1、面向电力物联网的模型源端维护与共享技术吉跃瑾，刘德贺（南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 ）摘要：目前，电力物联网环境下设备接入存在模型多次人工维护、无法多级共享的问题，不仅增加了大量的模型维护工作，而且难以保证各级主站的模型一致性。对此提出了一种面向电力物联网的模型源端维护和共享方法，实现源端模型自动注册、边缘节点自动焊接、主站模型订阅和多级共享，减轻边缘节点和主站系统的模型维护工作，规避不同主站模型不匹配问题。同时，在边缘节点可以按照不同主站业务需求分类存储模型切片，解耦不同主站及不同业务的源端模型，充分发挥边缘节点的计算和存储能力。关键词：电力物联网；源端维护；边缘节点；模型订阅中图分
2、类号：，（，）：，：；收稿日期：作者简介：吉跃瑾（），硕士，从事电力系统分析、运行与控制工作；刘德贺（），硕士，从事电力系统分析、运行与控制工作。引言随着电力物联网技术的发展以及智慧家庭、智慧楼宇、智能电网等应用需求的日益增多，越来越多的电力设备需要快捷地接入电网。相应地，多级主站电力监控系统需要分别对接入的电力设备进行建模，完成设备模型构建、设备模块使能、设备数据通信交互等功能，进一步实现电力源端设备在各级主站的全模型构建、业务数据接入，为上层应用分析提供模型数据服务。当前，电力设备的模型多在边缘节点进行人工维护，无法从终端设备直接获取源端设备模型，并进行模型自动焊接。同时，在边缘节点维护的
3、模型缺乏和主站系统进行模型共享的方式，往往需要在主站系统重复进行电力设备的人工建模。此外，在边缘节点和主站系统分别进行模型维护可能出现模型不一致的情况，且在新设备接入和设备变更时难以自动同步更新模型。为了克服电力物联网环境下现有技术存在的模型多次人工维护、无法多级共享的问题，本文提出了一种面向电力物联网的模型源端维护和共享方法：终端设备向上级边缘节点注册源端一次设备模型，同时上报该终端设备所连接的其他终端设备；边缘节点将同一拓扑节点内终端设备的源端一次设备模型进行焊接，组装成源端模型片段并将该片段上送到主站系统；主站系统分析源端模型片段中的空挂端点以及空挂端点所属源端一次设备模型边界信息，形成
4、边界连接线列表并据此进行源端模型片段的拼接；最终实现源端模型自动注册、边缘节点自动焊接、主站模型订阅和多级共享。电力物联网模型及其维护流程电力物理网模型包含终端设备、边缘节点、主站系统三层结构。其中，终端设备用于采集与其连接的一次设备的信息，构建源端一次设备模型并向所属边缘节点注册；电力自动化电工技术 边缘节点用于组装、焊接源端一次设备模型，并将组装、焊接后的源端模型片段发布并共享给主站系统；主站系统拼接源端模型片段，构建完整的电力物联网模型。在构建完整的电力设备物联网模型后，主站系统、边缘节点、终端设备间可根据业务需要进行运行数据的交互。典型的上行数据传输方式为：终端设备采集一次设备运行 数
5、 据 并 通 过 （）等主流传输协议上送至边缘节点；边缘节点汇总本节点范围内所有一次设备运行数据，并采用 传输协议上送主站系统。典型下行数据传输方式为：主站系统根据业务应用需求，控制边缘节点或者终端设备对应的一次设备的运行状态，可通过 传输协议将控制数据发送至边缘节点或者终端设备对应的一次设备并执行。本文电力物联网环境下电力物联网模型维护和共享流程如图所示。图电力物联网模型维护及共享流程终端设备即插即用终端设备中存储的电网一次设备的公共信息模型和量测模型共同组成源端一次设备模型。其中，公共信息模型中包含一次设备的台账信息、参数信息；量测模型中包含从一次设备采集的量测点的信息。例如，一条负荷类型
6、的一次设备由专门的终端设备负责采集信息和控制，该终端设备中记录有该负荷设备的公共信息模型（名称、唯一编码、额定电流、阻抗参数、端点数量等）和量测模型（有功功率、无功功率、电流、电压等量测对象）。公共信息模型和量测模型依据 和 建模规范进行描述。终端设备采用即插即用方式接入，配置有一次设备的公共信息模型、量测模型信息以及该终端设备通信交互的上级边缘节点和平级终端的设备信息。以断路器为例，作为双端点设备，其两端可以分别连通不同设备，因此在其对应的终端设备中配置能够与其两个端点通信连接的设备，分别是第一隔离刀闸和第二隔离刀闸。终端设备接入后自动与上级边缘节点通信，注册公共信息模型和量测模型信息，同时
7、上报该终端设备所能够连接的其他终端设备。在得到边缘节点确认后，该终端设备正式使用，开始采集量测运行数据并实时上报给边缘节点，同时连通其他可连接的终端设备，并把连通情况上报边缘节点。终端设备可采用主流的物联网通信规约进行数据上报。模型拼接 边缘节点焊接边缘节点通过物联网规约获取下级终端设备的公共信息模型、量测模型，并结合终端设备上报的运行信息、网络连通信息对所管辖的终端设备建立网络拓扑，并分析下辖终端设备的连通性得到拓扑节点。该拓扑节点是多个连通的终端设备的集合。边缘节点内构建拓扑节点的过程是后续模型焊接的基础。在分析出拓扑节点后，边缘节点把同一拓扑节点内终端设备的源端一次设备模型进行焊接，组装
8、成源端模型片段，源端模型片段是同一拓扑节点内的终端设备对应的源端一次设备模型信息的集合，比如一个线路间隔包含断路器、隔离刀闸、接地刀闸、线路等一次设备及对应的终端设备。同一个间隔内的所有终端设备在同一个拓扑节点内，由其包含的所有一次设备的模型信息就能够焊接成一个源端模型片段。边缘节点把源端模型片段通过网络协议上送到主站系统，主站系统根据不同边缘节点上送的源端模型片段进行全模型拼接。边缘节点源端一次设备模型焊接的过程示意图如图所示。源端一次设备模型焊接的算法：遍历所有源端一次设备模型，根据一次设备不同端点配置的所能够连接的一次设备列表，并结合连通信息，分析该一次设备的每个端点所连接一次设备情况，
9、并把所有连接的一次设备端点作为一个焊接点，将焊接点作为公共信息模型的连接点，当所有一次设备遍历完成之后，一次设备之间的连通性即可形成；然后再遍历所有一次设备，把所有拓扑连通的一次设备划分在一起，形成拓扑节点。至此，在边缘节点下的同一拓扑节点内的设备都拓扑连通，并可通过连接点焊接成一个源端模型片段。源端模型片段中包含若干空挂端点，这些空挂端点可用于和其他源端模型片段连接。、隔离刀闸；断路器；、接地刀闸；负荷设备图边缘节点模型焊接示意图电工技术电力自动化 主站系统拼接主站系统可以是运行在云平台上的虚拟主站，也可以是常规运行在物理服务器上的主站。主站系统在接收到边缘节点的源端模型片段之后，分析源端模
10、型片段中的空挂端点，以及这些空挂端点在所属的源端一次设备模型中配置的可连接的其他一次设备，这个可连接的其他一次设备必然在其他边缘节点上送的源端模型片段中，这样两个终端设备对应的一次设备可以据此形成一个边界连接线。在主站系统中通过分析所有源端模型片段，形成所有边界连接线列表，再根据边界连接线列表进行源端模型片段的拼接，可以形成监控区域内完整的电力系统设备模型。图示例说明了主站系统模型拼接的过程。、隔离刀闸；断路器；、接地刀闸；负荷设备；母线设备图主站系统模型拼接示意图模型源端共享终端设备的源端一次设备模型发布给边缘节点，边缘节点首先进行源端一次设备模型焊接的维护处理。边缘节点以自身管辖范围内焊接
11、的源端模型片段为基础，按照业务功能需求把源端模型片段复制并裁剪成不同的模型切片，模型切片能够满足不同主站、不同业务功能的模型需求。在实际的电网主站系统中，不同主站对相同的源端模型片段的监视范围可能是不同的，比如一个常规的 变电站包含 模型、模型、模型的电网模型，在地市级主站系统监视的是 、和 的全模型的设备运行状态，在省级主站系统监视的是 的模型的设备运行状态。在同一级主站系统的不同业务应用对相同的源端模型片段的监视范围也可能是不同的，比如一个常规的 变电站的模型片段包含 电网模型、电网模型，在调度监控主站系统中监视的范围是 电网模型和 电网模型的站内设备，而在配网自动化主站系统中监视的范围是
12、 出线及对下所连接的馈线设备。边缘节点根据不同主站系统和主站系统功能的需求克隆出模型切片，分别存储。模型切片相对独立，各自不影响。当边缘节点模型切片内的源端一次设备模型发生改变后，边缘节点将新的模型信息通过消息报文的方式通知各主站系统，并根据主站系统的订阅请求进行各自模型切片对应的源端一次设备模型的变更。边缘节点接入终端设备模型后的模型共享过程如图所示。边缘节点的源端模型共享完整过程如下。（）边缘节点和终端设备进行交互，召唤源端一次设备模型并进行模型焊接，形成边缘节点源端模型片段。（）边缘节点和主站系统进行交互，把边缘节点的源端模型片段发布给主站系统。（）主站系统根据边缘节点上送的源端模型片段
13、，结合主站业务自身需要进行模型切片订阅，筛选主站系统需要的模型切片。（）主站系统下发边缘节点已订阅的模型切片。（）边缘节点在收到主站系统的订阅模型切片后，按照主站系统和业务类型进行单独存储。（）若有新的主站系统或者主站业务需要订阅源端模型，按照上述第（）（）步进行模型召唤、订阅及存储。（）当边缘节点下辖的终端设备增加、删除、更换时，对变化的终端模型对应的一次设备进行焊接，更新模型切片中的源端一次设备模型，然后通知更新模型切片所属的主站系统进行新模型切片的订阅发布。图 模型切片与共享流程图结语本文提出了一种面向电力物联网的模型源端维护与共享技术，可以实现源端模型一次维护多级、多次共享。在终端侧源
14、端进行模型维护时，仅需进行基本的设备模型连接配置，后续边缘节点模型焊接、主站系统模型拼接过程即可自动完成，减轻了边缘节点和主站系统的模型维护工作。同时，模型在源端维护后可多级主站共享，避免了不同主站多次维护及模型不匹配的问题。此外，在边缘节点可以按照不同主站业务需求分别存储模型切片，能够解（下转第 页）电力自动化电工技术 与母差的配合 常规站不论常规站还是智能站，一般只配置一套母差保护，不能满足和两套线路保护一一对应的要求，但是老 母差保护一般具有一组跳闸接点和一组闭重接点，可以将跳闸接点接给第一套线路保护的 ，将闭重接点接给第二套线路保护的 。若该 线路还配有启动失灵功能，则可以将两套保护的
15、动作接点并给母差保护的失灵开入（一般为厂家内部配线），配合关系如图所示。图 常规站两套线路保护与母差保护配合关系 智能站智能站母差采样值接收自合并单元的，刀闸位置接收 自 智 能 终 端 ，因 此 只 能 接 收 一 套 合 智 的 和 信息，一般来说接收自第一套合智装置，如果有失灵，那么母差也只能接收第一套保护的失灵启动。母差出口采用 直跳，由于早期的智能站母差保护无法后期定义光口，其背后只有固定光口是出口当前间隔的，因此可将其连至第一套合智装置。其出口至第二套合智装置的光纤可以插在调试人员使用的全发口上，该口会发送所有间隔的 信息。如果后续还有双套化的改造，那么可以用该口组网跳第二套合智装
16、置。考虑到第二套线路光差装置的功能完整性，母差还应组网发送其他保护动作到第二套线路保护。配合关系如图所示。图智能站双套线路保护与母差配合关系结语在基建、技改工程中，改扩建间隔被认为是重要设备时，会进行保护双重化配置。这种配置方式在 及以下电压等级是非标准的，甚至有时候是没有先例可以参考的，比如智能站扩建双套配置的 线路保护，此时需要采取一些特殊的配合方式，在尽量满足规程要求的情况下保证保护、自动化系统功能的完备，保证新建间隔没有安全隐患。本文提供了两种实践中的配置方式以供参考。参考文献 线路保护及辅助装置标准化设计规范 电网继电保护装置运行整定规程 （）线路保护及辅助装置标准化设计规范 陈庆智能变电站二次设备运维检修知识北京：中国电力出版社，（上接第 页）耦不同主站及不同业务的源端模型，保持源端模型和纵向主站及业务的独立性，充分发挥边缘节点的计算和存储能力。参考文献 杨挺，翟峰，赵英杰，等泛在电力物联网释义与研究展望电力系统自动化，（）：江秀臣，刘亚东，傅晓飞，等输配电设备泛在电力物联网建设思路与发展趋势 高电压技术，（）：傅质馨，李潇逸，袁越泛在电力物联网关键技术探讨电力建设，（）：
