本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)模型的建模方法，尤其涉及一種電力系統(tǒng)cim/e文件的二次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)自適應建模方法。

背景技術：

二次設備在線監(jiān)測主站(簡稱主站)部署于調度端，對二次設備在線監(jiān)測子站(簡稱子站)實時采集二次設備運行數據，使用圖形化界面直觀顯示各二次設備狀態(tài)監(jiān)測的通信情況，對二次設備運行數據進行分析處理，實現二次設備信息的在線監(jiān)測功能。

子站部署于常規(guī)站和智能站，兩種類型與主站進行的模型交換方式存在差異。子站在常規(guī)站中一般通過子站對設備點表對一二次設備進行建模，形式為iec60870-5-103規(guī)約所定義的組標題、條目信息等，內容是遙測、遙信、事件、告警、定值信息等二次設備模型；子站在智能站中一般采用變電站配置描述文件(scd)對一二次設備進行建模,內容包括完整的一二次設備結構、裝置(ied)模型信息等。根據不同的子站類型，主站通過調度數據網，分別使用iec60870-5-103和iec61850規(guī)約和子站進行通信，對子站模型進行召喚并入庫，形成主站的自有模型。

主站必須根據子站類型的差異使用不同的通信接口，子站模型的創(chuàng)建過程方法無法一致，并且通信交互過程較多，需要在主站端分別對模型進行模型轉換，難以實現統(tǒng)一的模型管理(模型創(chuàng)建和更新等)。

有鑒于此，本發(fā)明旨在提供一種易用、高效率的電力二次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)自適應建模方法。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是將傳統(tǒng)的iec60870-5-103或iec61850的建模方式，改為通過cim/e作為模型交換的手段，并實現自適應建模方法。無論是常規(guī)站還是智能站，都可以在子站進行cim/e文件的維護工作，主子站使用cim/e文件作為模型交換文件，主站通過召喚該文件，即可完成模型準備工作，解決了不同類型子站接入方式不一致的問題，統(tǒng)一了建模方法，遵循了二次設備模型源端維護的思路。其中，cim/e是在iec61970-301電力系統(tǒng)公用數據模型的基礎上，為解決cim/xml方式進行描述時的效率問題而開發(fā)的一種新型高效的電力系統(tǒng)模型數據描述規(guī)范，具有簡潔、高效和適用于描述和交換大型電網模型的特點。為此，本發(fā)明提出了一種電力系統(tǒng)cim/e文件的二次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)自適應建模方法，具體采用以下技術方案：

一種電力系統(tǒng)cim/e文件的二次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)自適應建模方法，使用cim/e作為模型交換方式，其特征在于，所述二次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)的自適應建模方法包括以下步驟：

步驟1：二次設備在線監(jiān)測主站的通信子系統(tǒng)通過電力系統(tǒng)通用實時通信服務協議，使用請求/響應模式，向子站召喚(請求)變電站內全部二次設備的cim/e文件，二次設備在線監(jiān)測子站返回(響應)所請求的cim/e文件；

步驟2：二次設備在線監(jiān)測主站的模型子系統(tǒng)解析二次設備cim/e文件，驗證文件的有效性通過后，使用有限狀態(tài)機，通過預定義的模板，創(chuàng)建預處理模型；

步驟3：二次設備在線監(jiān)測主站的模型子系統(tǒng)基于模型比較規(guī)則算法，對二次設備模型進行增量更新，將二次設備模型導入模型庫，更新實時庫，存入歷史庫。

本發(fā)明進一步包括以下優(yōu)選方案：

在步驟1中，進一步包括以下內容：

1-1：二次設備在線監(jiān)測主站召喚二次設備在線監(jiān)測子站內全部二次設備的cim/e文件；

1-2：二次設備在線監(jiān)測子站通過電力系統(tǒng)通用實時通信服務協議接收主站下發(fā)的召喚命令，向主站上送所請求的二次設備cim/e文件。

步驟2進一步包括以下內容：

2-1：二次設備在線監(jiān)測主站中的模型子系統(tǒng)解析接收到的cim/e文件，通過語法檢查，分析文件的有效性；

2-2：使用模板元技術，通過組合及模板偏特化，支持新的電力數據類型擴展，進行模型校驗；

2-3：使用有限狀態(tài)機，通過狀態(tài)變化，從cim/e文件中取得模型對象，形成電網二次設備對象模型，即預處理模型。

其中，在2-3中，從cim/e文件中取得的模型對象包括保護設備、定值、母線、模擬量、開入量。

步驟3進一步包括以下內容：

3-1：將步驟2中所述預處理模型與標準電力對象模板進行匹配，通過分析cim/e文件中各節(jié)點的相關信息，使用類型反射系統(tǒng)，建立對象繼承和關聯關系；

3-2：二次設備在線監(jiān)測主站的模型子系統(tǒng)使用增量更新原理導入二次設備對象模型，通過對二次設備對象模型進行鍵值比較，并根據iec61850模型關系和實時庫現有模型即標準電力對象模板，計算新的二次設備對象模型和現有模型的差異，記錄到模型差異表中；

3-3：對當前導入的二次設備對象模型，通過迭代方式，建立新的二次設備模型對象，新的二次設備模型對象作為待導入對象，保存在能夠高效檢索的數據結構，即map映射中；

3-4：逐一判斷待導入對象是否為新數據，如果是，則插入；如果不是，則更新。

與現有技術相比，本發(fā)明具有可以實現電網系統(tǒng)均衡工作分配，避免模型協調的工作量都放在變電站或調度端一方，著眼未來的應用考慮，除了二次設備類模型外，對于變電站、二次設備、保護、控制、通信等模型都可以統(tǒng)一建模方法的技術效果。并且通過有效使用軟件模板技術，兼顧了模型在新的電力數據類型增加或修改時，保證模型系統(tǒng)的一致性和維護的方便性，為智能電網在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)和維護提供了有效的技術手段。

附圖說明

圖1為依據本發(fā)明的二次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)自適應建模方法的系統(tǒng)結構圖；

圖2為依據本發(fā)明的二次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)自適應建模方法的流程示意圖。

圖3為依據本發(fā)明的二次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)自適應建模方法中cim/e文件召喚流程示意圖；

圖4為依據本發(fā)明的二次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)自適應建模方法中cim/e文件校驗流程示意圖；

圖5為依據本發(fā)明的二次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)自適應建模方法的模型比較規(guī)則流程示意圖。

具體實施方式

為了進一步描述本發(fā)明的技術特點和效果，以下結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步描述。

如圖1所示，一種基于cim/e文件的電力系統(tǒng)的二次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)由主站、子站、調度數據網組成。子站部署于變電站中，通過站內通信網絡接入保護裝置、錄波器等二次設備；主站部署于調度端，采集和接收子站上送的二次設備信息，并提供二次設備信息顯示、告警、分析等功能，在線監(jiān)測二次設備的運行情況；主站和子站通過調度數據網進行通信。

主站的構成包括cim/e模型子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、實時庫、歷史存儲子系統(tǒng)。cim/e模型子系統(tǒng)實現二次設備模型的解析和轉換；通信子系統(tǒng)實現二次設備模型和數據的采集功能，使用請求/響應方式與子站通信；實時庫負責二次設備模型數據更新；歷史存儲子系統(tǒng)完成二次設備數據的歷史存儲和查詢。圖2說明了整個建模方法的流程。

上述電力系統(tǒng)cim/e文件的二次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)自適應建模方法，包括以下步驟：

步驟1：二次設備在線監(jiān)測主站的通信子系統(tǒng)通過電力系統(tǒng)通用實時通信服務協議，使用請求/響應模式，向二次設備在線監(jiān)測子站召喚(或稱作請求)變電站內全部二次設備的cim/e文件，子站返回(或稱作響應)所請求的cim/e文件。

1-1：二次設備在線監(jiān)測主站召喚二次設備在線監(jiān)測子站內全部二次設備的cim/e文件。

cim/e是在iec61970-301電力系統(tǒng)公用數據模型的基礎上，為解決cim/xml方式進行描述時的效率問題而開發(fā)的一種新型高效的電力系統(tǒng)模型數據描述規(guī)范，具有簡潔、高效和適用于描述和交換大型電網模型的特點。cim/e將電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的面向關系的數據描述方式與面向對象的cim相結合，既保留了面向關系方法的高效率，又吸收了面向對象方法的特點。

根據類定義模式(cim/eschema)，電力系統(tǒng)模型可以轉換并導出一個cim/e文件。類定義模式提供了cim/e文檔所使用的模式描述格式。cim/e模式中定義了文檔中需要的所有類和屬性，類名用來標識數據塊，屬性名稱是文檔中的屬性行或屬性列，用“@”引導。cim/e模式可以是cim的子集，也可以擴展。cim/e數據是純文本數據，通過對文本中每行第一個字符或前2個字符的使用，達到規(guī)范格式的目的。cim/e數據的格式比較固定，有2種基本結構，即橫表式結構、縱表式結構。

依據國家電網q/gdw11068-2013電力系統(tǒng)通用實時通信服務協議，針對電力系統(tǒng)數據傳輸的需求，提供了關聯、服務管理、類管理、數據、數據集、事件、時間同步、文件、數據庫、圖形、模型等服務接口，可以實現參數、對象、數據集、類描述、流數據單元等五類數據傳輸要求，采用m編碼進行數據通信。

主站和子站間數據交換的范圍包括二次設備模型和運行數據。其中，運行數據包括二次設備實時運行信息、子站的在線監(jiān)測信息、中間節(jié)點信息、錄波文件。二次設備實時運行信息等(事件、告警、遙信變位)使用dl476告警直傳方式上送；子站的在線監(jiān)測信息、中間節(jié)點信息、錄波文件使用文件方式上送，cim/e文件可以按照文件方式進行上送。

如圖3所示，主站通信子系統(tǒng)從二次設備在線監(jiān)測子站周期性或者變更時召喚請求二次設備模型，在子站中將二次設備模型轉換成為cim/e文件數據返回給主站監(jiān)測系統(tǒng)，其中cim文件數據包含電網設備參數的文件數據，e文件數據為包含電網實時運行的文件數據。

1-2：二次設備在線監(jiān)測子站通過電力系統(tǒng)通用實時通信服務協議接收主站下發(fā)的召喚命令，向主站上送所請求的二次設備cim/e文件。

二次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)的所有二次設備模型，采用相關文件配置上送的方式實現。二次設備模型包括設備臺賬、通信狀態(tài)、自檢告警、設備資源、內部環(huán)境、對時狀態(tài)等信息。例如召喚自檢告警，則可定義為上送文件alarm.cime，召喚狀態(tài)量，則定義為上送文件status.cime，以此類推。文件格式采用e語言，通過對文件名、文件路徑、文件格式的規(guī)定和要求，能夠簡單快捷的實現所有召喚操作。主站召喚整個子站的模型信息，則子站將所有的模型信息打包到一個文件進行上送；主站召喚單個類型的模型信息，子站將對應的模型信息打包到獨立的文件進行上送。

步驟2：二次設備在線監(jiān)測主站解析二次設備cim/e文件，驗證文件的有效性通過后，使用有限狀態(tài)機，通過預定義的模板，創(chuàng)建預處理模型。

2-1：二次設備在線監(jiān)測主站中的模型子系統(tǒng)解析接收到的cim/e文件，通過語法檢查，分析文件內容的有效性。

cim/e文件格式如下所示定義：

根據iec61850的模型關系定義對導入的cim/e模型進行校驗，如圖4所示，包括語法檢查、模型完整性檢查等。如果模型校驗出錯，則結束程序處理流程。通過檢查后，將cim/e中的二次對象之間建立起邏輯關系，如定值信息使用ied的id作為外鍵。如果發(fā)現模型有效性問題，提請用戶檢查，并給出判定依據。

cim/e和模型對象的轉換關系對應表：

2-2：使用模板元技術，通過組合及模板偏特化，支持新的電力數據類型擴展，進行模型校驗。

由于使用文件作為模型和數據的傳輸方式，為了使系統(tǒng)在擴展時能最小限度的降低系統(tǒng)的變化，需要建立一套類型自動化判別機制。使用模板元技術，利用模板的特化機制實現編譯期的條件選擇結構，利用遞歸模板實現編譯期循環(huán)結構，模板元程序則由編譯器在編譯期解釋執(zhí)行。系統(tǒng)定義基礎的電力系統(tǒng)對象模板，基礎模板類定義基本的接口，并預留擴展功能，新的對象通過類型標識派生于基礎對象模板，當cim/e文件解析對象時，可以最大限度的使用公共操作模塊，容易添加操作代理行為，而且方便業(yè)務流程處理。

當增加一種新的裝置告警類型，則可以在模板中創(chuàng)建該類型，根據模板接口對相應的接口實現，即可使用模板元方法，完成自適應類型定義，擴展該類告警的屬性和定義，不需要修改原有實現，即可增加了模型的新的告警類型。

2-3：使用有限狀態(tài)機，通過狀態(tài)變化，從cim/e中取得模型對象(如保護設備、定值、母線、模擬量、開入量等)，形成電網二次設備對象模型，即預處理模型。使用有限狀態(tài)機，處理二次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)對電力對象的操作過程，通過二次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)內部和外部的輸入輸出狀態(tài)，引導數據對象在操作接口中的執(zhí)行方向，采用狀態(tài)表格定義流程，用戶可以自定義狀態(tài)信息并持久化到文件中，保證了系統(tǒng)的靈活性。

每個操作任務，如召喚定值文件，首先創(chuàng)建一個執(zhí)行序列，維護整個生命周期的狀態(tài)變化，當通信子系統(tǒng)返回子站的響應cim/e文件時，觸發(fā)狀態(tài)變化，進入有限狀態(tài)機中，模型子系統(tǒng)自動判別下一步的流程。同理，當子站發(fā)送模擬量運行數據文件時，會觸發(fā)數據刷新狀態(tài)，從cim/e文件中取得模型對象(如保護設備、定值、母線、模擬量、開入量等)，形成電網二次設備對象模型，即預處理模型。

步驟3：基于模型比較規(guī)則算法，對步驟2解析得到二次設備模型進行增量更新，將二次設備模型導入模型庫(及數據庫)，更新實時庫，存入歷史庫。

如圖5所示，二次設備在線監(jiān)測主站的模型子系統(tǒng)完成模型增量更新。對入實時庫的電網模型、實時數據斷面等信息，系統(tǒng)進行統(tǒng)一的管理，把cim/e文件中內容解析成內部數據結構，將對象標識和主要關聯屬性創(chuàng)建索引，使其作為主鍵，其他數據作為值，生成map映射。通過比較新舊模型的差異，實現增量更新。cim/e模型子系統(tǒng)解析數據后，將得到的電網對象保存至數據庫(模型庫)和實時庫中，根據電網設備參數和iec61850定義的一二次設備關系，如果發(fā)現模型關系明顯不符合預定義的關系模式，如ied不在子站(substation)中，則對用戶顯示告警信息。

3-1：將步驟2中所述預處理模型與標準電力對象模板進行匹配，通過分析cim/e文件中個節(jié)點的相關信息，使用類型反射系統(tǒng)，建立對象繼承和關聯關系；

3-2：二次設備在線監(jiān)測主站的模型子系統(tǒng)使用增量更新原理導入二次設備模型時，通過對二次設備模型進行鍵值比較，如裝置名稱、裝置reference等，并根據iec61850模型關系和實時庫現有模型，計算新的二次設備對象模型和現有模型的差異，記錄到模型差異表中。

3-3：對當前導入的二次設備模型，通過迭代方式，建立新的二次設備模型對象。

新的設備模型對象作為待導入對象，保存在可以高效檢索的數據結構，即map映射中，為下面增量操作提供輸入。

3-4：逐一判斷待導入對象是否為新數據，如果是，則插入；如果不是，則更新。

通過上面模型的基本屬性，判斷新的對象是否已存在于系統(tǒng)中。判斷邏輯支持用戶自定義腳本，通過某些屬性去定義對象的等價性，只要該屬性集合一致，即為同一對象，如設備臺賬中的裝置名稱和站內地址，能夠唯一確定一個ied對象。如果判定是全新的數據，使用插入操作，導入到實時庫中，同時將模型寫入到歷史庫中以保存持久化信息，并即刻生效參與系統(tǒng)的監(jiān)視、控制、數據刷新等功能；否則回到上一步驟進行迭代。

當然，本技術領域內的一般技術人員應當認識到，上述的實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作對本發(fā)明的限定，凡是采取等同替換或等效變換的形式所獲得的技術方案，均落在本發(fā)明權利要求的范圍內。