基于cim的实时库的数据适配器设计

基于cim的实时库的数据适配器设计

0iec6570系列标准随着计算机和网络技术的快速发展，开放能量管理系统（ems）逐渐发展。目前的开放式EMS只是平台的开放,还没有达到应用程序级的开放,面临着异种系统集成和二次开发的困难,无法实现大规模互联电力系统中各控制中心EMS之间的数据交换和信息共享,迫切需要应用程序接口方面有良好的国际标准可循。IEC61970系列标准是国际电工委员会(IEC)第57分会(电力系统控制与相关通信)第13工作组制定的一套国际标准,即:能量管理系统应用程序接口(EMS-API)标准。该标准的定义使电力系统各种应用以及EMS能够不依赖信息的内部表示存取公共数据和交换信息。随着我国加入WTO,我国电力行业面临与国际接轨的问题,因此,国家电力调度通信中心积极采纳了该国际标准。公用信息模型(CIM——commoninformationmodel)是整个EMS-API框架的重要基础,是电力企业应用集成的重要工具,它规定了EMS-API的语义部分。根据交换电网模型的迫切要求,在2000年~2002年,美国进行了4次互操作试验。在互操作试验过程中验证了对CIM标准的理解,以及标准中存在的问题和改进措施。国调中心也在积极组织类似试验,推动基于国际标准的系统和设备的开发,缩小与国外的差距,某些方面已经达到了国际先进水平,这对我国电力行业与国际接轨意义重大。1cim实时数据库的开发为了得到满足CIM标准的XML文档,我们建立了实时数据库的适配器。它完成了从原有EMS的数据库格式到满足CIM标准的数据库格式的转换。实现思路如图1所示。CIM标准中包含10余个包、数百个类,如果依靠人工定义EMS实时数据库结构,工程浩繁,极易出错,更无法适应CIM标准的版本变化。因此,本文开发了CIM实时数据库自动生成器,如图1中的A部分所示,自动生成器通过读取由UML定义的CIM模型文件,自动生成基于CIM的实时数据库,这种做法可以灵活地适应CIM版本的更新。通过对CIM模型语义的深入理解,找到了CIM与清华大学现有的TH2100-EMS数据库之间的一一对应关系,完成了从CIM数据库到现有EMS数据库的导入导出过程。现有EMS实时数据库采用了层次加关系的方法来反映电力系统模型,而CIM实时数据库则是采用类及类之间的关系来描述电力系统模型,在描述方法上有所不同,需要进行比较复杂的数据转化,即图1中的B部分。目前,CIM模型系统规定统一采用XML文档来描述,为此,本文开发了一套XML文档的分析器,来完成XML文档和CIM实时数据库之间的数据交换。其中,导入过程即是通过读取CIM模型系统的XML文件,生成CIM实时库,导出过程就是导入的逆过程,如图1的C部分所示。2cim14节点标准测试系统基于cim2.1cim模型的建立目前能够收集到的CIM模型试验系统,都是由各EMS公司提供的模型系统,其计算结果不易验证。因此,本文根据IEEE的14节点标准数据,建立了满足CIM标准的试验系统,并将其数据进行导出,得到XML文档,再次导入进行潮流计算,来测试导入、导出过程的正确性。前后两次潮流计算结果相同,并符合IEEE所给出的参考结果。由于该系统模型及其计算结果被国际上普遍采用,由此建立的CIM模型系统容易被各大EMS公司接受,其计算结果的正确性也易于验证。该14节点模型系统将作为清华大学《电力系统分析》专业课教学的标准试验系统,用于课程设计和专题研究。2.2变量参数变换的一般规定IEEE14节点标准系统提供的是电网的计算模型,数据都是标幺值,没有开关/刀闸等设备。为了建立符合CIM标准的试验系统,需要将其还原成原始的电力系统模型。本文根据IEEE14节点系统图,划分了厂站和电压等级,增加了开关/刀闸设备,并根据所给的变压器变比设计了变压器分接头和对应的分接头挡位,根据母线—支路模型,建立了节点—开关模型。已知的系统网络参数为:支路首末端母线号,支路电阻,支路电抗,支路充电电容的一半,变压器变比,并联电容首末端节点号,并联电容电纳。已知的其他参数为:发电机有功出力,有功负荷,无功负荷,母线电压,无功可调母线的无功上下限。这些参数均为标幺值。加入开关/刀闸,给发电机、负荷、线路、变压器命名,并划分厂站,给出母线电压的基准电压值,使之成为比较符合实际的系统。系统建立的方法如下:a.开关/刀闸加入的原则:开关不和设备直接相连;开关两端分别连接2个刀闸。b.元件命名原则:以电力系统设备的习惯名称简写命名。例如:电力线路(line)首端母线号2及末端母线号3,则命名为LN2_3;变压器(transformer)首末端母线号分别为7和9,则命名为T7_9,等。c.厂站划分的原则:一个厂站中至少包含1个母线;含有发电机的厂站为发电厂,其他的厂站为变电站;变压器两端母线属于同一个变电站。d.变压器分接头换算原则:分接头步长记为Lsteplength,分接头正常挡位(即电压标幺变比为1时所处的挡位)记为Nnormalstep,分接头当前挡位记为Ncurrentstep,变压器首末端电压标幺值分别记为Vhead*和Vtail*,变比t应满足:取合适的步长Lsteplength,确定符合实际的最大最小挡位以及正常挡位值和当前挡位值,使计算得到的变比t与所给的标准数据相同。e.变压器参数换算:国际标准中的变压器模型如图2(a)所示,而我们所用的变压器计算模型如图2(b)所示。如果直接修改参数,即将给出的变压器阻抗乘以t的平方,就转换成我们自己的模型。f.电压基值的设置:设计此系统电压等级的基值为220kV,110kV和35kV。这是因为220kV/110kV/35kV的变压器和220kV/110kV的变压器在我国均比较常见。g.功率基值的设置:采用100MVA作为功率基值。h.上下限设置:母线电压的上下限标幺值分别设为1.10和0.97,是合理和可行的;负荷的最大有功设置为正常值的2倍左右,最小有功设置为0;负荷的最大无功设置为正常无功绝对值的2倍左右,最小无功取最大无功的相反数;线路功率上限的设定标准按照我国同电压等级线路的输送容量设定,其中220kV和110kV线路的额定容量分别设置为100MVA和20MVA,对双回线,额定容量增加1倍。i.线路参数换算:标准参数中,线路对地参数是以线路对地电纳的一半的标幺值给出,为bch*,而CIM模型中要求的单位是充电无功有名值,转换后的有名值为:j.通过图形建模的方式,形成了14节点的系统,初始数据均存储在商用数据库中。完整的14节点系统如图3所示。2.3状态估计和潮流计算a.初始化系统,将原始数据从商用数据库读入EMS实时库,进行潮流计算。通过适配器导出形成符合CIM标准的XML文档first.xml,同时将潮流计算结果中的母线电压、机组出力、节点注入存为文件result1,将潮流计算结果中的线路潮流、变压器潮流、开关/刀闸状态、母线电压、发电机出力存为文件A(见图4)。b.清空所有参与运行的实时库数据,导入first.xml,将文件A作为量测读入,进行状态估计计算和潮流计算。通过适配器导出形成符合CIM标准的XML文档second.xml,同时将状态估计和潮流计算结果中的母线电压、机组出力、节点注入存为文件result2。c.清空所有参与运行的实时库数据,导入second.xml,进行状态估计计算,再进行潮流计算。通过适配器导出形成符合CIM标准的XML文档third.xml,同时将潮流计算结果中的母线电压、机组出力、节点注入存为文件result3。2.4结果的准确性a.文档result1记录的潮流计算结果与标准结果相同,误差在0.1%以内。由于导入导出时数据精度的不同而引起的潮流计算误差是允许的,认为计算结果正确,证明了对CIM理解的正确性。b.文档result2与result1记录的潮流计算结果相同,证明了导入导出的正确性。c.文档result3记录的状态估计后的潮流结果与result1记录的潮流结果相同,证明了导出的XML文档second.xml中记录的量测信息是正确的,说明所给出的XML文档不仅可用于潮流计算,还可以进行状态估计计算。3数据的导入、出入库跟踪国际标准的制定过程,参与标准的完善和修改,并按下列步骤进行EMS的技术改造:第1步:利用现有的EMS进行数据的导入、导出,在现有平台上实现数据共享。这一步目前已经基本实现。第2步:采用CORBA技术,用组件接口的标准对现有EMS进行组件化改造,使各个应用能够独立执行,逐步实现EMS高级应用程序的即插即用方式,完成从根本上对EMS进行开放,真正形成新一代调度自动化系统。4实验系统的建立CIM是电力系统行业中正在修改和完善的公共信息模型,采用标准化手段,以达到电力产品国际合作。IEC第57分会13工作组花了近10年的时间研究和制定CIM标准,工作目前仍然在进行。深入理解并跟