泛在電力物聯輔控系統中的公共信息模型擴展研究

胡洋 楊小凡 紀陵 滕國山

摘要：泛在電力物聯網對智能變電站提出了新要求，輔控系統的公共信息模型擴展研究是建設泛在電力物聯網的基礎。IEC 61970中定義的公共信息模型（CIM，Common Information Model）不能為輔控系統進行提供全面的模型支撐。該文基于IEC 61970標準中規定的CIM基本擴展原則，通過分析輔控系統的組成結構，擴展了輔控系統的公共信息模型，并給出了在實際工程實施中的交互流程。

關鍵詞：IEC 61970;泛在電力物聯;輔控系統;公共信息模型

中圖分類號：TP311 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）25-0036-03

2019年3月8日，國家電網有限公司泛在電力物聯網建設工作部署電視電話會議在京召開，對建設泛在電力物聯網做出全面部署安排。會上指出要全面推進“三型兩網”建設，即建設樞紐型、平臺型、共享型企業，在堅強智能電網基礎上建設泛在電力物聯網，共同構成能源流、業務流、數據流“三流合一”的能源互聯網[1]。

目前變電站內都部署遠動系統，采集站內數據并上送調度主站，但是在投運前，需要有很大的對點工作量，并且在后期改擴建的過程中，仍然需要重復前面的對點工作，以保證新增設備未影響前面的信號正常上送。

泛在電力物聯網是要圍繞電力系統的各個環節，充分應用先進的物聯網技術，實現萬物互聯，通過融通提供數據價值服務。由此可見再利用人工對點的方式已經不能滿足泛在電力物聯網的多設備、大數據量的特點，所以本文提出輔控系統公共信息模型來解決以上問題。

對于公共信息模型的研究，國內外對其擴展進行了很多嘗試，提出了很多領域的公共信息模型擴展的研究思路和方法。文獻[2]對智能變電站二次系統公共信息模型拓展進行了研究，實現了二次系統物理拓撲建模和一二次設備信息關聯，促進了一二次系統信息融合，為一二次數據信息挖掘、設備協同故障診斷等技術研究奠定基礎。文獻[3]擴展了智能變電站繼電保護二次設備資源公共信息模型和繼電保護二次設備資產公共信息模型。文獻[4]研究了風電場在公共信息模型中的結構關系，建立了風電場和風機量測數據的CIM。文獻[5]通過分析輸電設備的全景信息建模需求，從設備的EPC編碼信息、資產基本信息、運維過程信息、公共安全信息和在線監測信息5個方面，建立了輸電設備的全景信息模型。文獻[6]以面向對象統一建模理論為依據，詳細構建了基于公共信息模型的電網信息模型，并對比了多種開發軟件，選取了Enterprise Architect軟件進行電網信息模型的創建、修改和維護，最終通過實際現場進行了模型交互驗證。文獻[7]針對配電網的特性對CIM模型進行了擴展研究。

雖然國內外對CIM 擴展進行了很多嘗試，也提出了很多領域的CIM 公共信息模型擴展的研究思路和方法，但是在輔控系統方面，目前尚未有具體的公共信息模型，來支撐輔控系統的信息交互。

本文采用面向對象的建模思路，從泛在物聯輔控系統的物理構成以及設備運維管理應用需求等角度進行了剖析，在現有的CIM模型上，擴展泛在電力物聯輔控系統公共信息模型，為實現泛在物聯智慧變電站的建設奠定模型基礎。

1 輔控系統

輔助設備監控系統在變電站部署，集成了變電站在線監測、巡檢機器人、視頻監控、消防、安全防范、環境監測、SF6監測、照明控制、智能鎖控等子系統，實現輔助設備數據采集、運行監視、操作控制、對時、權限、配置、數據存儲、報表以及智能聯動管理，為變電站綜合監控提供輔助支撐的系統，簡稱輔控系統[8]。

其具體架構如圖1所示。

輔助設備監控系統包括輔助設備監控系統主機、工作站、運檢網關機、巡檢機器人主機、視頻監控主機、就地模塊等主要設備。

輔助設備監控主機部署在安全Ⅱ區，按DL/T860規范，接入Ⅱ區在線監測、消防、安全防范、環境監測、SF6監測、照明控制、智能鎖控等輔助設備信息;通過防火墻接收Ⅰ區主設備監控系統聯動信息，并通過安全隔離裝置向Ⅳ區發送聯動信息。

視頻監控主機部署在Ⅳ區，接入Ⅳ區變電站工業攝像機視頻監控信息，通過正向隔離裝置實現主、輔設備視頻聯動。

巡檢機器人主機部署在Ⅳ區，通過安全接入模塊，接入變電站巡檢機器人信息。

輔助設備監控系統與輔助設備集中監控系統之間，Ⅱ區部分通過調度數據網實現信息交互，Ⅳ區部分通過綜合數據網實現信息交互。

2 輔控系統CIM拓展

2.1 拓展原則

根據IEC 61970標準中規定的CIM基本擴展原則，要最大可能的使用現有的CIM。在此基礎上，可以根據具體的使用領域，可以從簡單到復雜進行考慮，進行CIM擴展[9]。

（1）向一個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）通過關聯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包擴展建立了輔控系統信息模型，所涉及的模型均在CIM-301內擴展。

2.2 ?輔控系統CIM建模

輔控系統是由輔助設備監控系統、在線監測、消防、安防、環境監測、智能鎖控、照明控制等輔助設備構成的一個完整的有機整體，輔助設備監控系統主要實現運行監視、智能聯動、配置管理等功能，其他輔助設備主要承擔對下的信號采集及聯動執行等操作。

IEC 61970的CIM定義了核心包（Core）中的Equipment設備類[10-14]，輔控設備可以作為Equipment設備類的子類，所以需要基于Equipment設備類對象派生出輔控設備的子類，派生出的對象有在線監測裝置（OnlineMonitorDevice）、感煙探頭（SmokeProbe）、火災報警器（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）等輔控設備對象類。

輔助設備沒有電壓等級和間隔的概念，現有CIM模型中對Equipment設備類只有電壓等級和間隔的描述，但是對于輔控設備，需要知道的是其安裝位置和監控區域，所以需要擴展出這兩個類。

輔助設備除了需要了解設備的本身檢測信號外，還關心設備的型號、安裝方式、維保單位等信息，實現設備在線監測信息、設備臺賬信息（含基本信息、技術參數、價值信息、運維資料、大修技改、缺陷記錄、績效評價等七個維度）的記錄。

基于上述分析，采用面向對象的建模方法，基于Equipment設備類對象各輔控設備對象類，擴展安裝位置和監控區域屬性，構建輔控系統的公共信息模型，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，白色框表示新擴展的類。

2.3 ?輔助設備及其組件建模

根據以上分析，可以定義出具體輔助設備的模型，模型應具有以下特性：

（1）要有唯一編號，通過此唯一編號，貫穿不同的業務系統，方便之后的運檢業務的統一分析

（2）要確定所屬類別，用于劃定具體的業務子系統

（3）安裝位置和監控區域

（4）臺賬信息

（5）自身屬性

以下給出門禁控制器的模型實例，如圖3所示。

2.4 ?輔控系統CIM實例

根據上述分析，可以設計出輔控系統CIM模型實例，如下所示。

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

//序號 ?標識 ?區域名 ?父區域標識 ?總有功 ?總無功 ?模型所屬區域

# ?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 ?標識 ?中文原名 ?標準帶路徑廠站全名 ?廠站類型 ?所屬區域標識 ?總有功 ?總無功 ?廠站經度 ?廠站緯度 ?電流量測標識 ?地刀量測標識 ?機組變壓器量測標識 ?所屬系統區域

# ?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 ?標識 ?中文原名 ?文件路徑

# ?1 ?021212112310010101ACF01 ?臺賬信息 /date/document/accesscontroller.xml

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

//序號 ?標識 ?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 ?標識 ?信號物理數據屬性 ?中文原名 ?所屬設備 ?104點號

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

3 輔控系統CIM交互

3.1 ?交互流程

主子站間交互分為模型傳輸和設備信息傳輸，其中模型采用文件方式定義，而后子站利用電力系統通用實時傳輸協議的文件服務，上送主站。待主站模型校驗成功并生成主站數據庫，子站得到主站返回的成功結果，然后可以進行設備信息的發送。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規約，CIM模型文件可以通過104規約的文件傳輸服務交互，而后的設備信息可以利用104報文發送其點號來唯一標識，具體的流程如圖5所示。

4 結束語

目前變電站中的遠動系統完全依賴于站內及調度對點工作，在投運前工作量大。但是泛在電力物聯網設備多、數據量大，已經不能采用傳統的人工對點來實現信號的核對工作，而且后期擴展困難，需要重新驗證前期的對點工作，不能滿足泛在物聯的智慧變電站發展要求。基于以上分析，本文針對輔控系統，分析了輔控系統的系統架構和裝置構成，并結合IEC 61970的CIM擴展原則，擴展了輔控系統的公共信息模型，給出了具體的實例，并分析了主子站間的交互流程，實現了輔控系統及其設備多維信息的統一建模和管理，為實現泛在物聯輔控系統的一體化建模和互操作奠定了一定的基礎。

參考文獻：

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【通聯編輯：朱寶貴】