新疆电网省地县调一体化整定模型数据平台研究

南京南瑞继保电气有限公司、国网新疆电力公司调度控制中心、国网新疆电力公司电力科学研究院的研究人员张祎、王晓飞等，在2018年第6期《电气技术》杂志上撰文，首先讨论了一体化平台硬件部署和一体化平台及客户端业务功能，从模型收集、模型拼接、模型服务、模型版本管理、全网模型可视化展示等方面，实现了一体化模型数据拼接，并设计了保护装置库、保护装置层次结构、保护装置配置方案、定值单模板维护等内容，从数据交互格式、纵向一体化数据交互、横向一体化数据交互等方面设计完成了一体化平台数据交互功能，并分析了数据不一致和边界支路的处理问题。最后，结合该数据平台在新疆电网的实际应用情况，给出了若干有借鉴意义的建议。

本文相关研究可进一步促进实施新疆电网继电保护整定计算一体化的实现。

近年来，电网快速发展，电网基建、电源送出、电网改造项目大量投产，随着电网规模日益扩大，继电保护设备数量迅速增加，相应的继电保护定值整定计算工作日趋繁重。未来智能电网，将是建立在以特高压为基础的互联骨干网络和灵活可重构的配电网络拓扑基础之上[1-2]，加之智能电网建设带来的网络重构、分布式电源接入，电网非正常运行方式明显增多，给当前的继电保护定值整定计算工作带来了巨大的挑战[3]。

在现代电网呈现的一体化发展趋势下，现有相互独立电网的继电保护整定计算系统及方法，难以准确反映区域之间的相互影响和实现跨区定值配合。

当前，加快实施继电保护整定计算一体化已成为国调继电保护专业重点工作之一，为贯彻落实国家电网公司调度工作会议精神，规范“大运行”体系下的继电保护整定计算工作，国网公司组织开展了继电保护整定计算相关标准的编制工作，为继电保护整定计算一体化奠定了技术基础[4-5]。

文献[6]首次提出基于平台概念的继电保护计算及管理软件，但对其他继电保护管理业务较少提及。文献[7]进一步完善了继电保护整定计算支持平台的概念。文献[8]提出了电网继电保护分析计算及管理一体化系统的初步设计思想。针对整定计算数据平台建设面临的数据集成和应用集成难题，文献[9]采用一体化技术与框架，实现了集成EMS的综合数据平台，但该系统数据模型规范化有待完善。

文献[10]和文献[11]采用网络及计算机软件技术，提出了基于网络的在线整定一体化平台系统，但需要提升实时整定速率，完善在线整定策略。已有的整定计算数据平台的实际应用表明其可有效改善各级调度机构的继电保护整定计算工作，构建较完整的保护信息库[3,12-13]，但仍存在系统数据量大、互操作性不强、一体化整定模型数据平台基础数据源与各功能应用解耦等问题。

为此，针对上述存在的问题，本文基于新疆电网的实际情况[14-15]，将数据交互解耦为纵向一体化数据和横向一体化数据进行分析，并计及数据不一致问题，建立新疆电网一体化数据平台，实现省地继电保护数据的分布维护、集中共享，全面满足“大运行”对电网运行的要求，并为网省一体化奠定数据和技术基础。

1  一体化平台硬件部署和客户端业务功能

1.1  总体设计目标与思路

1）总体设计目标

为适应调度一体化工作需要，规范省、地、县调继电保护一体化整定计算工作，提升省、地、县调继电保护一体化整定计算的工作效率和技术水平，新疆电网省地调一体化整定模型数据平台建设的总体目标主要围绕以下3条。

（1）实现省地继电保护整定计算统一电网一次模型、统一保护装置模型。（2）实现省地调整定模型、数据和图形的协同维护、拼接与共享。（3）实现整定计算与基于调度运行管理系统（dispatching operation management system, OMS）业务协同和数据共享。

2）总体设计思路

（1）首先，分析一体化平台硬件部署和一体化平台及客户端业务功能，从模型收集、模型拼接等方面，对一体化模型数据进行拼接，并设计保护装置库、保护装置层次结构等内容，从数据交互格式的纵向、横向两个维度设计一体化平台数据交互功能。

该一体化平台基于“全局一张网”思路进行建模，采用图模一体化技术，即以图形为依托，自动生成设备模型和拓扑结构，使得图形和数据库模型一一对应，实现数据的可视化维护。在新疆省调搭建全网数据服务器，通过建立省地调一体化整定模型数据平台，定期或周期性把分布在省调、地调的电网模型通过模型拼接生成全网模型和图形画面，建立全网模型数据。

拼接生成的全网模型通过数据安全校核后，一体化整定模型数据平台发布全网模型，省、地调整定计算软件和一体化整定模型数据平台交互，获取全网模型。省调、地调按照新发布的全网模型开展相关业务，下一个拼接周期时再将省、地调电网最新模型上传到一体化整定模型数据平台进行全网图模拼接。最终建立保护整定模型数据的源端维护、全网共享机制，提升省地调一体化整定计算业务协同运作能力。

（2）其次，分析数据不一致和边界支路的处理问题，完善一体化整定模型数据平台的数据交互。

（3）实际应用。根据实际的现场应用所出现的问题，进行汇总、反馈，进一步修改完善所设计的一体化数据平台，增强该平台的实用性和有效性。基于一体化整定模型数据平台，通过平台的模型维护工具，建立全网继电保护装置模型以及定值单模板，实现全网保护装置模型和定值模板的协同维护和数据共享；通过与OMS系统进行数据交互，可获取OMS系统厂站名称、设备名称及设备参数，实现整定模型数据与OMS系统数据的同步，整定计算最终生成的定值数据，发送给OMS系统，实现定值数据审核的闭环管控。

1.2  一体化平台硬件部署

省地调一体化整定模型数据平台部署架构如图1所示。采用分布式部署，在省调部署平台数据服务器、平台应用服务器；省、地调分别建立整定计算本地数据服务器，为省地两级调度的模型维护及业务功能应用提供数据基础及业务功能应用环境；省、地调数据服务器通过调度数据网与一体化整定模型数据平台实现数据的交互，可从一体化整定模型数据平台获取省地调电网模型数据、保护装置模型数据、定值单模板，省地调用户通过客户端访问本地数据服务器可获取相应模型及数据进行整定计算应用。

图1  一体化平台部署架构

省地调一体化整定模型数据平台硬件配置清单见表1。

表1  硬件配置清单

1.3  一体化平台及客户端业务功能

一体化平台及客户端业务功能架构如图2所示。平台一体化模型管理功能主要包括模型数据导入/导出、模型拼接、模型数据安全校核、模型数据版本管理及发布、保护装置模型及定值单模板维护等功能；省地调客户端功能主要包括图形建模、等值阻抗计算、短路电流计算、原理级定值整定、装置级定值整定、计算书/定值单生成等功能。

图2  一体化平台及客户端业务功能架构

2  一体化模型数据拼接

分布在各地的各级调度的一体化整定计算系统基础数据模型通过文件传输协议方式将电网公共信息模型-E模型（CIM-E，Common Information Model-E Model）和公共信息模型-G模型（CIM-G，CommonInformation Model-G Model）图形文件传送到一体化整定模型数据平台。模型拼接服务接收各级调度电网CIM-E模型和CIM-G图形文件生成全网模型，建立一体化全网数据模型。

通过模型发布再将拼接的一体化全网数据模型分发到各地（省、地）的数据库服务器中，各级调度更新数据并按照最新全网数据模型开展继电保护整定计算业务，下一个拼接周期时再将本级调度电网最新模型上传建立一体化全网数据模型。一体化全网数据建模数据流如图3所示。

1）模型收集

模型收集是实现一体化全网协同建模的重要环节，模型收集主要实现模型文件语法的正确性校验。

2）模型拼接

一体化整定模型数据平台把收集到的各级电网基础数据模型导入，建立合并电网中各设备详细信息，形成本区域的全网详细模型。

图3  一体化全网数据建模数据流图

3）模型服务

一体化整定模型数据平台把拼接完的全网数据模型和图形进行发布，省地调一体化整定计算系统和一体化整定模型数据平台交互，获取一体化全网数据模型。

4）模型版本管理

一体化整定模型数据平台将每次新发布或接受的信息（包括电网模型、等值数据）形成一个新的版本号，并保留老版本的信息，以便系统追溯使用历史版本模型。

5）全网模型可视化展示

一体化整定模型数据平台图形模式采用层级建模、分层展示，如图4所示。根据新疆电网所覆盖的区域，以地区为单元，建立全网区域联络图，在各区域里建立变电站和电网接线图，通过建立区域联络线，实现电网的分层建模。

图4  电网区域联络图

3  保护装置模型及定值单维护

3.1  保护装置库设计

设计一个开放的保护装置建立平台。将电网基础信息、故障电气量等信息作为知识元素，通过运算关系（包括常规数学运算以及逻辑运算），建立保护整定的各类表达式，对于不同定值项，匹配不同的整定原则，根据不同的知识情景、整定规范、实际经验建立相应的推理机制，最终构成了保护装置建立平台，如图5所示。

保护装置知识库包括以下元素。

1）变量知识元素。保护定值校核时，所涉及的变量类型包括：常规变量、电气量、配合量。定值校核时，通过各种运算关系把各变量联系起来，构成保护定值计算表达式。

2）整定原则知识。根据继电保护原理，国家制定了相关规程、导则，作为保护定值整定计算的知识源之一，整定原则知识库除了整定计算规程、导则的整定原则知识外，还汇总了电力行业运行经验，充实和丰富了知识源。

3）定值知识推理。定值变量知识元素结合运算关系，生成整定定值。

3.2  保护装置层次结构设计

根据保护装置硬件构成，采用层次结构来描述保护装置结构，保护装置结构层次由6层构成，如图6所示。

3.3  保护装置配置方案

根据被保护设备装设的保护装置，定义保护装置的定值整定方案。保护装置定值整定方案定义包括：保护装置属性的定义、保护组属性的定义、定值属性的定义。结合保护装置配置方案整定装置定值，如图7所示。

3.4  定值单模板维护

根据实际工作的需要，每一个保护装置均需对应一个定值单模板，如按实际工作一一对应进行模板建立，需要维护大量模板，且大部分信息均是重复信息，因此程序设计基于保护装置自动生成定值项的定值单模板。

用户只需维护定值单模板的表头、设备基本信息、表尾3个模块信息，无需建立保护装置中的具体定值项。此模板可绑定在任意对应模板所属一次

图5  保护装置知识平台推理结构图

图6  保护装置结构图

图7  保护装置配置方案定义结构图

设备类型的保护装置中，且在生成定值单时，所有保护装置中的定值项均自动生成到定值单中。

以线路模板为例定值单模板需维护的信息见表2至表4。

表2  表头信息

表3  基本信息

表4  表尾信息

4  一体化平台数据交互

4.1  数据交互格式

一体化整定模型数据平台输入数据格式见表5。

表5  输入数据格式表

一体化整定模型数据平台输出数据格式见表6。

表6  输出数据格式表

4.2  纵向一体化数据交互

在新疆省调建设一体化整定模型、图形、数据统一管理平台，通过调度数据网交互省、地调电网模型和图形，采用模型拼接技术建立新疆全网模型，同时兼顾同上级调度整定计算系统进行数据交互的需求，为上级调度提供新疆全网模型。

在整合新疆全网模型数据的基础上，构建新疆全网一体化整定模型数据平台，支撑省地一体化整定计算系统。

4.3  横向一体化数据交互

省地一体化整定计算系统通过服务总线/消息总线进行数据交互，一体化整定计算系统所需电网图形和电网模型数据来自一体化整定模型数据平台，一体化整定计算系统所需的一次设备参数、厂站名称、设备名称来自OMS系统，一体化整定计算系统生成的定值单或保护定值数据通过服务总线发送给OMS系统，完成SOP流程，实现继电保护定值的全过程闭环管理。

4.4  数据不一致问题

数据拼接应用基于数据中心数据库，数据中心的数据是各区域电网定期或不定期上传各自电网的数据模型得到的。数据更新不及时或数据的修改、删除、增加以及重命名操作，会使得数据中心的数据产生不一致的问题。

数据的不一致可能由待拼接某一方进行数据修改造成，也可能是待拼接各方都进行了修改。在数据拼接中应把这些不一致展示出来供用户设置。

4.5  边界支路的处理问题

对于边界支路，由于在待拼接的两个电网数据中同时存在，因而拼接的时候需要进行相关处理。重复存在的两条线路只能保留一条，当重复的线路数据不一致的时候，需确定最终的线路参数。处理方法可以按照调度管辖权限来确定，即按管辖公司的数据为准，或者由用户决定采用什么数据。

5  实际应用分析

截止到2014年底，新疆13个地州单位的一体化整定计算程序均已部署完毕并正式上线运行，其中乌局、昌吉、阿克苏、和田4家单位同省调一起与2012年完成系统建设，上述4家单位中和田公司目前还是新老程序并行运行，伊犁公司是最晚完成系统建设的单位于2014年7月完成，目前也是双轨运行，剩余的塔城、阿勒泰、吐鲁番等8家单位均与2013年完成，其中哈密、疆南等4家单位仍实行双轨运行。

截止15年底，13个地州单位在一体化整定计算系统使用方面尚存在若干问题，其中昌吉、阿克苏、伊犁、哈密、和田、疆南以及奎屯这7家单位存在的问题有2条，乌鲁木齐、吐鲁番、阿勒泰三家单位存在的问题有3条，博州有4条，巴州和塔城最多有6条问题。将各单位提出的问题进行归类后，目前地调一体化系统存在的问题主要表现在4个方面，分别是：系统使用不熟练、整定原则新需求、定值流转不满足、计算运行速度慢等，具体的应对方案详见下文。

5.1  一体化平台与OMS系统互联出现的问题及对策

省调一体化系统满足国调、西北网调的数据格式要求，可以将全网参数导出成标准化格式，网调直接拼接使用；针对一体化系统与OMS系统互联的过程中，地调一体化系统曾一度存在的系统使用不熟练等部分问题，采用如下技术措施加以改进。

1）为解决一体化系统使用不熟练的问题，可采用以下系列措施：①各单位加强对整定计算人员的专业培训；②省调牵头进一步加大关于整定计算方面的培训力度，例如组织召开一体化整定计算系统的培训和竞赛等；③将一体化系统建设和使用情况纳入考核，可从系统是否单轨运行、参数维护、系统计算书完成率、系统定值单生成率等方面进行考评。

2）如有单位需要新增整定计算原则，则可通过以下流程加以实现：首先各单位上报新需求，省调组织有关单位对新原则进行讨论，讨论通过后将要求提交给一体化厂家，厂家根据要求进行研发并测试，程序测试通过后安排各单位统一进行升级。

3）定值流转不满足方面，根据国网要求，继电保护整定流程和定值单流转流程是OMS里的两个核心流程，由于之前各地调均未实现一体化系统和OMS系统接口，造成多数单位定值单在一体化系统中流转，定值单流转不满足要求，因此可由省调与OMS厂家和一体化厂家沟通，由省调牵头安排上述厂家进行相关程序的研发测试工作，完成地州一体化系统与OMS系统接口，实现定值单自动导入OMS系统流转。

4）一般造成运行速度慢的原因有3种：①方式设置不合理，方式设置过多、过于复杂；②采用全网计算，未考虑分区；③系统本身速度较慢。

为提高运行速度而采取的措施有：①优化方式设置；②电网采用分区计算；③厂家对程序进行升级，采用并行计算方式。

此外，需加大一体化系统消缺力度，尤其是之前采用新老整定计算程序并行的单位。目前该数据平台已在新疆电网应用近3年，实践表明，该系统能够应对智能电网建设对继电保护整定计算工作的新挑战，可靠保障数据的安全性、一致性和继承性，保证各功能块之间的有机结合以及与智能电网信息交换平台的无缝连接。

5.2  一体化平台功能的关键技术

1）一体化系统与OMS系统的参数接口。为实现参数源端维护，可采用图8所示的一体化系统与OMS系统的参数接口功能。保护人员在OMS系统中录入参数，方便人员对录入的参数进行补充和审核，审核通过后OMS系统自动将参数导入一体化整定计算系统，供保护人员整定计算使用，若参数未审核通过，则返回到起始状态，由保护人员重新对参数进行修改和补充。

图8  实现参数源端维护图

2）一体化系统与保信系统的接口功能。一方面可以通过保信系统远方召唤定值，实现保护定值单回执的自动校核，减轻保护人员回执校核压力；另一方面也可以通过保信系统实现远方更改定值。

3）建立定值单模板数据池。每个单位要将建好的定值单模板导入数据池中，对于其他需要用到此模板的单位，只需从数据池中导出使用即可，避免每个单位重复编制定值单模板，减轻工作压力。

6  结论

一体化整定模型数据平台基础数据源与各功能应用解耦设计，既可以采用自有数据源的模式，又可与其他系统如智能调度技术系统实现无缝接口。另外，各功能应用模块采用组件技术，实现精细化管理，根据不同应用场景搭建不同应用。

为了便于其他系统能够拼接对外发布的模型或能使用其他系统发布的全网模型，数据模型及图模数据应满足标准格式要求。本文所设计的数据模型支持CIM-E格式，图形模型支持CIM-G格式。基于公用信息模型标准和可缩放矢量图形画面格式，实现全网模型分散维护，合并建模。

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