IEC61970／IEC61968信息模型拓展及在配網中應用

黎燦兵，杜 力，曹一家，吳春陽，程子霞

（1.鄭州大學電氣工程學院，鄭州 450001；2.湖南大學電氣與信息工程學院，長沙 410082）

隨著電力系統自動化、信息化的推進，不同支撐環境或不同廠家的軟硬件產品組成的異構電力信息系統的接口標準化顯得尤為重要。IEC61970／IEC61968系列標準是指導電力信息系統建立統一數據模型和交換信息的標準［1，2］。目前該系列標準在電力系統中取得了廣泛的應用，研究人員設計和開發了大量符合IEC標準的信息系統，如能量管理系統［3，4］、監控和數據采集系統［5，6］、配電管理系統［7，8］，電力設備故障診斷和檢修系統［9］；文獻［10］提出了一種在電力調度中心分步建設統一數據平臺的解決方案。IEC61970／IEC61968系列標準主要是對電網設備臺賬和組件接口標準化，目前仍沒有針對配網項目數據的相關標準，配網規劃和大修技改中存在重復投資現象沒有得到很好的解決；配網規劃環節難以實現數據標準化，也難以將全壽命周期管理拓展到規劃環節。

資產全壽命周期管理是指對資產從采購、分配、使用、運營維護到報廢等全壽命過程進行計劃、組織、協調和控制，向資產管理人員提供智能決策支持。電網企業開展資產全壽命周期管理可以及時準確的掌握資產的變化，提高資產利用率和管理水平。大量文獻從多個角度研究了全壽命周期管理理論在配網中的應用，文獻［11，12］從設備壽命周期費用的角度進行了相關研究；文獻［13］研究了電力企業資產管理系統的設計與實現；文獻［14］研究了變電設備壽命周期費用控制問題。這些研究為全壽命周期管理在配網中的應用提供了有益的借鑒，但未與配網項目管理相聯系。

與主網相比，配網具有鮮明的特征，如固定資產種類多、數量大；覆蓋范圍廣，運行方式調整頻繁，管理相對分散；設備更新換代速度較快等。配網的特殊性還在于其資產全壽命周期管理，面臨更復雜的環境，更復雜的工況，實現難度更大。因此配網項目更需要數據標準化，接口規范化，更有效地實現配網設備的全壽命周期管理。

本文依據IEC61970／IEC61968的原則，拓展其信息標準化模型，提出標準化的配網項目數據結構，將配網設備全壽命周期管理拓展到規劃環節；研究了配網項目數據標準化在配網項目立項審核過程中的應用，提出配網項目關聯度評估模型，評估不同項目的關聯程度，輔助管理人員判斷待立項目的可行性，避免重疊立項，提高投資效率。本文主要研究中低壓配網的數據標準化。

1 重疊立項現象

在實際的配網資產管理中，某一個問題或者相似問題可能在極短的時間內被重疊立項改造或者新建，原因如下。

（1）配網設備種類多，數量大，分布廣，資產管理難度大。這些特點客觀上給固定資產管理工作帶來了不便，降低各資產管理部門信息共享程度，增加了信息檢索難度。

（2）基礎數據多頭維護。我國很多地區的供電公司資產管理處于分散管理狀態，規劃、建設（工程）、生產技術、工區等各部門均對配網資產有一定的管理權限，各部門的管理側重點也有所不同，基礎數據的一致性和準確性難以保證。因此，導致各部門之間信息溝通不暢，產生重疊立項現象。

（3）配網單個設備價值較小，升級、改造的工作量較小，所以一個配網項目往往包含對多個設備的升級、改造。如一個項目可能是“配變1、配變2等十二臺老舊配變更換”，另一個項目可能是“某饋線第五桿塔后的老舊設備改造”。雖然兩個項目整體重合的可能性很小，但不同項目中，部分工作內容重疊則頻繁發生，尤其是在經濟比較發達的地區。

（4）配網立項的關聯性難以判斷。目前配網項目數據沒有結構化存儲和管理，仍然以文本方式存儲、管理，難以高效檢索各項目之間是否存在關聯，導致配網中頻繁出現重疊立項。很多配網企業在立項時沒有建立起項目與設備或者用戶的關聯關系，各職能部門在立項時無法通過資產管理系統查詢已立項目所涉及的設備或者用戶，因而無法判斷項目之間的關聯性，可能造成重疊立項。

配網管理中重疊立項的根本原因是供電公司沒有全面推行配網資產全壽命周期管理，對配網規劃環節缺乏有效管理。

2 配網項目數據標準化

2.1 數據存儲

IEC61970／IEC61968通過類、對象和屬性以及它們之間的關系來表示電力資源，運用統一建模語言UML（unified modeling language）定義電力工業主要對象的公共類、屬性及對象間的關系。統一數據結構的配網設備數據為配網項目數據標準化提供了重要保證。

配網規模大、設備多的特點決定了其與主網相比項目極多。因此將配網項目數據標準化，采用統一規范的接口，能更高效地實現設備的全壽命周期管理。本文提出基于IEC61970／IEC61968標準的配網項目數據標準化方法，按照面向對象的思想，定義配網項目的數據結構，實現項目數據的標準化。

在信息管理系統中，配網項目數據應采用標準化存儲，而不應采用文字描述的方式存儲。項目標準化存儲具有以下優點：

（1）便于從數據庫中搜索相關項目，避免重疊立項。標準化存儲便于決策人員根據關鍵字搜索相關項目，如果只使用文字進行項目描述，則從項目庫中搜索項目的效率比較低。

（2）便于配網項目按照相關指標管理。標準化存儲有利于通過指標計算將項目歸類，如是否屬于解決過載等。

（3）便于實現配網的規劃立項與現有設備管理的對接，將全壽命周期管理拓展到規劃階段。

2.2 數據結構

本文提出的標準化數據主要用類和對象描述。類是靜態的，其存在、語義和關系在程序執行前已定義好；而對象是動態的，在程序執行時可以動態的創建和刪除。

一個配網項目，可能包含的工作內容的數據可以分為土建類、新增設備類、技術改造類、擴建類、維修類等5大類。按照面向對象的思想考慮，就是將配網項目定義為一個類，包含上述5個子類，在一個項目中，某些子類可能沒有實例（對象），也可能有多個實例（對象）。各個子類都有對應的屬性，不同項目中子類的屬性會有所不同。其關系可以用圖1來描述。

圖1 標準化配網項目數據的構成Fig.1 Composition of standardized distribution network project data

（1）土建類

配網項目可能包含土建類的一些工作，如管網建設、配電房建設等。土建類項目可分為三種：點類型、線類型和面類型。點類型的土建項目具有點分布特征，如配電房等；線類型描述的土建類項目客體具有直線特征，如管網工程中的管道設施等；面類型包括點類型和線類型，是對大規模土建項目的描述，如新建變電站。土建類的描述屬性一般包括建設地點、建筑面積、投資主體、預計開工時間、驗收時間和投資費用等。

（2）新增設備類

新增設備類包括新增箱式配電變壓器、環網柜、開關等對象，需要記錄新增設備的時間、地點、擬設立的設備ID以及設備技術參數，如配變需要記錄額定容量、額定電流、型號等；開關需要記錄型號、開斷電流等。

（3）技術改造類

技術改造類是對原有設備進行升級改造的抽象，如將原有架空線路改造成電纜。技術改造類需要記錄的信息包括替換前后的設備信息、技術改造的內容等。

（4）擴建類

根據負荷增長和配網供電可靠性要求，對原有配電設施進行擴容，如增加配電變壓器、大容量導線等。擴建類需要記錄擴建設備的時間、地點以及擬設立的設備ID等，另外還需要根據不同設備記錄其設備屬性和被替換設備的設備ID等。

（5）維修類

維修類需要記錄設備維修時間、維修設備的ID、維修工作的文字描述、維修前后設備屬性變化情況等。

3 配網項目關聯度綜合評估模型

3.1 基礎數據

如圖1所示，配網項目的基礎數據包括項目工作時間（U1）、項目涉及用戶（U2）、項目工作內容（U3）三大項，其中項目工作內容可繼續分為若干子項。本文將根據這3個方面的數據來評估不同項目的關聯度（U），即有

（1）項目工作時間（U1）

在不同時間，配網中可能會對同一設備或面向同一用戶立項檢修或改造，所以即使在同一個地點、同一個設備、面向同一個用戶，如果待立項目與已立項目批準時間間隔一定年限，即使項目關聯度較高，也應允許立項；如果間隔時間較短，則對同一設備或用戶立項時，項目的關聯度就較高。

（2）項目涉及用戶（U2）

配網直接聯系著用戶，在配網管理系統中，可以通過地理信息系統GIS（geographic information system）大中用戶分布圖來查詢各類用戶的地理位置、用戶編碼、用戶檔案及用電量等相關數據。

（3）項目工作內容（U3）

如圖1所示，工作內容的數據可分為5大類。配網項目是針對其中的設備實施的，項目工作內容可以從項目涉及設備（U31）和項目實施地點（U32）兩個方面來評估。配網涉及的設備主要包括變電站、開閉所、線路（包括電纜）、桿塔、變壓器、配電箱、開關等。配網GIS中為各類配網設備設計了不同的沿布圖，可在不同圖層上查詢到相關設備的名稱、編碼等相關信息。配網項目中的大量對象都是點對象（如開關、桿塔、配變等）、線對象（如電纜、架空線等）或面對象（如變電站、配變臺區等）。配網設備的地點可以通過GIS來查詢，設備地點分上述3類來處理。對于點對象，忽略實際占地面積，在地理分布圖上以經度和緯度組成的坐標（x，y）來表示，比如，可通過配網桿塔分布圖查詢各桿塔的位置；對于線對象，它們是以多個點（折線）的形式存在，比如，可通過配網線路沿布圖查詢不同線路的走向及地理坐標；對于面對象，要考慮占地面積，因為一個區域的內部可能包含具有相對位置關系的多個其它對象，這類對象在圖上以首尾重合的n個點組成的多邊形存在。

以上三方面數據是評估不同項目之間關聯度的基礎數據，可以完整地描述一個配網項目擬解決的問題。對評估項目關聯度，三者缺一不可。

3.2 分項關聯度評估

本文采用模糊多屬性決策的方法對不同項目的基礎數據U1、U2、U3進行分項關聯度評估。

（1）項目工作時間（U1）

若待立項目工作時間與已立項目工作時間間隔t大于設定值t0，則不論項目涉及用戶及工作內容關聯度大小，都認為這兩個項目整體的關聯度為0；若t≤t0，則要根據項目涉及用戶以及工作內容的關聯度來綜合判斷兩個項目的關聯度。兩個項目的時間關聯度函數可表示為

不同地區電力需求增長的速度不同，配網規劃、改造的速度也有所不同，所以t0的取值也應隨著地點的不同有所區別。

（2）項目涉及用戶（U2）

首先確定待立項目涉及的主要用戶。設主要用戶數為s，計算出這s個用戶的日最大負荷之和，然后將已選定用戶的用戶編碼和已立項目涉及到的用戶向比較，將編碼相同的用戶的日最大負荷Pmax相加，則兩個項目涉及用戶的關聯度模糊函數可表示為

式中：l為兩個項目相同用戶總數；s為選定的用戶總數；Pmax，i為第i個用戶的日最大負荷。

（3）項目工作內容（U3）

對項目涉及設備評估時，首先確定待立項目涉及到的主要設備，設為t個，已立項目涉及到的主要設備為T個，將待立項目中已選定設備的編碼和已立項目設備編碼相比較，如果相同則計數一次，編碼相同的設備總數記為k，則兩個項目涉及設備的關聯度模糊函數可表示為

式中：k為兩個項目相同設備總數；t為待立項目涉及的設備數。

項目工作內容中增加新的設備，不會與已有項目中的設備重疊，所以設備地點的關聯度評估應針對涉及的已有設備。以下分點對象、線對象、面對象3種情況討論。

對點對象，已知其地理位置坐標，可計算兩個項目中任意兩個同類設備的距離為

設A、B兩個項目中某一類點對象的個數分別為m、n，則兩個項目中同類設備之間的距離可形成矩陣

記各行元素的平均值為dave，i（i＝1，2，…，m），則點對象的關聯度評估式為

式中：dave，i為點對象的平均距離；dmax為設定的最大距離，根據區域狀況設定。如，根據對南方某市配網項目的人工評估，在市區，距離200 m以上的項目，一般沒有重疊現象，可取值為200 m；郊區距離500 m以上的項目，一般沒有重疊現象。

式（7）表示，以距離作為評估關聯度的指標，若距離大于設定的最大距離，則兩個設備不相關；若距離小于設定值，距離越近，關聯度越大。

同類設備的綜合關聯度表示式為

分別計算各點對象核心設備的關聯度，求取平均值即可得到A、B兩個項目中該類設備的關聯度，即項目地點的關聯度。

對于線對象，按照從電源到用戶的方向按照長度均勻選取h個點，其中必須包括起點和終點。分別計算兩兩對應的點之間的距離，然后求其平均值，作為評估線對象關聯度的依據，關聯度函數同式（7）。對于面對象，主要是配變臺區，可計算臺區中配變的距離d，以此作為評估配變臺區關聯度的依據，關聯度評估函數同式（7）。

分別計算出各類設備地點的關聯度后，即可得出項目實施地點的關聯度U32。最后取U31和U32中較大者作為U3的值。

3.3 關聯度綜合評估

本節根據第3.2節得出的評估向量，綜合評估已報項目與待立項目的關聯度，篩選出與待立項目關聯度較高的項目，為進一步人工判斷項目可行性提供參考，輔助管理人員決策，以避免重疊立項。綜合評估模型如下。

設供電公司有p個配網項目，記為A＝｛A1，A2，…，Ap｝，另有一待申報項目A0。衡量關聯度的屬性向量為Λ＝｛U1，U2，U3｝，則待申報項目與各已申報項目的關聯度屬性值構成的向量為Λi＝｛Ui1，Ui2，Ui3｝（i＝1，2，…，p）。根據Λi，評估已報項目與待申報項目的關聯度公式為

式（9）表示，項目工作時間在綜合評估中具有最高優先級，若已報項目與待立項目時間間隔超過設定值t0，則二者關聯度為0；當時間間隔小于t0時，再根據項目涉及用戶及工作內容來評估關聯度，當其中一個指標屬性值較高時，就認為兩個項目的關聯度較高。

最后采用兩極比例方法［15］將定量指標轉化為定性指標，以此更直觀地反映兩個項目關聯度的大小，轉換方式如圖2所示。

圖2 定量指標向定性指標的轉換Fig.2 Conversion for quantitative index to qualitative one

3.4 應用分析

本文提出的項目關聯度評估模型可應用于配網項目申報和項目審核兩個環節，輔助項目管理人員決策，提高項目管理水平。

在項目申報環節，供電企業在申報配網規劃、改造項目時，填報后，可檢索申報項目與如下兩類項目的關聯度：

①已申報但未批準的項目；

②已申報且已批準的項目。原則上，若有項目已申報，但未批準，還允許申報；若已申報且已批準的項目與申報項目關聯度很高，則原則上不讓申報。

在立項審核環節，各部門、各崗位應該在共同的項目審核平臺上，批復配網規劃、改造項目。在審核一個項目時，檢索已有項目，避免重疊批準。通過申報和審核兩個環節把關，避免重疊立項，提高投資效率。

4 算例分析

4.1 配網項目數據標準化案例

根據前文所述配網數據標準化方法對某市新農村電氣化電網規劃項目中的數據標準化，該項目記為項目A。將項目A定義為一個類，其中項目工作內容包含了5個子類，即土建類、新增設備類、技術改造類、擴建類、維修類等子類。各個子類在該市新農村電氣化電網規劃項目中均有對應的屬性及實際的對象。如土建類，其基本屬性有：流水號、年度、項目資金、建設單位、項目編號、項目名稱、設計狀態、結算狀態、項目性質、資金來源、資金類型、送電時間等，通過多種屬性可較為清晰的描述該項目中的土建類子類。項目A中土建類的對象主要有新建開關房、新建聯絡線、新建桿塔、新建變電站、新建配變臺區等。其他子類不再一一贅述。項目數據標準化后的關系可用圖3表示。因項目中對象較多，圖3對同類對象僅舉一例，未全部列舉。

由圖3可看出，按面向對象思想將配網數據標準化，實現結構化存儲，便于項目管理人員根據關鍵字搜索項目，也有利于配網相關指標的計算，便于將配網全壽命周期管理推廣到規劃階段。

4.2 項目關聯度評估算例

設該市有一待申報項目B，其項目數據已根據本文提出的方法進行標準化，限于篇幅，數據本文不再列出。

本例中，項目時間間隔t0設為1 a，項目A與項目B時間間隔為6個月，故U1＝1。查詢用戶編號及最大功率，由式（3）計算得U2＝0.0657。對項目涉及設備評估時，首先查詢A、B項目中主要設備的編號，然后根據式（4）計算得U31＝0.0959。對于項目實施地點關聯度評估，以環網柜為例，先形成A、B兩個項目中環網柜距離矩陣D（單位：m）為

根據項目區域狀況選定dmax＝500 m，則各個環網柜可形成關聯度向量d＝［0.2470.1320.1040.208］T，環網柜的綜合關聯度r（di）＝0.173。其他設備的地點關聯度可根據同樣方法得出，經計算可得變壓器、柱上開關、線路、配變臺區等的關聯度分別為0.024、0.135、0.169、0.062。根據以上數據可得項目實施地點的關聯度U31＝0.108。最終可得U3＝0.108。

根據前文的綜合模型，得到待申報項目B與已報項目A的關聯度U＝0.108。根據圖2可知，A、B兩個項目關聯度低。

圖3 項目A的標準化數據Fig.3 Standardized data of project A

5 結語

本文研究了中低壓配網重疊立項現象及原因；拓展了IEC61970／IEC61968信息標準化模型，提出配網項目標準化的概念和配網項目數據標準化的方法；研究了標準化數據在配網項目立項審核過程中的應用，分析不同項目之間關聯度指標，采用關聯度綜合評估模型評估項目之間的關聯度。

本文提出的配網標準化數據結構和配網項目關聯度評估模型可有效篩選出與待立項目關聯度較高的項目，輔助管理人員決策，避免重疊立項。

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