新能源綜合監控系統的三級建模方法

2023-06-18 20:59:46 1

專利名稱：新能源綜合監控系統的三級建模方法
技術領域：
本發明是一種應用於電力新能源綜合監控系統模型設計的一種方法，對新能源監控系統中所有設備實現一體化建模，該模型不會隨系統設備的增加而發生變化。屬於電力系統自動化與計算機學科的交叉技術領域。
背景技術：
目前新能源綜合監控系統一般都是在電力監控系統的基礎上改造擴展而成，在系統的基礎建模方面大都採用採集點到電力設備網絡的建模方式，採集點的建模主要是對採集點的類型進行歸類建模，設備建模主要有兩種方式，一是針對具體設備進行建模，即詳細描述系統中出現的各類設備，這種方式可以非常清晰地反映電力系統的各類設備及其相互關係，基於此的上層應用實現比較方便。但是隨著電力系統內越來越多新型設備的出現，特別是各類分布式電源、儲能裝置出現後，各式各樣的電力組件也越來越多，而各類組件的不同廠家對同類組件的描述相差甚遠，因此要直接描述電力系統的設備越來越困難，按照目前的做法一旦有新設備出現，就需要增加該設備類型的描述並對設備模型進行擴展，這樣做雖然可以滿足系統的功能需求，但應用起來不夠靈活，系統維護性較差。另一種方式是進行模糊化的設備描述，即不具體描述某類設備，將出現的所有設備用統一的方式進行描述， 然後由上層應用進行特定的數據組織和計算。這種做法在出現新設備時無需進行模型改動，但不同的應用都需要各自進行數據組織，使得系統擴展性較差。在這種情況下，需要找到一種建模設計方法，使之既能夠滿足傳統電力系統建模的需要，又能方便有效地建立各類新型設備的模型，同時還要保證系統的高效性和安全性。

發明內容
本發明的目的是提供一種新能源綜合監控系統的三級模型建模方法，在系統出現新的設備時無需進行模型的修改，同時能夠滿足上層應用標準化的要求，保證系統應用的高效性和安全性。為了達到本發明的目的，所採用的技術方案是電力行業綜合監控系統收集各類設備的信息作為系統輸入量，通過監控分析得出系統的控制策略，並按不同的控制輸出量對各類設備進行控制，控制結果又以輸入量的形式反饋到系統中。監視和控制的過程主要針對不同的數據類型，而分析則需要不同的設備和電力網絡模型。根據系統的特點，採用由採集點到設備容器再到行業應用模型的三級建模方式，即根據採集點類型建立統一的輸入輸出數據模型，採集點類型目前包括開關量、模擬量、狀態量和脈衝量的輸入與輸出，在此基礎上進行設備容器建模，模糊設備的行業特性，將設備作為一個「容器」看待，不針對具體的設備建模，同時建立設備與採集點的關聯數據模型，最後建立行業應用通用模型，描述各類「設備容器」的行業特性。一種新能源綜合監控系統的三級建模方法，其特徵是，包含以下步驟
(1)建立採集點模型建立數據採集的通用模型，根據採集點類型建立統一的輸入輸出數據模型；
所述採集點模型包含定義屬性、採集屬性和實時展示屬性的建模， 實時展示屬性按不同採集類型建立，與採集屬性一一對應， 定義屬性隨設備類型與採集點關聯關係的建立而建立。所述定義屬性包括了採集點的系統屬性、關聯屬性、行業屬性、採集類型和控制屬性。按照遙信量、遙測量、電度量、狀態量和控制量建立採集點的採集屬性和實時展示屬性描述。採集屬性建模即建立採集點的採集相關信息，包括採集點號和控制點號、採集值、採集狀態、採集時間以及與數據採集相關的信息，比如採集通道、通訊規約、基數、轉換係數等等。針對電力系統存在多通道的情況，為每個採集信息預留多個通道的存儲空間(一般不會超過4個)。實時展示信息區按不同採集類型建立，與採集屬性一一對應，展示屬性包括了採集點的最終值、狀態、時間和展示屬性(包括顏色、形式等)等信息。建立採集點類型轉換關係。由於上述的採集數據類型是系統的內部數據類型，與現場設備定義方式可能不一致，因此需要增加採集點類型轉換的描述。該描述信息定義了現場設備的數據類型與系統內部採集數據類型間的轉換關係。比如現場1號點是一個遙測形式的狀態量，則建立1號點由遙測量轉換成狀態量的描述。(2)建立設備容器模型包含建立
設備容器類型；包括設備容器類型描述和存儲信息描述，設備容器類型包括容器和設備兩類，存儲信息描述描述了設備容器的存儲信息，包括存儲的空間位置。首先進行「設備容器」描述，容器的描述包括容器類型描述和存儲信息描述。比如設備容器包括「廠站」、「電壓分區」、「間隔」、「風機」等，比如「風機」包含「DF77」、「DF70」等類型。並描述其存儲的空間位置，比如「廠站」存儲的表號為100，表名為「廠站信息表」;之後通過流程組態方法自動創建「廠站信息表」的存儲空間並自動派生通用的設備容器模板；
設備類型與採集點對應信息模型建立了每一種設備類型包含的採集點的信息，同時描述各類採集點的定義屬性；比如類型為「DF77」的「風機」設備具有熔斷器狀態的遙信量， 電流電壓等遙測量，風機電度量以及風機狀態、剎車狀態等狀態量，自動為每個數據量分配該設備類型唯一的採集點編碼(從1開始)並建立每個採集點的各類定義屬性，包括系統屬性(比如是否可修改、顯示方式等)、關聯屬性(比如對應圖形、外部連結等)、行業屬性(行業數據類型等)、採集類型(遙信、遙測、電度、狀態)和控制類型(是否可控)等。通用容器信息模型各類設備容器的存儲空間與所述設備容器模型中定義的存儲空間一一對應；所述通用容器信息模型包含a)銘牌屬性。比如容量、額定電壓、額定電流等。b)設備類型。與「設備類型」的描述對應。C)連接屬性。由於監控系統最終是利用圖形的形式進行展示，圖形刻畫了系統內各個設備的連接關係，因此需要在設備信息中對連接屬性進行描述。設備與設備的連接在圖形上是通過「端子」進行的，因此只需對端子進行編號，就可表示出設備的連接關係。系統的設備的連接端子個數都不太多(一般不多於4 個)，因此可以預留設備連接端子的編號信息。d)系統屬性。系統屬性包括了系統內部所使用的屬性，比如時間等等。e)父節點屬性。父節點描述具體該設備的上級節點是哪一個設備。f)其它屬性。同時一一對應地為該設備容器分配其行業應用存儲區。其它的設備容器也是同樣的處理方式。
(3)建立行業應用模型描述採集點與設備容器對應於行業應用的主從層次關係以及行業相關數據的存儲關聯關係；包括採集點的行業屬性建模以及層次關係建模。採集點的行業屬性建模過程為首先對行業應用分析服務所涉及的採集點行業類型屬性進行統一規劃，分配系統的唯一標識，然後為每個設備類型的採集點選擇此類屬性， 比如「DF77風機」的「總電量」為行業屬性「電量」等等。然後建立設備類型行業特性關係， 即描述各類設備容器需要按照何種行業順序進行數據存儲，比如對於「母線」的設備容器， 需要按照「AB相電壓」、「BC相電壓」、「CA相電壓」、「A相電壓」、「B相電壓」、「C相電壓」的順序進行數據的組織，如果某個設備的採集點不全，則對應的位置用-1表示。之後建立容器行業存儲信息模型，與所述通用容器信息模型建立一一對應的標識，然後按照所述設備類型行業特性關係中描述的關係進行存儲信息的描述，所述存儲信息對應所述採集點的實時展示屬性的標識。採集點行業類型屬性統一規劃的方法為，採用按行業特徵量排序的建模方法，首先對行業的特徵量進行統一排序，然後建立設備採集點的行業屬性的特徵量，並通過建立設備容器的採集點行業順序來建立各類設備的行業模型。採用冗餘存儲和規則存儲的方法建立三層模型的快速檢索機制，由採集點到設備的快速檢索過程為
對每種設備類型的採集點進行唯一編碼，然後利用組合型的關鍵字存儲區域*區域偏移+記錄關鍵字*記錄偏移+採集點編碼建立採集點採集屬性與設備的關聯關係，從採集屬性中通過關鍵字獲取設備、記錄以及採集點定義屬性的位置； 由設備到採集點的快速檢索過程為
為採集點採集屬性建立順序記錄值，在設備區建立採集點的冗餘存儲空間，映射與設備相關的採集點的存儲位置。添加具體設備信息並建立與採集點通用模型的關係。在具體設備容器存儲空間中加入具體設備的描述，一一對應地自動在行業設備容器信息區增加描述；根據設備類型與採集點的關聯信息，通過存儲區域*區域偏移+記錄關鍵字*記錄偏移+採集點編碼的規則存儲策略自動在採集點通用模型(包括採集屬性和實時信息展示屬性)中產生對應的信息描述並分配唯一順序號，比如一臺「DF77」有3個遙信量，2個遙測量和1個狀態量，則在遙信採集點區域中增加3條信息，並進行唯一編號，同時在遙測採集點區域增加2條信息， 狀態量採集點區域增加1條信息，分別唯一編號。之後將產生的唯一編號按照設備類型採集點的唯一編碼位置回填到通用設備容器信息區中，並按照設備採集點行業屬性關係中編排的順序回填到行業設備容器信息區中。同時觸發進行自動偵測，通過對上述規則的校驗來判斷信息的完整性和一致性，最終建立行業屬性、設備容器和採集點的關聯關係。本方法具有如下優點
1、通用性。這種方法對系統採用採集點、設備容器和行業應用三級建模方法，符合工業控制的一般過程，具有工業控制的通用性。2、獨立性。按數據採集類型建立的採集點模型保證了數據採集的獨立性，按模糊化設備容器建立的設備容器模型保證了對設備描述的獨立性，行業性建模保證了系統的行業對立性。3、適應性。採用設備容器的通用描述方式，避免了對具體模型進行描述，當設備發
6生改動時，無需進行模型修改。採用行業特性描述方法，建立了採集點和設備容器的通用行業模型，保證了系統設計的適應性。4、高效性和可靠性。採用規則存儲與冗餘存儲結合的方法，建立了三級模型間的快速檢索機制，保證了三級模型運作的高效性。採用流程組態與自動偵測校驗結合的方法， 保證了三級模型運作的數據可靠性。


圖1是三層模型結構示意圖； 圖2是採集點建模示意圖3是設備容器建模示意圖； 圖4是行業應用建模示意圖； 圖5是快速檢索機制示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。三級模型結構如圖1，新能源綜合監控系統的三級建模方法具體步驟如下 1)採集點建模
採集點建模的目的是建立數據採集的通用模型。它和現場設備的採集點的類型有關， 根據電力系統現有的數據類型，將採集點模型分為遙信採集量、遙測採集量、電度採集量、 脈衝採集量和控制量。採集點建模分為定義屬性建模和採集屬性建模。採集屬性建模即建立採集點的採集相關信息，包括採集點號或者控制點號、採集值、採集狀態、採集時間以及與數據採集相關的信息，比如採集通道、通訊規約、基數、轉換係數等等。針對電力系統存在多通道的情況，為每個採集信息預留多個通道的存儲空間(一般不會超過4個)。由於上述的採集數據類型是系統的內部數據類型，與現場設備定義方式可能不一致，因此需要增加採集點類型轉換的描述。該描述信息定義了現場設備的數據類型與系統內部採集數據類型間的轉換關係。比如現場目前新能源系統中廣泛採用的model-bus規約，其數據分類準則與上述描述方式不同。之後，對應採集屬性中的通訊規約建立各類規約解釋模型，通訊信息解析完畢後歸一化到採集屬性中。採集點的定義屬性包括了採集點的系統屬性(比如是否可修改、顯示方式等)、關聯屬性(比如對應圖形、外部連結等)、行業屬性(行業數據類型等)、採集類型(遙信、遙測、電度、狀態)和控制屬性等。採集點的定義屬性在進行設備容器與採集點的關係建模時建立，與採集屬性的建模分開，目的是使數據採集模塊能夠獨立。採集點建模還需要建立採集點的實時展示屬性，由於採集的是採集點的原始值， 而最終展示值可能經過了一系列加工，比如電力系統內的「封鎖」操作，它固定最終的展示值。實時展示信息區按不同採集類型建立，與採集屬性一一對應，展示屬性包括了採集點的最終值、狀態、時間和展示屬性(包括顏色、形式等)等信息。根據上述定義方式，採集點建模包括了採集點採集屬性、定義屬性和實時展示屬性三個部分，採集點模型結構如圖2。由於同一採集點按三類屬性進行建模，因此需要建立信息間的關聯關係。由於採集屬性與展示屬性是一一對應關係，因此採用相同的標識號，採集屬性和實時展示屬性都是由定義屬性所產生，因此可以建立規則性關聯關係。2)設備容器建模
設備是現場的實體，一個設備包含了多個採集點信息，一系列設備的集合構成了容器。 比如在一個變電站中，間隔是一個容器，母線是一個設備。在傳統的電力監控系統中，設備的種類相對比較固定，各類設備的建設標準比較齊全。而目前新能源、新設備大量出現，同類設備間的差異也比較大，比如光伏逆變器，各個廠家提供的採集信息各不相同。在這種情況下，要枚舉和描述出現的新型設備變得十分困難。設備容器統一建模，即模糊設備的行業特性，將設備與容器都看成是「集合」，設備是採集點的集合，容器是設備的集合。在設備容器建模時需要描述各類「集合」的特性以及 「集合」與「集合」間的連接與層次關係。在建模時，首先建立「設備容器模型」，設備容器的模型描述包括設備容器類型描述和存儲信息描述。設備容器類型包括容器和設備兩類，存儲信息描述則描述了該設備容器的存儲信息，包括存儲的空間位置比如存儲的表信息等。然後建立「設備類型模型」。每一樣設備容器都可能有不同的設備類型，每一種設備類型都屬於某一類設備容器。比如同樣是「風機」的設備可能有不同的型號。將容器分為不同的設備類型目的在於描述同一設備間的差異性，因為同一設備不同型號的「集合」構成可能不同。之後建立「設備類型與採集點對應信息模型」。設備類型與採集點對應信息建立了每一種設備類型包含的採集點的信息，同時描述各類採集點的定義屬性。比如定義類型為「DF66」的「風機」設備具有熔斷器狀態的遙信量，電流電壓等遙測量，風機電度量以及風機狀態、剎車狀態等狀態量，並對各個採集量進行定義屬性的描述，比如熔斷器遙信量具有可修改，以分合方式顯示的系統屬性， 對應風機圖等關聯屬性，採集類型為遙信量，同時具有可控和遙信控制等屬性。通過以上信息描述，已經建立的設備容器的基本模型，接下來可建立「通用容器信息模型」，各類設備容器的存儲空間與「設備容器模型」中定義的存儲空間一一對應。通用容器信息模型包含了幾個方面信息1)銘牌屬性。為了考慮出廠屬性的通用性，可以對電力系統的各類設備進行分析總結，儘量將這些固有的屬性都描述全，比如容量、額定電壓、 額定電流等。2)設備類型。與「設備類型模型」的描述對應。3)連接屬性。由於監控系統最終是利用圖形的形式進行展示，圖形刻畫了系統內各個設備的連接關係，因此需要在設備信息中對連接屬性進行描述。設備與設備的連接在圖形上是通過「端子」進行的，因此只需對端子進行編號，就可表示出設備的連接關係。系統的設備的連接端子個數都不太多(一般不多於4個)，因此可以預留設備連接端子的編號信息。4)系統屬性。系統屬性包括了系統內部所使用的屬性，比如時間等等。5)父節點屬性。父節點描述具體該設備的上級節點是哪一個設備。6)其它屬性。設備容器的整體模型如圖3。3)行業應用建模
對於單純的監控系統，上述二級建模已經基本能夠滿足要求。但對於一個綜合分析管理系統來說，僅有以上二級建模還是不夠的。因為分析管理涉及到了行業特性，而以上二級建模恰恰缺少其行業特性，因此還需進行行業應用建模。行業應用模型主要用於描述採集點與設備容器對應於行業應用的主從層次關係以及行業相關數據的存儲關聯關係。行業應用建模包括了採集點的行業屬性建模以及層次關係建模。採集點的行業屬性表示了該採集點的行業特性，比如該點採集的是A相電壓等等。為了有序表示各個採集點的行業屬性，需要對行業應用分析服務所涉及的採集點行業類型屬性進行統一規劃，分配系統的唯一標識，以保證應用分析服務的一致性。在此基礎上按照行業數據標誌進行數據存儲空間的組織，為此首先建立「設備類型行業特性關係」，即描述各類設備容器需要按照何種行業順序進行數據存儲，比如對於「母線」的設備容器，需要按照「AB相電壓」、「BC相電壓」、「CA相電壓」、「A相電壓」、「B相電壓」、「C相電壓」的順序進行數據的組織，之後建立 「容器行業存儲信息模型」，與通用容器信息模型建立一一對應的標識，然後按照「設備類型行業特性關係」中描述的信息進行存儲信息的描述，存儲信息對應採集點的展示屬性區的標識，這樣通過設備可以按照行業屬性進行採集數據的組織，方便上層應用。同時，在設備容器模型的基礎上，通過「設備容器行業層次關係」的描述建立行業設備間的主從關聯關係。電力系統內一個設備或者容器一般只有一個上級節點，因此使用 「父節點」的方式來對「設備容器」的層次模型結構進行描述，即可建立了設備容器行業間的層次關係。行業應用整體模型如圖4。4)三級模型的快速檢索
三級模型既相互獨立又互有聯繫，因此可以利用冗餘存儲和規則存儲的方法建立三層模型的快速檢索機制，以保證系統運行的效率。設備容器與採集點的關係是系統建模的一個重要內容，每樣設備都對應一種「設備類型」，而每種設備類型都對應不同的「採集點」，採集點的採集屬性是作為獨立模塊存在的，因此可以對每種「設備類型」的「採集點」進行唯一編碼，然後利用組合型的關鍵字建立採集點採集屬性與設備的關聯關係，組合規則可以採用存儲區域*區域偏移+記錄關鍵字* 記錄偏移+採集點編碼等能夠唯一標識的規則。這樣從採集屬性中即可通過關鍵字獲取設備、記錄以及採集點定義屬性的位置，實現了由「點到設備」的快速檢索。同時為點採集屬性建立順序記錄值，在設備區建立點的冗餘存儲空間，映射與設備相關的採集點的存儲位置， 實現「設備到點」的快速檢索。而對於採集點的實時信息區與採集點採集屬性區採用統一的組合型關鍵字方式，實現快速檢索的同時保證實時展示區與採集屬性區的一一對應。快速檢索模型如圖5。5)數據統一機制
由於採用了冗餘存儲與規則存儲方法建立快速檢索機制，因此需要建立數據統一性保護機制來進行冗餘存儲信息的維護。為此，可採用模型組態與存儲規則校驗相結合的方法來保證數據的一致性。建立三層模型組態流程，以流程控制的方式逐步建立系統模型，自動分配存儲區域，建立唯一存儲標識。並主動派生採集屬性區與實時信息區信息。同時為每個區域建立存儲改動偵測標誌，一旦存儲信息發生改動，自動通過規則正反向進行數據校驗。以此保證數據統一。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護範圍。
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權利要求
1.一種新能源綜合監控系統的三級建模方法，其特徵是，包含以下步驟(1)建立採集點模型建立數據採集的通用模型，根據採集點類型建立統一的輸入輸出數據模型；(2)建立設備容器模型包含建立設備容器類型；設備類型模型描述同一設備間的差異性；設備類型與採集點對應信息模型建立了每一種設備類型包含的採集點的信息，同時描述各類採集點的定義屬性；通用容器信息模型各類設備容器的存儲空間與所述設備容器模型中定義的存儲空間 --對應；(3)建立行業應用模型描述採集點與設備容器對應於行業應用的主從層次關係以及行業相關數據的存儲關聯關係；包括採集點的行業屬性建模以及層次關係建模。
2.根據權利要求1所述新能源綜合監控系統的三級建模方法，其特徵是，步驟(1)中所述採集點模型包含定義屬性、採集屬性和實時展示屬性的建模，採集屬性建模即建立採集點的採集信息，實時展示屬性按不同採集類型建立，與採集屬性一一對應，定義屬性隨設備類型與採集點關聯關係的建立而建立。
3.根據權利要求2所述新能源綜合監控系統的三級建模方法，其特徵是，所述採集點的採集信息包括採集點號和控制點號、採集值、採集狀態、採集時間和與數據採集相關的採集通道、通訊規約、基數、轉換係數信息。
4.根據權利要求2所述新能源綜合監控系統的三級建模方法，其特徵是，所述定義屬性包括了採集點的系統屬性、關聯屬性、行業屬性、採集類型和控制屬性。
5.根據權利要求1所述新能源綜合監控系統的三級建模方法，其特徵是，步驟(2)中所述設備容器模型包括設備容器類型描述和存儲信息描述，設備容器類型包括容器和設備兩類，存儲信息描述描述了設備容器的存儲信息，包括存儲的空間位置。
6.根據權利要求1所述新能源綜合監控系統的三級建模方法，其特徵是，步驟(2)中所述通用容器信息模型包含1)銘牌屬性，描述電力系統的各類設備固有的屬性；2)設備類型，與所述設備類型模型的描述對應；3)連接屬性，設備與設備的連接在圖形上是通過端子進行的，對端子進行編號，表示出設備的連接關係；4)系統屬性，系統屬性包括了系統內部所使用的屬性；5)父節點屬性，描述該設備的上級節點是哪一個設備；6)其它屬性。
7.根據權利要求2所述新能源綜合監控系統的三級建模方法，其特徵是，採集點的行業屬性建模過程為首先對行業應用分析服務所涉及的採集點行業類型屬性進行統一規劃，分配系統的唯一標識，然後建立設備類型行業特性關係，即描述各類設備容器需要按照何種行業順序進行數據存儲，之後建立容器行業存儲信息模型，與所述通用容器信息模型建立一一對應的標識，然後按照所述設備類型行業特性關係中描述的關係進行存儲信息的描述，所述存儲信息對應所述採集點的實時展示屬性的標識。
8.根據權利要求2所述新能源綜合監控系統的三級建模方法，其特徵是，採用冗餘存儲和規則存儲的方法建立三層模型的快速檢索機制，由採集點到設備的快速檢索過程為對每種設備類型的採集點進行唯一編碼，然後利用組合型的關鍵字存儲區域*區域偏移+記錄關鍵字*記錄偏移+採集點編碼建立採集點採集屬性與設備的關聯關係，從採集屬性中通過關鍵字獲取設備、記錄以及採集點定義屬性的位置； 由設備到採集點的快速檢索過程為為採集點採集屬性建立順序記錄值，在設備區建立採集點的冗餘存儲空間，映射與設備相關的採集點的存儲位置。
9.根據權利要求7所述新能源綜合監控系統的三級建模方法，其特徵是，採集點行業類型屬性統一規劃的方法為，採用按行業特徵量排序的建模方法，首先對行業的特徵量進行統一排序，然後建立設備採集點的行業屬性的特徵量，並通過建立設備容器的採集點行業順序來建立各類設備的行業模型。
全文摘要
本發明公開了一種新能源綜合監控系統的三級建模方法，採用從採集點建模到設備容器建模再到行業應用建模的三級建模方法。進行設備容器建模時採用通用設備容器進行描述，並通過與設備類型相關的唯一採集點編碼方式構建設備容器與採集點模型間的關係；在設備容器模型的基礎上對新能源行業的特徵量進行統一排序，然後建立設備採集點的行業屬性特徵量，並通過建立設備容器的採集點行業順序來建立各類設備的行業模型；通過規則存儲與冗餘存儲結合的方式保證了三級模型運作的高效性和可靠性。避免了對具體模型進行描述，當設備發生改動時，無需進行模型修改，保證了系統的適應性，具有通用性，同時能夠支持新能源監控與傳統電力監控的應用功能。
文檔編號G06F17/50GK102243676SQ20111019594
公開日2011年11月16日 申請日期2011年7月13日 優先權日2011年7月13日
發明者葉劍斌, 曹志剛, 翟長國, 謝敏, 金秋, 黃小鉥 申請人:國電南瑞科技股份有限公司