在建設(shè)電力綜合數(shù)據(jù)平臺方面，有不少研究提出的模型拼接方法在電力調(diào)及電力市場方面已取得了一定進(jìn)展。云技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用方面也取得了一定進(jìn)展。為了改善現(xiàn)有整定計(jì)算工作的現(xiàn)狀，本文提出采用電網(wǎng)模型拼接方法構(gòu)建整定計(jì)算統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺，同時(shí)充分利用云技術(shù)解決基于完整電網(wǎng)模型進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)效率低下的問題。

1 整定計(jì)算云的提出

    隨著電力行業(yè)的發(fā)展和電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，在繼電保護(hù)整定計(jì)算方面由于各電力公司都有自己的電網(wǎng)建模方式，各公司使用的整定計(jì)算軟件廠家不同，版本不同，創(chuàng)建出的模型、圖形或數(shù)據(jù)庫在結(jié)構(gòu)上存在很大的差異，形成一定程度的“信息孤島”，導(dǎo)致上下級及同級之間整定計(jì)算的信息共享和實(shí)現(xiàn)某種程度上的互操作變得非常困難。

    在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，系統(tǒng)的運(yùn)行方式是不斷變化的。進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)各單位之間相互影響采用邊界節(jié)點(diǎn)上簡單掛等值模型的方法，很難保證計(jì)算結(jié)果的正確性。外網(wǎng)模型的參數(shù)一旦算出通常固定不變，而實(shí)際外網(wǎng)的運(yùn)行方式經(jīng)常變化，采用傳統(tǒng)的邊界等值技術(shù)無法保證整定計(jì)算的準(zhǔn)確性。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷變化及全國聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，在整定計(jì)算一體化要求下，各單位不再只考慮相鄰單位發(fā)的等值，而是考慮大電網(wǎng)的詳細(xì)模型，這對計(jì)算速度和效率是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

    云技術(shù)能夠考慮大電網(wǎng)詳細(xì)模型的整定計(jì)算提供超級計(jì)算能力，并極大地提高電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理和交互能力。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心相比，基于云技術(shù)的整定計(jì)算數(shù)據(jù)中心不僅僅是一個(gè)硬件，而是一個(gè)由存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、公用訪問接口、應(yīng)用軟件、接入網(wǎng)和客戶端程序等多個(gè)部分組成的復(fù)雜系統(tǒng)。它以存儲設(shè)備為核心，通過應(yīng)用軟件對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)訪問服務(wù)。其結(jié)構(gòu)模型如圖1 所示，自下而上分別為存儲層、基礎(chǔ)管理層、應(yīng)用接口層和訪問層。

    其中，存儲層位于最底層是云存儲的基礎(chǔ)部分，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將各個(gè)物理存儲設(shè)備連接在一起。基礎(chǔ)管理層是云存儲的核心部分，實(shí)現(xiàn)云存儲系統(tǒng)中多個(gè)存儲設(shè)備之間的協(xié)同工作。應(yīng)用接口層是云存儲最靈活的部分，可以根據(jù)各級電網(wǎng)用戶的實(shí)際需求及其劃分的權(quán)限，提供不同的接口和服務(wù)。訪問層為各級電網(wǎng)提供電網(wǎng)拓?fù)浞治�、短路�?jì)算、離線整定、在線校核以及在線整定等服務(wù)任，何一個(gè)授權(quán)用戶都可以通過公用應(yīng)用接口登錄數(shù)據(jù)中心，享受云技術(shù)服務(wù)。

圖1 基于云技術(shù)的整定計(jì)算數(shù)據(jù)中心層次架構(gòu)

2 整定計(jì)算數(shù)據(jù)中心的搭建

    實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)模型拼接，構(gòu)建整定計(jì)算統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺，需要注意以下幾個(gè)方面：

    1） 統(tǒng)一全網(wǎng)設(shè)備命名規(guī)范。設(shè)備命名規(guī)則是模型拼接的關(guān)鍵，保證全網(wǎng)設(shè)備命名的全網(wǎng)唯一性，其目的是讓接收模型一方能辨別對方模型中的設(shè)備及其與本地模型的關(guān)系。

    2） 邊界電網(wǎng)建模分析。邊界電網(wǎng)部分會在不同區(qū)域或者不同級別的電網(wǎng)中重復(fù)建模，邊界部分在各單位的建模方式是不一樣的。例如，500 kV 邊界廠站在網(wǎng)調(diào)中建模見圖1，在省調(diào)中建模見圖2。

圖2 網(wǎng)調(diào)中500 kV 邊界廠站建模示意圖

圖3 省調(diào)中500 kV 邊界廠站建模示意圖

    電網(wǎng)模型拼接的前提在于弄清楚各級是如何等值表示邊界電網(wǎng)的。邊界電網(wǎng)部分在各單位重復(fù)建模，一般來說，按照調(diào)度管轄范圍劃分，500 kV 邊界廠站取網(wǎng)調(diào)模型，220 kV 邊界廠站取省調(diào)模型，110 kV 廠站取地調(diào)模型。

    3） 各單位導(dǎo)出的電網(wǎng)模型標(biāo)準(zhǔn)。由于各單位之間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，所以采用IEC 61970 的公共信息模型（Common Information Model，CIM）。CIM提供了一種用對象、類、屬性及他們之間的關(guān)系來表示電力系統(tǒng)資源的標(biāo)準(zhǔn)。各單位將自己管轄范圍內(nèi)的電網(wǎng)模型導(dǎo)出成CIM/XML 文件，用于描述電網(wǎng)包含的設(shè)備信息和設(shè)備之間的拓?fù)溥B接關(guān)系還包含設(shè)備臺賬（包括線路、變壓器、發(fā)電機(jī)、母線等詳細(xì)參數(shù)）、基本運(yùn)行方式、裝置整定計(jì)算模版、保護(hù)的整定計(jì)算原則等整定計(jì)算所需數(shù)據(jù)的載入拼接。

    4） 模型拼接的實(shí)現(xiàn)流程。拼接方法主要包含CIM/XML 文件解析；根據(jù)邊界信息進(jìn)行模型拆分、模型拼接；將拼接結(jié)果導(dǎo)入整定計(jì)算數(shù)據(jù)中心。

    根據(jù)調(diào)度邊界信息，依據(jù)CIM 模型表示連接關(guān)系的Terminal（端點(diǎn)）和Connectivity node（連接點(diǎn)）對模型進(jìn)行拆分后，將各模型中的等值模型信息裁掉，僅保留模型內(nèi)部信息，包括調(diào)度邊界、拆分后的邊界設(shè)備是各模型之間唯一的重疊信息。其中重疊信息的取舍由調(diào)度管轄范圍來確定。

    拆分后的邊界設(shè)備一端懸空，另一端連接內(nèi)部設(shè)備。將拆分后的各單位電網(wǎng)模型通過邊界設(shè)備信息連接起來，在邏輯上形成一個(gè)全電網(wǎng)的完整模型，如圖4 所示。

    通過模型的拆分/合并搭建整定計(jì)算數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)模型的拼接、拆分、上傳和下發(fā)；實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)整定計(jì)算模型和圖形的多公司交互；實(shí)現(xiàn)面向全電網(wǎng)的整定計(jì)算功能。

    5） 接口要求采用標(biāo)準(zhǔn)化的接口方法。實(shí)現(xiàn)模型拼接采用標(biāo)準(zhǔn)的組件接口規(guī)范（Common InterfaceSpecification, CIS）數(shù)據(jù)訪問接口方法以及擴(kuò)展接口方法，CIS 是在CIM 基礎(chǔ)上定義的，它定義了使用標(biāo)準(zhǔn)方式交換數(shù)據(jù)的途徑、所交換的內(nèi)容、以及用來在組件間交換數(shù)據(jù)的接口功能要求。

圖4 電網(wǎng)模型拼接后示意圖

3 整定計(jì)算數(shù)據(jù)中心管理

    基于云技術(shù)的整定計(jì)算數(shù)據(jù)中心的管理是基于基礎(chǔ)設(shè)施云的數(shù)據(jù)庫及其文件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以工程為單位的電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)的管理，數(shù)據(jù)包括設(shè)備元件參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮��?shù)、運(yùn)行方式參數(shù)等。整定計(jì)算工程可以為某個(gè)用戶私有，也可以為多個(gè)用戶共享。私有工程可用于研究或測試；多用戶共享的工程，可以實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和分級維護(hù)。

    數(shù)據(jù)管理包括數(shù)據(jù)維護(hù)、版本管理和日志管理等功能。數(shù)據(jù)維護(hù)提供數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)校核、數(shù)據(jù)拼接分割、數(shù)據(jù)比對等功能，是數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)和核心功能。數(shù)據(jù)編輯包括數(shù)據(jù)錄入、文件和數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入、不同數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)修改和保存、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等。數(shù)據(jù)校核包括電網(wǎng)模型規(guī)范性校核、唯一性校核、合理性校核、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)校核和平衡校核等，是提高數(shù)據(jù)正確率的有效手段。數(shù)據(jù)比對是對不同方式、不同時(shí)間條件下電網(wǎng)模型和參數(shù)進(jìn)行比較，是了解數(shù)據(jù)變化和查找問題的有效手段。版本管理是將修改后的數(shù)據(jù)按照時(shí)間和規(guī)則定期保存，形成一個(gè)個(gè)歷史版本，需要時(shí)可以隨時(shí)恢復(fù)到以前保存的版本，版本管理提高了數(shù)據(jù)可靠性。日志管理是將每一次用戶操作和數(shù)據(jù)變化都記錄在案，可以明確責(zé)任以及追溯數(shù)據(jù)修改歷史。

4 整定計(jì)算數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

    實(shí)現(xiàn)各區(qū)域完整的電網(wǎng)模型拼接后，整體電網(wǎng)龐大，節(jié)點(diǎn)眾多。繼電保護(hù)整定計(jì)算的計(jì)算機(jī)算法采用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣進(jìn)行大批量的故障短路電流計(jì)算，若加載全部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行故障計(jì)算，則計(jì)算速度緩慢，效率較低。因此，可以借鑒傳統(tǒng)的等值技術(shù)，對計(jì)算范圍之外的電網(wǎng)采用多點(diǎn)等值的方法，得到與實(shí)際完整電網(wǎng)等價(jià)的電網(wǎng)圖。

    各單位拼接成完整電網(wǎng)后，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)如圖5所示。進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)，可以采用多點(diǎn)等值技術(shù)將計(jì)算范圍之內(nèi)的節(jié)點(diǎn)為內(nèi)部節(jié)點(diǎn)和邊界節(jié)點(diǎn)，外部電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)為外部節(jié)點(diǎn)。內(nèi)部節(jié)點(diǎn)組成內(nèi)部區(qū)域I，邊界節(jié)點(diǎn)組成邊界區(qū)域B，外部節(jié)點(diǎn)也就是即將被等值掉的區(qū)域稱為被等值區(qū)域E。

圖5 實(shí)例網(wǎng)絡(luò)

    電網(wǎng)圖中，I 為內(nèi)部區(qū)域，E1、E2 均為外部電網(wǎng)構(gòu)成E，所有聯(lián)絡(luò)線就是邊界區(qū)域B，其中I 和B是要保留的區(qū)域，消去外部區(qū)域E。

    根據(jù)上文中對各區(qū)域的定義可以得到電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣如式（1）所示。其中電流為各節(jié)點(diǎn)電流的輸入值列向量，電壓為各節(jié)點(diǎn)的電壓列向量。

    由式（4）的意義可得聯(lián)絡(luò)線的值為：導(dǎo)納值 = 原來兩節(jié)點(diǎn)間的互導(dǎo)納 – 現(xiàn)在兩節(jié)點(diǎn)間的互導(dǎo)納。

    同樣可以求得外部系統(tǒng)的等值阻抗值為：導(dǎo)納值 = 現(xiàn)在自導(dǎo)納和所有互導(dǎo)納值的和 –原來自導(dǎo)納和所有互導(dǎo)納值的和。

    由上述計(jì)算可以得出，可以將如圖5 所示的實(shí)例電網(wǎng)等值為如圖6 所示的電網(wǎng)圖。

圖6 研究模型等值網(wǎng)絡(luò)

    在全網(wǎng)完整模型基礎(chǔ)上，進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)采用多點(diǎn)等值方法，既真實(shí)的反應(yīng)了全網(wǎng)，保證了計(jì)算的正確性，又大大縮小了研究模型的規(guī)模，使計(jì)算速度得到很大提高。

5 結(jié)語

    本文提出采用電網(wǎng)模型拼接方法構(gòu)建整定計(jì)算數(shù)據(jù)中心， 將各單位分散維護(hù)的電網(wǎng)模型拼接成全網(wǎng)完整的電網(wǎng)模型。利用云計(jì)算技術(shù)，建立全網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)范的整定計(jì)算數(shù)據(jù)中心，并對數(shù)據(jù)中心的管理進(jìn)行了分析研究�；�于此數(shù)據(jù)中心采用多點(diǎn)等值方案降低節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣規(guī)模，提高了整定計(jì)算的速度。

    基于云技術(shù)的整定計(jì)算數(shù)據(jù)中心的建設(shè)研究可推動繼電保護(hù)整定計(jì)算工作向廣域、全景、分布式、一體化發(fā)展。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

轉(zhuǎn)載請注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.ezxoed.cn/

本文標(biāo)題：基于云技術(shù)的整定計(jì)算數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建

本文網(wǎng)址：http://www.ezxoed.cn/html/consultation/1083969684.html