基于GID的智能化数据平台分析

金瑶，管荑，肖静

（1.国网山东省电力公司经济技术研究院，济南250012；2.国网山东省电力公司，济南250001；3.国网山东省电力公司检修公司，济南250014）

基于GID的智能化数据平台分析

金瑶1，管荑2，肖静3

（1.国网山东省电力公司经济技术研究院，济南250012；2.国网山东省电力公司，济南250001；3.国网山东省电力公司检修公司，济南250014）

新一代智能化变电站系统具备变电站运行优化控制、变电站设备状态检修决策支持、设备故障诊断、智能告警等功能。这些功能的实现需要有效、准确、综合考虑变电站各种数据。结合相关最新国际标准，研究通用模型协调，并结合非标准设备适配网关研究，构建高性能变电站综合数据服务平台，实现部分智能化应用和CIM/GID服务于远方调度主站系统。所述成果能够提高变电站的运行效率，降低运维成本，提高运行安全可靠性，有助于推进新一代智能化变电站的建设，具有可观的社会经济效益。

智能变电站；数据平台；GID

0 引言

变电站是构成电网的枢纽环节，变电站智能化是建设智能电网的基本要求，也是智能电网的重要组成部分。近年来，国家电网公司推行建设新一代智能变电站，变电站将会沿着设备信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、检修状态化的方向继续前进，这要求底层数据服务平台的标准化、模型化、统一化要达到更高的标准。

数字化、自动化与互操作化是新一代智能变电站的基础要求，近年来，国家电网公司已经在基于IEC 61850的数字化变电站的研究、开发及建设方面取得了非常可观的进展，一些基本符合IEC 61850规范要求的数字化变电站业已投入运行，关于智能变电站的研究正在向纵深发展。

新一代智能化变电站系统具备变电站运行优化控制、变电站设备状态检修决策支持、设备故障诊断、智能告警等功能。这些功能的实现需要有效、准确、综合考虑变电站各种数据。到目前为止，国内电网在基于IEC 61850的站内一、二次设备数字化与局部数据的互操作性研究方面有了较大进展，但在变电站数据的全面有效整合和综合运用方面仍处于刚刚起步阶段，尚有大量关键技术需要研究和突破。

结合相关最新国际标准，首先进行通用模型的协调研究，在此基础上，结合IEC 61970/IEC 61850及IEC 61850/非标准设备适配网关的研究，构建高性能变电站综合数据服务平台，并在此基础上研究实现了部分智能化应用，同时以CIM/GID（标准化信息模型/数据操作接口）服务于远方调度主站系统。

1 通用信息模型设计、扩展与模型协调

1.1 模型设计与扩展

国家电网公司下发的针对新一代智能变电站相关技术文件中要求：应具有全站信息数字化、信息共享标准化、通信平台网络化、系统功能集成化、结构设计紧凑化、高压设备智能化和运行状态可视化等技术特征。并应符合易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求。以国际现行较为通用的IEC 61850为基础，设计整个新一代智能变电站的信息模型，以保证模型的通用性与统一性，同时遵循IEC 61970 CIM的原则进行扩展［1］。

1.2 语义模型协调

IEC 61850配置模型数据的文件格式是SCL（变电站配置描述语言），它定义了集合元素和属性的XML文件形式，包含了运行时需要所有IED的数据信息。

1.3 配置模型协调

从IEC 61850配置中创建CIM模型的能力和从CIM模型中创建61850配置是成功进行标准集成化的必要因素。信息模型一致性需要处理信息的3个层次，如图1所示。需要处理的第一个层次是描述怎样使CIM和61850语义相关起来，这叫做“语义建立阶段”；第二个层次是实际部署系统的配置，为了实际的运行，这要求所有相关信息都要建立起来；第三个层次是运行模型［2］。

图1 信息模型一致性

2 标准化综合数据服务平台

将构建面向新一代智能变电站的综合数据服务平台，以提供标准化的数据服务。该平台将变电站内所有的数据进行整合，利用CIM和GID向数据应用者高效提供该变电站全景数据视图。如图2所示，变电站基础属性数据、实时监测数据断面、历史数据、电网基础数据、设备状态监测数据、环境监测数据、图像或多媒体数据、二次系统监测数据等各种变电站数据均被综合数据服务平台整合，并向数据应用者（调度端主站系统或当地应用）提供标准的CIM/GID服务［3］。

图2 变电站智能化综合数据服务平台

3 适配网关

3.1 IEC 61970/IEC 61850适配网关

IEC 61970/IEC 61850适配网关置于变电站内部，用于实现在站内完成IEC 61850与IEC 61970数据之间的转换［4］。网关的作用如图3所示，网关的内部工作原理如图4所示。

图3 IEC 61970/IEC 61850适配网关的作用

图4 IEC 61970/IEC 61850适配网关内部结构

3.2 IEC 61850/非标准智能设备适配网关

要实现IEC 61850/非标准智能设备适配网关，首先要对现有的非标准智能装置进行建模。非标准智能装置大多没有明确清晰的信息模型，可参照IEC 61850 7-3 CDC和IEC 61850 7-4 LN的定义，将这些装置提供的信息与标准信息对应，实现模型标准化建模。

网关不但要建立信息模型，还要进行接口的适配。非标准智能装置大多没有为应用定义明确的编程接口，只是在通信层进行了定义，这些装置使用的通信规约大多以IEC 60870 5-103为基础，做了修改和扩充。要实现与装置的通信，必须要针对每一种通信规约变体，开发相应的规约适配模块。

此外，适配网关可以进一步实现OPC UA协议转换，以提供标准化接口调用。

3.3 统一信息采集

设备适配网关服务是变电站和上级主站通信的桥梁。它主要具有运行时模型协调功能和服务接口转换功能。

运行时模型协调主要是指从IEC 61850测量模型到CIM的映射机制。除了类的逻辑关系和计数寄存器，还有字符串定义和离散值（枚举值和布尔值）。为了分析两种测量模型，需要检查IEC 61850的CDCs（公共数据类型），并且与CIM测量模型比较它们的属性和结构。在IEC 61850中，测量按照一定的数量和关系条件进行分组，组合在一起的测量通常具有共享相同特性、测量同一物理位置、测量同时等特征。

接口转换功能是将变电站内的智能电子设备（IED）所使用的ACSI接口转换为智能变电站数据平台所使用的GID接口，让变电站设备可以访问到数据平台的电网模型信息，也使得数据服务平台可以获取变电站自动化系统所提供的实时监测数据和历史检测数据。

4 基于综合数据平台的部分智能化应用

4.1 故障综合分析与决策

当变电站系统发生故障时，迅速确定故障原因、性质、位置，能够大大减少故障损失和系统恢复时间。故障诊断非常复杂，包括电网故障诊断、一次设备故障诊断、二次设备故障诊断。实现正确的故障诊断需要综合有效信息的支持，包括故障录波信息、保护动作信息、环境状态信息、视频图像、设备状态监测等。基于综合数据信息实施故障诊断的原理如图5所示。

变压器故障诊断。仅仅根据变压器油色谱的数据，只能得出变压器基本的故障类型。要对变压器进行详细而准确的诊断，必须综合各种信息，如：油色谱信息，油压、油位、油温信息，电气、化学试验结果和运行检修史。同时将各类信息的关系以及分析判断的结果进行整合，把各类信息逻辑相关的显示给运行人员，以方便查阅，对变压器的整体状况进行分析，及时对其进行诊断和维修［5］。

图5 实施变电站故障诊断的原理

断路器故障诊断。从实时数据库中获得波形采样数据及断路器的基本状态量，然后对采样文件进行分析，得到特征参量。例如，从断路器合闸线圈电流采样数据中，可分析出线圈出现电流时刻、线圈电流消失时刻、线圈电流最大值、出现线圈电流最大值的时刻、线圈电流有效值等。获得波形的关键信息后，根据Dempster合成原理，结合专家知识库，对断路器故障做出诊断分析［6］。

关于线路故障诊断。基于故障录波数据、可实现故障性质、故障类型、故障距离等的分析计算。

关于综合分析决策支持。基于综合数据服务平台及上述故障诊断方法，系统可最终给出故障处理的决策方案，辅助操作人员快速准确理故障。

4.2 智能告警

智能告警实现对一、二次信息进行在线故障诊断、处理，支持网络智能分析，分项、分类对收集的告警信息进行压缩和管理，针对“三集五大”体系不同需求制定告警方案，利用直观的方式提供全方位告警提示并辅助决策，为电网安全经济运行提供技术支撑［7］。

系统可及时响应设备故障，并及时预计报警。响应范围包括运行异常告警、二次设备异常告警等，并对报警原因进行智能推理，及时提供给使用者可能的故障原因，提供完备的告警显示与控制界面并对故障信息管理。

5 结语

新一代智能化变电站数据信息服务领域建设的最终目标是实现站内设备之间的互操作和整个变电站系统的数据整合。对新一代智能化变电站的数据服务建设方面进行研究，最终全面实现变电站系统的数据整合及智能化应用。分别针对IEC 61850或非标准的一般智能装置实现面向整个变电站系统的数据整合，服务于远方调度主站系统或智能化应用，研究成果包含能够实现变电站智能化的基础性技术和应用技术。所述分析及设计研究尚未推广应用于实践，其研究成果将在后续应用中继续改进。

［1］周波曦，孟昭勇，王志臣，等.基于CIM的变电站与配电馈线一次接线图自动绘制算法［J］.电力系统自动化，2012，36（11）：77-81.

［2］刘兆田，葛立青，杨凡.基于CIM的通用数据服务在智能变电站中的应用［J］.电力信息化，2012（9）：85-88.

［3］白建社，江秀臣，薛钧义.变电站自动化系统通用数据服务软件平台研究［J］.电力系统及其自动化学报，2004，16（3）：5-8，16.

［4］易妍，范辉，顾雪平.智能变电站一体化信息支撑平台构建分析［J］.河北电力技术，2013（1）：10-13.

［5］彭飘.基于根本原因法的智能变电站故障诊断模型的研究［D］.广州：华南理工大学，2011.

［6］崔法聚.基于集控中心的电力系统警报处理故障诊断研究［D］.广州：华南理工大学，2012.

［7］宋璇坤，刘颖，孙佳，等.新一代智能变电站一体化信息平台设计［J］.电力建设，2013，34（9）：21-25.

Analysis of the Intelligent Data Platform Based on GID

JIN Yao1，GUAN Ti2，XIAO Jing3
（1.Economic&Technology Research Institute，State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250012，China；2.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China；3.State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250014，China）

The new generation intelligent substation system should have functions of operation optimization control，decision support of equipment state maintenance，equipment fault diagnosis and intelligent alarm.Realization of these functions requires accurate，effective and comprehensive consideration of various data of the substation.Combined with the latest relevant international standards，general model of coordination is studied.Combined with the research of non-standard equipment adapter gateway，the integrated data service platform of high performance substation is constructed.Part of intelligent applications and CIM/GID services for the remote dispatch master station system are realized.The results can be used to improve the operation efficiency of substations，reduce maintenance cost，improve the operation safety and reliability，and help to promote the construction of new generation intelligent substations.The results have considerable social and economic benefits.

intelligent substation；data platform；GID

TM732

A

1007－9904（2015）02－0032－04

2014-10-20

金瑶（1976），女，高级工程师，从事电力系统继电保护和电网调度自动化相关工作；

管荑（1979），女，高级工程师，从事电网调度自动化相关工作；

肖静（1978），女，高级工程师，从事电网调度自动化相关工作。