生成描述指定时间段内电网变化的CIM模型的方法和系统

摘要

本发明涉及一种生成描述指定时间段内电网模型变化的CIM模型的方法。属于电力系统技术领域。包括下列步骤：导入初始CIM模型，在缓冲区内建立层次关系结构库和拓扑连接关系结构库；输入指定时间段内电网模型对象(容器对象、设备对象和拓扑连接点对象)的变化情况；将增删对象信息表中的所有记录分类并排序，形成增删对象索引表；根据增删对象索引表依次对缓冲区中的电网模型对象(容器对象、设备对象和拓扑连接点对象)进行更新；根据缓冲区中带时间属性的层次关系结构库和拓扑连接关系结构库，按照CIM XML语法规则生成描述指定时间段内电网模型变化的CIM模型XML文件。

说明书

技术领域

本发明属电力技术领域，更准确地说本发明涉及电力网络模型的表示方法。

背景技术

一般来说，各级电力调度中心对所辖区域内的电网在各自的EMS系统中都建立了该电网的电力系统模型，在此模型基础上进行电力系统仿真计算和分析，但EMS系统中的模型是某态(如实时态、研究态)下电网的模型，其导出的模型描述CIM XML文件也仅能描述某一时刻电网的状态，而不能描述一时间段内电网的发展变化。

国际电工委员会制定的IEC61970系列标准，对电力系统公共信息模型CIM及应用程序接口进行了规范。目前CIM已经成为描述电力系统的通用模型，在电力系统不同控制区域之间交换模型信息起到了关键性作用，但目前由于电力系统所用的CIM仅描述了某一时刻电网的状态，而没有对于某时间段内电网模型的变化情况的进行描述，这一方面会导致控制区间CIM模型文件的交换过于频繁，即在每次电网模型发生变化哪怕完全按照计划的个别设备的投退也需要进行CIM模型文件的交换，另一方面，由于控制区内部仅保留了最近一次模型的状态，而没有对一段时间电网的发展变化做记录。

同时，电力系统设备的投运、退出都是有计划的，也就是说，在很长一段时间以前就已经大致知道了今后电网是如何发展变化的，只是通过目前电力系统中所使用CIM模型不能将这种时间段内的电网发展变化表示出来罢了。

本发明正是基于IEC61970国际标准，并对其中的电力系统对象扩充了时间属性，实现了能够描述指定时间段内电网模型变化的CIM模型。

经初步检索，暂未发现有与本发明内容相关的专利条目。

发明内容

本发明的发明目的是：

1、根据某时刻电网的CIM XML模型文件和某时间段内的容器、设备和拓扑点变化记录，生成能描述指定时间段内电网模型变化的CIM模型，该CIM模型符合IEC61970CIM的标准，所生成CIM XML中容器、设备和连接关系描述准确，符合实际情况，对象无缺失或冗余；

2、利用描述一定时间段内电网模型变化的CIM模型(如描述从年初到年底所有电网模型变化的CIM XML文件)，可根据这一个CIM XML文件生成该时间段内任一时刻所对应的电网模型，并辅助以负荷预测、设备检修计划、发电计划等信息对该时间段内任意时刻的电网进行安全校核；

3、描述一定时间段内电网模型变化的CIM模型可与模型拼接系统配合使用，对各子控制区内描述全年电网变化的CIM模型进行拼接，可形成更大控制区域的描述全年电网变化的CIM模型；

为了实现上述目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的：

一种生成描述指定时间段内电网模型变化的CIM模型的方法，包括下列步骤：

(1)导入初始CIM模型：将T1时刻电网模型CIM XML文件导入到缓冲区，在缓冲区内建立层次关系结构库和拓扑连接关系结构库；

(2)输入指定时间段内电网模型对象的变化情况：

a)指定时间段内容器的变化情况：输入指定时间段内容器增加和删除的记录，形成包含增删时间字段的《增加容器信息表》和《删除容器信息表》；

b)指定时间段内设备的变化情况：输入指定时间段内电力系统设备增加和删除的记录，形成包含增删时间字段的《增加设备信息表》和《删除设备信息表》；

c)指定时间段内拓扑连接点的变化情况：输入指定时间段内拓扑连接点的增加和删除的记录，形成包含增删时间字段的《增加连接点信息表》和《删除连接点信息表》；

(3)将上述信息表中的所有记录按照在T1时刻前或后进行分类，并按增删时间排序，形成T1时刻前和T1时刻后的增删对象索引表；

(4)对缓冲区中的电网模型对象添加时间属性：

4.1)容器对象的时间属性添加：在缓冲区中CIM模型的层次关系结构库中，增加容器对象的两个时间属性：生命开始时间属性、生命结束时间属性，生命开始时间属性的默认值为负无穷远，生命结束时间属性的默认值为正无穷远；

4.2)设备对象的时间属性添加：在缓冲区中CIM模型的层次关系结构库中，增加设备对象的两个时间属性：生命开始时间属性、生命结束时间属性，生命开始时间属性的默认值为负无穷远，生命结束时间属性的默认值为正无穷远；

4.3)拓扑连接点对象的时间属性添加：在缓冲区中CIM模型的拓扑连接关系结构库中，增加连接点对象的两个时间属性：生命开始时间属性、生命结束时间属性，生命开始时间属性的默认值为负无穷远，生命结束时间属性的默认值为正无穷远；

(5)根据T1时刻前和T1时刻后的增删对象索引表依次对缓冲区中的电网模型对象进行更新：

5.1)容器对象更新：

a)对于《删除容器信息表》中T1时刻后删除的容器，在缓冲区中CIM模型的层次关系结构库中，将该容器的生命结束时间属性的值设定为删除容器信息表中对应的时间；

b)对于《删除容器信息表》中T1时刻前删除的容器，在缓冲区中CIM模型的层次关系结构库中插入新的容器对象，将删除容器对象的关键字赋给CIM XML缓冲区中的容器对象，将该容器的生命结束时间属性的值设定为删除容器信息表中对应的时间；

c)对于《增加容器信息表》中T1时刻后增加的容器，在缓冲区中CIM模型的层次关系结构库中插入新的容器对象，将新增容器对象的关键字赋给CIM XML缓冲区中的容器对象，将该容器的生命开始时间属性的值设定为增加容器信息表中对应的时间；

d)对于《增加容器信息表》中T1时刻前增加的容器，在缓冲区中CIM模型的层次关系结构库中；将该容器的生命开始时间属性的值设定为增加容器信息表中对应的时间；

5.2)设备对象更新：

a)对于《删除设备信息表》中T1时刻后删除的设备，在缓冲区中CIM模型的层次关系结构库中，将该设备的生命结束时间属性的值设定为删除设备信息表中对应的时间；

b)对于《删除设备信息表》中T1时刻前删除的设备，在缓冲区中CIM模型的层次关系结构库中插入新的设备对象，将删除设备对象的关键字赋给CIM XML缓冲区中的对象，补充新增设备的参数信息，将该设备的生命结束时间属性的值设定为删除设备信息表中对应的时间；

c)对于《增加设备信息表》中T1时刻后增加的设备，在缓冲区中CIM模型的层次关系结构库中插入新的设备对象，将新增设备对象的关键字赋给CIM XML缓冲区中的对象，补充新增设备的参数信息，将该设备的生命开始时间属性的值设定为增加设备信息表中对应的时间；

d)对于《增加设备信息表》中T1时刻前增加的设备，在缓冲区中CIM模型的层次关系结构库中；将该设备的生命开始时间属性的值设定为增加设备信息表中对应的时间；

5.3)拓扑关系对象更新：在完成容器对象和设备对象更新后，缓冲区中的模型对象为指定时间段内出现过的所有容器和设备对象，

a)对于《删除连接点信息表》中T1时刻后删除的连接点，在缓冲区中CIM模型的拓扑连接关系结构库中，将该连接点的生命结束时间属性的值设定为删除连接点信息表中对应的时间；

b)对于《删除连接点信息表》中T1时刻前删除的连接点，在缓冲区中CIM模型的拓扑连接关系结构库中插入新的连接点对象，将该连接点的生命结束时间属性的值设定为删除连接点信息表中对应的时间；

c)对于《增加连接点信息表》中T1时刻后增加的连接点，在缓冲区中CIM模型的拓扑连接关系结构库中插入新的连接点对象，将该连接点的生命开始时间属性的值设定为增加连接点信息表中对应的时间；

d)对于《增加连接点信息表》中T1时刻前增加的连接点，在缓冲区中CIM模型的拓扑连接关系结构库中，将该连接点的生命开始属性的值设定为增加连接点信息表中对应的时间；

(6)根据缓冲区中带时间属性的层次关系结构库和拓扑连接关系结构库，按照CIM XML语法规则生成描述指定时间段内电网模型变化的CIM模型XML文件。

前述的生成描述指定时间段内电网模型变化的CIM模型的方法，其中，指定时间段是指从T1开始，到一时刻T2(T1＜T2)结束的时间跨度，即[T1，T2]；或从T0(T0＜T1)开始，到T1时刻结束的时间跨度，即[T0，T1]；或从T0(T0＜T1)开始，到T2时刻(T1＜T2)结束的时间跨度，即[T0，T2]。

前述的生成描述指定时间段内电网模型变化的CIM模型的方法，其中，增加或删除容器的类型是公司、子控制区、厂站或电压等级。

前述的生成描述指定时间段内电网模型变化的CIM模型的方法，其中，增加或删除设备的类型是发电机、母线、变压器、线路、开关、刀闸、地刀、负荷、电容器或电抗器。

前述的生成描述指定时间段内电网模型变化的CIM模型的方法，其中，将CIM模型文件导入缓冲区，应用层次关系结构库和拓扑连接关系结构库来重组模型，层次关系结构库的特点是用上一层容器包容下一层容器，拓扑连接关系结构库特点是由两张二维表组成，分别为拓扑连接关系表和连接点生命周期表，拓扑连接关系表用来描述连接点和设备端点间的连接关系，连接点生命周期表用来描述连接点的生命开始时间和生命结束时间。

前述的生成描述指定时间段内电网模型变化的CIM模型的方法，其中，《增加容器信息表》中T1时刻后增加的容器和《删除容器信息表》中T1时刻前删除的容器均需在缓冲区的层次关系结构库中进行新增，容器对象的增加方式是在层次关系结构库中遍历查找到其上层容器后再进行添加；在插入新容器对象的过程中，需要将新容器对象的关键字赋予缓冲区模型中的相应对象。

前述的生成描述指定时间段内电网模型变化的CIM模型的方法，其中，《增加设备信息表》中T1时刻后增加的设备和《删除设备信息表》中T1时刻前删除的设备均需在缓冲区的层次关系结构库中进行新增，设备对象的增加方式是在层次关系结构库中遍历查找到其设备容器后再进行添加；在插入新设备对象的过程中，需要将新设备对象的关键字赋予缓冲区模型中的相应对象，并将新增设备的参数赋予缓冲区模型中的相应对象。

前述的生成描述指定时间段内电网模型变化的CIM模型的方法，其中，《增加连接点信息表》中T1时刻后增加的连接点和《删除连接点信息表》中T1时刻前删除的连接点均需在缓冲区的拓扑连接关系结构库中进行新增，连接点对象的增加方式是在拓扑连接关系表中新增连接点与设备端点的一条或多条连接关系记录，在连接点生命周期表中记录该连接点的生命开始时间和生命结束时间；在插入新连接点对象的过程中，需要将新连接点的全局唯一的标识赋予缓冲区中拓扑连接的相应的连接点对象。

本发明还提供了一种生成描述指定时间段内电网模型变化的CIM模型的系统，该系统包括，

CIM XML文件解析模块，用以将电网模型CIM XML文件解析，并在缓冲区中形成层次关系结构库和拓扑连接关系结构库；

电网变化对象定义模块，用以输入指定时间段内容器、设备和拓扑连接点对象的变化情况；

数据库模块，用以储存CIM XML文件解析生成并经时间属性扩展的层次关系结构库和拓扑连接关系结构库，以及存储电网变化对象定义模块中输入的容器、设备和拓扑对象的变化记录；

电网变化对象处理模块，用以将电网变化对象定义模块中的容器、设备和拓扑连接点对象的变化记录进行处理，更新到缓冲区的层次关系结构库和拓扑连接关系结构库中；

描述指定时间段内电网模型变化CIM模型文件的生成模块，用以根据缓冲区中的层次关系结构库和拓扑连接关系结构库，按照CIM XML语法规则生成描述指定时间段内电网模型变化的CIM模型XML文件；

描述指定时间段内任一时刻电网模型状态CIM模型文件的生成模块，用以根据指定时间段内的给定时刻，将层次关系结构库和拓扑连接关系结构库中的CIM模型对象的生命开始时间和生命结束时间与给定时刻做比较，对在给定时刻存活的CIM模型对象做上标记，然后对所有带标记的CIM模型对象按照CIMXML语法规则生成给定时刻电网的CIM模型XML文件。

附图说明

图1是《增删容器信息表》结构图；

图2是《增删设备信息表》结构图；

图3是《增删连接点信息表》结构图；

图4是缓冲区中层次关系结构库层次关系结构图；

图5是缓冲区中拓扑连接关系结构库中拓扑连接关系表结构图；

图6是缓冲区中拓扑连接关系结构库中连接点生命周期表结构图；

图7是生成描述指定时间段电网变化的CIM模型的流程图；

具体实施方式

在本发明中，披露了一种指定时间段内电网模型对象变化定义的方法，图1《增删容器信息表》的结构说明如下：

容器类型：公司、子控制区、厂站或电压等级；

容器标识：新增或删除的容器的唯一标识；

上级容器类型：公司、子控制区、厂站或电压等级；

上级容器标识：新增或删除的容器的上级所属容器的标识；

增删标识：用来区分该容器是增加还是删除；

容器增删的时间：新增或删除容器的时间；

图2《增删设备信息表》的结构说明如下：

设备类型：发电机、母线、变压器、线路、开关、刀闸、地刀、负荷、电容器或电抗器；

设备名称：新增或删除的设备的标识；

设备端点标识列表(链表)：新增或删除的设备的端点标识的列表或链表；

设备容器类型：新增或删除的设备所属容器的类型，公司、子控制区、厂站或电压等级；

设备容器标识：新增或删除的设备所属容器的标识；

增删标识：用来区分该设备是增加还是删除；

设备增删时间：新增或删除设备的时间；

图3《增删连接点信息表》的结构说明如下：

连接点标识：新增或删除的连接点的标识；

与该连接点相连的设备端点标识列表(链表)：与该连接点相连的设备端点标识的列表或链表；

增删标识：用来区分该连接点是增加还是删除；

连接点增删时间：新增或删除连接点的时间；

在本发明中，披露了一种在缓冲区中描述CIM XML电网模型信息的方法，首先将CIM XML电网模型文件解析到缓冲区中，并在缓冲区中形成层次关系结构库和拓扑连接关系结构库；采用层次关系结构库的目的是为后续对容器对象和设备对象的新增做准备，另外也是保证从该层次关系结构库中导出的描述时间段的CIM模型符合IEC61970/CIM标准。

将CIM/XML模型解析到缓冲区中，并将其整理为图4所示的层次型结构，形成层次关系结构库；在图4中：公司、子控制区域、厂站、电压等级和设备(发电机、负荷、开关、刀闸、地刀、容抗器、母线)之间为层次型关系，厂站、变压器、变压器绕组之间也为层次型关系，具有容器类特征。

层次关系结构库形成方法如下：

(a)将CIM XML中电力系统对象按照各自的类型在缓冲区中创建，并在缓冲区中记录各对象对应的rdfid；

(b)根据CIM XML模型文件中电力系统对象所属容器的属性MemberOf_的rdf id以及该rdf id所对应的电力系统对象在缓冲区中建立对象与其容器之间的层次关系结构，可用二维数组关系或层次型指针关系描述。

在缓冲区中利用设备对象的rdf id与设备端口(terminal)的rdf id之间的影射关系以及设备端口(Terminal)与拓扑连接点(ConnectivityNode)之间的关联关系来描述电网的拓扑连接关系；

拓扑连接关系结构库形成方法：通过遍历设备端口的Terminal.ConnectivityNode属性值中的rdf id，建立设备端口(Terminal)与拓扑连接点(connectivityNode)之间的关联关系，并将这种拓扑连接关系写入到拓扑连接关系结构库中的拓扑连接关系表中；同时如果该连接点的rdfid在拓扑连接关系结构库中的连接点生命周期表中不存在，则在该表中添加该连接点的记录。

图5缓冲区中拓扑连接关系结构库中拓扑连接关系表结构说明如下：

连接点标识：新增或删除的连接点的标识；

设备端点标识：与该连接点相连的设备端点标识；

图6缓冲区中拓扑连接关系结构库中连接点生命周期表结构说明如下：

连接点标识：新增或删除的连接点的标识；

生命开始时间：该连接点的生命开始时间；

生命结束时间：该连接点的生命结束时间；

在本发明中，披露了一种根据容器、设备对象的变化在缓冲区中的层次关系结构库新增，根据连接点对象的变化在缓冲区中的拓扑连接关系结构库中新增的方法：

a)对于《删除容器信息表》中T1时刻前删除的容器，在缓冲区中CIM模型的层次关系结构库中插入新的容器对象，按照上级容器类型和上级容器标识在从层次关系结构库中遍历查找，找到上级容器的rdf id后，在新的容器对象的MemberOf_属性中设定为上级容器的rdfid，将删除容器对象的关键字赋给CIMXML缓冲区中的容器对象，将该容器的生命结束时间属性的值设定为删除容器信息表中对应的时间；

b)对于《增加容器信息表》中T1时刻后增加的容器，在缓冲区中CIM模型的层次关系结构库中插入新的容器对象，按照上级容器类型和上级容器标识在从层次关系结构库中遍历查找，找到上级容器的rdf id后，在新的容器对象的MemberOf_属性中设定为上级容器的rdfid，将新增容器对象的关键字赋给CIMXML缓冲区中的容器对象，将该容器的生命开始时间属性的值设定为增加容器信息表中对应的时间；

c)对于《删除设备信息表》中T1时刻前删除的设备，在缓冲区中CIM模型的层次关系结构库中插入新的设备对象，按照设备容器类型和设备容器标识在从层次关系结构库中遍历查找，找到设备容器的rdf id后，在新的容器对象的MemberOf_属性中设定为设备容器的rdfid，将删除设备对象的关键字赋给CIMXML缓冲区中的对象，补充新增设备的参数信息，该参数信息可以是规划时的设计参数、选定设备型号后的铭牌参数或设备启动前做试验产生的实测参数，同时将该设备的生命结束时间属性的值设定为删除设备信息表中对应的时间；

d)对于《增加设备信息表》中T1时刻后增加的设备，在缓冲区中CIM模型的层次关系结构库中插入新的设备对象，按照设备容器类型和设备容器标识在从层次关系结构库中遍历查找，找到设备容器的rdf id后，在新的容器对象的MemberOf_属性中设定为设备容器的rdfid，将删除设备对象的关键字赋给CIMXML缓冲区中的对象，补充新增设备的参数信息，该参数信息可以是规划时的设计参数、选定设备型号后的铭牌参数或设备启动前做试验产生的实测参数，同时将该设备的生命开始时间属性的值设定为增加设备信息表中对应的时间；

e)对于《删除连接点信息表》中T1时刻前删除的连接点，在缓冲区中CIM模型的拓扑连接关系结构库中的连接点生命周期表中插入新的连接点对象，在拓扑连接关系表中增加该连接点与设备端点间的连接关系，同时将该连接点的生命结束时间属性的值设定为删除连接点信息表中对应的时间；

f)对于《增加连接点信息表》中T1时刻后增加的连接点，在缓冲区中CIM模型的拓扑连接关系结构库中的连接点生命周期表中插入新的连接点对象，在拓扑连接关系表中增加该连接点与设备端点间的连接关系，同时将该连接点的生命开始时间属性的值设定为增加连接点信息表中对应的时间；

在本发明中，披露了一种根据缓冲区中带时间属性的层次关系结构库和拓扑连接关系结构库，按照CIM XML语法规则生成描述指定时间段内电网模型变化的CIM模型XML文件的方法。

经过容器对象、设备对象的新增，在指定时间段内出现过的所有模型对象在缓冲区中的层次关系结构库中都已存在，且既不缺少也不冗余，在生成CIMXML文件时可分别对这些电力系统对象进行带时间属性的描述；而对于对象间的层次关系的描述，可通过所属容器属性MemberOf_设定rdfid来描述；对于拓扑关系上的描述，通过设备端口的Terminal.ConductingEquipment属性，设定设备端点与设备间的关系，通过设备端口的Terminal.ConnectivityNode属性设定连接点的rdfid，指明该设备端口(Terminal)与拓扑连接点(connectivityNode)之间的关联关系，再通过拓扑连接点的MemberOf_属性设定所属容器，并在拓扑连接点对象中指定该连接点的时间属性。

在本发明中，披露了一种根据缓冲区中带时间属性的层次关系结构库和拓扑连接关系结构库，按照CIM XML语法规则生成描述指定时间段内给定时刻的电网模型状态的CIM模型XML文件的方法。

(a)根据指定时间段内的给定时刻，将层次关系结构库和拓扑连接关系结构库中的CIM模型对象的生命开始时间和生命结束时间与给定时刻做比较，如果给定时刻在生命开始时间和生命结束时间中间，说明该对象在给定时刻是存活的，给该存活的CIM对象做上标记；

(b)对所有带标记的CIM模型对象按照CIM XML语法规则生成给定时刻电网的CIM模型XML文件。

在本发明中，披露了一种根据某时刻电网的CIM XML模型文件和某时间段内的容器、设备和拓扑点变化记录，生成能描述指定时间段内电网模型变化的CIM模型的方法，如图7是所示的一个优选实施例。

初始CIM模型的获取：电力系统网调中心与省调中心在年底时分别从EMS中导出本电网年底的CIM模型，网调中心根据管辖关系将网调和省调的CIM文件拼接成一个年底的全网的CIM模型，将该模型作为T1时刻全网的CIM模型。

根据规划输入本年度电网CIM对象的变化记录：网调中心和省调中心分别根据各自的管辖范围将本年度电网发展规划依次输入到增删容器信息表、增删设备信息表和增删连接点信息表中。

处理步骤：图7展示了按照前述的(1)到(6)步骤生成描述今年内电网发展变化的CIM模型文件。

结果验证：通过分析描述今年全年电网发展变化的CIM模型，在选取多个时刻生成该时刻电网CIM模型，对这些时刻的模型从对象属性和拓扑连接方面进行验证，证明该描述方法的正确性。