基于GID的智能化數據平臺分析

金瑤，管荑，肖靜

（1.國網山東省電力公司經濟技術研究院，濟南250012；2.國網山東省電力公司，濟南250001；3.國網山東省電力公司檢修公司，濟南250014）

基于GID的智能化數據平臺分析

金瑤1，管荑2，肖靜3

（1.國網山東省電力公司經濟技術研究院，濟南250012；2.國網山東省電力公司，濟南250001；3.國網山東省電力公司檢修公司，濟南250014）

新一代智能化變電站系統具備變電站運行優化控制、變電站設備狀態檢修決策支持、設備故障診斷、智能告警等功能。這些功能的實現需要有效、準確、綜合考慮變電站各種數據。結合相關最新國際標準，研究通用模型協調，并結合非標準設備適配網關研究，構建高性能變電站綜合數據服務平臺，實現部分智能化應用和CIM/GID服務于遠方調度主站系統。所述成果能夠提高變電站的運行效率，降低運維成本，提高運行安全可靠性，有助于推進新一代智能化變電站的建設，具有可觀的社會經濟效益。

智能變電站；數據平臺；GID

0 引言

變電站是構成電網的樞紐環節，變電站智能化是建設智能電網的基本要求，也是智能電網的重要組成部分。近年來，國家電網公司推行建設新一代智能變電站，變電站將會沿著設備信息數字化、功能集成化、結構緊湊化、檢修狀態化的方向繼續前進，這要求底層數據服務平臺的標準化、模型化、統一化要達到更高的標準。

數字化、自動化與互操作化是新一代智能變電站的基礎要求，近年來，國家電網公司已經在基于IEC 61850的數字化變電站的研究、開發及建設方面取得了非常可觀的進展，一些基本符合IEC 61850規范要求的數字化變電站業已投入運行，關于智能變電站的研究正在向縱深發展。

新一代智能化變電站系統具備變電站運行優化控制、變電站設備狀態檢修決策支持、設備故障診斷、智能告警等功能。這些功能的實現需要有效、準確、綜合考慮變電站各種數據。到目前為止，國內電網在基于IEC 61850的站內一、二次設備數字化與局部數據的互操作性研究方面有了較大進展，但在變電站數據的全面有效整合和綜合運用方面仍處于剛剛起步階段，尚有大量關鍵技術需要研究和突破。

結合相關最新國際標準，首先進行通用模型的協調研究，在此基礎上，結合IEC 61970/IEC 61850及IEC 61850/非標準設備適配網關的研究，構建高性能變電站綜合數據服務平臺，并在此基礎上研究實現了部分智能化應用，同時以CIM/GID（標準化信息模型/數據操作接口）服務于遠方調度主站系統。

1 通用信息模型設計、擴展與模型協調

1.1 模型設計與擴展

國家電網公司下發的針對新一代智能變電站相關技術文件中要求：應具有全站信息數字化、信息共享標準化、通信平臺網絡化、系統功能集成化、結構設計緊湊化、高壓設備智能化和運行狀態可視化等技術特征。并應符合易擴展、易升級、易改造、易維護的工業化應用要求。以國際現行較為通用的IEC 61850為基礎，設計整個新一代智能變電站的信息模型，以保證模型的通用性與統一性，同時遵循IEC 61970 CIM的原則進行擴展［1］。

1.2 語義模型協調

IEC 61850配置模型數據的文件格式是SCL（變電站配置描述語言），它定義了集合元素和屬性的XML文件形式，包含了運行時需要所有IED的數據信息。

1.3 配置模型協調

從IEC 61850配置中創建CIM模型的能力和從CIM模型中創建61850配置是成功進行標準集成化的必要因素。信息模型一致性需要處理信息的3個層次，如圖1所示。需要處理的第一個層次是描述怎樣使CIM和61850語義相關起來，這叫做“語義建立階段”；第二個層次是實際部署系統的配置，為了實際的運行，這要求所有相關信息都要建立起來；第三個層次是運行模型［2］。

圖1 信息模型一致性

2 標準化綜合數據服務平臺

將構建面向新一代智能變電站的綜合數據服務平臺，以提供標準化的數據服務。該平臺將變電站內所有的數據進行整合，利用CIM和GID向數據應用者高效提供該變電站全景數據視圖。如圖2所示，變電站基礎屬性數據、實時監測數據斷面、歷史數據、電網基礎數據、設備狀態監測數據、環境監測數據、圖像或多媒體數據、二次系統監測數據等各種變電站數據均被綜合數據服務平臺整合，并向數據應用者（調度端主站系統或當地應用）提供標準的CIM/GID服務［3］。

圖2 變電站智能化綜合數據服務平臺

3 適配網關

3.1 IEC 61970/IEC 61850適配網關

IEC 61970/IEC 61850適配網關置于變電站內部，用于實現在站內完成IEC 61850與IEC 61970數據之間的轉換［4］。網關的作用如圖3所示，網關的內部工作原理如圖4所示。

圖3 IEC 61970/IEC 61850適配網關的作用

圖4 IEC 61970/IEC 61850適配網關內部結構

3.2 IEC 61850/非標準智能設備適配網關

要實現IEC 61850/非標準智能設備適配網關，首先要對現有的非標準智能裝置進行建模。非標準智能裝置大多沒有明確清晰的信息模型，可參照IEC 61850 7-3 CDC和IEC 61850 7-4 LN的定義，將這些裝置提供的信息與標準信息對應，實現模型標準化建模。

網關不但要建立信息模型，還要進行接口的適配。非標準智能裝置大多沒有為應用定義明確的編程接口，只是在通信層進行了定義，這些裝置使用的通信規約大多以IEC 60870 5-103為基礎，做了修改和擴充。要實現與裝置的通信，必須要針對每一種通信規約變體，開發相應的規約適配模塊。

此外，適配網關可以進一步實現OPC UA協議轉換，以提供標準化接口調用。

3.3 統一信息采集

設備適配網關服務是變電站和上級主站通信的橋梁。它主要具有運行時模型協調功能和服務接口轉換功能。

運行時模型協調主要是指從IEC 61850測量模型到CIM的映射機制。除了類的邏輯關系和計數寄存器，還有字符串定義和離散值（枚舉值和布爾值）。為了分析兩種測量模型，需要檢查IEC 61850的CDCs（公共數據類型），并且與CIM測量模型比較它們的屬性和結構。在IEC 61850中，測量按照一定的數量和關系條件進行分組，組合在一起的測量通常具有共享相同特性、測量同一物理位置、測量同時等特征。

接口轉換功能是將變電站內的智能電子設備（IED）所使用的ACSI接口轉換為智能變電站數據平臺所使用的GID接口，讓變電站設備可以訪問到數據平臺的電網模型信息，也使得數據服務平臺可以獲取變電站自動化系統所提供的實時監測數據和歷史檢測數據。

4 基于綜合數據平臺的部分智能化應用

4.1 故障綜合分析與決策

當變電站系統發生故障時，迅速確定故障原因、性質、位置，能夠大大減少故障損失和系統恢復時間。故障診斷非常復雜，包括電網故障診斷、一次設備故障診斷、二次設備故障診斷。實現正確的故障診斷需要綜合有效信息的支持，包括故障錄波信息、保護動作信息、環境狀態信息、視頻圖像、設備狀態監測等。基于綜合數據信息實施故障診斷的原理如圖5所示。

變壓器故障診斷。僅僅根據變壓器油色譜的數據，只能得出變壓器基本的故障類型。要對變壓器進行詳細而準確的診斷，必須綜合各種信息，如：油色譜信息，油壓、油位、油溫信息，電氣、化學試驗結果和運行檢修史。同時將各類信息的關系以及分析判斷的結果進行整合，把各類信息邏輯相關的顯示給運行人員，以方便查閱，對變壓器的整體狀況進行分析，及時對其進行診斷和維修［5］。

圖5 實施變電站故障診斷的原理

斷路器故障診斷。從實時數據庫中獲得波形采樣數據及斷路器的基本狀態量，然后對采樣文件進行分析，得到特征參量。例如，從斷路器合閘線圈電流采樣數據中，可分析出線圈出現電流時刻、線圈電流消失時刻、線圈電流最大值、出現線圈電流最大值的時刻、線圈電流有效值等。獲得波形的關鍵信息后，根據Dempster合成原理，結合專家知識庫，對斷路器故障做出診斷分析［6］。

關于線路故障診斷。基于故障錄波數據、可實現故障性質、故障類型、故障距離等的分析計算。

關于綜合分析決策支持。基于綜合數據服務平臺及上述故障診斷方法，系統可最終給出故障處理的決策方案，輔助操作人員快速準確理故障。

4.2 智能告警

智能告警實現對一、二次信息進行在線故障診斷、處理，支持網絡智能分析，分項、分類對收集的告警信息進行壓縮和管理，針對“三集五大”體系不同需求制定告警方案，利用直觀的方式提供全方位告警提示并輔助決策，為電網安全經濟運行提供技術支撐［7］。

系統可及時響應設備故障，并及時預計報警。響應范圍包括運行異常告警、二次設備異常告警等，并對報警原因進行智能推理，及時提供給使用者可能的故障原因，提供完備的告警顯示與控制界面并對故障信息管理。

5 結語

新一代智能化變電站數據信息服務領域建設的最終目標是實現站內設備之間的互操作和整個變電站系統的數據整合。對新一代智能化變電站的數據服務建設方面進行研究，最終全面實現變電站系統的數據整合及智能化應用。分別針對IEC 61850或非標準的一般智能裝置實現面向整個變電站系統的數據整合，服務于遠方調度主站系統或智能化應用，研究成果包含能夠實現變電站智能化的基礎性技術和應用技術。所述分析及設計研究尚未推廣應用于實踐，其研究成果將在后續應用中繼續改進。

［1］周波曦，孟昭勇，王志臣，等.基于CIM的變電站與配電饋線一次接線圖自動繪制算法［J］.電力系統自動化，2012，36（11）：77-81.

［2］劉兆田，葛立青，楊凡.基于CIM的通用數據服務在智能變電站中的應用［J］.電力信息化，2012（9）：85-88.

［3］白建社，江秀臣，薛鈞義.變電站自動化系統通用數據服務軟件平臺研究［J］.電力系統及其自動化學報，2004，16（3）：5-8，16.

［4］易妍，范輝，顧雪平.智能變電站一體化信息支撐平臺構建分析［J］.河北電力技術，2013（1）：10-13.

［5］彭飄.基于根本原因法的智能變電站故障診斷模型的研究［D］.廣州：華南理工大學，2011.

［6］崔法聚.基于集控中心的電力系統警報處理故障診斷研究［D］.廣州：華南理工大學，2012.

［7］宋璇坤，劉穎，孫佳，等.新一代智能變電站一體化信息平臺設計［J］.電力建設，2013，34（9）：21-25.

Analysis of the Intelligent Data Platform Based on GID

JIN Yao1，GUAN Ti2，XIAO Jing3
（1.Economic&Technology Research Institute，State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250012，China；2.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China；3.State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250014，China）

The new generation intelligent substation system should have functions of operation optimization control，decision support of equipment state maintenance，equipment fault diagnosis and intelligent alarm.Realization of these functions requires accurate，effective and comprehensive consideration of various data of the substation.Combined with the latest relevant international standards，general model of coordination is studied.Combined with the research of non-standard equipment adapter gateway，the integrated data service platform of high performance substation is constructed.Part of intelligent applications and CIM/GID services for the remote dispatch master station system are realized.The results can be used to improve the operation efficiency of substations，reduce maintenance cost，improve the operation safety and reliability，and help to promote the construction of new generation intelligent substations.The results have considerable social and economic benefits.

intelligent substation；data platform；GID

TM732

A

1007－9904（2015）02－0032－04

2014-10-20

金瑤（1976），女，高級工程師，從事電力系統繼電保護和電網調度自動化相關工作；

管荑（1979），女，高級工程師，從事電網調度自動化相關工作；

肖靜（1978），女，高級工程師，從事電網調度自動化相關工作。