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1CIM數據解析流程與實現

1.1公共信息模型（CIM）概述現代電力系統是一個實時變化的復雜系統，它覆蓋發電、輸電、配電和售電等多個環節，包涵發電機、變壓器、斷路器、線路、繼電保護、電能計量，用電設備等各種電氣設備，隨著經濟社會的發展，電力系統還會日益龐大和復雜。CIM為電力系統的建模提供了一種行之有效的方法，CIM采用先進的面向對象的建模技術，使用統一建模語言（UML）將CIM定義成一系列邏輯包，每一個包含一個或多個類圖，用圖形方式可以方便地表示包中所有類之間的關系[2]，使得復雜的電力系統在抽象邏輯層次上得到可視化和模塊化，用分而治之的思想統籌分析電力系統。

1.2CIM/XML解析CIM解析模塊用于將CIM/XML與CIM/E格式的文本讀入內存，同時經過XML文檔解析建立起數據關系，最終將CIM中的各對象及其屬性存入字典結構中。憑借著C#豐富的庫資源，CIM/XML文本的解析是極為方便的，使用foreach循環語句與Elements（）等方法，少量的代碼便能實現XML文本的全文檢索，同時還具有優秀的性能。

1.3CIM/E解析雖然CIM/E文本借鑒了XML的語法風格，但它在設計之初就摒棄了常規XML繁瑣冗余的標簽，正是這樣才成就了E語言的高效能。因此CIM/E文本的解析與2.2有所不同，它的實現有更多面向結構的特點。

1.4拓撲分析CIM定義了終端和聯結點用以表示導電設備間的連接。大多數導電設備是雙端連接的，這就涉及到2個聯結點。這種模式描述了電網全部的原始的信息，稱作開關/節點模型（Node/Breaker），如圖2（a）所示。但對于一些高級應用來講，例如潮流計算、狀態估計等，根據等電位原理（如變電站中互通的母線、刀閘、斷路器等）形成了邏輯上的拓撲點[3]。這種由拓撲點和拓撲點間帶阻抗的電氣設備連接表達的電力網絡模型，叫做母線/支路模型（Bus/Branch），見圖2（b）。開關/節點模型是母線/支路模型的基礎，因此它又被稱為物理模型。通過對開關/節點模型進行所謂的拓撲分析，就能得到母線/支路模型（計算模型），這種模型歸納出了電網的拓撲結構，而隱藏了諸如開關等設備的開閉狀態，是潮流計算能夠接受的模型。本節的文本解析模塊所得的結果與原始CIM文檔一致，都是基于開關/節點模型，那么如何合理地省略閉合的刀閘、斷路器，形成拓撲點，實現到母線/支路模型的轉換，是本節拓撲分析計算模塊要完成的任務。根據圖論相關理論，在同一個拓撲點中，以其包含的聯結點為頂點，以聯結點之間的開關為邊，實際上構成了一幅樹形或帶環的無向連通圖。結合電力系統的實際特點，該連通圖中不存在自身環（起點和終點都是同個點的邊），并且任意2個頂點間的邊不會超過1條。換言之，對于相鄰的若干個開關類（switch）元件構成的無向連通圖，一幅圖對應一個拓撲點，顯然，這在電路理論上是成立的。因此，存在這么一種算法，通過對圖的遍歷嘗試找到該圖所對應的拓撲點及其所屬的所有聯結點。從給定的連通圖中任一頂點（聯結點）出發，沿著一些邊遍訪該圖中所有的頂點，直至每個頂點都只被訪問一次為止，稱作圖的遍歷。目前遍歷連通圖的算法主要有2種：深度優先搜索DFS（depthfirstsearch）和廣度優先搜索BFS（breadthfirstsearch）。本文采用前者算法，結合CIM的導電設備模型，進行頂點的合并處理。深度優先搜索也叫縱向優先搜索算法，其基本思路是：訪問了起始頂點v之后，選擇某一個與v相連但未曾被訪問過的頂點w訪問之，再從頂點w開始進行深度優先搜索。當到達一個與其連接的頂點都被訪問過的頂點時，就從這個頂點開始，依次回退到還有相連頂點未被訪問過的頂點u，從u開始再次進行深度優先搜索。如此往復，直到所有頂點都被訪問過。綜上所述，DFS算法具有如下特征：1）每訪問到的當前頂點需要作已訪問標志。2）整個遍歷是個遞歸過程。歸納出DFS算法的基本框圖如圖3所示。

2bpa數據接口

2.1BPA數據卡片的填寫要求在CIM模型被轉換為母線/支路模型之后，事實上已經奠定了潮流計算的數據基礎，接下來只需根據BPA數據格式的要求輸出數據文件即可[4]。BPA軟件采用的是較傳統的“數據卡片”設計概念，特別強調數據卡片的格式要求[5]。BPA程序支持的數據卡片眾多，本文使用到的只占其中很小一部分，包括B卡（交流節點卡）、L卡（對稱線路卡）、T卡（變壓器卡）三大類。現以B卡為例，說明卡片的填寫方法。如：BQXIJING113.8GX65.50.37.-25.1.0的填寫方法如表1所示。數據長度：卡片中的每一個數據項均不能超過起始列號與結束列號所規定的長度。例如BusName從第7列開始，到第14列結束，那么其長度只有8列，如實際節點名長度不足8列，留空即可；超過8列的只能保留最多8列。數據類型：BPA數據卡片中一般有3種數據類型：空、字符、浮點數。1）字符：其格式表示為An，其中n為長度。例如上文中的BusName，格式為A8，A可以理解為ASCII字符，8是指字符個數。每個數字、大/小寫英文字母和其他ASCII字符均占1個長度，特別地，一個中文漢字占2個長度，因此對于A8格式來說，若全部填中文，最多只能填4個漢字。2）浮點數：BPA程序廣泛使用缺省小數點規則增加數據的有效位數。浮點數的格式表示為Fn.n，其中n為位數。例如表1中的“安排的Vmin（標幺值）”，格式為F4.3，F可以理解為Float，即浮點數，“4”表示浮點數位數（包括小數點），“3”表示缺省的小數點后位數。填法3和填法4即缺省小數點法。對于F4.3格式來說，如果不填小數點，BPA程序將自動取3位小數。如果要使電壓控制在1.015，只需填入1015，顯然此時用缺省小數點法是最合適的。

2.2BPA數據輸出模塊在實際開發過程中，格式問題其實是相對簡單的部分，但是僅僅滿足BPA程序的數據卡片格式要求是遠遠不夠的，還必須考慮其他問題以保證轉換出來的數據文件的正確性。下面分述之。

2.2.1多回線路的回路標志問題為確保供電可靠性，電力系統廣泛存在雙回甚至多回線路。以雙回線為例，從2.4節可知，這種線路即2個拓撲點間存在2個連接，如果以此為基礎直接轉換生成2個對稱線路卡（L卡），則BPA程序會報錯終止計算。為解決這個問題，需要按照BPA有關數據文件的要求，給系統中所有雙回線路賦予回路標志號（1，2，…，n）。

2.2.2無功補償問題BPA軟件提供了可投切電抗、電容器組卡（X卡）來輸入無功補償數據。本文的接口程序根據電力系統實時數據的特點，并沒有直接輸出X卡，而是將各拓撲點的無功補償容量（如果有的話）進行累加，作為“并聯導納無功負荷”添加到B卡中，從而避免了生成X卡的困難，并能簡化數據文件[6]。

3計算規模的處理

在工程實際中，往往需要選取不同大小規模的電網進行計算，因此接口程序必須能靈活處理以適應這種要求。最簡單的情況是，從調度中心的EMS接口獲取實時數據，經過模型解析和數據轉換，生成符合BPA數據格式的.dat文件后，直接在BPA軟件里打開該.dat文件執行潮流計算。如此一來，計算的電網規模與EMS中的模型是一樣的。省調或地調除了關注所調度區域的運行情況，往往還參考上一級調度下達的所謂全網模型，即包含區域外電網數據的更詳細的.dat數據文件。為了能使省調或地調的計算達到全網規模，本文的接口程序能將區域電網數據嵌入至全網模型中，方便考察區域電網在全網中的運行狀況。具體做法如下：1）搜集區域電網與外部電網相連的聯絡線，那么這些聯絡線在區域電網內的節點所圍成的范圍即是區域電網。2）從1）中得到的節點出發，進行網絡掃描，找出所有區域電網內的節點、線路和變壓器。3）將2）所掃描出的區域電網（對應于BPA的B卡、L卡、T卡）在全網模型文件中刪除。4）把EMS數據轉為BPA格式后，插入至全網模型文件中，形成包含更新后的區域電網的全網模型文件。

4BPA軟件潮流驗算

本節數據源采自南瑞繼保PCS-9000調度自動化系統，選取2014年3月11日11時27分42秒廣西主網斷面，遙測合格率98.92%。利用本文程序將實時數據轉化成BPA潮流數據文件，指定巖灘電廠1號機組為全網平衡機（BS卡）。計算結果收斂，牛頓-拉夫遜法迭代次數為5次。平衡機（額定有功300MW）出力數據如表2所示。

5結論

本文針對在當前電力系統運行與規劃中，由于SCADA應用平臺廣泛采用基于IEC61970標準的數據格式，造成軟件之間的互操作性缺失的困難，通過對CIM模型的解析及轉換，搭建了一條從CIM到BPA潮流程序的數據橋梁，從而使BPA或自編潮流程序等分析工具采用電力系統實時數據計算成為可能。利用轉換出來的數據文件，工程計算人員可以方便地在BPA軟件中準確重現任意時間段面下電力系統的歷史運行情況，為基于實時狀態的分析提供可信的計算數據，并以此為基礎開展更多與實際生產相關的分析工作，為電網的安全穩定運行提供建議。

作者：鄧秋荃劉文泰孫艷覃秀君王德付單位：廣西電網有限責任公司廣西大學電氣工程學院