供了一个可以遵循的规范，让我们的数据流规 划有了一个最基础的模型。在具体的规划过程中，我们应该有一个清晰的流程和 具体的实现步骤。第一，我们应该准确理解现有的公共信息模型，根据最新发布 的标准，理清c i m 的逻辑结构，把握各个类之间的关系，了解重要类的各个属 4 浙江大学硕士学位论文第一章引言 性：第二，仔细分析现有各个系统的数据，明确各个系统相应的命名规则，列出 各个系统应用到的实体及其属性，找出现有系统中与c i m 中实体的属性相对应 的参数，并把它标出；第三，对c i m 中没有而项目所需要的实体或属性，根据 实际需要，在c i m 中进行建模或扩展。这一方面可以借鉴、吸收他人的研究成 果；第四，提出基于c i m 的满足本项目要求的逻辑数据模型，这一逻辑数据模 型就是包含了各个应用系统所需的实体及属性的一组基本表；第五，分析对整个 数据平台的数据流过程，最后统计相应的数据流量。 1 5 本文所做的工作 本文的工作首先是研究相关的国际标准i e c6 1 9 7 0 、i e c6 1 9 6 8 ，充分理解现 有的公共信息模型。第二，对河南省调度中心现有应用系统进行数据分析，分别 列出各个系统所应用到的实体及其相应的属性，标明各个属性的含义：第三，利 用r a t i o n a l 公司的r o s e 对公共信息模型作了一些扩展，同时借鉴、吸收了别人 所做的研究成果。在这里主要是建立了励磁系统、调速器模型，扩展了交流线路 的互感类，修正了直流输电模型；最后，对线路资产、杆塔、绝缘子和金具等资 产作了扩展。第四，提出了项目所需的基于c i m 的逻辑数据模型，应用c i m 的 命名规则设计好各个属性的名称，标明含义及使用科室、格式和来源，明确了数 据的来源及去向；第五，用用例图和时序图对综合数据平台的数据流进行分析， 确定了综合数据平台的使用边界，描述了与综合数据平台相关的系统、人员之间 的交互情况；最后，在前面所做的基础上，对数据流量做了初步统计。 5 浙江大学硕士学位论文 第二章公共信息模型( c i m ) 第二章公共信息模型 公共信息模型 1 5 - 2 5 1 是我们进行此次数据流规划所遵循的规范。首要的前提是 对c i m 要有一个全面、透彻的理解。在这里对c i m 作一个简要的阐述，提炼出 c i m 规范的精髓，说明c i m 类的定义及各类之间的关系，然后用几个例子进一 步说明c i m 对电力系统实体进行建模的方式，最后对c i m 作一下小结。 2 1c i m 概述 i e c ( 国际电工委员会) 是一个全球性的标准化组织，由各国电工委员会组 成( i e c 国家委员会) 。i e c 的目标是就电工与电子领域内有关的各种标准化问 题促成国际间的合作。为了这个目的及其它目的，i e c 发布国际标准。其发布的 i e c6 1 9 7 0 和i e c 6 1 9 6 8 两大标准体系，分别描述了能量管理系统和配电管理系 ， - 统的应用程序接口。两个系列标准共同定义了一种电力系统公共信息模型c i m 。 c i m 是一个抽象模型，它表示在一个电力企业中有关实体操作的所有主要 对象。通过提供一种用对象类和属性及他们之间的关系来表示电力系统资源的标 准方法，c 1 m 方便了实现对不同卖方独立开发的e m s 应用进行集成、对多个完 整e m s 系统间的应用进行集成，或对e m s 系统和其他涉及电力系统运行的不 同方面的系统间的集成，例如发电或配电管理系统进行集成。这是通过定义基于 c i m 的标准应用程序接口实现的，使得这些应用或系统能够不依赖于信息的内 部表示而存取公共数据和交换信息。 c i m 中描述的对象实质上是抽象的，可以用于各种应用。但是，c i m 的使 用远远超出了其在e m s 中应用的范围。本标准应当理解为一种能够在任何领域 进行集成的工具，只要该领域需要一种电力系统公共模型，使得便于在几种应用 与系统之间实现互联运行和兼容插入，而与任何具体应用无关。 2 2c i m 规范综述 c i m 用面向对象的建模技术定义。具体地说，c i m 规范使用统一建模语言 ( u m l ) 表达方法，它将c i m 定义成一组包。 6 浙江大学硕士学位论文 第二章公共信息模型( c i m ) c i m 中的每一个包包含一个或多个类图，用图形方式表示该包中的所有类 及它们的关系。然后根据类的属性及与其它类的关系，用文字形式定义各类。 一般意义上，一个包是指将相关模型元件分组的方法，没有具体的语义意义。 包的选择是为了使模型更易于设计、理解和查看。公共信息模型是由一整套包所 组成的。模型元件对象实体可以具有跨包的关联。每一应用可以使用几个包所表 示的信息。 整个c i m 分为下面几个包，同时包再分成组，以此作为一个单独的标准文 件。 i e c6 1 9 7 0 第3 0 1 部分 核心包 域包 发电包 负荷包 测量包 停运包 生产包 保护包 拓扑包 电线包 1 e c6 1 9 7 0 第3 0 2 部分 能量计划包 财务包 储备包 市场运作包 i e c6 1 9 7 0 第3 0 3 部分 s c a d a 包 i e c6 1 9 6 8 资产包 7 ( c o r e ) ( d o m a i n ) ( g e n e r a t i o n ) ( l o a d m o d e l ) ( m e a s ) ( o u t a g e ) ( p r o d u c t i o n ) ( p r o t e c t i o n ) ( t o p o l o g y ) ( w i r e s ) ( e n e r g ys c h e d u l i n g ) ( f i n a n c i a l ) ( r e s e r v a t i o n ) ( m a r k e t o p e r a t i o n s ) ( a s s e t s ) 浙江大学硕士学位论文 第二章公共信息模型( c i m ) 用户包 ( c o n s u m e r s ) 核心2 包( c o r e 2 ) 配电包( d i s t r i b u t i o n ) 存档包( d o c u m e n t a t i o n ) e r p 支持包( e r p _ s u p p o r t ) 需要注意的是，包的界限并不意味着使用的界限。一个应用可以使用几个 包的c i m 实体。 图2 1 表示在c i mi e c6 1 9 7 0 3 0 1 部分中定义的各包及它们间的依赖关系。 虚线表示依赖关系，箭头从依赖性包指向它所依赖的包，比如m e a s 包依赖于 t o p o l o g y 包。 目目自目自 、 、! ， 茸曰 自圈 图2 ic i m 包依赖关系图 2 3c l m 类的定义及之间的关系 每一个c i m 包中的类图表示了该包中所有的类和它们之间的关系。在与其 他包中的类存在关系时，这些类被标以符号以区别于拥有这些类的包。 在c i m 中，类和对象就是电力系统中所需要模仿的东西。类是对现实世界 中发现的对象的描述，例如变压器、发电机和负荷等，其他类型的对象还包括诸 如e m s 应用需要处理、分析与储存的计划与测量。电力系统中的一个具体对象， 8 浙江大学硕士学位论文第二章公共信息模型( c i m ) 被建模成它所属的类的一个实例。 还应该注意到，定义c i m 是为了方便数据交换。c i m 实体除了缺省地生成、 删除、更新和读出外，没有其它行为。对于特定的应用，c i m 易于配置，从使 c i m 尽可能地通用。一般来说，改变属性的值或域比改变类定义更为容易。这 些原则暗示c i m 应当避免定义太多的具体子类型的类。相反，c i m 定义通用类， 由属性给定类型名。然后应用可以根据需要，用本信息去实例化具体的对象类型。 应用可能需要其他信息去定义有效类型与关系的集合。 类具有描述对象特性的属性。c i m 中的每一个类包含描述和识别该类的具 体实例的属性。 每一属性均具有一个类型，它识别该属性是哪一种类型的属性。典型的属性 类型有整型、浮点型、布尔型、字符串型及枚举型，它们被称为原始类型。然而， 许多其他类型也被定义为c i m 规范书的一部分。例如，电容器具有电压( v o l t a g e ) 类型的m a x i m u m k v 属性。数据类型的定义包含在域( d o m f i n ) 包中。 类之间的关系揭示了它们相互之间是怎样构造的。下面将描述c i m 类之间 的三种主要关系。 泛化关系 泛化是一个较通用的类与一个较具体的类之间的一种关系。较具体的类只能 包含附加信息。例如，一个电力变压器是电力系统资源的一种具体类型。泛化为 具体的类提供了它上层的所有更通用的类的属性与关系。 图2 2 是泛化的一个例子。断路器b r e a k e r 是保护开关p r o t e c t e d s w i t c h 的更 具体类型，保护开关p r o t e c t e d s w i t c h 是开关s w i t c h 的更具体类型，如此一直这 样直到电力系统资源p o w e r s y s t e m r e s o u r c e 是已定义对象i d e n t i f i e d o b j e c t 的更具 体类型。 图2 , 2 普遍化的例子 9 浙江大学硕士学位论文 第二章公共信息模型( c 1 m ) 简单关联 关联是类与类之间一种概念上的联系。每个关联有两种作用。每个作用是在 关联上的一个方向，它描述目标类相对于源类的作用。这些作用以带有或不带有 动词短语的目标类的名称命名。每个作用具有多值性基值性，它表示有多少对 象参与到所给的关系中。在c i m 中，关联不被命名。 如图2 3 所示，在c i m 中分接头t a p c h a n g e r 和调节计划r e g u l a t i o n s c h e d u l e 的关联关系。 多值性表现在关联的两端。在这个例子中，一个分接头t a p c h a n g e r 对象可 以有0 或1 个调节计划，而一个调节计划可以属于0 、1 或多个分接头对象。 图2 3 衙单关联的例子 聚合 聚合是关联的一种特殊情况。聚合表明类之间的关系是一种整体与局部的关 系，这里，整体类由部分类构成或者包含局部类，局部类是整体类的一部分，局 部类不像泛化那样从整体类继承而来。 图2 4 表示了一个拓扑岛类t o p o l o g i c a l l s l a n d 和拓扑节点类t o p o l o g i c a l n o d e 之间的聚合关系，它来自拓扑包。如图2 4 所示，一个拓扑节点t o p o l o g i c a l n o d e 只能是一个确定的拓扑岛t o p o l o g i c a l l s l a n d 的一个成员，但是一个拓扑岛 t o p o l o g i c a l l s l a n d 却能包括任意个( 至少有一个) 的拓扑节点t o p o l o g i c a l n o d e 。 + t o p oj o g i c a 吲a n d + t 叩o l o g i c a l n o d e 图2 4 聚合的例子 2 4c i m 的模型概念及例子 在c i m 的建模过程中，有一个非常重要的特点就是它注意了电力系统模型 的概念，将实体的共性抽取出来，抽象到一定高度形成一些非常抽象的类，比如 前面举出的电力系统资源的例子。特定的一部分类与类之间的关联就可以勾勒出 1 0 浙江大学硕士学位论文第二章公共信息模型( c l m ) 一套完整的电气模型。下面选取几个具有代表性的例子做具体阐述。 夺变压器模型 如图2 5 所示，变压器类p o w e r t r a n s f o r m e r 如同c o n d u c t i 目i g e q u i p m e n t 和 t a p c h a n g e r 一样是设备类e q u i p m e n t 的一个特定类，设备类e q u i p m e n t 是电力系 统资源类p o w e r s y s l e m r e s o u r c e 的一个特定类。这是用泛化关系来表示类的继承 关系，关系箭头指向通用类，这样就允许变压器类p o w e r t r a n s f o r m e r 继承设备类 e q u i p m e n t 和电力系统资源类p o w e r s y s t e m r e s o u r c e 的属性。 变压器p o w e r t r a n s f o r m e r 拥有绕组t r a n s f o r m e r w i n d i n g ，这种关系采用聚合 关系进行建模。关系连线中，菱形指向的一端为整体类，另一端指向局部类。如 图所示，一个变压器可以有一个或多个绕组，但是一个绕组只能属于一个变压器。 图2 5 变压器模型 绕组t r a n s f o r m e r w i n d i n g 还有其它关系： 1 与导电设备c o n d u c t i n g e q u i p m e n t 的普遍化关系； 2 与绕组测试类w i n d i n g t e s t 的关联关系； 3 与分接头t a p c h a n g e r 有聚合关系。 连接关系模型 图2 6 显示了拓扑类图，它建立了不同类型的导电设备之间的连接模型。此 1 1 浙江大学硕士学位论文第二章公共信息模型( c i m ) 图中还包括了与测量有关的测量包类图的一部分，它说明测量设备怎样与导电设 备相关联。 图2 6连接关系模型 为了建立连接关系模型，定义了端点类t e r m i n a l ，为导电设备提供0 ，l 或 更多个的外部连接。每一端点连接0 或1 个连接点c o n n e c t i v i t y n o d e ，连接点 c o n n e c t i v i t y n o d e 是导电设备的几个端点通过零阻抗支路连接在一起的点。一个 连接点c o n n e c t i v i t y n o d e 可能是一个拓扑点t o p o l o g i c a l n o d e 的一个成员，而拓 扑点t o p o | o b i c a l n o d e 又是一个拓扑岛t o p o l o g i c a l l s l a n d 的一个成员。设备容器 e q u i p m e n t c o n t a i n e r 是电力系统资源类p o w e r s y s t e m r e s o u r c e 的一个特殊化，它 拥有0 、1 或者多个连接点c o n n e c t i v i t y n o d e 。关联关系：c o n d u c t i l 】i g e q u i p m e n t t e 咖i n a 和t e r m i n a i - - - c o n n e c t i v i t y n o d e ，反映出一个实际电力系统网络的拓扑。 对于每一个连接到c o n n e e t i v i t y n o d e 的c o n d u c t i r l g e q u i p m e n t t e r m i n a l 对象，其 他t e r m i n a l 连接到同一个c o n n e c t i v i t y n o d e 的关联可以识别出带电连接的 1 2 浙江大学硕士学位论文 第二章公共信息模型( c i m ) c o n d u c t i l q i g e q u i p m e n t 对象。 夺设备继承体系 图2 7 给出了c i m 一个总的设备继承体系视图，它被包含在电线包中，但 事实上它跨越了c i m 的大多数的包。 图2 7 设备的继承体系 夺设备容器 图2 8 显示了c i m 模型中设备容器的概念。设备容器代表了设备的组织和 命名方法，典型的如变电站中的电压等级和间隔。可以看到，它使得容器可以灵 活地运用在一些特定的c i m 应用中，以此适应不同的国际情况以及输电变电站 与配电变电站之间的差异。每个容器代表了其它容器或设备的聚合。 1 3 浙江大学硕士学位论文第二章公共信息模型( c i m ) + m e m b e r o f _ e q u i p e m e n t c o n l a i n e r q u i p m e n t c o n t a i n e io j lie q u i p m e n t ( f r o mc o r e ) + m e m b e r + m e m c o n d u c t j n g e q u i p m e ( r o m c o r e ) 蕴：是： 丑幕萼 i v o l a g e l e v e li + v o l t a g e l e v e l 1 le i a s e v o l t a g e 1 ( f 0 m c o r 田l 忑j 蕊l ( f r o m c o r e ) ，、01 + l d e m b 帜v o l t a g e l e v e l 肇b a y s l * c o n t a l n s _ b a y s + c o n 协奄：q $ 肾9 咖“ 陌而面五磊而 2 5c i m 小结 ，业 + c o m p o s i t e s w i t c h 图2 8 设备容器 + s w i t c h e s o n l _ _ s w i t c h c i m 提供了一个关于电力能量管理系统信息的全面逻辑视图，是一个代表 电力企业所有主要对象的抽象模型，包括了这些对象的公有类和属性，以及它们 之间的关系。但是需要指出的是： 1 c i m 不是数据库，而仅仅是元数据( 数据模型) 2 遵从c i m 意味着公用接口的数据表示符合c i m 三方面的要求：( a ) 语 义：命名和数据的意义；( b ) 词法：数据类型；( c ) 关系：根据与 c i m 其他部分的关系，可以找到与此相关的数据。 3 遵从c i m 并不意味着数据库的结构与c i m 的类图完全一致，也不意味 着支持c i m 的所有方面。所以对于应用来说，只要在接口上遵循c i m 原则，就可以说其遵循了c i m 。 4 c i m 具有扩展性，对于应用，只要实现其所关注领域的c i m 模型即可。 1 4 浙江大学硕学位论文 第三章现有系统的数据分析 第三章现有系统的数据分析 综合数据平台的构建是为了整合现有各个应用系统的电力信息，消除“信 息孤岛”，使电力信息能够得到最大程度的共享和复用。整合各个系统的信息， 必须对现有系统的数据状况进行分析，作出总体数据规划。这种面向数据的方法 可以避免维护工作量大、数据冗余和数据不一致等问题。 综合数据平台是一个信息系统。信息是经过加工后的数据。数据是信息系统 的原材料，信息系统把数据加工成适合用户使用的形式信息。需要处理的数 据按照用户的需求在系统中集中存放，从而形成了数据资源。对一个企业来说， 数据实体的类型是不变的，除了根据需要少量地加入几个新实体外，变化的只是 这些实体的属性值。 正因为数据是信息的载体，所以对各个现有系统、不同表示形式的数据进行 分析，对电力信息的整合具有非常重要的意义。 3 1 与平台相关的现有系统 所有的河南调度数据，主要来自以下几套系统：设计院或者业主提供最基本 的设备参数和设备的安装信息，综合程序和保护整定计算程序提供计算参数， e m s 和故障信息系统以及p m u 系统提供历史和实时的运行数据。 一、业主数据 业主数据是第一手的资料，是所有设备铭牌信息的来源，并提供在投产过程 中的各种实测参数。业主数据由于业主的应用程序众多，所以一般采用e x c e l 表 格的形式进行导入。 二、综合程序 综合程序是主要的电网计算程序，该程序也是最需要精确的电网参数的程 序。同时综合程序也能够根据自己的计算，产生一些其它系统所需要的计算后参 数。 p s a s p 是电力系统规划设计人员确定经济合理、技术可行的规划设计方案的 重要工具；是运行调度人员确定系统运行方式、分析系统事故、寻求反事故措施 的有效手段；是科研人员研究新设备、新元件投入系统等问题的得力助手；是高 1 5 浙江大学硕士学位论文 第三章现有系统的数据分析 等院校用于教学和研究的软件设施。p s a s p 基于电网基础数据库、固定模型库 以及用户自定义模型库的支持，可进行电力系统( 输电、供电和配电系统) 的各种 计算分析。 p s a s p 提供用户程序接口( u p i ) 环境，使p s a s p 模块和用户程序模块联合运 行，共同完成某一计算任务。u p i 为用户提供了更加自由，更加开放的环境，即 通过编程( 语言工具不限，如f o r t r a n ，c + + 等) 利用p s a s p 的资源和实现 p s a s p 的功能扩充。利用w i n d o w s 操作系统提供的动态连接库( d l l ) 支持，可 以使u p i 方式与p s a s p 内部的固定模型方式，在计算精度和时间上达到同样的 效果。 三、e m s e m s 是主要的实时数据来源，大量的变电站和线路的潮流、电压实时值都 是通过e m s 采集到的。 现有的e m s 系统从加拿大c a e 电子公司引进的，系c a e 公司生产的第三 代电网控制系统。该系统采用分布式网络体系结构，以基于r i s c 技术的d e c a l p h a 工作站或服务器构成其硬件平台；采用o s f 1u n i x 操作系统、商用o r a c l e 关系式数据库管理系统、t c p d p 网络通信协议等标准软件构成其软件平台，使 整个系统具有较高的开放性。双局域网所构筑的系统框架使系统具有很高的可靠 性和灵活的扩展性。 e m s 系统采用私有的d s i 接口方式进行数据的交互。 四、保护整定计算程序 保护整定计算程序与综合程序相似，该程序也是需要精确的电网参数的程 序。 “华中电网继电保护整定计算及定值管理系统”是一个面向大型超高压电网 继电保护日常生产和运行工作的计算、管理自动化系统，具有全图形化的用户界 面，能够稳定运行于w i n d o w s 9 8 2 0 0 0 x p 操作系统上。系统按照部颁规程的要 求并结合专家经验对2 2 0 k v 及以上网络的线路保护和元件保护的定值进行整定， 其应用将大大提高继电保护部门的工作效率，降低劳动强度，避免人为失误。 该系统采用e x c e l 倒出和导入数据的方式来进行信息交换，其交换的格式见 电力系统继电保护整定计算数据交换格式规范。 1 6 浙江大学硕士学位论文第三章现有系统的数据分析 五、故障信息系统 故障信息系统实现了在电力系统发生故障后，将完整的保护装置录波报告迅 速传送到省电力调度中心及相关继电保护部门，使所有关心故障状况的人员( 尤 其是调度人员) 能及时、准确地掌握电网的故障情况，提高事故的分析处理水平。 同时，实现了保护人员在日常运行中对全网微机型保护和录波装置运行状况的动 态、实时监测，大大提高了系统保护装置的健康运行水平。 六、p m u 系统 p m u 系统主要提供变电站和电厂的功角信息。功角( 包括发电机的功角和母 线电压相角) 是反映系统稳定性最主要的状态量，如果它能被直接测量，将大量 节约电力系统的稳定计算时间，提高状态估计可靠性，更有可能实现电力系统的 实时自动控制。 七、设计院数据 设计院根据一些历史数据和预测结果，对线路、电厂、变电站作出规划和设 计。它提供一次、二次设备的规划、设计数据。 3 2 系统数据分析 数据位于信息系统的中心。各个系统根据自身的需要收集自己感兴趣的数 据，按照不同的方式组织数据，并把它们用不同的方式存储下来，为实现不同的 功能或达到不同的目的，按照不同的方式来处理数据。 在这里，我们分析各个应用系统所涉及到的数据，以及数据在系统中的组织 形式。 下面以综合程序和e m s 为例进行说明。 3 2 1 综合程序 综合程序所需要的数据列表见附录a 1 。它主要包含以下这些实体：母线， 交流线、变压器、直流线、发电机、励磁调节系统、原动机调速器、电力系统稳 定器、负荷、静态无功补偿装置、零序互感、变电站主接线和区域等。 综合程序以数据库作支持，将电气上有联系的电网数据存放在一个目录中， 大大提高了数据的共享性，减少了冗余度，同时便于历史数据的保留和比较。 1 7 浙江大学硕士学位论文第三章现有系统的数据分析 同时，根据物理特性和计算需要将数据加以分类： 第一类是基于物理特性的电力系统元件库及元件公用参数库。这一部分是电 力系统分析计算的基础数据。这些数据比较稳定，且与执行什么计算无关。 第二类是根据不同计算的需要，与计算密切相关的数据，称之为计算数据。 如：暂态稳定计算所需的控制信息，故障信息等，这部分数据多是些临时性的控 制信息数据，需要不断地调整和修改。 第三类是各种计算结果的数据，称之为结果数据，这部分数据与执行什么计 算相关。 第四类是作为扩充p s a s p 功能的用户自定义( u d ) 模型及其参数库，称之为 用户自定义模型数据。这部分虽然与执行什么计算有关，如有潮流计算的l i d 模 型和暂稳计算的u d 模型之分，但它一次建好，可为多个电网所使用，因此是 非常稳定的，几乎与计算程序一样。 对于一个电网来说，输电线，- 变压器，直流线，静补，发电机，调节器，负 荷等元件及其相应参数是最基础的数据。基础数据分为两个部分：基本元件数据 和元件公用参数数据，由这两部分共同完成电力系统各元件的数据描述。 ( 1 ) 基本元件数据 这部分主要是输电线、变压器，一次设备( 发电机、负荷、直流、静补) 和二 次装置( 调压器、调速器，p s s 等) 等系统元件的数据。 ( 2 ) 元件公用参数 有些元件，如：发电机及其调节器( 调压器，调速器，p s s ) 存在着不同的记 录中含有相同数据的情况。因此，把相同的数据抽出来，作为公用参数，为基本 元件数据所共享，这样可进一步减少数据的冗余度。 综合程序提供了数据的三种输出方式：f o x p r o 报表、e x c e l 报表和t x t 文件。 下面以几个所有系统都关心的交流线、变压器这两个实体为例，进一步做分 析。 a 交流线 交流线中的数据r 1 、x l 、b i 2 、r 0 、x 0 、b 0 2 是按图3 1 所示的模型来定 义的。这些数据可以通过。单位”的选择来确定是有名值还是标么值。 1 8 浙江大学硕士学位论文 第三章现有系统的数据分析 j = 图3 1综合程序中的交流线模型 b 变压器 在综合程序中进行变压器数据录入时，按两绕组变、三绕组变和移相变压器 分别录入。 ( 1 ) 两绕组变压器 其中的数据r l 、x i 。、g m 、b m 、t k 是按图3 2 所示的模型来定义的。这些 数据为有名值或标么值。它们根据短路损耗、短路电压、空载损耗和空载电流算 出。 图3 2 综合程序中的两绕组变压器模型 零序数据r 0 、x 0 是不对称故障计算必需的数据。若变压器绕组的连接方式 已确定，零序阻抗及其连