IEC 61970-4562021 能源管理系统应用程序接口（EMS-API）.第456部分已解决的电力系统状态概要标准立项发展报告

能源管理系统应用程序接口（EMS-API）第456部分：已解决的电力系统状态概要标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:EnergyManagementSystemApplicationProgramInterface(EMS-API)-Part456:SolvedPowerSystemStateProfiles摘要随着全球能源转型的深入推进和新型电力系统建设的加速，电力系统运行复杂性和不确定性显著增加，对能源管理系统（EMS）及其应用程序接口（API）的标准化提出了更高要求。IEC61970-456:2021作为IEC61970系列标准的重要组成部分，规定了电力系统状态估计结果的数据交换格式与接口规范，为不同厂商EMS系统之间的信息互操作提供了统一的技术框架。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术内容、编制过程及推广应用现状，分析了标准在支撑电网调度智能化、促进多源数据融合以及服务新型电力系统建设方面的核心价值和现实意义。报告指出，该标准通过定义“已解决的电力系统状态概要”（SolvedPowerSystemStateProfiles），有效解决了状态估计结果在异构系统间共享的语义一致性问题，为全球电力系统运行管理提供了重要的技术支撑。未来，随着高比例可再生能源接入和电力市场化改革的深化，该标准将持续演进，在支撑分布式资源聚合调控、提升电网数字孪生能力以及促进国际互认方面发挥更加突出的作用。关键词：能源管理系统；应用程序接口；IEC61970；状态估计；电力系统状态概要；信息互操作；标准国际化Keywords:EnergyManagementSystem;ApplicationProgramInterface;IEC61970;StateEstimation;PowerSystemStateProfiles;InformationInteroperability;StandardInternationalization一、引言1.1研究背景全球能源体系正经历一场广泛而深刻的变革。在“双碳”目标驱动下，以风能、太阳能为代表的可再生能源装机容量快速增长，电力系统的运行特性正在发生根本性变化——电源侧的随机性和波动性增强，负荷侧的互动性和不确定性增加，电网的运行形态从传统的“源随荷动”向“源网荷储协同互动”转变。这一深刻变革对电网调度运行的精细化水平、快速响应能力和智能化程度提出了更高要求。能源管理系统（EnergyManagementSystem,EMS）是现代电网调度运行的核心技术支撑平台，承担着数据采集与监控（SCADA）、状态估计（StateEstimation）、调度员潮流（DispatcherPowerFlow）、安全分析（SecurityAnalysis）和优化调度（OptimalDispatch）等关键功能。其中，状态估计作为EMS的“数据底座”，通过对量测数据的一致性校验和冗余处理，为电网运行提供完整、可靠、一致的实时运行断面数据，是后续安全分析和优化决策的基础。随着电力系统规模不断扩大、运行复杂度持续提升，各类高级应用对状态估计结果的依赖日益加深。然而，由于不同厂商EMS系统的数据模型和接口规范存在差异，状态估计结果在跨系统、跨机构共享时面临严重的语义不一致和互操作障碍。这一问题在以下场景中尤为突出：-多级调度协同：国调、网调、省调及地调之间的数据交换与模型拼接；-多系统集成：EMS与广域监测系统（WAMS）、配电管理系统（DMS）、电力市场运营系统（MOS）之间的信息集成；-异构平台迁移：EMS系统升级改造时历史数据的平滑迁移和标准化接入。在此背景下，制定统一的EMS-API标准以保障状态估计数据的标准化交换，成为国际电工委员会（IEC）第57技术委员会（TC57）的重要工作任务。1.2标准化需求分析IEC61970系列标准（即CIM-CommonInformationModel，公共信息模型）是IECTC57制定的核心标准族，旨在通过定义统一的电力系统信息模型和组件接口规范，实现EMS各类应用之间以及不同EMS系统之间的即插即用互操作。该系列标准的第456部分（Part456）专门针对“已解决的电力系统状态概要”进行规范，其立项动因可归纳为以下三个方面：第一，状态估计结果从“内部数据”走向“共享资源”。状态估计的输出不再仅仅是EMS内部的中间计算结果，而是成为跨系统共享的标准信息产品。电力市场运营、新能源功率预测、电网规划仿真等外部系统均需实时或准实时获取状态估计结果，亟需统一的数据交换格式。第二，CIM/XML和CIM/E等交换格式需要面向具体业务场景进行配置化规范。IEC61970-552和61970-456等标准相继发布，为CIM模型的实际应用提供了更细颗粒度的技术指南，其中Part456聚焦于“已解决的电力系统状态概要”这一具体应用场景。第三，新型电力系统建设对状态数据的完整性、一致性和时效性提出了更高要求。高比例可再生能源接入使得系统运行方式变化频繁，状态估计需要更频繁地更新和共享，标准化的数据接口成为保障系统灵活性和可扩展性的基础。二、标准概述2.1标准基本信息本标准为IEC61970-456:2021《能源管理系统应用程序接口（EMS-API）第456部分：已解决的电力系统状态概要》（Energymanagementsystemapplicationprograminterface(EMS-API)-Part456:Solvedpowersystemstateprofiles），现行有效，由国际电工委员会（IEC）发布，技术归口为IECTC57（电力系统管理及其信息交换技术委员会）WG13（CIM公共信息模型工作组）。|项目|内容||------|------||标准编号|IEC61970-456:2021||英文名称|Energymanagementsystemapplicationprograminterface(EMS-API)-Part456:Solvedpowersystemstateprofiles||发布日期|2021年12月15日||发布机构|国际电工委员会（IEC）||国别|国际组织||语言|英语+法语||状态|现行||分类号|遥控、遥测||标准版本|电子版加密PDF格式|2.2标准定位IEC61970-456:2021属于IEC61970系列标准中的“Profile”（概要）类标准。所谓“Profile”，是指从完整的CIM模型中选取特定业务场景所需的子集（Subset），并结合具体的数据交换需求配置相应的数据格式和交互规则。与完整CIM模型相比，Profile更具针对性和可操作性，便于工程实现。该标准专门定义“SolvedPowerSystemStateProfiles”，即描述电力系统状态估计计算完成后所得到的系统稳态运行状态数据，包括但不限于：-母线电压幅值和相角；-线路、变压器等支路的有功和无功潮流；-发电机有功和无功出力；-负荷有功和无功功率；-变压器的抽头位置。这些数据构成了一个完整描述电力系统某一时刻稳态运行状态的“快照”（Snapshot），是各类高级应用共同依赖的基础数据。三、标准主要内容3.1范围IEC61970-456:2021规定了在EMS之间以及EMS内各应用之间交换“已解决电力系统状态概要”所需的消息格式、数据集定义和交换规则。该标准适用以下三类交换需求：1.实时交换：用于调度中心之间实时共享电网运行状态断面；2.准实时交换：用于区域电网模型拼接和各调度机构之间的协同状态估计；3.非实时交换：用于离线分析、事故反演和培训仿真等场景。3.2规范性引用文件该标准主体性地引用了IEC61970-301（CIM基础模型）和IEC61970-552（CIMXML模型交换格式），构成其技术实现的规范依据。其中：-IEC61970-301:2020定义了CIM的完整语义模型，规定了电力系统一次设备和拓扑关系的统一信息建模方法，是状态概要语义一致性的根本保障；-IEC61970-552:2016规定了CIM模型以XML格式进行交换的具体语法规则，包括文档结构、命名空间和编码规范，是状态概要物理传输的实现基础。通过将Part456与上述标准配套使用，可以实现状态估计数据在语义层面和语法层面的双重标准化。3.3核心定义3.3.1已解决的电力系统状态概要定义：已解决的电力系统状态概要（SolvedPowerSystemStateProfiles）指对电力系统进行状态估计计算后得到的一组协调一致的电气量数据集合，该数据集合完整描述了电力系统某一时间断面的稳态运行状态，并且所有数据满足基尔霍夫定律和网络方程的一致性约束。该定义的要点在于：状态概要中的数据并非原始量测值（RawMeasurements）的简单罗列，而是经过状态估计算法处理后得到的“已解决”（Solved）结果，即满足网络方程约束的协调一致的最优估计值。3.3.2类型定义根据使用场景的不同，标准定义了若干具体的类型定义（TypeDefinitions），用于满足不同数据粒度和交换需求：|类型名称|数据粒度|典型应用场景||----------|----------|------------||完整状态概要|包含全部母线、支路、发电机组和负荷的完整数据集合|调度中心间全景数据交换，如区域电网模型拼接||边界状态概要|仅包含区域间联络线和边界母线的数据|区域电网间协同计算和边界匹配||局部状态概要|仅包含指定子区域或电压等级的数据|分区分析和局部安全评估|不同粒度的概要可根据实际需要组合使用，实现交换效率和数据完整性之间的平衡。3.4数据集定义标准以数据集（Dataset）为核心组织数据内容，主要包含以下关键数据集：3.4.1状态量数据集（StateVariablesDataset）-母线电压幅值（p.u.）和相角（弧度或度）；-节点注入有功/无功功率；-设备状态信息（投/退状态）。3.4.2支路潮流数据集（BranchFlowDataset）-线路、变压器各端的有功潮流（MW）和无功潮流（MVar）；-变压器抽头位置及可调范围；-线路充电功率。3.4.3发电和负荷数据集（GenerationandLoadDataset）-发电机组的有功/无功出力、机组运行状态；-负荷的有功/无功功率；-无功补偿设备的投切状态和出力。3.4.4拓扑描述数据集（TopologyDescriptionDataset）-母线—支路模型（Node-Breaker模型或Bus-Branch模型）；-开关/刀闸状态及拓扑连通关系。3.5消息交换方式IEC61970-456:2021要求IEC61970-552规定的CIMXML格式实现状态概要的物理编码和传输。该格式将以XMLSchema为基础，对交换的数据内容进行统一描述，确保不同厂商产品间既可读又可解析。在传输层协议适配方面，标准保持了与IEC61970-552一致的技术路线，以支持数据的可靠传输和事件驱动更新。四、标准特点4.1面向互操作的语义标准化IEC61970-456:2021的核心特点在于通过CIM语义模型，统一了状态估计数据的语义定义。不同厂商的EMS系统只需遵循统一的状态估计数据语义定义和交换格式，即可实现无需定制接口的状态估计数据共享与交互。这大幅降低了系统集成的复杂度。这种“即插即用”的互操作方式是本标准区别于传统点对点接口的根本特征。4.2兼顾场景差异的灵活性标准通过定义不同粒度的数据集（完整、边界、局部）和灵活的交换规则，兼顾了全景建模与边界对等的不同需求。无论是国调—网调—省调之间的多级协同，还是同一调度中心内EMS与DMS之间的数据交互，均可根据具体场景选取合适的数据集类型和交换策略。4.3与系列标准的协同配套IEC61970-456:2021并非孤立存在，而是作为IEC61970整体标准体系的一个有机组成部分，与Part301（CIM基础模型）、Part552（CIMXML交换格式）、Part453（图形交换）等标准协同工作，共同构成完整的EMS互操作标准栈。4.4面向工程实践的针对性设计相较于泛化的CIM基础模型标准，本标准的显著优势在于其针对状态估计这一具体业务场景进行的“裁剪”。它不是要求系统实现全套CIM模型，而是仅针对状态估计结果交换所需的模型子集定义交换规则，显著降低了工程实现的复杂度，提高了标准的可落地性。这一“场景化标准”的设计思路也体现了近年来IECTC57标准体系建设的重要演进方向。五、标准实施与应用5.1国际应用现状IEC61970-456:2021已在全球多个国家和地区的电网调度系统中得到广泛应用。在欧洲，ENTSO-E（欧洲输电网运营商联盟）在其系统运行指南（SystemOperationsGuideline）中明确推荐采用IEC61970系列标准实现跨区域电网的数据交换，Part456被应用于欧洲电网的联合状态估计和跨区断面监控。在北美，北美电力可靠性公司（NERC）在互操作规范中引用了IEC61970标准族，支持多控制区之间的协同运行。5.2中国应用实践在中国，IEC61970系列标准已通过国内标准化工作转化为电力行业标准（DL/T1234等），广泛应用于国家电网和南方电网的各级调度自动化系统建设中。近年来，随着智能电网调度控制系统（D5000）和调度云平台的建设推进，IEC61970-456在省间断面数据交换、模型拼接和在线安全分析等方面发挥了重要的技术支撑作用。特别是在基于CIM/E（高效交换格式）的模型拼接应用中，Part456定义的状态概要为多级调度中心之间的实时数据同步和一致断面生成提供了规范依据。5.3应用效果评价从应用效果来看，IEC61970-456:2021的实施带来了以下显著效益：-显著降低了系统集成成本：采用统一的标准接口替代了以往大量定制化接口，缩短了系统互联互通的建设周期和维护成本；-有力提升了数据质量：标准化后的状态估计数据具备更强的一致性和可校验性，为安全分析和优化决策提供了更可靠的数据基础；-有效促进技术创新：标准的实施使得更多厂商能够基于统一接口参与市场竞争，促进了EMS领域的技术创新和良性竞争。六、标准与新型电力系统建设当前，全球电力系统正加速向清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统演进。在这一进程中，IEC61970-456:2021展现出重要的前瞻性价值和广阔的应用空间。在支撑高比例新能源接入方面，随着风电、光伏发电渗透率持续攀升，电力系统运行方式变化频繁，状态估计的更新周期和覆盖范围都面临更高要求。IEC61970-456通过标准化的状态概要交换机制，可有效支撑新能源集中接入地区的多级调度协同和功率预测闭环控制。在支撑分布式资源聚合调控方面，海量分布式光伏、储能和电动汽车的接入使得配电网运行复杂度显著增加，状态估计正从输电网向配电网延伸。Part456的状态概要定义可扩展应用于配电网状态估计结果的标准化共享，支撑“源网荷储”一体化运行。在支撑电力市场运营方面，现货市场和辅助服务市场的快速发展对电网运行数据的及时性和准确性提出了市场化应用要求。标准化的状态估计结果可作为市场出清、安全校核和阻塞管理的统一数据基础，提高市场运营的透明度和效率。在支撑电网数字孪生方面，数字孪生电网需要高频次、高保真度的运行状态数据驱动模型更新和仿真推演。IEC61970-456所定义的状态概要为数字孪生平台提供持续、一致和标准的运行断面数据源。七、修订企事业单位或标委会介绍IECTC57技术委员会IEC61970-456:2021由国际电工委员会第57技术委员会（IECTC57）负责制定和维护。IECTC57全称为“Powersystemsmanagementandassociatedinformationexchange”（电力系统管理及其信息交换），成立于1968年，是IEC中负责电力系统自动化、通信和信息交换标准化的专业技术委员会。IECTC57的工作范围涵盖：-电力系统控制中心的架构和通信协议；-电力系统信息建模（CIM系列标准）；-变电站自动化通信（IEC61850系列标准）；-分布式能源资源（DER）的信息交互；-电力市场通信框架；-智能电网信息架构。TC57下设多个工作组（WorkingGroup），其中WG13负责CIM（公共