杨启京

(国电南瑞科技股份有限公司，南京市210061)

0 引言

为确保智能电网健康有序地发展，包括中国在内的许多国家都在大力推进智能电网标准化工作，相继提出了一批对智能电网建设有重大影响，并适用于智能电网多个技术领域的核心标准［1］。IEC 61970作为智能电网核心标准，在模型和图形等方面都发生了较大的变化。中国结合智能电网调度技术支持系统的实际应用需求，已提出电网通用模型描述规范(CIM/E)、电网图形描述规范(CIM/G)等，其中由中国向IEC提交的CIM/E和CIM/G 2项智能调度技术支持系统国际标准提案已获准立项并将转化为IEC的国际标准［2］。本文重点介绍CIM/E和CIM/G从变电站到主站系统的图模生成中的应用，并基于此进行的主站系统对变电站共享图模的按需裁减技术。

目前常见的主站与变电站图模共享方式为变电站导出站内完整的一次设备的CIM/XML模型以及CIM/SVG接线图并共享给主站系统，主站系统根据站端提供的模型导入来完成信息的共享［3］。但是这种方式也暴露出一些问题，首先，采用 CIM/XML、CIM/SVG分别作为模型和图形共享载体，在站内信息量较大时无论是变电站侧的导出还是主站侧的导入处理效率都比较低。以500 kV常熟变电站为例，如果导出带量测定义的CIM/XML模型，仅该模型文件大小就有9 M多，而通过CIM/E的方式导出同样模型范围的模型文件大小只有900 k，变电站侧共享的CIM/SVG图形也存在同样的问题。因此，对于实时性要求越来越高、信息量越来越大的电网调度自动化系统来说通过CIM/E和CIM/G规范来交互调度主站和变电站的图模是一种更好的选择。另外，目前大多数调度主站对变电站共享的模型没有选择权，无法根据实际需要获取所关心的模型，过滤掉不需要的模型，因而需要导入大量冗余信息或要求变电站提供多个版本的模型。以上问题对主站与变电站共享建模的实用化会造成很大困难，本文通过深入研究，提出了很好的解决方法。

1 变电站侧图模生成规范

调度主站与变电站共享建模的关键技术研究包含了调度主站与变电站2个方面的内容，对于变电站侧本文介绍变电站到主站的图模生成规范CIM/E和CIM/G，从图1主站和变电站共享建模关键技术的数据流程中可以清楚地看到，变电站侧图模生成规范主要包括了变电站SCD模型［4］到CIM/E模型的转换和变电站与主站图形的共享规范。

图1 主站和变电站共享建模关键技术的数据流程Fig.1 Data flow of key technology of sharing modeling between dispatch centre and substation

1.1 变电站SCD模型到CIM/E模型转换

在IEC标准中变电站IEC 61850模型和主站IEC 61970模型分属不同的工作组，它们无论是在模型描述方式还是模型定义本身方面，都截然不同［5］。因此，完成变电站 IEC 61850模型到调度主站 IEC 61970模型文件的转换，将大大减轻主站EMS系统的建模工作，具有现实的工程意义。

IEC 61850变电站系统配置文件(system configuration description，SCD)描述了变电站内所有智能电子设备(intelligent electronic devices，IED)的实例配置和通信参数、IED之间的通信配置以及变电站一次系统结构等信息［6-8］。通过变电站SCD模型转换生成变电站一次设备模型及拓扑关系，并且能够根据SCD模型生成开关、刀闸、变压器等一次设备量测信号，供主站使用［9］。常见的变电站SCD模型到IEC 61970模型转换可以通过CIM/XML的方式来实现，但由于CIM/XML自身存在变电站内信息量大时处理效率低等问题，因此，提出了采用CIM/E作为变电站与主站模型共享载体的方式。

1.1.1 CIM/E作为模型信息载体的优点

CIM/E是CIM与E语言的结合体，它保留了两者各自的优点，又同时避免了原有各自的缺点。

CIM/E基于面向对象技术，继承了CIM和XML的优点，将电力系统传统的面向关系(设备)的数据描述与面向对象的CIM相结合，既保留了面向设备方法的高效率，继承了其长期研究的成果，又吸收了面向对象方法的特点［10］。

CIM/E可以高效地描述电力系统各种复杂数据模型和简单数据模型。变电站模型中除了含有一次设备模型外，还包含了大量一次设备的量测信息，对于CIM/E来说数据量越大，效率越高。

CIM/E已经在国家电网公司范围内进行了大量的工程应用，具有广泛的工程基础。

1.1.2 SCD模型到CIM/E的映射

SCD模型到CIM/E模型转换分为静态模型转换和动态模型转换。静态模型转换主要内容是生成变电站一次设备资源及其关联关系。动态模型转换较为复杂，必须建立一次设备与二次设备逻辑节点之间的关联关系，根据SCD文件IED模型的数据模板，生成开关、刀闸、变压器等一次设备量测信号相关的资源及其关联关系。通过静态模型转化，可以获取到变电站一次设备的模型信息，而通过动态模型转化可以得到变电站内一次设备的量测定义以及与调度主站通信所用的定义和信息。

SCD模型中的诸如变电站(substation)、电压等级(voltageLevel)、间隔(bay)、变压器(power transformer)、变压器绕组(transformer winding)、断路器(breaker)、连接点(connectivity node)、端子(terminal)等变电站一次设备元素在CIM/E模型中也存在，它们属于共通的对象模型，这些模型可以建立起它们之间的映射关系(见图2)，但并不都是一对一的严格映射关系，还包括具有一对多的映射关系。如变电站间隔模型与主站CIM/E模型中间隔和母线段2个对象模型形成映射关系;也有多对多的映射关系，如变电站电容器组和电抗器组模型2个模型与主站CIM/E模型中串、并联补偿器形成映射关系。

图2 SCD与CIM/E静态模型映射关系Fig.2 Mapping relationship of SCD and CIM/E static models

动态模型转换内容主要包括:建立一次设备与二次设备逻辑节点之间的关联关系，即根据SCD文件IED模型的数据模板，生成开关、刀闸、变压器等一次设备量测信号相关的资源及其关联关系;建立所需的映射表，自动生成量测和控制信号地址。

1.2 变电站与主站的图形共享规范

变电站与主站图形共享规范采用的是CIM/G。CIM/G是在IEC 61970－453基于CIM的图形交换基础上，针对SVG文本较大，且网络传输较慢这个问题所发展起来的专门为电力系统服务的一种新型高效的图形描述语言［11］。CIM/G包括两大类，一类是系统公有信息，包括电压等级定义、图元、间隔、菜单等，类似于C语言的头文件，交换频率较低;另一类是某幅具体图形的描述，采用类似于C语言中函数调用的方式引用头文件。这样，可以大大降低图形文件交换的数据量。CIM/G是一种基于标记的遵循XML标准的纯文本语言，与SVG之间可以相互转换。以下是一段CIM/G的样例。

根据上文，可以看出采用CIM/G来描述变电站接线图，是实现变电站与主站图形共享可行、高效的方案。

对于变电站模型和图形转到CIM/E和CIM/G模型，图形转换的具体实现方式一般由各变电站厂家参照CIM/E和CIM/G规范来完成。

2 调度主站图模裁减技术

2.1 模型裁减技术

目前在变电站与主站共享建模中存在的一个很重要的问题就是主站只能被动地接收变电站侧提供的全部模型，而变电站侧很难为各级调度生成不同的模型。例如，对于500 kV变电站来说，网调只需获得500 kV的设备模型，要在500 kV变压器上等值，屏蔽中低压侧部分的模型，而省调则可能需要获得该500 kV变电站的全站模型;对于220 kV变电站来说，省调只需获得220 V的设备模型，因此，要在该站220 kV变压器上设置等值，屏蔽中低压侧部分的模型，而地调则可能需要获得该厂站全站模型。图模裁减技术在这个问题上取得了突破，变电站所提供的CIM/E模型包含站内所有的设备信息，而不同级别的调度系统则可以通过图模裁减技术根据需要从中裁剪出本系统所需的模型信息。

2.1.1 模型的等值策略

模型裁减的基础是模型的等值策略，根据实际需求并结合电力系统中的常见情况，归纳总结出主站对于变电站上送的模型等值的2种常用策略。

(2)变压器等值。将变压器高压侧等值成负荷，同时删除中低压侧的设备。此种情况常见于网省调在厂站模型共享的时候，它只关注特定电压等级的模型。

2.1.2 模型裁减流程

变电站与主站共享建模中主站侧模型裁减流程包括几个方面的内容，如图3所示。

图3 主站侧模型裁剪流程Fig.3 Flow chart of model reduction at dispatch center side

(1)解析变电站的一次设备模型文件，抽取出可能需要做等值的设备变压器和线路，在等值策略中按电压等级列出抽取的设备，用户根据实际需要选择相应设备，定制等值裁减策略。

(2)在进行等值裁减前，需要先对模型进行拓扑搜索，如定义了变压器等值，则根据选取的电压等级，以对应电压等级的变压器绕组为起点搜索所有与该绕组相连的设备，并将这些设备置上裁减标志，根据裁减标志将这些设备在内存中删除，并给该变压器置上等值标志。

(3)对裁减后保留下来的模型进行拓扑校验和常用的电力系统规则校验。

(4)将裁减完和校验正确后的模型导入主站系统。

结 合 W1、W2、W3及 3 个 子 系 统权重 w=[0.42，0.29，0.29]， 利用公 式（1）求得相应的欧式贴近度，如图1。

2.2 CIM/G图形裁减技术

在可裁剪式CIM/E模型接入的基础上，可以使用同样规则对厂站端提供的CIM/G图形进行裁剪，以满足不同级别调度机构对厂站图的要求。最常见的应用变压器等值，即裁剪掉变压器中、低压侧的图形。

图形裁减变压器等值的情况中最为核心的部分是采用了深度优先的搜索方法，能够干净地裁剪掉图形中不需要的部分。

2.2.1 使用深度优先搜索方法的必要性

(1)图形裁减以图元在图形中的连接信息为依据而不是其模型的关联信息。厂站上送的图形中很难保证所有的设备都有与模型的关联信息。如有些厂站部分设备还在改造建设当中，模型中并无此设备的信息，但厂站提供的接线图中很可能已经提供了这个设备的图形信息，如果单纯依赖模型裁减时提供的删除设备信息，很难将此类接线图上的图元信息裁减干净。但厂站端可以保证在作图时，所有图元在图形中连接信息的正确性，因此，根据图元在厂站图中的连接信息判断是否裁减该图元是一个可行的方案。

(2)基于CIM/E模型的CIM/G接线图其结构比单纯的模型更加复杂，通过深度优先搜索可以极大地简化图形结构，快速形成拓扑。

(3)深度优先搜索可以有效地避免重复搜索设备和拓扑节点，提高搜索效率。

(4)可以有效地发现厂站接线图中图元间连接信息有误的问题，如相邻开关与刀闸间没有连接线或连接线未连上。

2.2.2 图形裁减深度优先搜索方法的应用

在CIM/G图形中连接线(connect line)主要用于描述电力系统中各种设备间的连接关系。其主要属性“link”，描述的是设备间通过连接线相连的关系，该属性在图形文件中表述格式为“连接线与对象相连的端子号，所连对象1的端子号，所连对象1的ID;…;连接线与对象相连的端子号，所连对象n的端子号，所连对象n的ID”。以下是连接线的一个具体的例子。

＜ConnectLine fm="0"Plane="0"id="34000040"EndArrow Type="0"Ass Plag="128"lc="128，128，128"Show Mode="3"Switch App="1"Round Box="565，285，23，106"Dy Color Flag="52"Level End="16"Name String=""Level Start="0"AF="36895"d="576，296 577，380"tfr="rotate(0)"fc="0，255，0"ls="1"Start Arrow Type="0"link="0，1，101000036;1，0，100000037"lw="2"Start Arrow Size="4"End Arrow Size="4"/＞

在图形裁减中以设备图元作为节点，连接线作为边，等值定义的设备图元作为起点和终点进行深度优先搜索，遍历搜索过的设备图元都置上染色的标志，搜索完成后所有染上色的设备图元都作为裁减的对象(见图4)。

图4 图形裁减中深度优先搜索流程Fig.4 Flow chart of depth-first search during graphics reduction

3 结语

苏州智能电网调度技术支持系统和江苏省调智能电网调度支持系统中，实现了智能变电站一次设备统一建模、智能变电站SCD模型到CIM/E模型转换、智能变电站导出CIM/E模型和CIM/G图形、调度主站可裁剪式CIM/E模型和CIM/G图形接入。目前苏州智能电网调度技术支持系统和江苏省调智能电网调度支持系统中500 kV常熟变电站的电网模型和变电站接线图均来自站端，站端上送的实时数据正常。主站与变电站共享建模中的关键技术可以解决原有共享建模方式中的图模交互效率不高、主站建模完全依赖变电站侧而不能灵活自动地根据自身需要来获取信息的问题。本文成果在实际工程中具有良好的应用前景和推广价值。

［1］曹阳，杨胜春，姚建国，等.智能电网核心标准IEC 61970最新进展［J］.电力系统自动化，2011，35(17):1-4.

［2］吴维宁，辛耀中，姚建国，等.IEC TC57 2011年会和SAC/TC82工作近况［J］.电力系统自动化，2012，36(1):1-5.

［3］陈安伟，乐全明，张宗益，等.500 kV变电站智能化改造的关键技术［J］.电力系统自动化，2011，35(18):47-61.

［4］IEC 61850 －6 Communication networks and systems in substations;Part 6 confuguration description language for communication in electrical substations related to IEDs［S］.

［5］贺春，张冉.IEC 61850国际互操作试验经验总结［J］.电力系统自动化，2012，36(2):6-10.

［6］IEC 61850-7-2 Communication Networks and Systems in Substation Part 7-2:Basic Communication Structure for Substations and Feeder Equipment-Abstract Communication Service Interface(ACSI)［S］.

［7］IEC 61850-7-3 Communication Networks and Systems in Substation Part 7-3:Basic Communication Structure for Sustations and Feeder Equipment-Common Data Classes［S］.

［8］IEC 61850-7-4 Communication Networks and Systems in Substation Part 7-4:Basic Communication Structure for Sustations and Feeder Equipment-Compatible Logic Node Classes and Data Classes［S］.

［9］陈爱林，乐全明，冯军，等.代理服务器在智能变电站和调度主站无缝通信中的应用［J］.电力系统自动化，2010，34(20):99-102.

［10］辛耀中，陶洪铸，李毅松，等.电力系统数据模型描述语言E［J］.电力系统自动化，2006，30(10):48-51.

［11］国家电网G格式图形描述规范［S］.北京:国家电网公司，2001.