基于配電網統一信息模型的全網一張圖建設

張帝，朱吉然，唐海國，張志丹，齊飛，冷華

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

統一信息模型及模型化數據[1-2]是配電網數據融合的基礎和關鍵。由于缺乏統一、適用、兼容的信息模型標準[3]，各專業(yè)配電數據的私有化、差異化、異構化、碎片化問題突出，多源系統多元數據融合困難，進而導致配網數據質量參差不齊、難以評價和深化應用，具體表現為:

1)缺乏統一信息模型。各專業(yè)立足自身管理需求，基于私有模型自建業(yè)務系統，導致專業(yè)間業(yè)務流程和數據無法有效貫通共享[4]，營配調貫通未落到實處，無法支撐核心業(yè)務應用。

2)基礎數據質量不高。人工錄入問題普遍存在，圖實不符問題突出，缺乏嚴格高效的數據質量評估和管控手段[5-6]，基礎數據水平無法達到實用化要求。

3)圖模需求差異大?，F在系統圖模數據與實際業(yè)務應用需求差異大，各專業(yè)圖模應用需求不同，無法滿足跨專業(yè)的多業(yè)務、多場景、大規(guī)模應用需求。

4)實用化應用支撐不足。缺乏實用化應用支撐，現有數據質量和統推應用無法滿足實際業(yè)務需要，需求響應不足，無法形成數據支撐應用、通過應用驅動促進數據和業(yè)務提升的良性循環(huán)。

CIM(Common Information Model，通用信息模型)技術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]、圖模數庫一體化[12]等技術可支撐電網多個場景應用。為消除模型異構，提高信息交互能力，文獻 [13]提出異構公共信息模型的映射方案，并以此為基礎從數據層實現信息交互。應對配電網模型的頻繁變更和數據質量問題，文獻 [14]提出基于多態(tài)機制的未來態(tài)配電網模型管理方案，在獨立環(huán)境開展模型維護、接入和校驗，實現模型管理多源端、多用戶、自動化離線調試等需求。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系的配電網概念圖，通過動態(tài)模型抽取樹型/彈力布局過程，輔助進行配電網模型拓撲校核工作。相關研究工作和方法均給配電網圖模建設提供了有益經驗。

2019年，國家電網有限公司 “兩會”提出全面推進 “三型兩網”建設戰(zhàn)略，加快泛在電力物聯網建設。泛在電力物聯網建設目標是對內實現“數據一個源、電網一張圖、業(yè)務一條線”，對外廣泛連接內外部服務資源和服務需求，打造能源互聯網生態(tài)和新的利潤增長點?！霸炊宋ㄒ弧⑷止蚕怼钡膱D模數據，是實現泛在電力物聯網建設“業(yè)務協同、數據貫通”的關鍵環(huán)節(jié)，本文結合湖南電網實際，基于配電網統一信息模型，聚力開展配電網圖模建設，打造湖南電網 “一張圖、一張網”。

1 建設內容

1.1 總體思路

以配電網統一信息模型為基礎，以 “兩系統、一平臺”技術體系為原則，以 “1＋N”模式新一代配電自動化系統建設為抓手，為推動泛在電力物聯網建設在配電領域落地，全面開展設備新投異動流程和配電網圖模建設，建立設備模型、基礎臺賬共享、管控和應用深化機制，用統一信息模型將分散化、碎片化的數據進行關聯和約束，為各專業(yè)提供邏輯統一、主干清晰、層次分明的配電網全景模型，全面支撐綜合故障研判、供電服務指揮等核心業(yè)務建設。

1.2 建設主要內容

1)標準化建模。厘清全業(yè)務統一數據中心全域模型、分域模型、公共信息模型和配電網統一信息模型之間的關系[2]，以省級配電自動化主站為核心、配電網統一信息模型為基礎，對配電網設備資產模型、資源管理、網絡拓撲等進行統一建模，如圖1所示，構建基于 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，使之始終與配電網統一信息模型語義和語法保持一致。模塊功能覆蓋相關考核規(guī)范、配電自動化模型校驗規(guī)范要求，針對55類配網設備，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據質量治理。

圖1 配電網統一信息模型建設

2)專題圖優(yōu)化。根據電氣拓撲連接，對專題圖的節(jié)點設備 (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)化后的調度單線如圖2所示，按照調度實際應用需求，添加了配變容量、線路型號和長度等信息。同步建立營銷、運檢、調度部門配網圖模治理協作和溝通機制，確保營配調數據同源，按照 “誰主管、誰負責、誰維護”的原則，組成配網圖模治理工作小組，集中對配網設備進行現場核實和圖模數據治理，形成圖模治理和審核的閉環(huán)管理。

圖2 配電網專題圖自動優(yōu)化效果

3)交互與質量雙管控。基于 “先試先行”原則，以信息交互總線為載體，建設營配調貫通的設備新投異動流程，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地市基于省級配電自動化主站系統實現圖模審核與發(fā)布。開展配網圖模質量分析，實現配網圖模在線交互、數據質量指標統計和可視化展示，對設備異動流程的各環(huán)節(jié)狀態(tài)、異動數據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) 《配電網圖模異動管理方法》《基于PMS2.0的配電網設備異動操作手冊》。

4)源端維護，抓關鍵問題。突出配網圖模源端維護及基礎數據質量的重要性，深入分析配網圖模建設現狀以及圖模實用化需求，推動各專業(yè)統一思想，協調營配調相關部門，綜合湖南電網網架特征，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 配電網圖模異動在線交互流程

2 建設成效

配網圖模治理和設備新投異動在線流程的建立，從本質上改變了 “人工制圖、線下審核”的傳統工作方式，實現公司范圍內配電網 “一張圖、一張網”，是快速實現全省配電網可觀可測，增強配電網故障快速響應能力的數據基礎。

1)配網圖模數據質量顯著提升。國網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合的方式組織開展全省圖模校驗和治理工作，數據完整率由32.33%提升至98.21%，數據規(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系統和配電自動化系統的集成應用，實現設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全閉環(huán)流轉，其他地市營配調專業(yè)正協同開展圖實相符普查工作。

圖4 配電網圖模數據各分項指標統計

2)饋線自動化應用。支撐各地市獨立配電自動化系統 (湖南為長沙、株洲、湘潭和衡陽4個地市)饋線自動化應用，基于電氣拓撲實現配網運行故障定位、故障隔離和自動恢復。目前，長沙城區(qū)1 291條線路實現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，累計轉供用戶72 885戶，縮短非故障停電時長91 471時戶數。

3)故障綜合研判應用。支撐省級配電自動化系統綜合故障研判應用，快速完成故障區(qū)域和影響范圍分析，形成以配網專題圖、電網GIS為雙入口的停電事件和設備狀態(tài)可視化監(jiān)控手段。目前省級配電自動化系統累計完成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)供電服務指揮應用。支撐供電服務指揮系統主動服務和主動搶修，如圖5所示，綜合上游變電站、下游配網臺區(qū)停電事件，精準定位停電區(qū)域和影響用戶，提高故障響應和主動服務水平，減少故障停電時間，提升優(yōu)質服務水平。目前湖南供電服務指揮中心建立 “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。

圖5 供電服務指揮系統停電分析到戶應用

3 小結

圖模是配電網精益化管理的基礎，通過開展統一信息模型建設和一年多的圖模數據治理，全省圖模數據完整率、規(guī)范率、一致率等顯著提升，治理完成率超過98%，基本滿足實用化應用條件。通過PMS2.0系統與配電自動化系統的集成應用，實現標準圖模靜態(tài)數據和配網動態(tài)量測數據及告警信息的匯集，逐步形成 “全網一張圖”，支撐公司饋線自動化、故障綜合研判、供電服務指揮等泛在電力物聯網建設及應用，有效提高配電網故障處理效率和優(yōu)質服務水平。