CN108009208A

CN108009208A - 一种变电站监控信息数据的快速读取与分析方法

Info

Publication number: CN108009208A
Application number: CN201711085726.XA
Authority: CN
Inventors: 王耀东; 苏迪; 曹国记; 吕鹍; 张凤; 宋勋; 韩松; 李�昊
Original assignee: State Grid Henan Electric Power Company Zhongmu County Power Supply Co; State Grid Corp of China SGCC
Current assignee: State Grid Henan Electric Power Company Zhongmu County Power Supply Co; State Grid Corp of China SGCC
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2017-11-07
Publication date: 2018-05-08

Abstract

本发明公开了一种变电站监控信息数据的快速读取与分析方法，针对变电站的一次设备接线图形、拓扑关系、设备信息、电气状态信息数据，采用XML技术解析CIM文件的方法，分析CIM与XML技术和变电站一次设备接线图形结构中的关联内容，将变电站一次设备接线图形数据实现共享应用；基于变电站一次设备拓扑图形的属性分析，从变电站监控信息数据库中提取一次设备拓扑图形的信息，按照CIM规约的格式，录入数据，应用CIM对象的概念，实现变电站、间隔和设备的拓扑结构的建立；基于CIM模型框架，利用XML字段名解析技术，实现EMS的图形的XML形式语言解析；建立基于变电站监控信息基础数据库和台账库二者之间松耦合的信息解析机制并实现数据库之间的数据交互，提高XML解析对象的关联工作效率。

Description

一种变电站监控信息数据的快速读取与分析方法

技术领域

本发明涉及一种变电站监控信息数据的解析方法，针对变电站的一次设备接线图形、拓扑关系、设备信息、电气状态信息等各种数据，采用XML技术解析CIM文件的方法，实现对上述数据的快速读取与分析。

背景技术

在电力行业中，为了便于规范编制变电站监控信点表，同时兼顾已有变电站数据现有基础，在变电站的监控信息深度加工和解析研究方面得到了业界越来越多的关注和技术力量的投入。

目前，变电站中的一次电力设备接线图自身属性和拓扑连接关系维护模型属于应用服务层，依据IEC61970CIM标准规范，采用CPU消耗低的轻量级解析公共信息模型CIM（Common Information Model）文件思想，借助可扩展标记语言XML（Extensible MarkupLanguage）技术识别图形文件中的对象、属性和关联关系。进而实现对变电站监控信息梳理过程中的规范化，保证现有变电站数据库构造不变的前提下，获取描述变电站监控信息拓扑关系的CIM文件。

通过XML技术实现在CIM文件中识别事先约定的字段名称和标记符号的过程，可以降低海量监控信息的处理难度。因此，如何将CIM与XML技术整合，以提高变电站监控功能信息梳理和整合方面的工作效率，尚需要更多的技术研究和力量投入。

发明内容

为了实现变电站监控信息快速调用，建立健全和统一变电站监控信息点表编制工作。本发明提出了一种变电站监控信息数据的快速读取与分析方法，针对变电站的一次设备接线图形、拓扑关系、设备信息、电气状态信息等各种数据采用XML技术解析CIM文件的方法，进行了深入分析，实现了对上述数据的快速读取与分析。

本发明所采用的技术方案：

一种变电站监控信息数据的快速读取与分析方法，针对变电站的一次设备接线图形、拓扑关系、设备信息、电气状态信息数据，采用XML技术解析CIM文件的方法，实现对上述数据的快速读取与分析，其步骤如下：

1）分析CIM与XML技术和变电站一次设备接线图形结构中的关联内容，利用CIM与XML技术，将变电站一次设备接线图形数据实现共享应用；

2）基于变电站一次设备拓扑图形的属性分析，从变电站监控信息数据库中提取一次设备拓扑图形的信息，按照CIM规约的格式，录入数据，应用CIM对象的概念，实现变电站、间隔和设备的拓扑结构的建立；

3）基于XML的CIM图形文件解析与实现：基于CIM模型框架，利用XML字段名解析技术，分析实现EMS的图形的XML形式语言解析。

本发明的有益效果：

1、本发明变电站监控信息数据的快速读取与分析方法，基于变电站监控信息基础数据库和台账库，建立二者之间松耦合的信息解析机制并实现数据库之间的数据交互。实现了对变电站的一次设备接线图形、拓扑关系、设备信息、电气状态信息等各种数据的快速读取与分析。采用这种方式，既方便数据库的独立运行维护，又方便变电站监控信息的数据共享。

2、本发明变电站监控信息数据的快速读取与分析方法，利用CIM与XML技术，将变电站一次设备接线图形数据实现共享应用。实现了CIM文件中的对象的共有属性的合并，同时在拓扑图形数据库中进行图形对象模型的分类管理，降低CIM文件和数据库数据量复杂程度。达到CIM文件中的对象的共有属性合并，提高XML解析对象的关联工作效率的目的。

3、本发明变电站监控信息数据的快速读取与分析方法，应用CIM对象的概念，分别实现了变电站、间隔和设备的拓扑结构的建立；基于CIM模型框架，实现了XML解析CIM文件的对象关联工作，在CIM文件中植入关联标记符，实现图元的物理和逻辑上的图形连接工作预分析，提高XML解析文件的规范集成程度。

附图说明

图1：CIM格式文件在设备接线图形中的关联关系；

图2：利用CIM对象展现变电站关联模型；

图3：构建CIM可识别的间隔对象关联模型。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

本发明变电站监控信息数据的快速读取与分析方法，针对变电站的一次设备接线图形、拓扑关系、设备信息、电气状态信息数据，采用XML技术解析CIM文件的方法，实现对上述数据的快速读取与分析，其步骤如下：

3）基于XML的CIM图形文件解析与实现：基于CIM模型框架，利用XML字段名解析技术，分析实现EMS的图形的XML形式语言解析；建立基于变电站监控信息基础数据库和台账库二者之间松耦合的信息解析机制并实现数据库之间的数据交互，达到CIM文件中的对象的共有属性合并，提高XML解析对象的关联工作效率的目的。

实施例2

本发明变电站监控信息数据的快速读取与分析方法，具体实现过程如下：

1、CIM格式文件在一次设备接线图形中的关联关系

在变电站监控信息数据模型中，调取一次设备接线图信息。同时，借助应用层的中间件技术将图形信息转化为“标记符号+字段名称+字段内容”主体格式以CIM文件形式输出。设立一次设备唯一标示ID号，制定在CIM文件中规约的内容包含：变电站、电抗器、电力电容器、电流互感器、电压互感器、断路器、隔离开关、间隔单元、母线、所用变压器、主要变压器、阻波器^[5]。在以上内容的基础上分别建立三层映射，在CIM映射中的一次设备表达内容为：物理属性Ph；电气属性El；联线属性Li。

其中，CIM格式文件中的内容与变电站监控信息数据模型一次设备接线拓扑图形的具体关联内容如图1所示。

2、基于变电站一次设备拓扑图形的属性分析

从变电站监控信息数据库中提取一次设备拓扑图形的信息，按照CIM规约的格式，录入数据。按照拓扑图形的关联关系，以信息含量递减的原则分析拓扑图形内容。具体按照“变电站—间隔—设备”的逻辑构建变电站监控对象拓扑图形模型^[6]，分别构造CIM识别对象模型。

2.1构建CIM可识别变电站对象关联模型

建立以变电站为单元的拓扑模型框架，对外分析：关联存在关联属性的其它变电站，设立是否存在连接关系的标志符，以变电站名称为索引，建立变电站外部拓扑关联模型，通过识别变电站名称，获取拓扑模型连接属性；对内分析：建立变电站属性、电压等级和接线方式的变电站内部的关联模型，获取变电站这一层级的拓扑图形连接属性。

按照上述的变电站层级（间隔层级以上）分析内容，建立变电站对象的拓扑对象模型如图2所示，关联变电站拓扑分析模型的内外连接模型，同时对外连接的变电站模型的内部内容同时拓扑为变电站属性、电压等级、接线方式。变电站属性分为智能站和常规站；电压等级分为500、330、220、110、66、35、20、10kV；接线方式分为双母双分段、双母单分线、双母、单母分段、线变组、3/2接线、单母、双母+旁路、单母+旁路、正常旁路^[7]。通过以上的拓扑关系管理机制，实现CIM文件的共同属性集成和合并管理。

2.2构建CIM可识别的间隔对象关联模型

根据间隔数据，实现间隔类型和间隔属性两部分的对象实体建立。模型构建步骤如下：

(1)间隔类型

①.构建间隔类型实体，间隔类型名称={主变本体，主变高压侧，主变中压侧，主变低压侧，线路间隔，电容器间隔，电抗器间隔，母联间隔，分段间隔，母线间隔，所用变，消弧线圈（调匝、调容），消弧线圈（可控硅），消防，站用电，直流，故障录波，低周减载，小电流接地选线（母线），小电流接地选线（线路），公用间隔，接地变，边开关，中开关，高抗间隔，500kV线路间隔，母线保护间隔，小电流接地选线装置，旁路间隔}；②.拓扑关联标记={间隔编号关联、母线编号关联、开关编号关联}。

(2)间隔属性

间隔属性分为：完整间隔、不完整间隔、待建间隔。

按照上述的间隔层级分析内容，构建间隔对象拓扑对象模型如图3所示。

通过以上模型，实现间隔与设备ID的关联和绑定，以间隔为单位，上联归属的变电站，下联挂载的电力设备。

2.3构建CIM可识别的设备对象关联模型

通过间隔模型分析，遍历所挂载的设备。按照设备类型分类，共计六类：开关、变压器、继电保护、自动化、直流和消防。根据能量管理***EMS（Energy Management System）数据库提供的数据，建立设备唯一标示ID维护表单，并与EMS中数据库维护拓扑图形中的一次设备ID关联。

建立上述设备类型的枚举清单。开关={GIS（气体绝缘组合电器设备,GasInsulated Switchgear）,刀闸,断路器,开关柜,端子箱}；变压器={变压器,所用变,消弧线圈（调匝调容）,消弧线圈（可控硅）,有载调压}；继电保护={备自投保护,变压器保护,充电保护,充电及备自投保护,低周减载,非电量保护,故障录波,远跳就地判别装置,…..}；自动化={监控***,测控装置,母线测控装置,功角测量装置,公共测控装置,电量采集装置,GPS（全球卫星定位***,Global Positioning System）,消谐,无功控制装置（VQC,Voltage Quality Control）,无功补偿与电压优化装置}；消防={排油注氮,泡沫,水喷淋,技防信号,冷却器}。

在设备类型的枚举清单的基础上，实施CIM文件的设备图元的解析步骤：

(1)判断设备名称字段；

(2)关联绑定设备自身的物理属性；

(3)获取设备连接电气连接方向；

(4)建立共性设备级的备注说明，合并相同设备属性。

3、基于XML的CIM图形文件解析与实现

为实现变电站接线图形复用和推广，根据前述对CIM文件内容的解析模型，建立“父节点—子节点”手拉手模式的分析框架。

借助XML解析技术，解读CIM文件的信息。其中，XML采用灵活的可扩展标记描述性语言，通过“键—值”对的思想，约定“键”的名称，绑定约束的“值”。最终转化EMS图形文件为可识别的描述性文件。

3.1建立“变电站”为一级单元XML分析

根据CIM可识别的变电站对象关联模型，建立变电站层级维护映射表（具体内容见表1所示），实现XML解析过程，具体实施步骤如下所示。

(1)定义变电站及属性

建立变电站字段名Substation，关联变电站层级维护映射表；

(2)关联外部连接关系的其他变电站

实现其他变电站拓扑图形解析；

(3)关联内部间隔类型

实现站内间隔拓扑图形结构解析。

表1 变电站层级维护映射表

Tab.1 Substation level mapping table

Index

UID

Substation

Attribute

VoltageLevel

LineConnection

SpaceType

ExternalSubstation

1

02M2HD00040484864

上地站

1

220

双母双分段

主变高压侧

清河站

2

02M2BD00010000677

五道口站

0

110

单母+旁路

主变中压侧

知春路站

…

表1中字段明细说明：

Index，表示一条记录的索引号，采用Number(4)数据格式；

UID，变电站唯一标示，采用Varchar2(32)数据格式；

Substation，变电站名称，采用Varchar2(32)数据格式；

Attribute，变电站属性，“1”代表智能站，“0”代表常规站，采用CHAR(1)数据格式；

VoltageLevel，电压等级，详值参考2.1章节，采用Number(4)数据格式；

LineConnection，接线形式，详值参考2.1章节，采用Varchar2(16)数据格式；

SpaceType，间隔类型，详值参考2.1章节，采用Varchar2(16)数据格式；

ExternalSubstation，外部连接变电站名称，采用Varchar2(32)数据格式。

其中，变电站以Substation为索引，并关联其自身的唯一标示符UID（UniqueIdentification）解析变电站图形拓扑结构，根据电压等级Voltage Level，分析间隔类型Space Type下的设备连接关系。同时，对接外联的其他变电站的拓扑连接，实现外接变电站的拓扑结构并行物理连接分析。

3.2建立“间隔”为二级单元XML分析

根据CIM可识别的间隔对象关联模型，建立间隔层级维护映射表（具体内容见表2所示），实现XML解析过程，具体步骤如下所示。

(1)定义变电站及属性

建立变电站字段名Substation，关联变电站层级维护映射表，如表1所示；

(2)关联间隔类型

通过关联的间隔编号、母线编号和开关编号属性，分辨间隔，读取间隔下的对应图像所关联对象的连接内容，实现站内间隔与间隔间拓扑图形结构解析。

表2间隔层级维护映射表

Tab. 2 Interval level mapping table

Index

Space

SpaceType

SpaceNum

BusNum

SwithNum

VoltageLevel

Substation

1

211出线单元

出线单元

211

10-5#母线

主变高压侧

10

上地站

2

345母联(分段)开关单元

母联(分段)开关单元

345

35-3#母线

主变中压侧

35

上地站

…

表2中字段明细说明：

Index，表示一条记录的索引号，采用Number(4)数据格式；

Space，间隔名称，采用Varchar2(32)数据格式；

SpaceType，间隔单元类型，采用Varchar2(32)数据格式；

BusNum，母线编号，采用Varchar2(32)数据格式；

SwitchNum，开关编号，采用Varchar2(32)数据格式；

Substation，所归属的变电站名称，采用Varchar2(32)数据格式。

其中，间隔Space以间隔编号SpaceNum为索引，并关联其自身的间隔类型SpaceType，以字段名称为标示解析该层架下面具体物理连接属性，并绘制连接拓扑图形。

3.3建立“设备”为三级单元XML分析

根据CIM可识别的设备对象关联模型，建立设备层级维护映射表（具体内容见表3所示），实现XML解析过程，具体步骤如下所示。

(1)定义设备及属性

建立设备字段名Device，关联设备层级维护映射表，如表1所示；

(2)关联所属关系的间隔

实现设备在所属间隔下的拓扑图形解析；

(3)关联设备间联系关系

解析设备级对象，识别设备级别的连接关系。

表3设备层级维护映射表

Index

DUID

Device

DeviceType

VoltageLevel

SpaceType

ExtenalDevice

1

02M10000000019131

35断路器

断路器

35

35出线单元

31-2隔离开关

…

表3中字段明细说明：

Index，表示一条记录的索引号，采用Number(4)数据格式；

DUID，设备唯一标示，采用Varchar2(32)数据格式；

Device，设备名称，采用Varchar2(32)数据格式；

DeviceType，设备类型，详值参考2.3章节，采用Varchar2(16)数据格式；

SpaceType，间隔类型，详值参考2.1章节，采用Varchar2(32)数据格式；

ExternalDevice，外部连接设备名称，详值参考2.3章节，采用Varchar2(32)数据格式。

其中，设备以Device为索引，并关联其自身的DUID解析变电站图形拓扑结构，根据电压等级Voltage Level，分析间隔类型Space Type下的设备左右侧行连接关系；并将建立共性设备连接模型，压缩重复设备连接图形分析的工作量。

本发明利用CIM与XML技术，将变电站一次设备接线图形数据实现共享应用，建立了基于变电站监控信息基础数据库和台账库二者之间松耦合的信息解析机制并实现数据库之间的数据交互，达到CIM文件中的对象的共有属性合并提高XML解析对象的关联工作效率的目的。

Claims

1.一种变电站监控信息数据的快速读取与分析方法，针对变电站的一次设备接线图形、拓扑关系、设备信息、电气状态信息数据，采用XML技术解析CIM文件的方法，实现对上述数据的快速读取与分析，其步骤如下：

3）基于XML的CIM图形文件解析与实现：基于CIM模型框架，利用XML字段名解析技术，分析实现EMS的图形的XML形式语言解析；建立基于变电站监控信息基础数据库和台账库二者之间松耦合的信息解析机制并实现数据库之间的数据交互，达到CIM文件中的对象的共有属性合并，进而提高XML解析对象的关联工作效率。

2.根据权利要求1所述的变电站监控信息数据的快速读取与分析方法，其特征在于：步骤1）建立CIM格式文件在一次设备接线图形中的关联关系：

在变电站监控信息数据模型中，调取一次设备接线图信息；

同时，借助应用层的中间件技术将图形信息转化为“标记符号+字段名称+字段内容”主体格式以CIM文件形式输出；

设立一次设备唯一标示ID号，制定在CIM文件中规约的内容包含：变电站、电抗器、电力电容器、电流互感器、电压互感器、断路器、隔离开关、间隔单元、母线、所用变压器、主要变压器、阻波器；

在以上内容的基础上分别建立三层映射，在CIM映射中的一次设备表达内容为：物理属性Ph；电气属性El；联线属性Li。

3.根据权利要求2所述的变电站监控信息数据的快速读取与分析方法，其特征在于：步骤2）中，按照拓扑图形的关联关系，以信息含量递减的原则分析拓扑图形内容：

2.1）构建CIM可识别变电站对象关联模型：

建立以变电站为单元的拓扑模型框架，对外分析：关联存在关联属性的其它变电站，设立是否存在连接关系的标志符，以变电站名称为索引，建立变电站外部拓扑关联模型，通过识别变电站名称，获取拓扑模型连接属性；对内分析：建立变电站属性、电压等级和接线方式的变电站内部的关联模型，获取变电站这一层级的拓扑图形连接属性；

按照上述的变电站层级分析内容，建立变电站对象的拓扑对象模型；

2.2）构建CIM可识别的间隔对象关联模型：

根据间隔数据，实现间隔类型和间隔属性两部分的对象实体建立，模型构建步骤如下：

(1)间隔类型

①构建间隔类型实体，间隔类型名称={主变本体，主变高压侧，主变中压侧，主变低压侧，线路间隔，电容器间隔，电抗器间隔，母联间隔，分段间隔，母线间隔，所用变，消弧线圈，消弧线圈，消防，站用电，直流，故障录波，低周减载，小电流接地选线，小电流接地选线（线路），公用间隔，接地变，边开关，中开关，高抗间隔，500kV线路间隔，母线保护间隔，小电流接地选线装置，旁路间隔}；

②拓扑关联标记={间隔编号关联、母线编号关联、开关编号关联}；

(2)间隔属性

间隔属性分为：完整间隔、不完整间隔、待建间隔；

按照上述的间隔层级分析内容，构建间隔对象拓扑对象模型，通过以上模型，实现间隔与设备ID的关联和绑定，以间隔为单位，上联归属的变电站，下联挂载的电力设备；

2.3）构建CIM可识别的设备对象关联模型

通过间隔模型分析，遍历所挂载的设备，根据能量管理***EMS数据库提供的数据，建立设备唯一标示ID维护表单，并与EMS中数据库维护拓扑图形中的一次设备ID关联；

建立上述设备类型的枚举清单；

在设备类型的枚举清单的基础上，实施CIM文件的设备图元的解析，解析步骤：

(1)判断设备名称字段；

(2)关联绑定设备自身的物理属性；

(3)获取设备连接电气连接方向；

(4)建立共性设备级的备注说明，合并相同设备属性。

4.根据权利要求3所述的变电站监控信息数据的快速读取与分析方法，其特征在于：步骤3），基于XML的CIM图形文件解析与实现，具体步骤如下：

3.1）建立“变电站”为一级单元XML分析

根据CIM可识别的变电站对象关联模型，建立变电站层级维护映射表，实现XML解析过程：(1)定义变电站及属性

建立变电站字段名Substation，关联变电站层级维护映射表；

(2)关联外部连接关系的其他变电站

实现其他变电站拓扑图形解析；

(3)关联内部间隔类型

实现站内间隔拓扑图形结构解析；

3.2）建立“间隔”为二级单元XML分析

根据CIM可识别的间隔对象关联模型，建立间隔层级维护映射表，实现XML解析过程：

(1)定义变电站及属性

建立变电站字段名Substation，关联变电站层级维护映射表；

(2)关联间隔类型

通过关联的间隔编号、母线编号和开关编号属性，分辨间隔，读取间隔下的对应图像所关联对象的连接内容，实现站内间隔与间隔间拓扑图形结构解析；

3.3）建立“设备”为三级单元XML分析

根据CIM可识别的设备对象关联模型，建立设备层级维护映射表，实现XML解析过程如下：

(1)定义设备及属性

建立设备字段名Device，关联设备层级维护映射表；

(2)关联所属关系的间隔

实现设备在所属间隔下的拓扑图形解析；

(3)关联设备间联系关系

解析设备级对象，识别设备级别的连接关系。