一种基于IEC61850标准的水电站全景建模方法与流程

一种基于iec61850标准的水电站全景建模方法
技术领域
1.本发明涉及水电站数据中心技术领域，尤其涉及水电站数据中心数据模型建设技术。


背景技术：

2.随着信息技术在水电站运行领域应用的不断深入，为满足水电站运行需要和解决特定的设备运行管理问题，建立了大量的技术支持(应用)系统，目前基本建成了满足采集监测、业务管理、分析指挥等多层次应用需求的信息化支撑体系，取得了良好成效。这些系统功能各有侧重，所管理的信息既有交集、也存在差异和互补的内容。由于建设时间和采用技术的不同，各系统的信息描述方式、数据对象标识自成体系，虽单个应用的功能需求得到满足，但也形成了信息共享困难、难以支撑数据综合分析利用的信息孤岛。
3.随着水电站的发展和管理要求的提高，各个专业应用之间、与公司其他部门之间、上下级之间的信息共享和协作的要求越来越高，信息系统的孤岛形态就显得尤为突出。由于各个专业系统都有自己的数据模型，数据多源重复生成、交叉存储，且数据模型的构建不完整、不统一，缺乏统一数据标准，导致数据难以得到综合利用，不能很好地为决策分析提供支撑，也无法充分发挥多业务系统数据协同的信息化优势。


技术实现要素：

4.为了解决目前水电站内各系统数据模型不完整、不统一、缺乏统一标准的问题，本发明提出了一种基于iec61850标准的水电站全景建模方法，基于iec61850标准构建信息规范全面、数据关系清晰、服务实时高效的水电站全景模型，满足水电站数据中心跨部门、跨专业的数据贯通与业务协同的功能需求。
5.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.一种基于iec61850标准的水电站全景建模方法，包括以下步骤：
7.1)对水电站内关键设施、一次设备、二次设备和各应用系统数据进行特征抽取，基于iec61850标准形成面向对象的设备模型、测点模型和各应用系统数据模型，并建立设备模型到测点模型的关联关系；
8.2)以面向对象的设备模型为基础模型，提取各应用系统数据模型中的关键信息，合并到设备模型中，剔除合并后设备模型中存在的重复信息，作为全景核心模型；
9.3)使用全局标识gid生成工具，按照预先设定的规则生成全景核心模型的对象gid，各应用系统使用全景核心模型提供的gid查询服务，得到全景核心模型的对象gid，补充到各应用系统数据模型中，形成以gid为关键字的全景模型框架；
10.4)对全景模型框架的数据进行分类，并提供数据读写服务功能，完成水电站全景模型的构建；其中全景模型框架的数据分为基础信息、台账信息、功能配置信息和动态数据信息，动态数据信息又分为实时采集数据、计算数据、历史采样数据和历史统计数据。
11.进一步，步骤1)是使用水电站监控系统提供的数据源，基于iec61850标准中所定
义的逻辑节点ln，将水电站内关键设施和一次设备抽象为不同类型的数据模型，各类型的数据模型合称为设备模型，其中关键设施和一次设备包括：水电领域的水电机组、水轮机系统、轴承系统、发电机系统、励磁系统、调速器系统、辅助油系统、辅助水系统、辅助气系统、大坝、闸门以及升压站的变压器、开关刀闸、线路、电压互感器、电流互感器、电动机、避雷器、电容电抗器。
12.进一步，步骤1)所述的二次设备是指对水电站内一次设备进行监察、测量、控制、保护、调节的设备，包括：继电保护及自动装置、测量表计、控制和信号装置、在线监测装置、可编程逻辑控制器plc，将这些二次设备所采集的信息点划分为遥测、遥控、遥脉和遥信类型，这些二次设备及其所采集的信息点构成测点模型。
13.进一步，步骤1)中设备模型到测点模型的关联关系包括1对1单向引用关系、1对1双向引用关系、1对n双向引用关系，引用关系是非共生关系。
14.进一步，步骤2)中根据iec61850标准中逻辑节点ln所包含的数据对象do定义，从各应用系统数据模型中提取与do定义对应的属性作为关键信息。
15.进一步，步骤3)中全景核心模型的对象gid是字符串数据类型，在全景核心模型中唯一存在，是根据水电站提供的格式和生成规则生成，同一个对象每次生成的gid是相同的，对象被删除后，对应的gid被废除，不会被重新使用。
16.进一步，步骤4)中对全景模型框架中的数据进行分类，采用不同的方式存储，并提供数据读写服务功能，其中基础信息、功能配置信息、实时采集数据、计算数据存放在实时数据库中，采用内存装载机制，数据更新和访问达到毫秒级；台账信息、历史采样数据和历史统计数据存放在关系数据库中，数据更新达到分钟级，支持秒级数据查询。
17.采用本发明所述方法，基于iec61850标准实现了水电站内水电机组、升压站设备、水情水文、大坝、通航等不同业务领域模型、对象及数据的互联共享，建立了信息交互渠道，达到了水电站数据中心跨部门、跨专业的数据贯通与业务协同的目的，节省了水电站数据中心建设成本和水电站运维成本，提升了水电站应用分析能力和运维智能化水平。
附图说明
18.图1是水电站全景建模方法的流程示意图；
19.图2是水电机组核心数据结构；
20.图3是水电站全景核心模型示意图；
21.图4是使用集团公司编码规范的编码示例。
具体实施方式
22.下面以水电站数据中心建设多应用系统数据集成为例，介绍基于iec61850标准的水电站全景建模的具体实施方式。
23.本发明一种基于iec61850标准的水电站全景建模方法，包括以下步骤：
24.第一步：对水电站内关键设施、一次设备、二次设备和各应用系统数据进行特征抽取，基于iec61850标准形成面向对象的设备模型、测点模型和各应用系统数据模型。其中，使用水电站监控系统提供的数据源对站内关键设施、一次设备、二次设备进行特征抽取和建模，同时还对站内各应用系统数据进行信息抽取。在信息抽取过程中，基于iec61850标准
中所定义的逻辑节点ln，将水电站内关键设施和一次设备抽象为不同类型的数据模型，各类型的数据模型合称为设备模型，其中关键设施和一次设备包括：水电领域的水电机组、水轮机系统、轴承系统、发电机系统、励磁系统、调速器系统、辅助油系统、辅助水系统、辅助气系统、大坝、闸门以及升压站的变压器、开关刀闸、线路、电压互感器、电流互感器、电动机、避雷器、电容电抗器；将水电站内二次设备及其采集信息抽象为测点模型，其中二次设备是指对水电站内一次设备进行监察、测量、控制、保护、调节的设备，包括：继电保护及自动装置、测量表计、控制和信号装置、在线监测装置、可编程逻辑控制器plc，并将这些二次设备所采集的信息点划分为遥测、遥控、遥脉和遥信类型。建立设备模型到测点模型的关联关系，设备模型到测点模型的关联关系包括1对1单向引用关系、1对1双向引用关系、1对n双向引用关系，引用关系是非共生关系。
25.第二步：以面向对象的设备模型为基础模型，根据iec61850标准中逻辑节点ln所包含的数据对象do定义，从各应用系统数据模型中提取与do定义对应的属性作为关键信息，合并到设备模型中，剔除合并后设备模型中存在的重复信息，作为全景核心模型。
26.第三步：使用全局标识gid生成工具，按照预先设定的规则生成全景核心模型的对象gid，该gid是字符串数据类型，在全景核心模型中唯一存在，是根据水电站提供的格式和生成规则生成，同一个对象每次生成的gid是相同的，对象被删除后，对应的gid被废除，不会被重新使用。各应用系统使用全景核心模型提供的gid查询服务，得到全景核心模型的对象gid，补充到各应用系统数据模型中，形成以gid为关键字的全景模型框架；
27.第四步：对全景模型框架的数据进行分类，并提供数据读写服务功能，完成水电站全景模型的构建。其中全景模型框架的数据分为基础信息、台账信息、功能配置信息和动态数据信息，动态数据信息又分为实时采集数据、计算数据、历史采样数据和历史统计数据。不同的模型数据采用不同的存储方式，其中基础信息、功能配置信息、实时采集数据、计算数据存放在实时数据库中，采用内存装载机制，数据更新和访问达到毫秒级；台账信息、历史采样数据和历史统计数据存放在关系数据库中，数据更新达到分钟级，支持秒级数据查询。
28.如图1所示，该建模方法主要分四步：
29.步骤s1是对水电站内关键设施、一次设备、二次设备和各应用系统数据进行特征抽取，基于iec61850标准形成面向对象的设备模型、测点模型和各应用系统数据模型。其中，使用水电站监控系统提供的数据源对站内一次设备、二次设备进行特征抽取和建模，在模型建设过程中，基于iec61850标准中所定义的逻辑节点ln，将水电站内关键设施和重要一次设备抽象为设备模型，将水电站内二次设备及其所采集的信息点抽象为测点模型，并建立设备模型到测点模型的关联关系。
30.这里，所述一次设备是指发、输、配电的主系统上所使用的设施和设备，包括：水电站大坝、闸门、水电机组及其辅助设备、升压站设备及辅控设备；所述二次设备是指对水电站内一次设备进行监察、测量、控制、保护、调节的设备，包括：继电保护及自动装置、测量表计、控制和信号装置、在线监测装置、可编程逻辑控制器plc；所述应用系统是指为了满足专业方向需求而建设的系统，包括：水情监测系统、机组在线监测系统、一次设备在线监测系统、电网保护及故障信息管理系统、廊道巡检机器人系统、升船机监控和调度系统、视频监控系统。
31.这里，所述面向对象的设备模型是使用水电站监控系统提供的数据源，基于iec61850标准中所定义的逻辑节点ln，将水电站内关键设施和一次设备抽象为不同类型的数据模型，各类型的数据模型合称为设备模型，并根据站内实际位置和关系设置一次设备间1对n的双向共生关系。共生关系是指父对象被删除，子对象同时被删除；子对象被删除，父对象不会被删除。该设备模型中各类型数据模型与iec61850标准中所定义的逻辑节点ln之间的对应关系如表1和表2所示。
32.表1水电站关键设施和水电机组及各类部件系统与ln的关系对照表
[0033][0034]
表2升压站各类设备与ln的关系对照表
[0035][0036]
这里，设备模型到测点模型的关联关系包括1对1单向引用关系、1对1双向引用关系、1对n双向引用关系，设备对象与测点对象是非共生关系。其中，单向引用关系表示引用端可见被引用端，但是被引用端不可见引用端；双向引用关系表示引用端和被引用端双方可见；非共生关系与共生关系是对应的，一端对象被删除，不会影响到另外一端对象的存在。
[0037]
步骤s2是以面向对象的设备模型为基础模型，根据iec61850标准中逻辑节点ln所包含的数据对象do定义，从各应用系统数据模型中提取与do定义对应的属性作为关键信息，合并到设备模型中，剔除合并后设备模型中存在的重复信息，作为全景核心模型。以水电机组为例，根据iec61850标准中逻辑节点hunt所包含的数据对象do定义，结合水电监控
系统提供的数据信息，形成水电机组的核心数据结构，如图2所示，其他设备类似。以同样方法提取其他应用数据模型中的关键信息，合并到设备模型中，剔除合并后的重复信息，形成全景核心模型，如图3所示。
[0038]
步骤s3是使用全局标识gid生成工具，按照预先设定的规则生成全景核心模型的对象gid，该gid是字符串数据类型，在全景核心模型中唯一存在，是根据水电站提供的格式和生成规则生成，同一个对象每次生成的gid是相同的，对象被删除后，对应的gid被废除，不会被重新使用。各应用系统使用全景核心模型提供的gid查询服务，得到全景核心模型的对象gid，补充到各应用系统数据模型中，形成以gid为关键字的全景模型框架
[0039]
这里，gid的编码包含对象的类型信息和隶属关系，既支持kks编码，也支持遵循集团公司编码规范进行编码，如图4所示为使用集团公司编码规范的编码示例。
[0040]
步骤s4是对全景模型框架的数据进行分类，并提供数据读写服务功能，完成水电站全景模型的构建。其中全景模型框架的数据分为基础信息、台账信息、功能配置信息和动态数据信息，动态数据信息又分为实时采集数据、计算数据、历史采样数据和历史统计数据。不同的模型数据采用不同的存储方式，其中基础信息、功能配置信息、实时采集数据、计算数据存放在实时数据库中，采用内存装载机制，数据更新和访问达到毫秒级；台账信息、历史采样数据和历史统计数据存放在关系数据库中，数据更新达到分钟级，支持秒级数据查询。
[0041]
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。