李响，陈浩敏，陈波，习伟，郑小华

（1.广东电网公司佛山供电局，广东佛山 528000；2.南方电网科学研究院，广东广州 510080；3.快威科技集团有限公司，浙江杭州 310027）

经过十余年的发展，变电站综合自动化技术已经日臻成熟。随着计算机技术、电力电子技术、通信技术、网络技术以及信号处理技术的发展与应用，变电站综合自动化技术从传统的SAS（综合自动化变电站）发展到数字化变电站甚至智能变电站。但已有的变电站自动化系统可能由不同的厂家承建，对同类数据的描述和要求也不尽相同。这样的重复描述和存储，不仅浪费资源，还会产生二义性[1]。为了实现不同系统之间的无缝同步数据共享，本文利用IEC61970的公共信息模型对变电站八类运维数据进行统一建模，实现系统数据的一致性、实时性、完整性、安全性、有效性和准确性。

本文以500 kV顺德变电站为例，其生产管理所需的数据共有8大类：电网运行信息、故障和保护信息、运行分析信息、设备状态监测信息、电能质量信息、视频信息、环境信息和作业管理信息。变电站内已有的监控管理系统分为生产控制区（Ⅰ区）和管理信息区（Ⅲ区），分别由不同的厂家承建。生产控制区（Ⅰ区）包括稳定控制、测控保护、厂域控制保护、一体化运行记录分析装置、一体化电源控制、PMU等业务数据，管理信息区（Ⅲ区）包括电能质量监测、安防、视频及环境监测等业务数据。两区之间需实现生产数据与管理数据的同步无缝共享。在充分研究了IEC61970标准的基础上，本文采用CIM（公共信息模型）对各类数据进行建模。

1 IEC 61970标准概述

IEC 61970系列标准定义了能量管理系统应用程序接口（EMS-API），主要包括公共信息模型（Common Information Model，CIM）和组件接口规范（Component Interface Specification，CIS）两部分。其目的是便于来自不同厂家的EMS系统内部各种应用的集成；便于EMS系统与调度中心内部其他系统的互联；便于不同调度中心EMS系统之间的模型交换[2]。

CIM以面向对象的方式描述了电力系统各领域的模型，是IEC 61970的核心内容[3]。CIM是一个抽象模型，它描述了包含在EMS信息模型中的电力企业的所有主要对象。通过使用统一建模语言（Unified Modeling Language，UML），将电力系统资源抽象成各种对象类和属性以及他们之间的各种关系。通过定义一种基于CIM的公共语言，使应用或系统能够不依赖于信息的内部表示而访问公共数据和交换信息[4]。

2 监控运维数据建模

目前发布的IEC 61970标准对电力企业所涉及的对象描述得非常详尽，但并不能满足所有应用的需求[5-19]。以变电站为例，其生产管理的8大类数据在CIM中的描述较少，要建立数据模型，需对CIM进行扩展。表1为顺德站1号主变数据的模型信息，从表中可以看出，除了电网运行信息可参考CIM中已有的Meas量测包直接建模外，其余的数据都需重新建模。图1所示为在Meas量测包中本文所扩充的内容（图中灰色方框部分），及与CIM中其他包及Meas包内各类之间的关联。扩充各类继承量测类（Measurement）的属性和关联，可获取量测的值、限值、单位及量测与设备间的关联。

表1 顺德站1号主变数据模型信息表Tab.1 Data model information table of 1#transformer in Shunde Substation

因篇幅有限，下面仅以Meas量测包扩展电网运行数据类、扩展的设备状态监测类和基于IEC61968工作包（Work）扩展的作业管理信息类为例进行具体说明。

2.1 电网运行数据类

电网运行数据包括：1）模拟量数据：频率，电压，电流，有功功率，无功功率，温度，水位等。2）状态量数据：开关，刀闸，事故总信号，主变分接头，装置运行状态、软压板、硬压板等。3）PMU数据。表2为电网运行数据类（PowerOperationData）的固有属性，其关联继承自Measurement，此处不再赘述。

图1 Meas包扩展类及其关联Fig.1 Extended classes and their association in Meas package

表2 电网运行数据（PowerOperationData）的固有属性表Tab.2 Inherent attributes of PowerOperationData

2.2 设备状态监测类

图2 设备状态监测类（EquConditionMonitoringData）结构图Fig.2 Structure of EquConditionMonitoringData

生产控制区（Ⅰ区）对一次设备进行在线数据分析和总结、状态监测，按照设备需要安排检修计划；对二次设备进行状态监测，对设备进行维护。对顺德站而言，站内主要的一次设备包括主变压器、HGIS/GIS、断路器、避雷器以及部分刀闸等。设备状态监测类（EquConditionMonitoringData）分为8个子类，分别为变压器监测类、绝缘监测类、局放监测与诊断类、断路器监测类、避雷器监测类、绝缘气体监测类、绝缘液体监测类和环境监测类。设备状态监测类（EquConditionMonitoringData）的结构图如图2所示。

以主变压器为例，其监测的主要对象包括3类数据，主变报警类、主变测量类，主变设定类。主变报警信息主要包括铁芯接地电流报警、夹件接地电流报警、中性点直流电流报警、监控设备通信异常和监测设备自检异常等。主变测量类包括铁芯接地电流、夹件接地电流，中性点直流电流等。设备状态监测类与设备类（Equipment）关联，获取设备的参数信息；继承Measurement关联限值集类（Limitset），用以设定监测量的上下限阈值；继承Measurement关联Unit设置监测量的单位；继承Measurement关联MeasurementValue获取监测量的检测值；关联Measurement获取监测量的描述与标识信息以及当监测量越限时发出报警信息。根据状态监测包的报警信息，与作业管理信息类相关联，产生检修计划、缺陷报告，开出工作票或操作票等。

2.3 作业管理信息类

变电站作为电力系统的重要组成部分，其安全关系着电网的安全稳定运行，而变电站的安全又取决于其日常的运行管理。管理信息区（Ⅲ区）通过对变电站电能质量监测、安防、视频、环境监测以及日常作业管理信息等业务数据进行监控，保障变电站的安全稳定运行。通过对作业管理数据进行整理、分析和归类，本文基于IEC61968的工作包（Work）建立了作业管理信息类（JobManagement），扩展已有的CIM模型。作业管理信息类主要由日常维护类（包括计划类、检修类和巡视类）、值班类、工作票类、操作票类、缺陷类和试验类组成。其结构图如图3所示。

图3 作业管理信息类（JobManagement）结构图Fig.3 Structure of JobManagement

由图3可知，由设备状态监测类检测到设备的异常情况或是设备试验中发现的设备异常，形成检修计划；检修工作形成工单，开出对应的工作票或操作票；开票后形成值班记录；由值班人员巡视或者设备试验发现的问题，形成缺陷数据；根据缺陷单形成检修工作，并开出两票，最后形成值班记录；值班人员修改设备定制，开出操作票；或者接收来自调度主站的调度命令，开出操作票，最后形成值班记录。

2.4 数据交换安全防护

生产控制区与管理信息区的网络边界处设置电力专用安全隔离装置进行双向物理隔离。电力专用安全隔离装置通过“安全岛”数据摆渡和割断穿透性TCP连接等技术，实现数据的单向传输和网络边界的物理隔离。该装置分为正向型和反向型，其中正向型安全隔离装置用于生产控制区到管理信息区的单向数据传输。反向型安全隔离装置用于从管理信息区到生产控制区单向纯文本数据传输。反向安全隔离装置接收管理信息区发向生产控制区的数据，进行签名验证、编码转换、数据报文检查等处理后，转发给生产控制区内的相关业务系统。

生产控制区与管理信息区之间的访问策略：只允许生产控制区主动与管理信息区建立连接，不允许从管理信息区反向访问生产控制区，以此确保变电站各系统的信息安全。

3 工程应用

针对500 kV顺德变电站监控运维的8大类数据，本文提出的基于IEC 61970标准的变电站监控运维数据的建模方法，为被交换或访问的信息提供一个公共的、一致的语义，实现了变电站驾驶舱项目统一的数据处理，为电网运行控制、设备运行监视和变电站维护管理提供一站式的支撑。具体应用如图4所示。

图4 数据模型的具体应用Fig.4 The specific application of the data model

4 结论

本文提出了一种基于IEC 61970标准的变电站监控运维数据的建模方法，着重对不同厂家间交流共享的数据统一建模，对CIM模型进行多方面扩展，实现500 kV顺德变电站生产控制区（Ⅰ区）和管理信息区（Ⅲ区）之间数据的同步无缝实时共享，两区数据高度融合，变电站运营环境更加友好，提高了变电站安全管理的效率，为变电站的日常安全稳定运行提供了坚实的保障。

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