泛在電力物聯(lián)輔控系統(tǒng)中的公共信息模型擴(kuò)展研究

胡洋 楊小凡 紀(jì)陵 滕國山

摘要：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)對智能變電站提出了新要求，輔控系統(tǒng)的公共信息模型擴(kuò)展研究是建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。IEC 61970中定義的公共信息模型（CIM，Common Information Model）不能為輔控系統(tǒng)進(jìn)行提供全面的模型支撐。該文基于IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的CIM基本擴(kuò)展原則，通過分析輔控系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展了輔控系統(tǒng)的公共信息模型，并給出了在實(shí)際工程實(shí)施中的交互流程。

關(guān)鍵詞：IEC 61970;泛在電力物聯(lián);輔控系統(tǒng);公共信息模型

中圖分類號：TP311 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）25-0036-03

2019年3月8日，國家電網(wǎng)有限公司泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)工作部署電視電話會(huì)議在京召開，對建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)做出全面部署安排。會(huì)上指出要全面推進(jìn)“三型兩網(wǎng)”建設(shè)，即建設(shè)樞紐型、平臺(tái)型、共享型企業(yè)，在堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)基礎(chǔ)上建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，共同構(gòu)成能源流、業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流“三流合一”的能源互聯(lián)網(wǎng)[1]。

目前變電站內(nèi)都部署遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，采集站內(nèi)數(shù)據(jù)并上送調(diào)度主站，但是在投運(yùn)前，需要有很大的對點(diǎn)工作量，并且在后期改擴(kuò)建的過程中，仍然需要重復(fù)前面的對點(diǎn)工作，以保證新增設(shè)備未影響前面的信號正常上送。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是要圍繞電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，充分應(yīng)用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，通過融通提供數(shù)據(jù)價(jià)值服務(wù)。由此可見再利用人工對點(diǎn)的方式已經(jīng)不能滿足泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的多設(shè)備、大數(shù)據(jù)量的特點(diǎn)，所以本文提出輔控系統(tǒng)公共信息模型來解決以上問題。

對于公共信息模型的研究，國內(nèi)外對其擴(kuò)展進(jìn)行了很多嘗試，提出了很多領(lǐng)域的公共信息模型擴(kuò)展的研究思路和方法。文獻(xiàn)[2]對智能變電站二次系統(tǒng)公共信息模型拓展進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了二次系統(tǒng)物理拓?fù)浣：鸵欢卧O(shè)備信息關(guān)聯(lián)，促進(jìn)了一二次系統(tǒng)信息融合，為一二次數(shù)據(jù)信息挖掘、設(shè)備協(xié)同故障診斷等技術(shù)研究奠定基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[3]擴(kuò)展了智能變電站繼電保護(hù)二次設(shè)備資源公共信息模型和繼電保護(hù)二次設(shè)備資產(chǎn)公共信息模型。文獻(xiàn)[4]研究了風(fēng)電場在公共信息模型中的結(jié)構(gòu)關(guān)系，建立了風(fēng)電場和風(fēng)機(jī)量測數(shù)據(jù)的CIM。文獻(xiàn)[5]通過分析輸電設(shè)備的全景信息建模需求，從設(shè)備的EPC編碼信息、資產(chǎn)基本信息、運(yùn)維過程信息、公共安全信息和在線監(jiān)測信息5個(gè)方面，建立了輸電設(shè)備的全景信息模型。文獻(xiàn)[6]以面向?qū)ο蠼y(tǒng)一建模理論為依據(jù)，詳細(xì)構(gòu)建了基于公共信息模型的電網(wǎng)信息模型，并對比了多種開發(fā)軟件，選取了Enterprise Architect軟件進(jìn)行電網(wǎng)信息模型的創(chuàng)建、修改和維護(hù)，最終通過實(shí)際現(xiàn)場進(jìn)行了模型交互驗(yàn)證。文獻(xiàn)[7]針對配電網(wǎng)的特性對CIM模型進(jìn)行了擴(kuò)展研究。

雖然國內(nèi)外對CIM 擴(kuò)展進(jìn)行了很多嘗試，也提出了很多領(lǐng)域的CIM 公共信息模型擴(kuò)展的研究思路和方法，但是在輔控系統(tǒng)方面，目前尚未有具體的公共信息模型，來支撐輔控系統(tǒng)的信息交互。

本文采用面向?qū)ο蟮慕Ｋ悸?，從泛在物?lián)輔控系統(tǒng)的物理構(gòu)成以及設(shè)備運(yùn)維管理應(yīng)用需求等角度進(jìn)行了剖析，在現(xiàn)有的CIM模型上，擴(kuò)展泛在電力物聯(lián)輔控系統(tǒng)公共信息模型，為實(shí)現(xiàn)泛在物聯(lián)智慧變電站的建設(shè)奠定模型基礎(chǔ)。

1 輔控系統(tǒng)

輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)在變電站部署，集成了變電站在線監(jiān)測、巡檢機(jī)器人、視頻監(jiān)控、消防、安全防范、環(huán)境監(jiān)測、SF6監(jiān)測、照明控制、智能鎖控等子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輔助設(shè)備數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行監(jiān)視、操作控制、對時(shí)、權(quán)限、配置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表以及智能聯(lián)動(dòng)管理，為變電站綜合監(jiān)控提供輔助支撐的系統(tǒng)，簡稱輔控系統(tǒng)[8]。

其具體架構(gòu)如圖1所示。

輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)包括輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)、工作站、運(yùn)檢網(wǎng)關(guān)機(jī)、巡檢機(jī)器人主機(jī)、視頻監(jiān)控主機(jī)、就地模塊等主要設(shè)備。

輔助設(shè)備監(jiān)控主機(jī)部署在安全Ⅱ區(qū)，按DL/T860規(guī)范，接入Ⅱ區(qū)在線監(jiān)測、消防、安全防范、環(huán)境監(jiān)測、SF6監(jiān)測、照明控制、智能鎖控等輔助設(shè)備信息;通過防火墻接收Ⅰ區(qū)主設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)信息，并通過安全隔離裝置向Ⅳ區(qū)發(fā)送聯(lián)動(dòng)信息。

視頻監(jiān)控主機(jī)部署在Ⅳ區(qū)，接入Ⅳ區(qū)變電站工業(yè)攝像機(jī)視頻監(jiān)控信息，通過正向隔離裝置實(shí)現(xiàn)主、輔設(shè)備視頻聯(lián)動(dòng)。

巡檢機(jī)器人主機(jī)部署在Ⅳ區(qū)，通過安全接入模塊，接入變電站巡檢機(jī)器人信息。

輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)與輔助設(shè)備集中監(jiān)控系統(tǒng)之間，Ⅱ區(qū)部分通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息交互，Ⅳ區(qū)部分通過綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息交互。

2 輔控系統(tǒng)CIM拓展

2.1 拓展原則

根據(jù)IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的CIM基本擴(kuò)展原則，要最大可能的使用現(xiàn)有的CIM。在此基礎(chǔ)上，可以根據(jù)具體的使用領(lǐng)域，可以從簡單到復(fù)雜進(jìn)行考慮，進(jìn)行CIM擴(kuò)展[9]。

（1）向一個(gè)類已有的屬性中增加附加值;

（2）向已有的類中增加屬性;

（3）增加新的類，此類是已有類的特例;

（4）通過關(guān)聯(lián)向已有的類中增加新的類，并可以考慮將新增的類歸類到新的包中。

本文基于IEC 61970中原有的CIM包擴(kuò)展建立了輔控系統(tǒng)信息模型，所涉及的模型均在CIM-301內(nèi)擴(kuò)展。

2.2 ?輔控系統(tǒng)CIM建模

輔控系統(tǒng)是由輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、在線監(jiān)測、消防、安防、環(huán)境監(jiān)測、智能鎖控、照明控制等輔助設(shè)備構(gòu)成的一個(gè)完整的有機(jī)整體，輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)視、智能聯(lián)動(dòng)、配置管理等功能，其他輔助設(shè)備主要承擔(dān)對下的信號采集及聯(lián)動(dòng)執(zhí)行等操作。

IEC 61970的CIM定義了核心包（Core）中的Equipment設(shè)備類[10-14]，輔控設(shè)備可以作為Equipment設(shè)備類的子類，所以需要基于Equipment設(shè)備類對象派生出輔控設(shè)備的子類，派生出的對象有在線監(jiān)測裝置（OnlineMonitorDevice）、感煙探頭（SmokeProbe）、火災(zāi)報(bào)警器（FireAlarm）、滅火器（FireExtinguisher）、消火栓（FireHydrant）、電子圍欄（ElectronicFence）、紅外對射（InfraredBeam）、溫度傳感器（TemperatureSensor）、濕度傳感器（HumiditySensor）、風(fēng)速傳感器（WindSpeedSensor）、門禁控制器（AccessController）、門禁（DoorAccess）、照明控制器（IlluminatingController）、攝像頭（Camera）等輔控設(shè)備對象類。

輔助設(shè)備沒有電壓等級和間隔的概念，現(xiàn)有CIM模型中對Equipment設(shè)備類只有電壓等級和間隔的描述，但是對于輔控設(shè)備，需要知道的是其安裝位置和監(jiān)控區(qū)域，所以需要擴(kuò)展出這兩個(gè)類。

輔助設(shè)備除了需要了解設(shè)備的本身檢測信號外，還關(guān)心設(shè)備的型號、安裝方式、維保單位等信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線監(jiān)測信息、設(shè)備臺(tái)賬信息（含基本信息、技術(shù)參數(shù)、價(jià)值信息、運(yùn)維資料、大修技改、缺陷記錄、績效評價(jià)等七個(gè)維度）的記錄。

基于上述分析，采用面向?qū)ο蟮慕７椒?，基于Equipment設(shè)備類對象各輔控設(shè)備對象類，擴(kuò)展安裝位置和監(jiān)控區(qū)域?qū)傩?，?gòu)建輔控系統(tǒng)的公共信息模型，其CIM建模框圖如圖2所示。

其中：灰色框表示已有的類或基類，白色框表示新擴(kuò)展的類。

2.3 ?輔助設(shè)備及其組件建模

根據(jù)以上分析，可以定義出具體輔助設(shè)備的模型，模型應(yīng)具有以下特性：

（1）要有唯一編號，通過此唯一編號，貫穿不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，方便之后的運(yùn)檢業(yè)務(wù)的統(tǒng)一分析

（2）要確定所屬類別，用于劃定具體的業(yè)務(wù)子系統(tǒng)

（3）安裝位置和監(jiān)控區(qū)域

（4）臺(tái)賬信息

（5）自身屬性

以下給出門禁控制器的模型實(shí)例，如圖3所示。

2.4 ?輔控系統(tǒng)CIM實(shí)例

根據(jù)上述分析，可以設(shè)計(jì)出輔控系統(tǒng)CIM模型實(shí)例，如下所示。

@Num ?mRID ?name ?Parent ?P ?Q ?region_id

//序號 ?標(biāo)識 ?區(qū)域名 ?父區(qū)域標(biāo)識 ?總有功 ?總無功 ?模型所屬區(qū)域

# ?1 ?11371589075189 ?南京 ?NULL ?NULL ?NULL ?1

@Num ?mRID ?name ?pathName ?type ?ControlArea ?P ?Q ?x ?y ?i_flag ?mGdis_flag ? mUnXf_flag ?region_id

//序號 ?標(biāo)識 ?中文原名 ?標(biāo)準(zhǔn)帶路徑廠站全名 ?廠站類型 ?所屬區(qū)域標(biāo)識 ?總有功 ?總無功 ?廠站經(jīng)度 ?廠站緯度 ?電流量測標(biāo)識 ?地刀量測標(biāo)識 ?機(jī)組變壓器量測標(biāo)識 ?所屬系統(tǒng)區(qū)域

# ?1 ?3096224743817223 ?祿口變電站 ?南京. 祿口變電站 ?變電站 ?11371589075189 ?NULL ?NULL ?NULL ?NULL ?NULL ?NULL ?NULL ?1

@Num ?mRID ?type ?name ?mSubstaionLink

//序號 ?標(biāo)識 ?類型 中文原名 ?所屬變電站

# ?1 ?02121211231001 ?樓 ?一號小室 ?3096224743817223

# ?2 ?02121211231002 ?樓 ?二號小室 ? 3096224743817223

@Num ?mRID ?type ?name ?mBuildingLink

//序號 ?標(biāo)識 ?類型 ?中文原名 ?所屬建筑

# ?1 ?0212121123100101 ?樓 ?一層 02121211231001

# ?2 ?0212121123100201 ?樓 ?一層 02121211231002

@Num ?mRID ?type ?name ?mFloorLink

//序號 ?標(biāo)識 ?類型 中文原名 ?所屬樓層

# ?1 ?021212112310010101 ?小室 ?101室 0212121123100101

# ?2 ?021212112310010102 ?小室 ?102室 0212121123100101

@Num ?mRID ?name ?mFilePath

//序號 ?標(biāo)識 ?中文原名 ?文件路徑

# ?1 ?021212112310010101ACF01 ?臺(tái)賬信息 /date/document/accesscontroller.xml

@Num ?mRID ?type ?name ?mBuildingLink mFloorLink ?mRoomLink ?mDocument

//序號 ?標(biāo)識 ?類型 中文原名 所屬建筑 ?所屬樓層 ?所屬小室 ?所屬文件

# ?1 ?021212112310010101AC01 ?門禁控制器 ?一號小室門禁控制器 ?NULL ?NULL ?021212112310010101 ?021212112310010101ACF01

@Num ?mRID ?type ?name ?mDevice ?mIndex

//序號 ?標(biāo)識 ?信號物理數(shù)據(jù)屬性 ?中文原名 ?所屬設(shè)備 ?104點(diǎn)號

1 ?021212112310010101AC01D01S ?State ?南京市.祿口變電站/一號小室門禁控制器門1狀態(tài) ?021212112310010101AC01 ?241

3 輔控系統(tǒng)CIM交互

3.1 ?交互流程

主子站間交互分為模型傳輸和設(shè)備信息傳輸，其中模型采用文件方式定義，而后子站利用電力系統(tǒng)通用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議的文件服務(wù)，上送主站。待主站模型校驗(yàn)成功并生成主站數(shù)據(jù)庫，子站得到主站返回的成功結(jié)果，然后可以進(jìn)行設(shè)備信息的發(fā)送。具體交互流程如圖4所示。

3.2 ?通信方式

目前，變電站主子站間比較通用的通信方式為IEC 104規(guī)約，CIM模型文件可以通過104規(guī)約的文件傳輸服務(wù)交互，而后的設(shè)備信息可以利用104報(bào)文發(fā)送其點(diǎn)號來唯一標(biāo)識，具體的流程如圖5所示。

4 結(jié)束語

目前變電站中的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)完全依賴于站內(nèi)及調(diào)度對點(diǎn)工作，在投運(yùn)前工作量大。但是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備多、數(shù)據(jù)量大，已經(jīng)不能采用傳統(tǒng)的人工對點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)信號的核對工作，而且后期擴(kuò)展困難，需要重新驗(yàn)證前期的對點(diǎn)工作，不能滿足泛在物聯(lián)的智慧變電站發(fā)展要求?；谝陨戏治?，本文針對輔控系統(tǒng)，分析了輔控系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)和裝置構(gòu)成，并結(jié)合IEC 61970的CIM擴(kuò)展原則，擴(kuò)展了輔控系統(tǒng)的公共信息模型，給出了具體的實(shí)例，并分析了主子站間的交互流程，實(shí)現(xiàn)了輔控系統(tǒng)及其設(shè)備多維信息的統(tǒng)一建模和管理，為實(shí)現(xiàn)泛在物聯(lián)輔控系統(tǒng)的一體化建模和互操作奠定了一定的基礎(chǔ)。

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【通聯(lián)編輯：朱寶貴】