IEC 61970-4572024 能源管理系统应用程序接口（EMS-API）.第457部分动力学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457部分：动力学概要标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:EnergyManagementSystemApplicationProgramInterface(EMS-API)-Part457:DynamicsProfile报告编号：IEC61970-457:2024发布日期：2024年2月9日发布机构：国际电工委员会（IEC）摘要随着全球能源转型加速推进，高比例可再生能源接入和大规模交直流混联电网的快速发展，电力系统的动态特性日趋复杂，对能源管理系统（EMS）的实时动态分析与控制能力提出了前所未有的挑战。在此背景下，国际电工委员会（IEC）于2024年2月9日正式发布了IEC61970-457:2024《能源管理系统应用程序接口（EMS-API）第457部分：动力学概要》标准。该标准作为IEC61970系列标准（CIM/通用信息模型标准体系）的重要组成部分，旨在解决电力系统动态模型数据在异构系统间难以共享与互操作的行业痛点，通过定义统一、标准化的动态模型信息交换格式，为广域测量系统、在线动态安全评估系统、新能源功率预测系统等多类应用提供标准化数据交互基础。本报告对该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容、主要创新点及应用前景进行了系统梳理与分析，并重点介绍了标准主导编制单位——中国电力科学研究院有限公司在标准研制中的突出贡献。该标准的发布标志着电网动态模型信息交互正式步入标准化、规范化发展的新阶段，将为全球范围内的智能电网建设与新型电力系统构建提供坚实的技术支撑。关键词：能源管理系统；通用信息模型（CIM）；动力学概要；IEC61970；互操作性；电力系统动态模型；标准化AbstractWiththeaccelerationofglobalenergytransition,therapiddevelopmentofhigh-proportionrenewableenergyintegrationandlarge-scaleAC/DChybridpowergridshasposedunprecedentedchallengestothedynamiccharacteristicsofmodernpowersystems,therebyplacingincreasinglystringentrequirementsonreal-timedynamicanalysisandcontrolcapabilitiesofEnergyManagementSystems(EMS).Againstthisbackdrop,theInternationalElectrotechnicalCommission(IEC)officiallyreleasedthestandardIEC61970-457:2024"Energymanagementsystemapplicationprograminterface(EMS-API)-Part457:Dynamicsprofile"onFebruary9,2024.AsanintegralcomponentoftheIEC61970series(theCommonInformationModel/CIMstandardsystem),thisstandardisdesignedtoaddresstheindustrypainpointofdifficultiesinsharingandinteroperatingdynamicmodeldataamongheterogeneoussystems.Bydefiningaunifiedandstandardizedinformationexchangeformatfordynamicmodels,itprovidesastandardizeddatainteractionfoundationformultipleapplicationsincludingwide-areameasurementsystems,onlinedynamicsecurityassessmentsystems,andrenewableenergypowerforecastingsystems.Thisreportsystematicallyreviewstheprojectinitiationbackground,developmentprocess,coretechnicalcontent,majorinnovations,andapplicationprospectsofthestandard,withparticularemphasisontheoutstandingcontributionsoftheChinaElectricPowerResearchInstitute(CEPRI)astheleadingdraftingorganization.Thereleaseofthisstandardmarkstheofficialentryofgriddynamicmodelinformationexchangeintoanewphaseofstandardizationandnormalization,providingsolidtechnicalsupportforsmartgridconstructionandnew-typepowersystemdevelopmentworldwide.Keywords:EnergyManagementSystem;CommonInformationModel(CIM);DynamicsProfile;IEC61970;Interoperability;PowerSystemDynamicModel;Standardization一、引言1.1研究背景进入21世纪以来，全球能源体系正经历一场广泛而深刻的变革。以风电、光伏为代表的可再生能源装机容量持续攀升，电动汽车、储能系统等新型负荷大量接入，电力电子设备在发输配用各环节的渗透率不断提高，使得电力系统的运行特性从传统的“机电暂态主导”向“电力电子暂态与机电暂态交织耦合”的复杂模式转变。与此同时，特高压交直流混联电网的建设使得区域电网之间的电气联系更加紧密，系统动态行为的时空耦合特征愈发显著。在此形势下，电力系统动态安全分析与稳定控制对数据模型的一致性、精确性和时效性提出了更高要求。能源管理系统（EMS）作为电网调度运行的核心技术支撑平台，承担着数据采集与监视控制（SCADA）、自动发电控制（AGC）、状态估计、安全分析、调度员潮流等关键功能。然而长期以来，不同厂商提供的EMS系统在数据模型定义、存储结构和交换方式上均存在显著差异，尤其在动态模型数据（如发电机模型、励磁系统模型、调速器模型、负荷动态模型等）的表示与交换方面，缺乏统一的标准规范。这一现状直接导致了如下突出问题：其一，在系统集成与升级改造过程中，动态模型数据迁移往往需要耗费大量的人工映射与校验工作，效率低下且易出差错；其二，在广域协同分析场景下（如区域电网联合动态安全评估），不同调度机构之间难以实现动态模型数据的透明共享，制约了全网一体化分析能力的提升；其三，随着以数据驱动为基础的智能化应用的涌现（如基于人工智能的暂态稳定评估、在线参数辨识等），对标准化动态模型数据的需求日趋迫切。1.2标准立项的必要性IEC61970系列标准（即CIM标准体系）从20世纪90年代末开始制定，经过二十余年的持续发展，已在全球范围内被广泛采纳为电力系统信息模型交换的基础性标准。该系列标准涵盖了公共信息模型（CIM）、组件接口规范（CIS）和通用数据交换格式等多个层面的标准规范。其中，CIM模型通过面向对象的方式对电力系统的一次设备、拓扑结构、量测信息等进行统一抽象描述，为能量管理系统的数据共享与互操作提供了基础性框架。然而，在此次发布的IEC61970-457:2024标准之前，CIM模型主要覆盖的是稳态运行场景下的数据描述，对于电力系统动态分析所需的模型信息（例如同步发电机的详细模型参数、励磁系统模型、电力系统稳定器（PSS）模型、调速器模型、动态负荷模型、逆变器接口的新能源发电动态模型等）缺乏系统性的描述规范。动态模型数据结构复杂、类型多样、参数众多，涉及电力系统分析中暂态稳定、小干扰稳定、电压稳定、频率稳定等各类动态过程，其标准化建模难度远高于稳态模型。在此背景下，制定专门面向动力学概要（DynamicsProfile）的IEC61970-457标准，填补CIM体系中动态模型信息交换标准的空白，成为国际电力标准化领域的迫切需求和重点方向。二、标准编制历程2.1提案与立项阶段IEC61970-457:2024标准的编制工作可追溯至2017年前后。随着全球范围内智能电网建设进入深水区，动态安全分析与广域协调控制在多个国家和地区的电网调度实践中得到快速推广，对动态模型数据的标准化需求日趋强烈。在此背景下，由国际电工委员会IEC/TC57（电力系统管理及信息交换技术委员会）下设的WG13（CIM数据交换工作组）联合WG10（电力系统IEC61970-552和IEC61968系列互操作应用工作组）等专业工作组，正式启动了对动力学概要标准的预研工作。在立项论证阶段，工作组广泛征集了来自各国标准化机构、电网公司、科研院所和设备制造厂商的意见与建议，充分调研了各主要国家和地区在动态模型数据交换方面的已有实践和标准基础。在技术方案选择上，标准编制组重点分析并借鉴了以下既有技术积累：-IEC61970-301（CIM基础模型）中已定义的发电机动模型、励磁机模型等基础类定义；-IEC61970-552中定义的CIM/XML数据交换格式及其在电网模型交换中的工程实践经验；-北美电力可靠性公司（NERC）在动态模型数据reporting和exchanges方面的成熟经验；-中国国家电网公司在国家电网仿真计算中心建设和跨区电网动态模型数据交换项目中积累的丰富工程实践经验。经过多轮技术论证和方案比选，2018年IEC/TC57正式通过了该标准的立项提案，确定将“DynamicsProfile”作为IEC61970系列的新增部分予以编制，标准编号定为IEC61970-457。2.2编制阶段标准立项后，IEC/TC57迅速组建了由多国专家参与的标准编制工作组，中国电力科学研究院有限公司作为核心编制单位深度参与了标准框架设计和技术内容起草。编制工作遵循IEC标准制定的规范流程，历经工作草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）等各阶段。2018年至2020年为标准框架设计和核心模型定义阶段。编制组首先明确了标准的技术定位和适用范围，确定了以CIM/XML和CIM/E作为动态模型数据的标准交换格式，并在此基础上完成了动力学概要的核心类定义。2020年至2022年，编制组重点开展了模型验证工作，联合多家EMS厂商和电网运行机构在真实或模拟环境中进行了多轮互操作性测试，根据测试结果对模型定义进行了多轮修订与完善。2022年底标准进入DIS阶段，2023年通过各成员国投票表决，2024年2月正式发布。该标准的编制总体历时约六年，充分体现了IEC标准制定过程中严谨、开放、协商一致的技术决策机制。三、标准主要内容3.1标准定位与技术框架IEC61970-457:2024在IEC61970系列标准体系中定位于“动力学概要（DynamicsProfile）”，即面向电力系统动态分析应用场景的CIM模型子集定义。该标准并非重新定义一套全新的动态模型体系，而是在充分继承IEC61970-301所定义的核心CIM模型的基础上，针对动态分析所需的各类设备模型和参数信息进行扩展与细化，形成一套可在工程实践中直接使用的标准化模型集合与交换规范。标准定义了动力学概要的基本建模框架，遵循IEC61970-301中关于CIM类、属性、关联关系的统一建模规范，采用统一建模语言（UML）进行描述。在具体实现层面，标准规定了动力学概要数据通过CIM/XML格式进行序列化和交换的基本规则与约束。3.2核心模型覆盖范围IEC61970-457:2024标准中定义的动力学概要模型核心覆盖范围包括但不限于以下功能领域：（1）同步发电机组动态模型：涵盖汽轮机、水轮机、燃气轮机等各类原动机驱动的同步发电机组，详细定义了发电机组在动态仿真中所需要的模型参数集合，包括但不限于发电机基本参数（直轴/交轴同步电抗、暂态电抗、次暂态电抗及对应时间常数等）。标准对这些模型参数进行了归类，并根据IEC61970-301已定义的核心类进行了继承和扩展。（2）励磁系统与电力系统稳定器（PSS）模型：励磁系统对发电机的无功输出和电压调节能力起着决定性作用，直接影响电力系统的小干扰稳定和暂态稳定水平。标准对IEEE421.5系列标准中定义的各类励磁系统模型（包括直流励磁机、交流励磁机和静态励磁系统等类型）在CIM框架下的表达方式进行了规范化，为励磁系统的标准化建模提供了统一的描述规范。PSS模型作为抑制电力系统低频振荡的有效手段，其模型参数同样被纳入标准的定义范畴。（3）原动机调速器模型：调速器模型描述原动机在系统频率变化时的功率调节行为，对于频率稳定分析和一次调频能力评估具有重要意义。标准定义了一次调频相关的调速器模型参数，规范了调速器死区、调差系数、限幅环节等关键参数的标准化表述。（4）动态负荷模型：负荷的电压和频率动态特性对系统稳定性分析结果有显著影响。标准定义了静态负荷模型（ZIP模型）、感应电动机动态负荷模型以及复合负荷模型等在CIM中的标准化描述方式，为负荷动态特性的准确建模提供了统一的参数交换格式。（5）新能源发电动态模型：随着风电和光伏渗透率的快速提升，新能源发电设备的动态响应特性对系统安全稳定的影响日益凸显。标准对风电机组（包括双馈感应风机和永磁直驱风机等主要机型）和光伏逆变器的动态等效模型描述进行了规范，涵盖低电压穿越、有功/无功控制策略等动态行为参数。（6）信息交换格式与应用场景：除上述模型定义外，标准还详细规定了动力学概要模型数据以CIM/XML格式进行文件交换时的文件结构、命名空间定义、模型标识规则和元数据要求等，为具体工程实现提供了操作性指南。在应用场景方面，标准覆盖了离线动态仿真计算、在线动态安全评估、广域测量系统数据交互、调度员培训仿真系统（DTS）模型同步等典型场景中动态模型数据的标准化交换需求。3.3标准的主要技术特点首先，继承性与兼容性是IEC61970-457:2024最为突出的技术特色之一。该标准在CIM核心模型的基础上进行面向动态分析场景的专门化扩展，充分确保了与既有数据交换标准的兼容性。已经部署了基于IEC61970-301的稳态模型的EMS系统，可在最小化改动的前提下扩展支持动力学概要模型，从而充分保护已有投资。其次，该标准强调可扩展性与面向未来的设计理念。标准在类层次设计上充分考虑了后续新增模型类型的可行性，通过抽象基类的合理定义，为新型动态设备模型（如虚拟同步机、储能系统动态模型等）的纳入预留了清晰的扩展路径。再次，标准在模型粒度和完整性之间取得了良好平衡。编制过程中经过多次工程验证和互操作测试，兼顾了模型表达的精细度和工程实现的可行性，避免了过于复杂而难以落地实施的问题。四、标准实施与应用前景4.1对电力行业数字化转型的推动数字化转型已然成为当前全球电力行业发展的核心主题之一。作为电网调度运行的核心系统，EMS的数字化、智能化水平直接影响着电网的安全高效运行。IEC61970-457:2024的发布为电力系统动态模型数据的标准化交换提供了权威技术依据，有望在多个维度发挥重要作用。4.2对新型电力系统建设的支撑当前，我国正在加快建设以新能源为主体的新型电力系统。在此进程中，高比例可再生能源接入带来的系统惯量下降、频率调节能力减弱、宽频振荡风险增加等新问题不断涌现，对动态分析工具的精确性和时效性提出了新的更高要求。IEC61970-457:2024标准对新能源发电动态模型的规范化描述，为含高比例新能源电网的精确动态仿真和稳定分析提供了重要数据基础。同时，标准所定义的标准化动态模型交换接口也将服务于新能源场站模型参数校核、并网性能评估等实际业务场景，为新型电力系统的安全稳定运行提供支撑。4.3标准应用建议对于有意采用IEC61970-457:2024的各类组织，建议在实施时结合自身实际制定明确的分阶段工作计划。对于EMS系统供应商而言，建议尽早开展标准符合性评估和产品研发规划；对于电网运营企业而言，建议从新建系统和重点集成项目入手，逐步推动现有系统的标准化升级改造；对于科研与咨询机构而言，可围绕标准开展各类专题研究和工具链开发。需要说明的是，本文所展示的版本信息、售价及下载方式等属于标准出版发行的商务信息范畴，具体应以正式出版单位最新公布的说明为准。五、主要编制单位介绍——中国电力科学研究院有限公司5.1单位概况中国电力科学研究院有限公司（简称“中国电科院”）成立于1951年，是中国电力行业综合性的权威科研机构，也是国家电网有限公司直属的核心科研单位。七十余年来，中国电科院始终站在中国电力科技发展的前沿，在电力系统规划与运行、输变电技术、配用电技术、新能源与储能技术、电力信息与通信技术等多个领域取得了丰硕的科研成果，为中国电力工业的发展和技术进步作出了不可替代的重要贡献。在标准化工作方面，中国电科院是国内电力标准化领域的核心骨干力量，承担着多个全国标准化技术委员会秘书处工作，深度参与国际电工委员会（IEC）、国际标准化组织（ISO）等国际标准化组织的各项活动，在推动中国电力标准“走出去”方面发挥着关键作用。目前