在建设电力综合数据平台方面，有不少研究提出的模型拼接方法在电力调及电力市场方面已取得了一定进展。云技术在电力系统的应用方面也取得了一定进展。为了改善现有整定计算工作的现状，本文提出采用电网模型拼接方法构建整定计算统一数据平台，同时充分利用云技术解决基于完整电网模型进行整定计算时效率低下的问题。
1 整定计算云的提出
随着电力行业的发展和电网规模的不断扩大，在继电保护整定计算方面由于各电力公司都有自己的电网建模方式，各公司使用的整定计算软件厂家不同，版本不同，创建出的模型、图形或数据库在结构上存在很大的差异，形成一定程度的“信息孤岛”，导致上下级及同级之间整定计算的信息共享和实现某种程度上的互操作变得非常困难。
在电力系统的实际运行中，系统的运行方式是不断变化的。进行整定计算时各单位之间相互影响采用边界节点上简单挂等值模型的方法，很难保证计算结果的正确性。外网模型的参数一旦算出通常固定不变，而实际外网的运行方式经常变化，采用传统的边界等值技术无法保证整定计算的准确性。随着电力系统规模扩大、电网结构的不断变化及全国联网的实现，在整定计算一体化要求下，各单位不再只考虑相邻单位发的等值，而是考虑大电网的详细模型，这对计算速度和效率是一个很大的挑战。
云技术能够考虑大电网详细模型的整定计算提供超级计算能力，并极大地提高电网数据处理和交互能力。与传统的数据中心相比，基于云技术的整定计算数据中心不仅仅是一个硬件，而是一个由存储设备、网络设备、服务器、公用访问接口、应用软件、接入网和客户端程序等多个部分组成的复杂系统。它以存储设备为核心，通过应用软件对外提供数据存储和业务访问服务。其结构模型如图1 所示，自下而上分别为存储层、基础管理层、应用接口层和访问层。
其中，存储层位于最底层是云存储的基础部分，通过网络设备将各个物理存储设备连接在一起。基础管理层是云存储的核心部分，实现云存储系统中多个存储设备之间的协同工作。应用接口层是云存储最灵活的部分，可以根据各级电网用户的实际需求及其划分的权限，提供不同的接口和服务。访问层为各级电网提供电网拓扑分析、短路计算、离线整定、在线校核以及在线整定等服务任，何一个授权用户都可以通过公用应用接口登录数据中心，享受云技术服务。
图1 基于云技术的整定计算数据中心层次架构
2 整定计算数据中心的搭建
实现电网模型拼接，构建整定计算统一数据平台，需要注意以下几个方面：
1） 统一全网设备命名规范。设备命名规则是模型拼接的关键，保证全网设备命名的全网唯一性，其目的是让接收模型一方能辨别对方模型中的设备及其与本地模型的关系。
2） 边界电网建模分析。边界电网部分会在不同区域或者不同级别的电网中重复建模，边界部分在各单位的建模方式是不一样的。例如，500 kV 边界厂站在网调中建模见图1，在省调中建模见图2。
图2 网调中500 kV 边界厂站建模示意图
图3 省调中500 kV 边界厂站建模示意图
电网模型拼接的前提在于弄清楚各级是如何等值表示边界电网的。边界电网部分在各单位重复建模，一般来说，按照调度管辖范围划分，500 kV 边界厂站取网调模型，220 kV 边界厂站取省调模型，110 kV 厂站取地调模型。
3） 各单位导出的电网模型标准。由于各单位之间数据标准不统一，所以采用IEC 61970 的公共信息模型（Common Information Model，CIM）。CIM提供了一种用对象、类、属性及他们之间的关系来表示电力系统资源的标准。各单位将自己管辖范围内的电网模型导出成CIM/XML 文件，用于描述电网包含的设备信息和设备之间的拓扑连接关系还包含设备台账（包括线路、变压器、发电机、母线等详细参数）、基本运行方式、装置整定计算模版、保护的整定计算原则等整定计算所需数据的载入拼接。
4） 模型拼接的实现流程。拼接方法主要包含CIM/XML 文件解析；根据边界信息进行模型拆分、模型拼接；将拼接结果导入整定计算数据中心。
根据调度边界信息，依据CIM 模型表示连接关系的Terminal（端点）和Connectivity node（连接点）对模型进行拆分后，将各模型中的等值模型信息裁掉，仅保留模型内部信息，包括调度边界、拆分后的边界设备是各模型之间唯一的重叠信息。其中重叠信息的取舍由调度管辖范围来确定。
拆分后的边界设备一端悬空，另一端连接内部设备。将拆分后的各单位电网模型通过边界设备信息连接起来，在逻辑上形成一个全电网的完整模型，如图4 所示。
通过模型的拆分/合并搭建整定计算数据中心，构建统一数据平台，实现全网统一数据模型，实现模型的拼接、拆分、上传和下发；实现继电保护整定计算模型和图形的多公司交互；实现面向全电网的整定计算功能。
5） 接口要求采用标准化的接口方法。实现模型拼接采用标准的组件接口规范（Common InterfaceSpecification, CIS）数据访问接口方法以及扩展接口方法，CIS 是在CIM 基础上定义的，它定义了使用标准方式交换数据的途径、所交换的内容、以及用来在组件间交换数据的接口功能要求。
图4 电网模型拼接后示意图
3 整定计算数据中心管理
基于云技术的整定计算数据中心的管理是基于基础设施云的数据库及其文件系统，实现以工程为单位的电网模型数据的管理，数据包括设备元件参数、网络拓扑参数、运行方式参数等。整定计算工程可以为某个用户私有，也可以为多个用户共享。私有工程可用于研究或测试；多用户共享的工程，可以实现对电网数据的统一管理和分级维护。
数据管理包括数据维护、版本管理和日志管理等功能。数据维护提供数据编辑、数据校核、数据拼接分割、数据比对等功能，是数据管理的基础和核心功能。数据编辑包括数据录入、文件和数据库导入、不同数据格式的转换、数据修改和保存、数据导出等。数据校核包括电网模型规范性校核、唯一性校核、合理性校核、拓扑结构校核和平衡校核等，是提高数据正确率的有效手段。数据比对是对不同方式、不同时间条件下电网模型和参数进行比较，是了解数据变化和查找问题的有效手段。版本管理是将修改后的数据按照时间和规则定期保存，形成一个个历史版本，需要时可以随时恢复到以前保存的版本，版本管理提高了数据可靠性。日志管理是将每一次用户操作和数据变化都记录在案，可以明确责任以及追溯数据修改历史。
4 整定计算数据中心的应用
实现各区域完整的电网模型拼接后，整体电网庞大，节点众多。继电保护整定计算的计算机算法采用节点阻抗矩阵进行大批量的故障短路电流计算，若加载全部节点进行故障计算，则计算速度缓慢，效率较低。因此，可以借鉴传统的等值技术，对计算范围之外的电网采用多点等值的方法，得到与实际完整电网等价的电网图。
各单位拼接成完整电网后，实际网络如图5所示。进行整定计算时，可以采用多点等值技术将计算范围之内的节点为内部节点和边界节点，外部电网节点为外部节点。内部节点组成内部区域I，边界节点组成边界区域B，外部节点也就是即将被等值掉的区域称为被等值区域E。
图5 实例网络
电网图中，I 为内部区域，E1、E2 均为外部电网构成E，所有联络线就是边界区域B，其中I 和B是要保留的区域，消去外部区域E。
根据上文中对各区域的定义可以得到电网的节点导纳矩阵如式（1）所示。其中电流为各节点电流的输入值列向量，电压为各节点的电压列向量。
由式（4）的意义可得联络线的值为：导纳值 = 原来两节点间的互导纳 – 现在两节点间的互导纳。
同样可以求得外部系统的等值阻抗值为：导纳值 = 现在自导纳和所有互导纳值的和 –原来自导纳和所有互导纳值的和。
由上述计算可以得出，可以将如图5 所示的实例电网等值为如图6 所示的电网图。
图6 研究模型等值网络
在全网完整模型基础上，进行整定计算时采用多点等值方法，既真实的反应了全网，保证了计算的正确性，又大大缩小了研究模型的规模，使计算速度得到很大提高。
5 结语
本文提出采用电网模型拼接方法构建整定计算数据中心， 将各单位分散维护的电网模型拼接成全网完整的电网模型。利用云计算技术，建立全网统一规范的整定计算数据中心，并对数据中心的管理进行了分析研究。基于此数据中心采用多点等值方案降低节点阻抗矩阵规模，提高了整定计算的速度。
基于云技术的整定计算数据中心的建设研究可推动继电保护整定计算工作向广域、全景、分布式、一体化发展。
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本文标题：基于云技术的整定计算数据中心的构建
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