一种基于cim的输变电设备全景信息建模方法

一种基于cim的输变电设备全景信息建模方法【专利摘要】本发明公开了一种基于CIM的输变电设备全景信息建模方法，采用面向对象设计技术，参照IEC61970和IEC61968等相关国际标准，在已有标准CIM模型的基础上，完成了对资产基本信息模型、资产在线监测信息模型、资产工作信息模型、环境与安全信息模型的扩展，建立了具有良好通用性的输变电设备全景信息模型。结合输变电设备物联网的特征，在资产基本信息模型中增加了EPC编码属性和全寿命周期管理节点。本发明所建立的输变电全景信息模型能为输变电设备多源异构信息的共享与集成以及输变电设备全寿命周期管理高级应用提供支撑。【专利说明】一种基于CIM的输变电设备全景信息建模方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及输变电设备全景信息建模领域，特别是一种基于CIM的输变电设备全景信息建模方法。【
背景技术：
】[0002]—、公共信息模型为了实现电力企业应用系统之间信息与功能的交互共享，各个应用系统需要对所交换的信息有共同一致的理解。为此，国际电工委员会(IEC)制定了统一的通信系统标准体系——IEC61970和IEC61968。这两个标准共同定义了一种电力系统通用信息模型——公共信息模型(CIM,CommonInformat1nModel)。CIM是一个与具体实现无关的、用于描述管理信息的概念性模型。[0003]CIM对于电力对象的逻辑结构定义是高度抽象的，可以应用于各个系统中，有助于能量管理系统(EMS)与其他应用系统之间信息的集成与共享。为了便于管理，CM将电力系统资源对象按不同分类划分到各个包中，每个包都详细描述了类与类之间的相互关系，这样不仅易于模型设计与理解，同时也为CIM提供了扩展的可能。以IECCIM为基础，结合实际数据共享交换需求，可将IECCIM进行有效扩展。[0004]二、资产全寿命周期管理随着我国电网的快速发展，电网资产规模迅速扩大，如何突破传统管理模式的束缚，探寻提高电网安全稳定运行能力和资产赢利能力、延长电网经济寿命的新途径和新方法，成为电网企业亟待解决的关键问题。作为一种先进的管理理念和决策方法，资产全寿命管理基于系统的观点，通过对采购、工程建设、运行维护直至退役等全过程的统筹管理，在资产安全可靠运行和满足使用需求的条件下，使资产全寿命周期的整体成本最低。国外实践证明，推行全寿命周期管理能够为企业节约可观的成本，促进经济效益的显著提升。[0005]资产全寿命周期管理涉及专业广、部门多、业务复杂、数据量大，全寿命周期管理的过程需要资产的全方位信息加以支持。[0006]三、输变电设备全景信息将输变电设备的全景信息定义为输变电设备的全方位信息，包含设备采购、工程建设、运行维护、退役等生命全过程的信息。采购信息包括采购价格、厂商、生产时间、品控、监造、仓储等；工程建设信息包括承包商、交接试验、建设费用、EPC编码信息、地理信息等；运维信息包括巡检、试验、停电、输电设备状态监测、变电/换流设备监测、负荷、开关位置、运维成本等；退役信息包括退役时间信息、退役原因信息等。[0007]这些信息分散在财务管理系统、电网调度系统、能量管理系统等各类不同的系统中，实际是以“信息孤岛”的形式存在，不能很好地互通。因此，需建立一个完备统一的信息模型，来集成共享这些分散的数据。[0008]四、物联网技术联网技术，以射频识别(Rad1FrequencyIdentificat1n,RFID)技术、无线传感网(WirelessSensorNetwork,WSN)技术等作为实物智能识别、监测手段,结合无线通信网络，进行数据传输。为实现电力资产全寿命周期管理、提高运转效率、提升管理水平提供技术支撑。主要有以下几点优势:1)通过在杆、塔布置传感器节点，可以提高对输电设备的感知能力，结合无线通信网络，实现联合处理、数据传输；2)进行身份识别、电子标签与电子工作票、环境信息监测、远程监控等，实现确认对象状态，监控工作程序和记录操作过程；3)将射频标签和标识编码系统应用于电力设备，实现对电力资产信息的智能采集、自动识别、资产盘点、自动巡检、智能调配等资产身份管理、资产状态实时监测以及辅助决策等功能。[0009]物联网技术在电力系统中的应用，完善了输变电设备全景信息的获取。为设备全寿命周期管理提供了支持，然而，也使得需处理的信息更加海量、多源、异构。因此对输变电设备的信息模型提出更高的技术要求。【
发明内容】[0010]本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于CIM的输变电设备全景信息建模方法。[0011]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种基于CIM的输变电设备全景信息建模方法，包括以下步骤:1)确定建模对象，判断IEC61970、IEC61968标准中是否有关于所述建模对象的包，若存在，则扩展建立新类；若不存在，则新建关于所述建模对象的包，并在该包内扩展建立新类；2)判断上述扩展建立的新类在建模对象的包内是否存在，若存在，则扩展建立新的属性；若不存在，则扩展建立该新类，并扩展建立该新类的属性；3)根据建模对象在电力系统中的实际应用场景，分析描述扩展建立的新类与IEC标准原有CM模型已有类之间的关系；4)确定扩展建立的属性的数据类型；5)通过以上步骤，建立起包括包、类、属性和数据类型的输变电设备模型，对其中扩展建立的新类和属性进行进一步的概括和抽象，得到抽象模型，并规范化抽象模型。[0012]规范化抽象模型的方法如下:1)将抽象模型中属性较多的类解构为多个具有部分属性的类；2)消除抽象模型中的冗余数据；3)选取实际名称作为类的类名，并规范化类定义的所有关键名词。[0013]与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为:本发明在CM的基础上扩展建立了全景信息模型，能够实现海量异构数据的集成和共享，为输变电设备进行全寿命周期管理提供了模型支持。【专利附图】【附图说明】[0014]图1示出了本发明全景信息建模框架；图2示出了本发明全景信息建模方法的流程；图3示出了本发明基于EPC编码的基本信息模型；图4(a)示出了本发明实施例绝缘子基本信息模型；图4(b)示出了本发明实施例架空线路电力电缆扩展模型；图4(c)示出了本发明实施例设备容器类扩展模型；图5(a)示出了本发明在线监测通信模型；图5(b)示出了本发明在线监测量测模型；图6示出了本发明资产工作信息模型；图7示出了本发明环境与安全信息模型。【具体实施方式】[0015]本发明采用面向对象技术，参照IEC61970和IEC61968等相关国际标准以及CIM建模方式，明确了输变电设备全景信息建模思路。建模框架如图1所示。[0016]1、全景信息分类将输变电设备全方位信息分为基本信息、运维过程信息、在线监测信息、环境与安全信息四类。[0017]I)资产基本信息包括设备的位置、编码、铭牌及技术参数，主要来源于生产管理系统的台账数据。EPC编码信息表示设备全寿命周期中的标识和身份信息。通过RFID等物联网技术获取。由资产基本信息模型描述。[0018]2)资产工作信息是指设备在运行维护以及工作活动中所产生的数据，根据业务的不同，主要分为巡检、试验、诊断和检修四个部分。由资产工作信息模型描述。[0019]3)在线监测信息指通过应用物联网技术，通过使用安装在生产线或者设备上各种智能传感器及监测仪器获取设备的实时动态数据信息。由在线监测信息模型描述。[0020]4)环境与安全信息是指与电力设备密切相关的环境气象信息和公共安全信息，数据主要来自于气象部门和安全监督机构。由环境与安全信息模型描述。[0021]2、信息建模需求分析I)IEC61968中的Asset包对资产基本信息模型有详细的描述。但是，EPC编码信息在目前的CIM模型中不存在，要求对其进行扩展建模；部分设备没有CIM模型对应，如避雷器、绝缘子等；部分设备的已有模型不完善，如输电线路、电缆等。同时，高效利用数据和数据增值需要对部分资产信息进行组合描述。[0022]2)IEC61968的Work包对于设备的运行过程进行了详细的描述，包含了工作安排、工作启动、工作标准、工作结束及复位等。但是Work包对于设备的维护信息描述不够详细。因此，需要对资产工作模型进行扩展建模。[0023]3)IEC标准并没有对动态的监测数据进行特定的描述，也没有对监测通信网络和监测技术建模，它们作为设备监测的重要组成部分，需参考CIM标准中Meas和Asset包进行扩展建模。[0024]4)现有的Asset包只描述了资产的位置与区域信息，并没有考虑环境、安全因素的影响。因此，需要对环境与安全信息模型进行扩展建模。[0025]2、建模原则扩展原则:(I)根据需建设备模型在IEC61970、IEC61968标准中是否存在决定是否进行属性扩展。若存在，则进行属性扩展。如不存在，则新建一个包，在包内建立类图，针对这些设备扩展新类、建立关联以及描述类与类之间的关联关系；添加新包时，扩展的模型都应放置在此包内或者其包的子包内，以免和原有模型中的类相混淆。(2)尽量保持模型原有结构不变，采用继承的方法从原有类产生新子类，并关联扩充部分与新子类。在需要添加新类时，明确新类的继承、聚合及关联关系，避免修改原来的标准模型，并结合业务实际确定最后的关系。[0026]命名原则:在模型统一的情况下，类和属性命名方式可按英文单词的组合或中文表达，已有类的新属性名称前添加EX_，使名称表达更加清晰。[0027]3、建模方法在建模过程中，将输变电设备全寿命周期管理各阶段所需各种信息分为资产基本信息模型、在线监测信息模型、资产工作信息模型、环境与安全信息模型四大类，按统一建模语言UML来建立完整的输变电设备全景信息模型，通过建立各种类、类之间的关联、类和对象之间的相互配合实现系统的动态行为等成分来组建整个模型。其中CM扩展要考虑三个问题:是否要建立新的包；要扩展哪些新类；要扩展哪些已有类的属性和属性值。具体方法流程如附图2所示。[0028]输变电设备全景信息模型建模方法是:1)确定建模对象，通过查阅IEC61970、IEC61968标准，判断标准中是否有关于此设备的模型包。若存在，则考虑扩展新类；若不存在，则新建关于此设备的模型包，并将所有扩展类置于此包内。[0029]2)判断待扩展新类在模型包内是否存在，若存在，则考虑进行属性扩展；若不存在，则新建关于此类的属性。CM模型组成结构是由“属性”聚合成“类”，由“类”聚合成“类视图”，由“类视图”又进一步聚合为“子包”，最后由“子包”聚合为“模型”。[0030]对于原有的CM模型中没有定义的模型则新建一个包，在包内扩展相应类图，建立类与类的关系再添加属性。例如在线监测信息模型和环境与安全信息模型，分别在Meas包和Assets包中新建相应的子包；模型在标准中已存在的，类不够完善，则添加新类。如变压器资源模型已经在IEC61970中建立，则依次扩展出新的潜油泵类、压力释放器类等；对已经建立的类，属性不满足要求时，则添加该类属性。[0031]3)描述待扩展新类与已有类之间的关系，包括聚合、继承和关联关系。CM类图不仅可以描述电力系统中各种对象，还可以描述它们之间的各种静态关系，类之间的关系揭示了它们相互之间是怎样构造的。CM类主要包括3种相互关系:继承、关联、聚集。[0032]继承表示一般类和具体类之间的关系，具体类建立在一般类的基础之上，包含一般类所有的属性、成员以及关系，并且还增加了扩展补充的信息属性。继承关系在模型中用从子类指向父类的箭头表示，指向父类的是一个空三角形。[0033]关联是一种结构化的关系，表不两种对象类之间存在一定的联系。关联关系包括两兀关系和多兀关系。两兀关系是指一对一的关系，多兀关系是指一对多或者多对多的关系。关联两端的对象类以某种角色参与关联，每个关联有两个角色，每个角色具有重数，重数表明了参与这个关联的对象的多少。[0034]聚合表明类与类之间是一种整体与局部的关系。其中，整体类由局部类构成或者包含局部类。[0035]4)判断新建类属性与扩展类属性的数据类型是否存在，若存在，则选用相关数据类型；若不存在，则新建数据类型。[0036]5)规范化抽象模型，使之更精简、准确。规范模型时应主要根据三个原则:①将属性较多的类解构为多个具有少量属性的类消除冗余数据；③尽量选取实例中的名词作为类的名称，并规范类定义的所有关键名词。[0037]全景信息模型的建立(1)基本信息建模现行的IEC61968标准包含了输变电设备的大部分基本信息，但不能满足设备全寿命周期管理的需要。根据CIM的可扩展性特征，针对新技术、新设备的基本信息属性进行扩展，主要针对两类基本信息:全部设备的EPC编码信息以及标准中部分未建模设备和部件的基本信息。[0038]1)基于EPC编码资产基本信息建模资产基本信息管理需运用到设备的EPC编码，而原有CIM模型中是不存在EPC编码信息，因此设备的全景信息模型中应考虑EPC部分的合理描述，对其进行扩展。EPC编码主要包括标头、设备归属、设备分类以及序列号等内容，结合EPC编码信息，根据全寿命周期管理的信息选取原则，在资产基础模型中扩展了EPCTech类，用于描述该编码的EPC标识主要基本信息，包括采用EPC的位数、标头、获取EPC的RFID类型，以及具体某个设备的EPC编码序列号，EPCTech类关联到资产类上。[0039]此外，输变电设备的全寿命周期包括设备的采购、工程建设、运行维护、退役四个阶段，针对设备的每个全寿命周期阶段，对Asset类进行了属性扩展，添加了PLMCNode(全寿命周期管理节点)属性，定义该类型为枚举类，由采购、工程建设、运行维护、退役构成，用于标记每个资产所处于的周期节点位置，便于资产管理。扩展的EPCTech类如附图3所示。[0040]2)输变电设备基本信息的扩展建模为了支持标准化和集成的需求，对CIM中未涉及到的设备基本信息扩展需要在继承原有输变电数据模型的基础上，新增一些设备类的描述，分为以下三种情况:①面向CIM未建模设备的扩展某些设备在CIM中根本没有模型与之匹配，需要重新建模，如避雷器、绝缘子、直流电流(电压)互感器。新建立的基础模型的框架包括五方面内容:ElectricalAsset、ElectricalTypeAsset、EllectricalAssetModel、ElectricalProperties(电气属性类)和MechanicalProperties(机械属性根类)。前三个属性分别继承于Asset、TypeAsset、AssetModel三个根类,且聚合于第四个属性类ElectricalProperties。前四个类组成电气资产模型框架，电气设备的模型新建都需继承上述框架的四个父类。对于没有可继承的类，加入自身属性扩展一个新类。绝缘子基本信息模型如附图4(a)所示。[0041]②向设备附属部件的扩展在某些重要设备中，设备自带了保护装置来判断设备故障情况，通常CIM建模并未涉及此类附属部件。架空线路和电力电缆为此类扩展的典型设备。建立架空线路和电力电缆基本信息模型，新建OHConductorAssetModel(架空线资产模型类)和CableAssetModel(电缆资产模型类)继承于LinearConductorAssetModel(线形导体资产模型类)，新建OHConductorTypeAsset(架空线类型资产类)和CableTypeAsset(电缆类型资产类)继承于LinearConductorTypeAsset(线型导体类型资产类),这样就构成了线路资产基本信息模型的基本框架，然后再将所需要的属性分别放入对应的类即可。架空线路电力电缆扩展模型如附图4(b)所示。[0042]③向设备容器类的扩展仿照IEC61970中的电厂、变电站间隔等设备容器，建立相应设备的容器子类，引入输电设备容器“线段”的概念。线段包括两根杆塔及之间的设备。将架空线路Asset(资产类)、Pole(杆类)、Tower(塔类)、ArresterAsset(避雷器资产类)和InsulatorAsset(绝缘子类)聚合成线段类，继承于EquipmentContainer(设备容器类),针对避雷线、接地装置、MonitoringEq(监测装置)等附属装置，建立附属装置类，直接继承于Asset类。设备容器类扩展模型如附图4(c)所示。[0043](2)在线监测信息建模输变电线路在线监测系统分为四个部分:监测中心、线路监测分机、通信网络、监测信息。相应地，输变电设备在线监测信息模型包括在线监测通信模型和在线监测量测模型。[0044]I)在线监测通信模型输变电设备在线监测通信模型由SensorNode(传感器类)、Communicat1nLink(通信链路类)以及MonitoringTerminalUnit(监测分机类)组成。首先，传感器在设定好的监测地点形成若干传感器类，通过通信链路类，运用WiF1、Zigbee或蓝牙传输状态量、模拟量甚至是图像格式信息至监测分机类。然后，监测分机类通过通信链路，利用GSM/GPRS/CDMA将数据传输到监测中心。其中，SetPoint(设定点类)描述了对模拟量参数远程设置的公共信息；ScanBl0ck(扫描块类)的属性包括多个传感器节点，这些节点根据不同带宽设置不同的采样时间间隔；新类MeasurementTech(量测技术类)描述了量测采用的通信技术，比如技术名称、更新日期、开发者名称等。在线监测通信模型如附图5(a)所示。[0045]2)在线监测量测模型新建OnlineMonitoringMeasurement(在线监测量测类)和AssetOnlineMonitoringProperties(在线监测资产参数类)两类描述，且前者继承Measurement类，后者关联Asset类。又由于Measurement类关联Asset类,使得模型覆盖量测全过程。[0046]在线监测量测类几乎包含了IEC61970量测包的所有类。Measurement(量测类)描述了量测发生的时间、原因和时间间隔等基本信息WeasurementType(量测类型类)描述了各种实用的量测类型WeasurementTech(量测技术类)包含了量测过程用到的具体量测技术，可对各种不同的在线监测技术扩展建模WeasurementValue(量测值类)记录了不同量测获得的结果，由OnlineMonitoringMeasurement类与其关联建模,且与Document类关联，形成记录文档。LimitSet(限制集类)、AlarmGroup(警报集类)、Unit(单位类)、Control(控制类)和ValueAliasSet(设定值类)等类起到辅助作用。LimitSet和AlarmGroup实现预警功能，当量测值超过设定的限制值时将产生有效报警，Unit规范了量测数据值的单位名称和具体格式。[0047]在线监测资产参数类首先新建在线监测量测类，详细描述资产的在线监测参数，它与Asset类关联。然后,再将IEC61970量测包中Measurement类关联到Asset类,从而实现了与量测包中几乎所有类的关联，可以准确描述量测发生的时间、时间间隔、采用的技术、量测原因和结果等信息。在线监测量测模型如附图5(b)所示。[0048](3)资产工作模型建模资产工作信息即运维过程信息。设备运维过程模型通过新建Work(工作类)的子包WorkModel(资产工作模型)对这部分内容建模。WorkModel通过Work、WorkTask(工作任务类)描述工作任务，用Procedure(程序类)和ProcedureValue(程序值类)的值说明工作的步骤和各步骤产生的数据值。[0049]以一项设备维护任务为例，首先确定活动的种类，再由Work和WorkTask具体来描述。一项活动由多件WorkTask聚集而成。WorkTask(工作任务类)关联AssetList(资产清单类)、Crew、Capability及Condit1n等类。当确定了某项维护任务时,需按工作规范来进行，工作规范中的步骤由ProcedureValue和Procedure共同定义:程序类说明这项活动任务的基本步骤内容，而程序值类描述这些步骤中的相关限值，如加压值等。同时程序类与MeasurementValue(测量值类)关联，以记录测量值。当活动完成后，由DataSet(数据集类)来记录活动结果。[0050]各类设备的巡检、试验、诊断以及检修等活动具有信息模型的基本类和属性，活动完成后，Inspect1nDataSet(巡检数据集类)、TestDataSet(试验数据集类)、DiagnosisDataSet(诊断数据集类)、MaintenanceDataSet(检修数据集类)继承于DataSet(数据集类),分别记录四项活动的数据。同时，建立DefectEvent(缺陷事件类)、FailureEvent(故障事件类)继承于ActivityRecord(活动记录类),用于记录发现的设备缺陷和设备运行故障。如在缺陷事件类中，扩充缺陷部位、缺陷内容、缺陷程度、缺陷等级、缺陷分类、消缺结论等属性。新建DiagnosisEvent(诊断事件类)继承于ActivityRecord类，用于记录诊断事件发生的时间、对象、技术、方法等信息。资产工作信息模型如附图6所/j、lΟ[0051](4)环境与安全信息建模现有输变电设备资产的环境与安全信息模型一般只包括了Locat1n(位置类)和Zone(区域类)，但是由于输电设备的特殊性，它与环境信息以及公共安全信息都有着密不可分的关系。将环境与安全信息模型归纳为四个类:WeatherAlert(天气预警类)、WeatherForecast(天气预报类)、MicroClimate(微气象类)以及描述偷盗、报警、战争等的UnpredictableEvent(不可预测信息类)，类的具体信息如附表B1。Asset、Zone、Locat1n与以上四个新类关联，组成环境与安全信息模型，进一步地，通过相应扩展这四个类的属性，属性值以及数据格式，可以完成对环境与安全信息的扩展建模。环境与安全信息模型如附图7所示。【权利要求】1.一种基于￠:11的输变电设备全景信息建模方法，其特征在于，包括以下步骤:1)确定建模对象，判断12061970、12061968标准中是否有关于所述建模对象的包，若存在，则扩展建立新类；若不存在，则新建关于所述建模对象的包，并在该包内扩展建立新类；2)判断上述扩展建立的新类在建模对象的包内是否存在，若存在，则扩展建立新的属性；若不存在，则扩展建立该新类，并扩展建立该新类的属性；3)根据建模对象在电力系统中的实际应用场景，分析描述扩展建立的新类与1%标准原有￠:頂模型已有类之间的关系；4)确定扩展建立的属性的数据类型；5)通过以上步骤，建立起包括包、类、属性和数据类型的输变电设备模型，对其中扩展建立的新类和属性进行进一步的概括和抽象，得到抽象模型，并规范化抽象模型。2.根据权利要求1所述的基于頂的输变电设备全景信息建模方法，其特征在于，所述步骤3)中，扩展建立的新类与1%标准原有頂模型已有类之间的关系包括聚合、继承和关联关系。3.根据权利要求1或2所述的基于頂的输变电设备全景信息建模方法，其特征在于，所述步骤5)中，规范化抽象模型的方法如下:1)将抽象模型中属性较多的类解构为多个具有部分属性的类；2)消除抽象模型中的冗余数据；3)选取实际名称作为类的类名，并规范化类定义的所有关键名词。【文档编号】G06Q50/06GK104463499SQ201410826291【公开日】2015年3月25日申请日期:2014年12月26日优先权日:2014年12月26日【发明者】黄小庆,白纯,张开达,肖娟霞,薛武,曹敏,高尚飞申请人:湖南大学,云南电网有限责任公司