調控云的電網(wǎng)圖形一體化維護技術運用探究

國家電網(wǎng)公司西北分部 張興科 馬曉偉 褚云龍 王康平 劉 鑫

目前廣大用戶對供電系統(tǒng)運行可靠性提出較高要求，服務需求表現(xiàn)出多樣化特征，電網(wǎng)運營階段承擔著巨大挑戰(zhàn)。為此，電網(wǎng)企業(yè)在后續(xù)發(fā)展階段應持續(xù)推進電網(wǎng)現(xiàn)代化建設、完善電網(wǎng)結構。一體化電網(wǎng)需在數(shù)個或多級調控中心間實現(xiàn)對電網(wǎng)圖形的一體化維護，對大型電網(wǎng)圖形閱覽及規(guī)范化、自動化維護提出的要求也相應提高。當下，國調為推動大電網(wǎng)一體化安穩(wěn)運作目標，以云計算、大數(shù)據(jù)及互聯(lián)網(wǎng)等技術為支撐構建調控云，沖破過往調度實踐中形成的各類數(shù)據(jù)壁壘，整合電網(wǎng)內多種數(shù)據(jù)資源，提升電網(wǎng)數(shù)據(jù)共享率，逐漸形成規(guī)范化的調控技術支撐體系。調控云快速發(fā)展以及Web前端技術日漸成熟，為Browser/Server（B/S）架構下圖形一體化維護深度研究創(chuàng)造堅穩(wěn)基礎。

1 分級維護存在的不足

當前分級電網(wǎng)維護模式在國內各地電網(wǎng)調度系統(tǒng)內廣泛應用，受控對象主要是≥500kV等級的主干網(wǎng)絡與網(wǎng)際、省際聯(lián)絡線等。不同等級電網(wǎng)針對所轄范疇均建設具體化的電網(wǎng)模型，盡可能的簡化相毗鄰電網(wǎng)，做出等值處置。以上這種分級維護形式有效規(guī)避了電力數(shù)據(jù)廣泛分布而增加收集難度的現(xiàn)實問題，也提升了系統(tǒng)的精簡性，但不同級別電網(wǎng)模型間存在著信息孤島問題，上級調度中心運作時難以捕獲到結構十分完整的電網(wǎng)模型與信息。模型數(shù)據(jù)欠缺完整性，難以精確、可靠的管控整個電網(wǎng)[1]。

對各級別電網(wǎng)傳導的模型數(shù)據(jù)予以模型化拼接是捕獲完整化模型數(shù)據(jù)的基礎，但模型拼接法也存在一定不足，邊界設備的處理是主要難題，主要是因邊界設備始源于不同區(qū)段電網(wǎng)的模型，容易滋生出命名不統(tǒng)一的問題，且邊界設備增設、刪除操作時對電網(wǎng)模型拼接過程也會形成較明顯的影響。模型拼接階段給予命名參照表去達成持續(xù)智能拼接目的，但對于新的邊界設備而言僅能通過人工完成。模型拼接法只能拼接模型、無法拼接圖形，以致上級調度中心雖有拼接后的模型，但不能將和電網(wǎng)信息相對應的圖形呈現(xiàn)出來，通常只能對拼接之前的圖形做出調閱與拼接。

2 整體框架

以調控云為基礎的電網(wǎng)圖形一體化技術將調控系統(tǒng)圖形設為重要任務項目，省級云作為電網(wǎng)圖形維護中心，聚集了地、縣調控系統(tǒng)內的存儲圖形，結合各地區(qū)用戶權限及國調標準要求，對圖元、圖形做出標準化處理，建設全網(wǎng)拓撲等諸多電網(wǎng)圖形維護。針對新建廠站，經(jīng)省級云端發(fā)出圖形及模型維護指令，勾畫出含有標準化圖元的電網(wǎng)圖形，建設出標準化程度更高的拓撲模型。

圖1 以調控云為基礎的電網(wǎng)圖形一體化維護整體框架圖

國分云、省級云、地縣調度系統(tǒng)均以調度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡為基礎共享電網(wǎng)圖形信息，經(jīng)省級云將標準化的圖形、模型傳導至國分云，下達到地縣調度系統(tǒng)內，實現(xiàn)一體化維護整個電網(wǎng)內圖形、模型，實現(xiàn)全局化共享（圖1）[2]。從宏觀層面上，可以將一體化維護整體框架細化為三等級，各等級均囊括了服務、Web圖形服務及客戶端三大模塊。

基礎服務涵蓋了權限、模型、文件及數(shù)據(jù)庫服務，可將其看成是全網(wǎng)圖形標準化的應用支持平臺。Web圖形處理業(yè)務時，會有針對性的調取有關基礎服務調控權限、捕獲模型數(shù)據(jù)、存儲文件及訪問數(shù)據(jù)庫等；Web圖形服務內囊括了圖元標準化轉型、處理邏輯、拓撲模型標準化維護及版本調控邏輯，為一體化維護技術的核心構成；Web圖形客戶端為圖形標準化技術的人機界面，功能以編輯與瀏覽Web圖形、檢索Web模型等為主。基于Web瀏覽器呈現(xiàn)、維護調度系統(tǒng)圖形、包括勾畫廠站線路圖、圖元，建設電氣圖元圖模數(shù)據(jù)關聯(lián)性等。

3 關鍵技術

3.1 圖元標準化技術

CIM/G為當下描述電力系統(tǒng)圖形的規(guī)范，基于該標準能存儲電網(wǎng)系統(tǒng)圖形、電氣圖元、繁雜圖元及間隔性圖元文件等，在電網(wǎng)圖形內電氣圖元是基礎構成。

Web圖元編輯器的功能以建設、維護及發(fā)布電氣圖元為主，以此為基礎建設標準化圖元組件庫。圖元組件庫內Element目錄能存儲各種電氣圖元，結合電網(wǎng)內設備差異性對圖元所屬類型做出規(guī)劃。當建完標準圖元組件庫后，各省、地級維護存量圖元、標準圖元組件之間的相關性就被建設[3]。本文參照圖元組建及對應關聯(lián)性，結合CIM/G文件內圖文方位、規(guī)格、縮放比、旋轉角及中心等，使用自適應算法整頓圖元方位、寬高等指標，使省地更能標準、規(guī)范化的存儲電網(wǎng)圖形內圖元。

從本質上分析，間隔式圖元隸屬于組合型圖元，含有單/雙母線帶旁路出線、雙斷路器、2/3接線、母聯(lián)及變壓器間隔等。Web間隔編輯器能建成間隔圖元庫并將其存儲于bay目錄內。圖元標準化技術能精確規(guī)劃電氣圖元種類、名稱等，實現(xiàn)間隔式圖元歸類、命名的標準化，便于在調控云平臺上規(guī)范維護不同級別圖元，實現(xiàn)全局式共享。

3.2 圖形標準化技術

可把圖形標準化技術細化為圖形存儲目錄結構、圖形內容的標準化，前者的本質為電網(wǎng)圖形分區(qū)、分類、分版存儲，電網(wǎng)設備關聯(lián)模型和調控云平臺模型兩者間形成了高度的一致性。結合調控云平臺分區(qū)不同，可把電網(wǎng)圖形細化為國、分、省、地、縣五區(qū)，各區(qū)均配置專一的owner號做出區(qū)分。而圖元組件的標準化，等同于基于標準圖元組件庫以及初始圖元命名和標準圖元命名對應關系，實現(xiàn)差別性分析。具體是解讀CIM/G文件內圖元組件命名及圖元對應關系，依照同類圖元內部特性統(tǒng)一的特征，比較初始圖元與標準圖元在方位、寬高、縮放比、旋轉角及旋轉中心方面存在的差別，采用自適應算法整改圖形CIM/G文件內標準圖元方位、寬度及高程等指標，借此方式提升圖元組件的標準化水平，確保圖形文件最后呈現(xiàn)出的效果符合設定要求。

為達成整個電網(wǎng)一張圖目標，筆者做出針對新建站基于國分省調全模型只勾畫一張廠站圖形的提議，該圖形內涵蓋了本廠站內不同級別調度正常運作所需電壓級別的電力裝置模型，分調、省調能實現(xiàn)共享。

3.3 拓撲模型標準化技術

電網(wǎng)系統(tǒng)內的各個電力設備裝置是基于某種拓撲關系而銜接成一個有機體，結合圖形、模型建設拓撲模型，能清晰且直觀地描繪電氣設備間的銜接關系，及時探查到拓撲銜接時的有關問題。

本文以調控云建設的全網(wǎng)模型拓撲標準化技術主要由兩部分構成：設備物理銜接點號的標準化。具體是對銜接點號內容進行標準化處理，依照廠站ID、電壓級別、設備編號組成等，確保其和國調銜接點號標準相匹配；拓撲模型存儲方式的標準化。挖掘其本質，就是分區(qū)、分類存儲拓撲模型，將電網(wǎng)所有設備裝置的銜接點號存儲于統(tǒng)一的表結構內。

建設拓撲模型的本質為圖形的遍歷，圖形的遍歷有深度、廣度優(yōu)化檢索之分，深度優(yōu)化檢索算法結合銜接線標識的銜接關系，探尋出和電氣圖元相關聯(lián)的下一級電氣圖元。分析到被整改廠站存有數(shù)個廠站圖形的狀況，故而建設出允許一廠站一圖形、一廠站多圖形拓撲模型。同一廠站下所有產站圖紙內的設備都要構建拓撲銜接關系，母線、變壓器等諸多邊界設備的處置是拓撲模型建設的核心。見圖2，如果一個變電站內兩張廠站圖紙內存有同個母線B2，那么母線所銜接設備K3～K7的物理銜接點號均有連通性[4]。

圖2 站多圖的網(wǎng)絡建模

圖3 多用戶分布式版本調控程序

拓撲模型標準化的作用主要是提供全電網(wǎng)或局部拓撲模型的建設方法，建設了＞35kV電壓級別模型的拓撲關系，維持整個電網(wǎng)拓撲點號絕對性統(tǒng)一，以標準化拓撲表結構為支撐實現(xiàn)傳導、訂閱拓撲模型，建設不同級別拓撲模型的統(tǒng)一建設、全局式共享。

3.4 多用戶分布式版本調控技術

分布式部署為不同級云建設階段的實現(xiàn)理念之一，不同級別用戶維護管轄范疇中的圖形模型，故而需于分布式環(huán)境內、高并發(fā)率狀況下實現(xiàn)對電網(wǎng)圖形維護的有效調控，不管是增設、修整電網(wǎng)圖形后對應的文件均能維持全網(wǎng)統(tǒng)一。為應對如上問題，本文整合了多用戶分布式并發(fā)調控技術，為電網(wǎng)各圖形文件設置版本號VerNo，即圖形文件專一標識，被統(tǒng)一存儲于圖形文件與信息表內。采用Web圖形編輯器勾畫電網(wǎng)圖形以后，調度使用圖形版本控制服務，捕獲最新的圖形文件版本號，針對帶有VerNo的圖形文件，使用分布式文件服務永久的存儲到文件服務器（圖3）[5]。

綜上，本文以調控云為基礎建設了電網(wǎng)圖形一體化維護技術，達到了在B/S架構下基于標準圖元組件庫實現(xiàn)對全網(wǎng)圖形的整體維護，降低人工重復維護圖形的作業(yè)量，并構建了整網(wǎng)拓撲模型，能較為明顯的統(tǒng)一提升高級別應用網(wǎng)絡分析的準確度。為更好的迎合用戶提出的圖形源端維護的主觀需求，后續(xù)研究應以此為基礎開發(fā)間隔式成圖、建模的功能，提升圖形 繪制智能化、操控過程人性化目標。