电网在线监测的一次和二次设备统一模型的方法

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电网在线监测的一次和二次设备统一模型的方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及电力设备在线监测系统中电力调度IEC 61970一次模型、数据与在线监测IEC 61850二次设备之间模型与数据的整合和集成。\n背景技术\n[0002] 设备监测系统需要接入不同系统的模型和数据，并进行模型和数据的整合和统一，从而为电力设备的在线监测、状态评估、检修、缺陷管理等提供以下技术手段：\n[0003] 1.设备状态信息的实时和历史数据采集、存储、分析、监视、展示，告警、综合查询等功能\n[0004] 2.为设备状态评估等高级应用功能提供数据基础\n[0005] 电力设备远程监测诊断中心需要采集的实时模型与量测数据包括：\n[0006] 1).从地区局EMS系统采集的数据，包括该地区所有110kV以上电压等级变电站的模型，厂站一次接线图以及遥测、遥信数据(包括电压，电流，有功功率，无功功率，断路器位置，刀闸位置等等)，但不包括设备在线监测数据。\n[0007] 地调模型采用IEC 61970模型，主要用于描述电网一次设备模型。\n[0008] 地调实时量测值采用e格式量测文件方式进行传输，每3分钟上传一次。\n[0009] e格式量测文件：是在IEC 61970-301电力系统公用数据模型CIM(Common Information Model)的面向对象抽象基础上，针对CIM在以XML方式进行描述时的效率缺陷所发展起来的一种新型高效的电力系统数据标记语言。属于国网电力规范。\n[0010] 2).设备在线监测实时量测数据\n[0011] 设备在线监测实时量测数据建模和通讯采用IEC 61850，IEC 61850的子站对象模型主要分三个基本对象层次，用基于XML的变电站配置描述语言SCL来描述。\n[0012] ●变电站模型：描述一次设备的相互关联以及他们的连接关系；\n[0013] ●IED装置模型：描述了变电站二次智能电子装置的模型和功能等；\n[0014] ●通信系统模型：描述了与通信相关的对象模型。\n[0015] 在以前的电力设备监测远程中心中，IEC 61850只是作为二次设备模型和通讯模型，用于各个变电站更新在线监测量测值。现在需要在地调IEC 61970全模型和在线监测IEC 61850局部测点模型之间建立映射关系，从而可以将各应用相关的信息、数据统一到全模型。从而进行信息的统一展示、处理和查询。\n[0016] 由于IEC的不同工作组定义不同的应用集之间的信息交换标准，定义了不同类型电力应用之间的不同的接口标准，如IEC 61970系列标准适用于主站端EMS系统，IEC \n61968适用于配电网自动化系统的应用程序，而IEC 61850提出了一种公共的通信标准，通过对设备的一系列规范化，使其形成一个规范的输出，实现变电站内系统的无缝连接。这些IEC标准的每一个都单独定义自己的信息模型，如IEC 61970/61968 CIM模型和IEC 61850 SCL模型。因此，即使在IEC TC57自己的范围内，在设想一个应用透明架构时也需要一个复杂和广泛的映射。\n[0017] 为此必须逐步开展二次一体化的研究和建设工作，建设全网统一的数据模型和数据平台，在厂站端实现统一数据采集、统一模型、统一规范、与调度统一的数据交换接口，并与调度端统一维护，实现厂站源端维护，全网共享，主站端可以自动生成调度端模型，实现主站的免维护。在调度端实现应用系统和功能的有机整合，实现资源共享，提高整体应用水平，以满足现代大电网安全稳定运行的需求，为一二次系统实现统一监控提供理论及技术基础。\n发明内容\n[0018] 本发明的目的：提供电网在线监测的一次和二次设备统一模型的方法，从而整合调度IEC 61970一次电网设备模型、量测数据和变电站IEC 61850二次设备监测装置模型和在线监测数据，在此基础上进行数据的统一展示、查询，以及为电网设备状态预警等应用分析功能提供数据基础。\n[0019] 本发明的解决方案：电网在线监测的一次和二次设备统一模型的方法，其特征是：\n电力设备远程监测诊断中心首先使用IEC61850逻辑节点(LN)对在线监测的二次设备进行物理建模；然后自动导入一次设备二次设备的模型和文件，导入生成二次设备在线监测实时量测数据；再将在线监测的二次设备模型与调度模型进行关联统一。\n[0020] 1.使用IEC 61850逻辑节点对在线监测装置(二次设备)进行物理建模使用传感器进行测量的装置，每个传感器采集的数据须对应一个LN实例；\n[0021] 同一IED中不同被测量对象的数据应新建LN实例，包括开关不同相监测。\n[0022] 对每一个LN增加一个统一资源标识符URI属性和一个DEVID属性，通过对在线监测二次设备使用IEC68150 LN建模，使用LN扩展属性URI(统一资源描述)实现了与一次设备(断路器Breaker、变压器PowerTransformer、母线BusbarSection)的关联与统一建模，使用LN扩展属性DEVID(设备标识)实现了一次设备下的二次设备测点分组。\n[0023] 2.自动导入一次设备和二次设备的模型和文件\n[0024] (1)自动导入IEC 61970 CIM地调模型\n[0025] 电力设备远程监测诊断中心计算机服务器与各个地区级调度中心计算机服务器通过网络相连接。地区级调度中心按照本方案提供的文件格式，在本地区电网模型发生变化时，生成一个基于IEC61970的XML文件，(下称CIM模型文件)，文件名为“地区名_cim.xml”，并以ftp(File Transfer Protocol，文件传输协议)形式上传至电力设备远程监测诊断中心计算机服务器。如图1所示：\n[0026] 远程中心模型文件导入daemon程序周期监测CIM模型文件是否变化，如果模型文件发生变化启动模型导入程序进行模型导入，验证和发布。实现CIM模型文件自动导入，免维护流程。\n[0027] 调度e格式量测文件自动导入与CIM模型文件自动导入采用的方式是一样的，不再进行详述。\n[0028] (2)自动导入用于描述电网一次设备模型的IEC 61850 SCD文件\n[0029] 如图2所示电力设备远程监测诊断中心计算机服务器与全省各变电站通过综合数据网相连接，各变电站安装设备监测数据集中装置综合数据处理单元，负责集中该变电站内所有一次设备监测采集装置数据，并通过IEC61850 mms通信标准直接发送至远程中心前置服务器。\n[0030] 主站与各变电站综合数据处理单元通信时，其61850通信模型可采用离线SCD文件建立或直接通过通信召唤在线生成，在通信链路刚通时，首先召唤综合数据处理单元生成的SCD文件，查看其版本信息，若版本信息与主站数据库中版本发生变化，则认为子站综合数据处理单元通信模型发生变化，需要重新召唤通信模型，再进行通信交互数据库，否则认为通信模型未变，直接采用主站已有的通信模型直接通信。通过该流程确保了主站与子站综合数据处理单元IEC61850通信时通信模型的一致性和主站通信模型的免维护流程。\n[0031] 本发明技术方案带来的有益效果：本发明对IEC 61970 CIM调度模型、e格式调度量测模型和IEC 61850二次模型(在线监测设备模型)进行了自动增量导入与整合，从而形成了完整的一、二次调度模型数据、在线监测模型数据的统一建模，为各类应用、综合展示等提供了基础。本发明对IEC61850在线监测设备二次建模以及与IEC 61970CIM模型的整合提供了完整的解决方案，为设备在线监测系统的标准化建设提供了有益的实践和经验。\n附图说明\n[0032] 图1是CIM模型文件上传至电力设备远程监测诊断中心计算机服务器框图；\n[0033] 图2是本发明的设备在线监测系统的框图；\n[0034] 图3是在线监测IEC 61850测点模型与CIM 61970调度一次模型的关联，形成统一的一次模型和量测模型示意图；\n[0035] 图4是IEC 61850数据模型；\n[0036] 图5是IEC 61970地调模型的一次设备对象唯一标识符obj:ID相匹配；\n[0037] 图6是4位设备监测设备类型编码；\n[0038] 图7是使用LN扩展属性devid实现了一次设备下的二次设备测点分组示意图。\n具体实施方式\n[0039] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细说明。\n[0040] 1. IEC61970 CIM调度模型、E格式量测文件以及在线监测IEC 61850 SCD文件自动导入\n[0041] E格式量测文件3三分钟更新一次，CIM调度模型和61850SCD文件有更新就上传给远程中心，属于不定时更新。远程中心需要不停的监测这些文件是否有变化，如果监测到有变化后台程序自动进行导入，增量更新。\n[0042] 2. CIM调度模型、E格式量测文件以及IEC 61850SCD文件统一建模，自动拼接[0043] 完成在线监测IEC 61850测点模型与CIM 61970调度一次模型的关联，形成统一的一次模型和量测模型。示意图如图3：\n[0044] 3.综合显示、查询\n[0045] 在一次接线厂站图上进行厂站图、e量测文件和在线监测数据的统一展示：\n[0046] 1)每个厂站图上在显示实时地调模型量测值，在线监测装置通讯状态，在线监测装置的量测值。\n[0047] 2)可以进行各种查询、曲线展示等，屏上可以显示二次在线测试的各参数结果。\n[0048] 2、使用IEC 61850 LN逻辑节点对在线监测装置(二次设备)进行物理建模：使用传感器进行测量的装置，每个传感器采集的数据须对应一个LN实例；同一IED中不同被测量对象的数据应新建LN实例，包括开关不同相监测。\n[0049] 在广东省设备监测远程中心项目中对八类在线监测二次设备进行了IEC 61850建模：\n[0050] .变压器监测SPTR\n[0051] .绝缘监测SINS\n[0052] .局放监测与诊断SPDC\n[0053] .断路器SCBR\n[0054] .避雷器SLAR\n[0055] .环境监测SENV\n[0056] .绝缘气体监测SIMG\n[0057] .绝缘液体监测SIML\n[0058] 以典型的局放监测为例，其IEC 61850数据模型为图4所示：\n[0059] 说明：1)通过LN(逻辑节点)对二次在线监测设备进行IEC 61850标准化建模[0060] 2)通过DO(设备对象)对二次在线监测设备测点进行标准化建模\n[0061] 3)在线监测IEC 61580二次设备模型与IEC 61970 CIM调度模型统一建模技术[0062] 对每一个LN增加一个统一资源标识符URI属性和一个DEVID属性，URI和DEVID扩展规则如下：\n[0063] a、SCL文件中扩展名称空间统一为ext；\n[0064] b、SCL文件中扩展的元素为：uri和devid；\n[0065] c、uri属性描述在线监测设备所监测的电网一次设备，以25位功能位置编码描述；\n[0066] d、devid描述在线监测设备功能位置，以21位在线监测编码描述。\n[0067] 示例：\n[0068] \n[0069] 说明：\n[0070] 1)uri：是一次设备的25位功能位置，与IEC 61970地调模型的一次设备对象唯一标识符obj:ID相匹配，见图5：\n[0071] 在本技术方案中，我们与三类一次设备CIM对象进行关联：\n[0072] .cim：Breaker(断路器)\n[0073] .cim：PowerTransformer(变压器)\n[0074] .cim：BusbarSection(母线)\n[0075] 2)devid：21位在线监测二次设备的编码，是在线监测设备的唯一标识，在线监测设备组成如下：\n[0076] 13位厂站功能位置编码4位监测设备类型编码4位设备序列号\n[0077] ① ② ③\n[0078] ①13位厂站功能位置编码：使用地调模型13位功能位置编码(到厂站)[0079] ②4位设备监测设备类型编码，规定如图6：\n[0080] ③4位设备序列号：代表在线监测装置设备序列码\n[0081] 4位监测设备类型编码加4位设备序列号唯一标识了站内的在线监测设备。\n[0082] 通过对在线监测二次设备使用IEC68150 LN建模，使用LN扩展属性uri实现了与一次设备(Breaker、PowerTransformer、BusbarSection)的关联与统一建模，使用LN扩展属性devid实现了一次设备下的二次设备测点分组。如图7所示。说明：\n[0083] 深圳500kV鹏城站#3主变有四个在线监测装置，其中A2982001的是河南中分厂家的，另外三个A2982206、A2982207、A2982208是深圳奥特迅厂家的。A2982001有14个遥信量，A2982206、A2982207、A2982208分别有3个遥信量。\n[0084] 通过以上一二次模型和测点的统一构建，在鹏城厂站图画面上显示各设备的监测信息。