在建設電力綜合數據平臺方面，有不少研究提出的模型拼接方法在電力調及電力市場方面已取得了一定進展。云技術在電力系統的應用方面也取得了一定進展。為了改善現有整定計算工作的現狀，本文提出采用電網模型拼接方法構建整定計算統一數據平臺，同時充分利用云技術解決基于完整電網模型進行整定計算時效率低下的問題。

1 整定計算云的提出

    隨著電力行業的發展和電網規模的不斷擴大，在繼電保護整定計算方面由于各電力公司都有自己的電網建模方式，各公司使用的整定計算軟件廠家不同，版本不同，創建出的模型、圖形或數據庫在結構上存在很大的差異，形成一定程度的“信息孤島”，導致上下級及同級之間整定計算的信息共享和實現某種程度上的互操作變得非常困難。

    在電力系統的實際運行中，系統的運行方式是不斷變化的。進行整定計算時各單位之間相互影響采用邊界節點上簡單掛等值模型的方法，很難保證計算結果的正確性。外網模型的參數一旦算出通常固定不變，而實際外網的運行方式經常變化，采用傳統的邊界等值技術無法保證整定計算的準確性。隨著電力系統規模擴大、電網結構的不斷變化及全國聯網的實現，在整定計算一體化要求下，各單位不再只考慮相鄰單位發的等值，而是考慮大電網的詳細模型，這對計算速度和效率是一個很大的挑戰。

    云技術能夠考慮大電網詳細模型的整定計算提供超級計算能力，并極大地提高電網數據處理和交互能力。與傳統的數據中心相比，基于云技術的整定計算數據中心不僅僅是一個硬件，而是一個由存儲設備、網絡設備、服務器、公用訪問接口、應用軟件、接入網和客戶端程序等多個部分組成的復雜系統。它以存儲設備為核心，通過應用軟件對外提供數據存儲和業務訪問服務。其結構模型如圖1 所示，自下而上分別為存儲層、基礎管理層、應用接口層和訪問層。

    其中，存儲層位于最底層是云存儲的基礎部分，通過網絡設備將各個物理存儲設備連接在一起。基礎管理層是云存儲的核心部分，實現云存儲系統中多個存儲設備之間的協同工作。應用接口層是云存儲最靈活的部分，可以根據各級電網用戶的實際需求及其劃分的權限，提供不同的接口和服務。訪問層為各級電網提供電網拓撲分析、短路計算、離線整定、在線校核以及在線整定等服務任，何一個授權用戶都可以通過公用應用接口登錄數據中心，享受云技術服務。

圖1 基于云技術的整定計算數據中心層次架構

2 整定計算數據中心的搭建

    實現電網模型拼接，構建整定計算統一數據平臺，需要注意以下幾個方面：

    1） 統一全網設備命名規范。設備命名規則是模型拼接的關鍵，保證全網設備命名的全網唯一性，其目的是讓接收模型一方能辨別對方模型中的設備及其與本地模型的關系。

    2） 邊界電網建模分析。邊界電網部分會在不同區域或者不同級別的電網中重復建模，邊界部分在各單位的建模方式是不一樣的。例如，500 kV 邊界廠站在網調中建模見圖1，在省調中建模見圖2。

圖2 網調中500 kV 邊界廠站建模示意圖

圖3 省調中500 kV 邊界廠站建模示意圖

    電網模型拼接的前提在于弄清楚各級是如何等值表示邊界電網的。邊界電網部分在各單位重復建模，一般來說，按照調度管轄范圍劃分，500 kV 邊界廠站取網調模型，220 kV 邊界廠站取省調模型，110 kV 廠站取地調模型。

    3） 各單位導出的電網模型標準。由于各單位之間數據標準不統一，所以采用IEC 61970 的公共信息模型（Common Information Model，CIM）。CIM提供了一種用對象、類、屬性及他們之間的關系來表示電力系統資源的標準。各單位將自己管轄范圍內的電網模型導出成CIM/XML 文件，用于描述電網包含的設備信息和設備之間的拓撲連接關系還包含設備臺賬（包括線路、變壓器、發電機、母線等詳細參數）、基本運行方式、裝置整定計算模版、保護的整定計算原則等整定計算所需數據的載入拼接。

    4） 模型拼接的實現流程。拼接方法主要包含CIM/XML 文件解析；根據邊界信息進行模型拆分、模型拼接；將拼接結果導入整定計算數據中心。

    根據調度邊界信息，依據CIM 模型表示連接關系的Terminal（端點）和Connectivity node（連接點）對模型進行拆分后，將各模型中的等值模型信息裁掉，僅保留模型內部信息，包括調度邊界、拆分后的邊界設備是各模型之間唯一的重疊信息。其中重疊信息的取舍由調度管轄范圍來確定。

    拆分后的邊界設備一端懸空，另一端連接內部設備。將拆分后的各單位電網模型通過邊界設備信息連接起來，在邏輯上形成一個全電網的完整模型，如圖4 所示。

    通過模型的拆分/合并搭建整定計算數據中心，構建統一數據平臺，實現全網統一數據模型，實現模型的拼接、拆分、上傳和下發；實現繼電保護整定計算模型和圖形的多公司交互；實現面向全電網的整定計算功能。

    5） 接口要求采用標準化的接口方法。實現模型拼接采用標準的組件接口規范（Common InterfaceSpecification, CIS）數據訪問接口方法以及擴展接口方法，CIS 是在CIM 基礎上定義的，它定義了使用標準方式交換數據的途徑、所交換的內容、以及用來在組件間交換數據的接口功能要求。

圖4 電網模型拼接后示意圖

3 整定計算數據中心管理

    基于云技術的整定計算數據中心的管理是基于基礎設施云的數據庫及其文件系統，實現以工程為單位的電網模型數據的管理，數據包括設備元件參數、網絡拓撲參數、運行方式參數等。整定計算工程可以為某個用戶私有，也可以為多個用戶共享。私有工程可用于研究或測試；多用戶共享的工程，可以實現對電網數據的統一管理和分級維護。

    數據管理包括數據維護、版本管理和日志管理等功能。數據維護提供數據編輯、數據校核、數據拼接分割、數據比對等功能，是數據管理的基礎和核心功能。數據編輯包括數據錄入、文件和數據庫導入、不同數據格式的轉換、數據修改和保存、數據導出等。數據校核包括電網模型規范性校核、唯一性校核、合理性校核、拓撲結構校核和平衡校核等，是提高數據正確率的有效手段。數據比對是對不同方式、不同時間條件下電網模型和參數進行比較，是了解數據變化和查找問題的有效手段。版本管理是將修改后的數據按照時間和規則定期保存，形成一個個歷史版本，需要時可以隨時恢復到以前保存的版本，版本管理提高了數據可靠性。日志管理是將每一次用戶操作和數據變化都記錄在案，可以明確責任以及追溯數據修改歷史。

4 整定計算數據中心的應用

    實現各區域完整的電網模型拼接后，整體電網龐大，節點眾多。繼電保護整定計算的計算機算法采用節點阻抗矩陣進行大批量的故障短路電流計算，若加載全部節點進行故障計算，則計算速度緩慢，效率較低。因此，可以借鑒傳統的等值技術，對計算范圍之外的電網采用多點等值的方法，得到與實際完整電網等價的電網圖。

    各單位拼接成完整電網后，實際網絡如圖5所示。進行整定計算時，可以采用多點等值技術將計算范圍之內的節點為內部節點和邊界節點，外部電網節點為外部節點。內部節點組成內部區域I，邊界節點組成邊界區域B，外部節點也就是即將被等值掉的區域稱為被等值區域E。

圖5 實例網絡

    電網圖中，I 為內部區域，E1、E2 均為外部電網構成E，所有聯絡線就是邊界區域B，其中I 和B是要保留的區域，消去外部區域E。

    根據上文中對各區域的定義可以得到電網的節點導納矩陣如式（1）所示。其中電流為各節點電流的輸入值列向量，電壓為各節點的電壓列向量。

    由式（4）的意義可得聯絡線的值為：導納值 = 原來兩節點間的互導納 – 現在兩節點間的互導納。

    同樣可以求得外部系統的等值阻抗值為：導納值 = 現在自導納和所有互導納值的和 –原來自導納和所有互導納值的和。

    由上述計算可以得出，可以將如圖5 所示的實例電網等值為如圖6 所示的電網圖。

圖6 研究模型等值網絡

    在全網完整模型基礎上，進行整定計算時采用多點等值方法，既真實的反應了全網，保證了計算的正確性，又大大縮小了研究模型的規模，使計算速度得到很大提高。

5 結語

    本文提出采用電網模型拼接方法構建整定計算數據中心， 將各單位分散維護的電網模型拼接成全網完整的電網模型。利用云計算技術，建立全網統一規范的整定計算數據中心，并對數據中心的管理進行了分析研究。基于此數據中心采用多點等值方案降低節點阻抗矩陣規模，提高了整定計算的速度。

    基于云技術的整定計算數據中心的建設研究可推動繼電保護整定計算工作向廣域、全景、分布式、一體化發展。

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本文標題：基于云技術的整定計算數據中心的構建

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