EMS中模型数据纠错系统的研究和开发

摘 要：目前在能量管理系统（EMS）中，模型数据量爆发式增长，数据正确性与否越发重要。本文研究和开发了一套EMS模型数据纠错系统。该系统通过标准的数据接口从EMS系统获取完整的模型信息，对模型数据中的设备名称、设备类型、设备关联关系、网络拓扑连接关系、图形拓扑连接关系、公式定义等多方面对模型数据进行全面检查和纠错。针对某地级电网模型进行了测试，取得良好的实用效果。

关键词：能量管理系统；模型数据；检查纠错

中图分类号：TP399 文献标识码：A

引言

目前在能量管理系统中，模型数据量爆炸式增长，数据正确与否越发重要，直接关系到各种电力应用软件的运行结果。模型数据维护不到位，不仅会影响新的高级应用软件的开发，也会导致已经投运的应用软件运行不正常，实用化程度低，甚至出现错误的计算结果，导致调度员做出错误的决策，严重的会造成误调度、误操作，直接影响到电网的安全稳定运行。

模型纠错是个繁重而细致的工作，目前EMS系统自身的模型纠错功能薄弱，纠错能力差，而单纯依靠自动化人员进行人工纠错难以适应模型不断增长的需要。随着智能调度的发展，模型数据作为各种高级应用功能的基础，对其正确性提出了更高的要求。

目前专门针对EMS模型纠错进行研究的文章和开发的系统尚未见。本文研究和开发了一套EMS模型数据纠错系统。该系统通过标准的数据接口从EMS系统获取完整的模型信息，对模型数据中的设备名称、设备类型、设备关联关系、网络拓扑关系、图形拓扑、公式定义等多方面对模型数据进行检查和纠错，避免由于模型维护和实时数据不正确造成的调度、监控人员误判断和误操作。同时完整正确的电网模型可以为后续高级功能的开发打下良好的基础。保证调度自动化系统安全稳定运行，为调度自动化系统功能的扩展打下良好的基础，适应智能电网发展的要求。

1 系统总体结构和功能

1.1 总体结构

EMS模型数据纠错系统在设计的过程中采用模块化结构设计，主要由数据接口、数据纠错、人机界面展现三个主模块组成。其中数据纠错模块又包括设备名称纠错、设备类型纠错、设备关联关系纠错、网络拓扑连接关系纠错、图形连接关系纠错、公式定义纠错等模块组成。如图1所示。

1.2 系统功能

（1）数据接口

数据接口遵循IEC61970标准，支持EMS提供的数据访问接口、xml格式模型文件导入等多种方式，从EMS系统中获取电网模型信息。包括厂站、母线、变压器、线路、负荷、容抗器、断路器、刀闸、接地刀闸、公式等数据。

（2）设备名称纠错

本功能主要根据电网拓扑连接关系检查断路器、刀闸、线路、接地刀闸、主变等名称是否正确。根据电网设备命名规范，线路名称中应包含所属厂站名称。断路器双重编号应包含所连的线路、主变、负荷、容抗器等设备名称。刀闸名称中应包含所连的断路器名称。断路器间隔的接地刀闸名称中应包含所在间隔的断路器名称。母线间隔的接地刀闸名称应符合当地命名规范。

（3）设备类型纠错

本功能主要根据电网拓扑关系检查断路器类型、变压器类型、容抗器类型是否正确。根据EMS模型规范，断路器类型包括普通开关、母联开关＼旁路开关、变压器分支开关、小车开关等。变压器类型包括主变、所用变等。容抗器类型包括串联、并联和分裂等。如果数据库中维护的设备类型和系统判断的设备类型不一致，则说明设备类型维护错误。

（4）设备关联关系纠错

本功能主要检查线路-线段-交流线段端点之间的对应关系以及变压器和绕组之间对应关系，尤其是T接线配置检查。

根据EMS模型定义规则，线路-线段-交流线段端点数目应该是的倍数关系。双绕组变压器的变压器-绕组数目是1：2的倍数关系，三绕组变压器的变压器：绕组数目是1：3的倍数关系。

设备关联关系的正确性直接影响到电网拓扑的正确性，直接影响智能操作票、状态估计、潮流分析、avc等高级应用的正确性。

（5）网络拓扑纠错

该功能主要检查系统中是否有未做节点入库的设备、是否有孤立的电气岛。分析每个设备所连接的设备，分析每个节点所连接的设备。

（6）图形拓扑纠错

本功能根据用户定义的标准间隔接线方式和网络拓扑分析，检查系统中用户绘制的间隔接线是否正确。系统提供标准接线定义功能。不同电压等级、不同间隔类型可以定义多个标准接线方式，如果用户绘制的间隔接线无法匹配任何标准接线方式，则提示用户该间隔接线错误或可疑。用户也可以取消标准间隔定义。

（7）公式定义纠错

公式是EMS系统中重要的工具之一，用来实现各种数据量的自动组合和计算。一个公式由计算结果和计算分量组成。而计算结果又可以成为其他公式的计算分量。在公式数量非常多的情况下，容易出现公式嵌套的情况，使公式计算陷入死循环。

公式定义纠错提供公式嵌套检查功能，提示用户哪些公式存在嵌套。

此外公式定义纠错既可以查看一个公式由哪些计算分量组成，也可以查看一个计算分量被哪些公式引用。

（8）人机界面

本功能将模型纠错的结果通过人机界面展现给用户。系统可以按错误类型进行分类展现，也可以按厂站进行展现。并可以提示模型错误的原因，便于用户进行模型纠错。

2 关键技术和算法

2.1 设备名称纠错算法

在电力系统中，电力设备的命名一般遵循一定的规范。但由于设备数目众多，设备名称的维护和纠错是个复杂而繁重的工作。本文根据设备拓扑连接关系和设备命名规范自动实现对断路器、刀闸、线路、接地刀闸、主变等名称的纠错。

以图2为例，在该间隔中，开关编号为101，根据命名规范，其所连刀闸的名称中应该包含”101”，从开关101两端出发进行搜索，得到其母线侧刀闸和负荷侧刀闸。从图中可以看出，母线侧刀闸名称中包含”101”，负荷侧刀闸名称中不包含”101”，因此负荷侧刀闸名称错误。

2.2 设备类型纠错算法

（1）断路器类型纠错算法。如果断路器两端直接连接母线，则断路器类型应该为旁路/母联开关；如果两个断路器一端直接连接，且连接变压器，另外一端均连接母线，则这两个断路器类型应该为变压器分支开关；如果10kV断路器两端没有刀闸，则断路器类型可能是小车开关。

（2）变压器类型纠错算法。如果变压器有三个绕组，则变压器类型应该是三圈变；如果变压器有两个绕组，且绕组均有节点号，则变压器类型应该为双圈变；如果变压器有两个绕组，只有一个绕组有节点号，则变压器类型应该为所用变。

（3）容抗器类型纠错算法。如果容抗器三个节点号均大于0，则容抗器类型应该为分裂电抗；如果容抗器只有两个节点号大于0，则容抗器类型应该为串联容抗器；如果容抗器只有一个节点号大于0，则容抗器类型应该为并联容抗器。

2.3 图形拓扑纠错算法

一个变电站的接线图可以由多个间隔组成，而一个间隔又主要由若干个开关、刀闸、接地刀闸、线路端点、变压器绕组、负荷等组成。因此检查变电站的接线图绘制的是否正确，主要是检查每个间隔的接线是否正确。本文采用基于广度优先搜索的图形拓扑算法，从线端、绕组、负荷等端点对间隔进行搜索，以母线和变压器为搜索边界，记录下搜索路径上的断路器、刀闸和接地刀闸。将正确间隔搜索到的设备列表定义为标准间隔。将待纠错间隔搜索到的设备列表和标准间隔的设备列表进行比较，如果两个设备列表里的设备数目一致，并且设备类型一致，则说明其他间隔的图形绘制正确。下面以图3为例介绍介绍。

图3分别表示了正确接线方式和两种可能的错误接线方式。在图3b中开关和刀闸一端空挂，在图3c中线路直接连接到母线上。

以图3a为例，从交流线路端点开始搜索，搜索路径上的设备类型依搜索顺序分别是：刀闸、刀闸、接地刀闸、断路器、刀闸、接地刀闸。

图3b的搜索路径上的设备类型是：刀闸、刀闸、接地刀闸、接地刀闸。

图3c的搜索路径上的设备类型是：无

用户将图3a间隔定义为标准间隔，将图3b和图3c搜索路径上的设备列表和图3a搜索路径上的设备列表通过比较，可以判断图3b和图3c接线方式错误。

3 应用情况

本系统采用c++语言开发后台纠错服务进程，采用qt开发跨平台人机交互界面。针对某地级电网模型进行了测试。系统可以正确的检查出目前EMS模型中存在的错误，大大方便用户的纠错，取得良好的效果。如图4所示。

结语

本文研究并开发了一套EMS模型数据纠错系统，实现对EMS电网模型数据的全方位检查和纠错，便于自动化人员快速定位错误和修正错误。正确的模型数据为调度自动化系统功能的扩展打下良好的基础，适应智能电网发展的要求，具有很好的应用前景。

参考文献

[1] 贾文峰.基于软件构件的MIS开发研究[J].洛阳大学学报，2007.