基于配電網(wǎng)統(tǒng)一信息模型的全網(wǎng)一張圖建設(shè)

張帝，朱吉然，唐海國，張志丹，齊飛，冷華

(1.國網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007；2.國網(wǎng)湖南省電力有限公司，湖南長沙410004)

統(tǒng)一信息模型及模型化數(shù)據(jù)[1-2]是配電網(wǎng)數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。由于缺乏統(tǒng)一、適用、兼容的信息模型標準[3]，各專業(yè)配電數(shù)據(jù)的私有化、差異化、異構(gòu)化、碎片化問題突出，多源系統(tǒng)多元數(shù)據(jù)融合困難，進而導(dǎo)致配網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊、難以評價和深化應(yīng)用，具體表現(xiàn)為:

1)缺乏統(tǒng)一信息模型。各專業(yè)立足自身管理需求，基于私有模型自建業(yè)務(wù)系統(tǒng)，導(dǎo)致專業(yè)間業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)無法有效貫通共享[4]，營配調(diào)貫通未落到實處，無法支撐核心業(yè)務(wù)應(yīng)用。

2)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量不高。人工錄入問題普遍存在，圖實不符問題突出，缺乏嚴格高效的數(shù)據(jù)質(zhì)量評估和管控手段[5-6]，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)水平無法達到實用化要求。

3)圖模需求差異大。現(xiàn)在系統(tǒng)圖模數(shù)據(jù)與實際業(yè)務(wù)應(yīng)用需求差異大，各專業(yè)圖模應(yīng)用需求不同，無法滿足跨專業(yè)的多業(yè)務(wù)、多場景、大規(guī)模應(yīng)用需求。

4)實用化應(yīng)用支撐不足。缺乏實用化應(yīng)用支撐，現(xiàn)有數(shù)據(jù)質(zhì)量和統(tǒng)推應(yīng)用無法滿足實際業(yè)務(wù)需要，需求響應(yīng)不足，無法形成數(shù)據(jù)支撐應(yīng)用、通過應(yīng)用驅(qū)動促進數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)提升的良性循環(huán)。

CIM(Common Information Model，通用信息模型)技術(shù)標準解決了基于可縮放矢量圖形 (SVG，Scalable Vector Graphics)交換規(guī)范描述效率低只能離線交換的缺陷[7-8]。圖模一體化[9]、圖模庫一體化[10-11]、圖模數(shù)庫一體化[12]等技術(shù)可支撐電網(wǎng)多個場景應(yīng)用。為消除模型異構(gòu)，提高信息交互能力，文獻 [13]提出異構(gòu)公共信息模型的映射方案，并以此為基礎(chǔ)從數(shù)據(jù)層實現(xiàn)信息交互。應(yīng)對配電網(wǎng)模型的頻繁變更和數(shù)據(jù)質(zhì)量問題，文獻 [14]提出基于多態(tài)機制的未來態(tài)配電網(wǎng)模型管理方案，在獨立環(huán)境開展模型維護、接入和校驗，實現(xiàn)模型管理多源端、多用戶、自動化離線調(diào)試等需求。針對拓撲連接錯誤、孤島節(jié)點、饋線屬性維護、運行方式不一致等問題，文獻 [15]基于自動成圖思想，提出一種能直觀反映模型拓撲關(guān)系的配電網(wǎng)概念圖，通過動態(tài)模型抽取樹型/彈力布局過程，輔助進行配電網(wǎng)模型拓撲校核工作。相關(guān)研究工作和方法均給配電網(wǎng)圖模建設(shè)提供了有益經(jīng)驗。

2019年，國家電網(wǎng)有限公司 “兩會”提出全面推進 “三型兩網(wǎng)”建設(shè)戰(zhàn)略，加快泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)目標是對內(nèi)實現(xiàn)“數(shù)據(jù)一個源、電網(wǎng)一張圖、業(yè)務(wù)一條線”，對外廣泛連接內(nèi)外部服務(wù)資源和服務(wù)需求，打造能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)和新的利潤增長點?！霸炊宋ㄒ?、全局共享”的圖模數(shù)據(jù)，是實現(xiàn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)“業(yè)務(wù)協(xié)同、數(shù)據(jù)貫通”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文結(jié)合湖南電網(wǎng)實際，基于配電網(wǎng)統(tǒng)一信息模型，聚力開展配電網(wǎng)圖模建設(shè)，打造湖南電網(wǎng) “一張圖、一張網(wǎng)”。

1 建設(shè)內(nèi)容

1.1 總體思路

以配電網(wǎng)統(tǒng)一信息模型為基礎(chǔ)，以 “兩系統(tǒng)、一平臺”技術(shù)體系為原則，以 “1＋N”模式新一代配電自動化系統(tǒng)建設(shè)為抓手，為推動泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)在配電領(lǐng)域落地，全面開展設(shè)備新投異動流程和配電網(wǎng)圖模建設(shè)，建立設(shè)備模型、基礎(chǔ)臺賬共享、管控和應(yīng)用深化機制，用統(tǒng)一信息模型將分散化、碎片化的數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)和約束，為各專業(yè)提供邏輯統(tǒng)一、主干清晰、層次分明的配電網(wǎng)全景模型，全面支撐綜合故障研判、供電服務(wù)指揮等核心業(yè)務(wù)建設(shè)。

1.2 建設(shè)主要內(nèi)容

1)標準化建模。厘清全業(yè)務(wù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心全域模型、分域模型、公共信息模型和配電網(wǎng)統(tǒng)一信息模型之間的關(guān)系[2]，以省級配電自動化主站為核心、配電網(wǎng)統(tǒng)一信息模型為基礎(chǔ)，對配電網(wǎng)設(shè)備資產(chǎn)模型、資源管理、網(wǎng)絡(luò)拓撲等進行統(tǒng)一建模，如圖1所示，構(gòu)建基于 CIM的模式校驗(rdfs、xsd)、實例交互和管控 (基于rdfs和xsd驗證rdf、xml)模塊，對設(shè)備新投異動流程各環(huán)節(jié)消息進行標準化格式驗證，使之始終與配電網(wǎng)統(tǒng)一信息模型語義和語法保持一致。模塊功能覆蓋相關(guān)考核規(guī)范、配電自動化模型校驗規(guī)范要求，針對55類配網(wǎng)設(shè)備，梳理形成各類場景82個典型校驗項，在專業(yè)運維人員建檔過程中可以自動校驗、自動推送錯誤信息清單，輔助基層人員開展數(shù)據(jù)質(zhì)量治理。

圖1 配電網(wǎng)統(tǒng)一信息模型建設(shè)

2)專題圖優(yōu)化。根據(jù)電氣拓撲連接，對專題圖的節(jié)點設(shè)備 (站房、桿塔、接頭等)進行節(jié)點分層、最優(yōu)路徑分析和布局快速收斂優(yōu)化，優(yōu)化后的調(diào)度單線如圖2所示，按照調(diào)度實際應(yīng)用需求，添加了配變?nèi)萘?、線路型號和長度等信息。同步建立營銷、運檢、調(diào)度部門配網(wǎng)圖模治理協(xié)作和溝通機制，確保營配調(diào)數(shù)據(jù)同源，按照 “誰主管、誰負責(zé)、誰維護”的原則，組成配網(wǎng)圖模治理工作小組，集中對配網(wǎng)設(shè)備進行現(xiàn)場核實和圖模數(shù)據(jù)治理，形成圖模治理和審核的閉環(huán)管理。

圖2 配電網(wǎng)專題圖自動優(yōu)化效果

3)交互與質(zhì)量雙管控。基于 “先試先行”原則，以信息交互總線為載體，建設(shè)營配調(diào)貫通的設(shè)備新投異動流程，如圖3所示。對已建有配電自動化主站系統(tǒng)的地市開展省地兩級全閉環(huán)管控，未建配電自動化主站系統(tǒng)地市基于省級配電自動化主站系統(tǒng)實現(xiàn)圖模審核與發(fā)布。開展配網(wǎng)圖模質(zhì)量分析，實現(xiàn)配網(wǎng)圖模在線交互、數(shù)據(jù)質(zhì)量指標統(tǒng)計和可視化展示，對設(shè)備異動流程的各環(huán)節(jié)狀態(tài)、異動數(shù)據(jù)流程進行有效溯源和實時監(jiān)控，圍繞省-市-縣-所四級考核體系，加強設(shè)備異動流程及時性和流程閉環(huán)水平管控。同時，編制下發(fā) 《配電網(wǎng)圖模異動管理方法》《基于PMS2.0的配電網(wǎng)設(shè)備異動操作手冊》。

4)源端維護，抓關(guān)鍵問題。突出配網(wǎng)圖模源端維護及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要性，深入分析配網(wǎng)圖模建設(shè)現(xiàn)狀以及圖模實用化需求，推動各專業(yè)統(tǒng)一思想，協(xié)調(diào)營配調(diào)相關(guān)部門，綜合湖南電網(wǎng)網(wǎng)架特征，共同制定實用化圖形布局規(guī)范，開展模型校核和圖形自動優(yōu)化工作，確保圖模 “源端唯一、全局共享”。同時以故障綜合研判應(yīng)用水平為抓手，對基于模型拓撲開展故障區(qū)域快速定位水平較低的單位開展問題分析，提高基層單位對治理工作的認知水平和工作效率。

圖3 配電網(wǎng)圖模異動在線交互流程

2 建設(shè)成效

配網(wǎng)圖模治理和設(shè)備新投異動在線流程的建立，從本質(zhì)上改變了 “人工制圖、線下審核”的傳統(tǒng)工作方式，實現(xiàn)公司范圍內(nèi)配電網(wǎng) “一張圖、一張網(wǎng)”，是快速實現(xiàn)全省配電網(wǎng)可觀可測，增強配電網(wǎng)故障快速響應(yīng)能力的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1)配網(wǎng)圖模數(shù)據(jù)質(zhì)量顯著提升。國網(wǎng)湖南電力有限公司自2018年3月開始，采用集中辦公與周報進度管控相結(jié)合的方式組織開展全省圖模校驗和治理工作，數(shù)據(jù)完整率由32.33%提升至98.21%，數(shù)據(jù)規(guī)范率由23.13%提升至99.31%，圖模一致率由27.72%提升至97.76%，如圖4所示。通過與PMS2.0系統(tǒng)和配電自動化系統(tǒng)的集成應(yīng)用，實現(xiàn)設(shè)備異動流程在線管理。目前湖南長沙城區(qū)1 291條線路新投異動實現(xiàn)全閉環(huán)流轉(zhuǎn)，其他地市營配調(diào)專業(yè)正協(xié)同開展圖實相符普查工作。

圖4 配電網(wǎng)圖模數(shù)據(jù)各分項指標統(tǒng)計

2)饋線自動化應(yīng)用。支撐各地市獨立配電自動化系統(tǒng) (湖南為長沙、株洲、湘潭和衡陽4個地市)饋線自動化應(yīng)用，基于電氣拓撲實現(xiàn)配網(wǎng)運行故障定位、故障隔離和自動恢復(fù)。目前，長沙城區(qū)1 291條線路實現(xiàn)100%源端維護，均已投入半閉環(huán)饋線自動化，截至2019年6月，全自動饋線自動化累計動作83次，累計轉(zhuǎn)供用戶72 885戶，縮短非故障停電時長91 471時戶數(shù)。

3)故障綜合研判應(yīng)用。支撐省級配電自動化系統(tǒng)綜合故障研判應(yīng)用，快速完成故障區(qū)域和影響范圍分析，形成以配網(wǎng)專題圖、電網(wǎng)GIS為雙入口的停電事件和設(shè)備狀態(tài)可視化監(jiān)控手段。目前省級配電自動化系統(tǒng)累計完成11 339條饋線初始化，掛接故障指示器、DTU(Distribution terminal unit，站所終端)和FTU(Feeder terminal unit，饋線終端)17 216套，整體覆蓋率49%，自2018年11月省級配電自動化系統(tǒng)上線以來，累計捕捉故障1 852起，定位準確率90.11%，有效減輕了基層班組故障巡線壓力，縮短了故障定位時間。

4)供電服務(wù)指揮應(yīng)用。支撐供電服務(wù)指揮系統(tǒng)主動服務(wù)和主動搶修，如圖5所示，綜合上游變電站、下游配網(wǎng)臺區(qū)停電事件，精準定位停電區(qū)域和影響用戶，提高故障響應(yīng)和主動服務(wù)水平，減少故障停電時間，提升優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平。目前湖南供電服務(wù)指揮中心建立 “四入口”工單報修機制，基于省級配電自動化系統(tǒng)研判定位的精準故障區(qū)域，供服主動工單平均時長已縮短至5 min之內(nèi)。

圖5 供電服務(wù)指揮系統(tǒng)停電分析到戶應(yīng)用

3 小結(jié)

圖模是配電網(wǎng)精益化管理的基礎(chǔ)，通過開展統(tǒng)一信息模型建設(shè)和一年多的圖模數(shù)據(jù)治理，全省圖模數(shù)據(jù)完整率、規(guī)范率、一致率等顯著提升，治理完成率超過98%，基本滿足實用化應(yīng)用條件。通過PMS2.0系統(tǒng)與配電自動化系統(tǒng)的集成應(yīng)用，實現(xiàn)標準圖模靜態(tài)數(shù)據(jù)和配網(wǎng)動態(tài)量測數(shù)據(jù)及告警信息的匯集，逐步形成 “全網(wǎng)一張圖”，支撐公司饋線自動化、故障綜合研判、供電服務(wù)指揮等泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)及應(yīng)用，有效提高配電網(wǎng)故障處理效率和優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平。