DLT890.456-2016 能量管理系统应用程序接口(EMS-API) 第456部分：电力系统状态解子集
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5.4系统规划研究过程
图1TSO发送一个将与整体模型合并的断面
5.5规划与运行模型的协调
网络分析通常使用“母线一支路”模型，其中大部分或所有零阻抗开关设备都被消除以形成逻 而且负荷、发电机和约束参数也针对一个时间点进行选择。然而，在运行和规划态中对网络模
本部分的主要体系结构特点是数据模块化： ·依据数据模型（CIM）子集的模块化（通常反映了产生数据的应用）； 镀锌板标准，将实例数据组合成模型权限集（MAS）的模块化（通常反映了区域的责任）
图2表示DL890.450～499系列规范所描述的子集和它们之间的关系。DL890.450～499系列规范 中定义了子集，其中每个规范定义了一组子集： a）DL/T890.452中定义稳态网络模型子集，包括： 1）设备子集。描述电力系统物理元件及其电气连接的稳态建模信息。 2）计划子集。电力系统各种量的时变规范。 3）量测规范子集。定义了电力系统量测。 b） DL890.453中定义图形显示布局交换子集： 图形布局交换子集，描述了图形或地理显示的元素。通常，当有新元素加入网络模型时，图形 将要被修改。 C 本部分中定义的稳态解子集，包括： 1 拓扑子集。拓扑分析产生的母线一支路结果。 2） 状态变量子集。状态估计或潮流的结果，或者是状态变量的初始条件。 3） 离散量（状态）量测子集。在指定时间点上的一组开关状态。 4） 模拟量量测子集。在指定时间点上的一组模拟量量测
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这些模块满足了网络分析业务过程的需要，这些过程被应用在运行环境（使用节点一开关模型）、 规划环境（使用母线一支路模型）以及运行与规划间的转换中。 在图2中，子集间的箭头表示两个子集的类之间有关系。方向性说明了“箭头引出”子集中的类依 赖于“箭头指向”子集中的类。对于数据来说，这意味着“箭头引出”类数据引用了或依赖于“箭头指 向”类数据。例如，一个设备模型的实例可能有许多引用了这个设备模型的状态变量实例。 在IT系统中，对应于图2中子集的数据集在功能和（或）应用间进行交换。应用及其数据集交换 的一些例子在后续章节中进行描述。 设备模型有详细的基于连接节点（ConnectivityNode）和端点（Terminal）类的变电站连接关系信息， 示例见图3。端点类是中枢部分，因为它被用于拓扑、状态变量、图形布局子集以及将连接节点关联到 导电设备（ConductingEquipment）。因此，端点是设备模型的一个主要部分。 将连接节点和Terminal.ConnectivityNode引用提取出来，有可能创建出一个连接（Connectivity）子 集。通过采用复杂度和数据复制将会减轻创建连接（Connectivity）子集的工作
图3CIM连接模型示例
6.3EMS网络分析子集和数据集
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基于CIM子集的EMS
图4显示由EMS中产生的不同CIM子集是如何管理数据集的。EMS中的八边形表示了由子集所推 的数据集。圆角矩形表示典型应用模块。从生产者到消费者的典型数据流如下。 ·建模应用生成了设备模型。 。SCADA应用使用设备量测模型作为输入，并周期产生新的模拟量和离散量（如，状态）量测。 ·拓扑应用使用来自建模工具的设备模型和来自SCADA的离散量量测确定一个状态估计算法的 起始条件，这个应用将产生拓扑和状态变量数据集。 ·状态估计应用使用模拟量量测、设备模型、拓扑和状态变量数据集作为输入，并产生可表示为 状态变量数据集的求解后状态（注意，这里的状态变量子集同样适用于作为输入的数据集和 个包含解的不同的数据集）。 。任何基于潮流的应用，如静态安全分析，使用设备模型、拓扑和求解出的状态变量产生多个也 表示为状态变量的预想事故解。 ·计划更新应用使用来自数据建模工具的设备计划模型和来自其他应用的状态变量数据集生成计 划值。状态估计或任何潮流应用能用计划值作为输入数据的一个备用来源。
6.4规划潮流中的子集和数据集
图5基于CIM子集的规划潮流数据集
图5显示在规划潮流环境下的数据集图。这时： ·建模应用只用于生成单个时间点上的断面，因此不需要创建计划和初始状态变量作为输入。 ·因为不存在状态估计，所以不需要量测。 。通常，使用者直接将数据作为一个拓扑结果进行录入。 这些图说明了与标准CIM子集一致的数据集是如何在同样的公共配置下生成的。将本部分建立 在这些子集之上是为了在典型的执行序列中，一个完整的输入和输出记录可被保存而无需复制不必 要的信息。在图6中，我们可以看到在状态估计的周期执行中会是什么样子。在第一次运行时，各 类数据集将被完整记录，但在随后的运行中，只需要生成那些变化的数据集，其中一些将以增量的 方式生成。 为了使用这个信息，用户将能够为其特定目的重新组合一套完整的输入集。一个非常普遍的例 子是母线一支路网络分析应用需要一个状态估计解作为起始点。这样一个应用将需要状态变量解实 例，加上用于状态估计的拓扑实例，再加上用于状态估计的设备实例。参见图6，如果一个用户想 要得到状态变量SV4，它将需要拓扑T2和设备E1。这个用户很有可能是从一个状态转移到下一个 状态。当A42产生时，它很有可能已经在处理SV3时接收了T2和E1。如果是这样的话，它唯一需 要做的就是获取新的A43，并检查拓扑和设备数据集有没有改变。通过数据集结构设计优化了这类 处理过程，
图6显示两种数据集类型：
图6状态估计断面序列
根据子集进行模块化将导致一个模型按照对象实例进行模块化，但是每一个数据集仅包含数据集 所属子集中定义的对象与关系类型。当我们使用术语“实例级模块化”时，意味着在一个子集内的进 一步分割。这是一项数据有效重用的技术。它依赖于一些非常简单的图形原则，这将在下面的章节中 进行总结。
2)原文是V4，但根据上下文应该是A4 3原文是V4，但根据上下文应该是A4
6.5.2EMS实例模块化
图7说明了EMS中模型的分割。八边形表示数据集。在纵向的不同点上，数据集遵循不同的 向的不同点上，数据集是不同的实例模块化。
从底部开始来整理这张图表，元素分别如下
17应用于EMS的实
a）来自一个建模工具的稳态模型数据： 1）设备模型数据集。如图7所示，一些模型数据出现在边界上。 2）量测模型数据集（未示于图上）。 3）计划模型数据集（未示于图上）。 ）计算数据： 1）模拟量和离散量量测数据集。这些数据集包括了实际量测。 2）拓扑数据集。在EMS中，这是拓扑分析应用计算产生的输出。 3）状态变量数据集。在EMS中，这要么是一个状态估计或者是潮流的计算输入（用来初始化 状态变量），要么是一个网络解的输出。 从左至右表示模型权限集之间的分割。边界对象由设备模型和拓扑数据共享，
6.5.3规划实例模块化
图8说明了在网络规划应用中的模型分割
从底部开始来整理这张图表，元素分别如下：
图8用于规划潮流模型的实例模块化
a）定义基态的稳态模型数据： 1）设备模型数据集。如图8所示，一些模型数据出现在边界上。 2）计划模型数据集（未示于图上）。 3）拓扑数据集。 b）解断面的交换： 状态变量数据集。
6.6实例模块化的原则
母一个数据集有： ·一个数据集标识。这可典型地用来区分它的目的。这样，“区域A已建模型”将与“区域A等值 不同，即使它们在一个更大的模型中占据相同的位置。 ·一个数据集版本。 一个子集引用一一定义数据集允许的对象和关系类型。 ·一个可选的模型权限集引用一一定义与一个区域分割的关联。例如，可能会有区域A的设备和 连接点分割。 尽管CIM子集在交换时是标准化的，而且厂家也应支持符合标准子集的数据集，实例模块化的使 用仍是一个业务过程方便性的问题。虽然厂家应用应支持模型权限集，然而它们应用的方式是由用户 决定的，除了要求用于合并形成模型的模型权限集必须不相交一一即非重叠外，其他没有约束。图9说 明了由不同模型权限集管理的模型合并为一个全局模型的模型合并过程。合并过程包括多个子集的数 居集。
描述在整体模块化时发生情况的一个有用方法是以图形化的方式描绘数据的全集（像RDF中那样）， 其中图形的节点是对象实例，图形中的弧线是对象实例之间的关系。全模型的模块化定义为将节点分割 成相互不重叠的节点子集（即不相交集）。每一个子集可能还描述为一个子图（不要求子图是相连的 即，节点在内部连接到子图）。 显然对于任何大型模型有许多可能的模块化。然而，电力系统有具体的目标： ·根据生产者应用的模块化。 ·根据对数据的责任模块化。这为区域模型的交换及由各参与方模型拼接形成总模型提供了便 利一一因此有了术语“模型权限集”。
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。根据功能块的模块化。这可以优化业务过程，过程中一个子图可在许多情形下进行重用一一电力 系统设备建模就是如此。 两个子图之间的关系意味着管理数据集（即增加、删除或修改对象）的应用或用户应意识到关系有 效的可能。这些关系很重要的原因是许多关联的业务问题可能通过在不同情况下重用子图的方式来解 而且必须将子图的外部连接连在一起才能起作用。 CIMUML中的关系（目前）是没有方向性的，在子集规范中的CIMXML数据集（即子图）通常是 方向性的。如果在一个过程的某一步上先创建被引用的数据集，然后创建引用数据集，那么就可以使 用从一端指定的关系，例如： ·一个设备模型数据集在电力系统建模工具中被创建，并提供给应用使用。建模工具不需要关心 这个设备数据集给谁使用。通过执行拓扑和各种不同求解，生成了结果数据集。这些数据集在 逻辑上与设备模型关联。 ·边界数据集是在两方或多方之间商定的。一旦已经定义了边界数据集这个概念，那么现有的边 界数据集即可被导入到数据建模工具中，其对象可在构建区域模型权限集数据集时被引用。边 界数据集作为隔离层，可以让区域模型权限集数据集相互之间不用了解其内部数据。因此，提 前创建边界数据集是很重要的。 ·在电力系统中，例如，边界数据集包括了各条联络线中间或一端的节点。因为联络线很少发生 变化，而且是众所周知的，通常很容易从这个起点来构建与一个输电拥有者相对应地域的区域 集合。
7将标准应用到业务问题
7.1EMS网络分析与外部消费者的集成
展示了从SCADA/EMS向外部客户端传送数据
图10传送给外部客户的EMS数据集
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·状态变量a输入值和b状态估计结果。 不同的消费者可能关心这些接口的不同组合。 a）接口1、4、5b将支持一个外部的静态安全分析。 如果预想故障用开关数据来定义，则增加接口2。 b）接口1、4、5b将支持电压稳定分析。 c）接口1、3、4、5a将支持一个外部的状态估计。 d 接口1、4、5a或5b将支持外部的规划型潮流（通常运行在一个时间点的母线一支路模型上）。 1）如果需要开关数据输入来支持拓扑分析，则增加接口2。 2）如果需要量测数据来研究状态估计，则增加接口3。 图11展示了边界数据集如何连接两个区域MAS1和MAS2。
图11EMS边界数据集示例
图11遵循了前面定义的子集/数据集的图形约定。使用了如下缩写的CIM类名： ·Con.Node=ConnectivityNode ·Top.Node=TopologicalNode ·Trmnl=Terminal 箭头的方向反映了子集文档中定义的方向。如图中所示，所有的引用都是从区域MAS到边界。
图11遵循了前面定义的子集/数据集的图形约定。使用了如下缩写的CIM类名： Con.Node=ConnectivityNode Top.Node=TopologicalNode Trmnl=Terminal 头的方向反映了子集文档中定义的方向。如图中所示，所有的引用都是从区域MA
7.2规划网络分析与外部消费者的集成
图12展示了从一个使用母线一 文路型 数据的类似场景
图12母线一支路集成结构
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接口规范1、4、5与图10的相同，但是在这个系统中没有涉及开关（没有连接数据集），而且拓扑 是人工管理而不是计算得出。在一个简单的线路开断情形中，这意味着使用者通过改变线路端点的拓扑 来开断，而不是开断线路末端的断路器一一这是直观的差别。 图13展示了一个更复杂的改变一一在分裂母线间的线路迁移。通过如下几步来完成这个改变： ·即使母联是闭合的，电压等级也应该保留两根母线及开关的描述。开关将被视为潮流中的一条 零阻抗逻辑支路。 ·通过开断逻辑支路，母线被分裂，如图13所示。 ·一条输电线路或母线间其他设备的迁移不能通过倒闸来完成。而是通过更新线路/设备端点与代 表母线的拓扑节点（TopologyNode）间的引用（在拓扑数据集中）来完成，
图13母联与线路迁移的母线一支路建模
系统以这种方式对拓扑进行建模时，在理论上结果还可以传递给类似EMS的解环境，但是EMS 算出底层的开关状态，因此它应该设计成可以使用双重拓扑输入源。显然，从节点一断路器环境 母线一支路环境比另一个方向的转换要更为自然一些。
8数据模型及CIMXML示例
模拟量和离散量量测接口在DL890.451中描述。
模拟量和离散量量测接口在DL890.451中描述！
接口4（参见图11和图12）用于本部分。它的目的是提供状态估计或任何其他基于潮流的应用所 需要的母线一支路拓扑。此拓扑可由一个如图14所示的拓扑分析生成，或者是由一个人工维护母线一 支路拓扑的工具生成。 拓扑解将基于图14所示的拓扑节点（TopologicalNode）类和端点（Terminal）类。设备（如输电线 路、同步电机、开关等）通过设置属性Terminal.connected为假（false）来断开。图13中开关就用这个 方法断开。如图13所示，可通过改变Terminal.ToplogicalNode的引用将一条输电线路从一条母线转移到 另一条母线。 图15展示一个基于图14中模型的数据集示例。 一个拓扑数据集总是引用（依赖于）一个设备数据集。正常情况下，任何拓扑实例将在信息头引用 它所基于的设备实例，而且在大多数情形下，这是消费者想使用的设备实例。这也不会阻止它使用其他 的设备实例，这在某些用例中是有意义的。基本上，唯一的软件需求是拓扑集的所有外部引用都解析到 所连的设备数据集的对象上。如果一个消费者想恢复用作拓扑输入的状态集，这可以在信息头引用并取 回一一然而。因为从拓扑到状态集没有引用。所以这不是必需的
图14CIM拓扑模型
图15拓扑解接口示例
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拓扑节点（TopologicalNode）是计算出的对象，所生成的确切对象集取决于状态输入。然而， 有许多用例需要将有不同拓扑的网络分析结果进行关联或是需要对结果进行相互比较。因为电力 系统几乎一直都处在一个可识别的相似配置上，所以这是有意义的。即使在理论上它可能会偶尔 到达一个完全不同的状态。一般，这些用例的关键是让各个变电站的主母线所关联的标识相同。 CIM建模允许建模工具提供输入数据来标识主母线，并指导如何在拓扑分析算法中生成母线标识。 如果建模工具提供这样的标识指导，只要是在母线分裂很普遍的地方，建立多个由保留逻辑设备 来分隔的主母线，那么拓扑节点（TopologicalNode）就可以从一个拓扑数据集到另一个拓扑数据 集有一致的标识（rdf:ID）。 注意：这不是指同一的一一它指的是一般的母线集将会有同样的标识符，即使一些拓扑节点 （TopologicalNode）偶尔会出现不匹配的现象。 一个拓扑分析或一个系统可能会增量更新母线支路模型，即仅重新计算变化了的拓扑节点 （TopologicalNode）和端点作为断路器变位或手工更新的结果。这样一种变化可能作为一个增量更新进 行交换。这时，在增量中的rdf:ID必须对应先前消息中的rdf:ID。 接口4可能包括所有的模型权限或者只是一个子集。对于只是包含一个子集的情形，边界中的拓扑 节点（TopologicalNode）必须使用固定的标识。图15中的
8.3状态变量接口5a和5b状态估计
接口5（参见图11和图12）用于本部分。它的目的是将状态估计或潮流生成的稳态解提供给其他 应用使用。状态变量解模型示于图16中。 稳态解基于状态变量（StateVariable）类，这个类派生出图16中的一组状态变量。注意，状态变量 StateVariable）不是从IdentifiedObject类继承而来的，因为它可由所关联的对象来完全标识。 SvPowerFlow表示流入任一导电设备端点的潮流。在描述初始条件时，它表示单个端点注入的值， 列如负荷或发电出力。在描述解出的状态时，则提供了实际设备注入的最终值，而且根据实际情况可提 共支路端点上的潮流解。Svlnjection表示了一个拓扑节点（TopologicalNode）上的总注入，即，它是所 有注入的SvPowerFlows之和。 Svnjection定义了一个在拓扑节点（TopologicalNode）上的非物理附加注入。换言之，这是一个不 与任何导电设备关联的注入。SvInjection可分配给每一个拓扑节点（TopologicalNode），但这不是必需的。 如果在一个解断面中提供SvInjection，它表示节点方程中的平衡项。或者说，Svlnjection等于流入与拓 扑节点（TopologicalNode）所连的所有端点的潮流总和。对于大多数解出的潮流母线，这些值总是小于 解的允许误差，而且因为它们很小，可简单地忽略不计。然而，其他情形中的SvInjection项则是至关重 要的： ·SvInjection可能用于表示求解区域边界上的潮流。在这种情况下，一个互联解的区域可被单独表 达，并用SvInjection表示流入其他互联部分的潮流（如果一个接收方想把全解重新分割，则他 们将检查边界点两侧的Svlnjection的一致性，并在将来的分析中忽略掉）。 。在一个状态估计结果中，Svlnjection可能给出注入残差。这可用于避免启发式算法把注入残差分 配给负荷和发电机，并提供一个地方来给出零注入母线上的残差。 e在未解的潮流中，Svlnjection可以给出不平衡量大于允许误差的母线。 图17展示了一个基于图16中模型的CIMXML示例L
图16CIM状态变量解模型
图17CIMXML示例
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图17CIMXML示例（续）
状态变量通过它们所属的对象来进行标识，且其生命周期取决于所属的对象，即拓扑节点 TopologicalNode）、导电设备（ConductingEquipment）、端点（Terminal）、分接头调节器（TapChanger） 等对象。状态变量rdf:ID只需要在一个消息中保持唯一，而且它们的rdf:ID在消息间不能有相互的 关联。
9.2.1端点Terminal
导电设备的电气连接点。端点连接于称为“连接节点（connectivitynodes）”的物理连接点 固有成员
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9.2.2拓扑节点TopologicalNode
拓扑Topology 对于一个详细的变电站模型，一个拓扑节点（TopologicalNode）是在当前网络状态下通过闭合的开 关，包括跳线器而连接在一起的一组连接节点。拓扑节点能够随着当前网络状态的变化（即开关、断路器 等改变状态）而变化。 对于一个规划模型，不会使用开关状态来形成拓扑节点（TopologicalNode）。拓扑节点反而是在 个模型构建工具中手工生成或删除。这种方式维护的拓扑节点（TopologicalNode）也称为“母线”。 固有成员
9.3抽象类一标识对象IdentifiedObiect
核心Core 这是一个根类，为所有需要命名属性的类提供公共的命名属性 固有成员
i0状态变量StateVariables
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10.2.1拓扑岛Topologicallsland
状态变量StateVariables 网络的一个电气连接的子集。拓扑岛会随着当前网络状态的变化（即隔离开 Terminal.connected状态变化）而变化。
注入状态变量SvInjec
状态变量StateVariables 注入状态变量。 固有成员
10.2.3潮流状态变量SvPowerFlow
状态变量StateVariables
4）原文是“电压”，但是根据上下文应是“注入”
潮流的状态 固有成员
10.2.4短路状态变量SvShortCircuit
状态变量StateVariables 短路的状态变量。 固有成员
2.5并联补偿器组状态变量SvShuntCompensz
状态变量StateVariables 一个并联补偿器的投入分组数的状态变量。 固有成员
10.2.6分接头档位状态变量SvTapStep
状态变量StateVariables 变压器分接头挡位的状态变量。这个类用于LTC（有载调节）变压器的分接头，而不是固定分接头 变压器。
10.2.7电压状态变量SvVoltage
状态变量StateVariables 电压的状态变量。
i0.3.1状态变量StateVariable
状态变量StateVariables
状态变量StateVariables 状态变量的一个抽象类。
10.3.2有功功率ActivePower
电压有效值（RMS）与电流同相分量的有效值（RMS）的乘积 XSD类型：双精度。
10.3.3角度弧度AngleRadians
以弧度为单位的相角 XSD类型：双精度。
10.3.4视在功率ApparentPower
工字钢标准电压的有效值与电流的有效值的乘积。 XSD类型：双精度
10.3.5无功功率ReactivePower
电压的有效值与电流的正交分量有效值的乘积。 KSD类型：双精度。
10.3.6电压Voltage
电压。 XSD类型：双精度。
建筑CAD图纸电压。 XSD类型：双精度。
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