分布式电源的公共信息模型扩展建模分析 掌星瑶 指导老师：刘东 (上海交通大学电气工程系，上海市200240：) 摘要：电力系统日益趋向复杂化、大规模化。因而分布式系统的发展势在必行。分布式发 电系统相比于传统的集中式系统，有环保、经济、节能、高效、可靠、灵活等优点，然而也 存在诸多问题，如不可控、配电系统孤岛效应与系统不完整等等。本文根据这些问题，参考 己有的文献给出大致的解决方案一一公共信息模型扩展，并且对其中的一部分进行了创新性 的展望。 关键词：分布式电源，公共信息模型(CIM),扩展建模 1.引言 有的属性和作用表。 针对分布式发电技术发展的需求，建立了 电力工业的规模大，复杂程度高，需要多分布式电源的CIM模型。回例如燃料电池的CIM 种计算机系统协助完成许多工程和商业功能。模型。目的是为了满足含分布式发电系统的 由于各系统具有私有的数据模型和存储结构，各种应用需求，包括机组的经济组合和经济调 将这些系统集成在一起比较困难。因此，一方度、自动发电控制、电网拓扑分析、仿真培训 面，研究者在己有的标准上，针对分布式发电等。从而最终实现了CIM在配电系统的扩展。 模型，提出了更合理全面的CIM扩展方法。以这样建立的CIM模型，可以很直观地显示出 满足潮流计算、机组组合和经济调度、及时域各种元件和分布式电源的类、模型元件的基本 仿真计算等应用的需要。向并分析了图形平台参数以及类之间的相互关系。 的功能需求，采用分层次设计的思想设计图形 在此之后，后来的一些研究者针对现有的 平台。根据CIM模型，分别对设备图元的几一些己经扩展的配电CIM模型，结合图形平 何属性、电气属性和拓扑属性进行设计。同台和配网潮流三相的情况提出了其存在的不 时通过分析输电设备的全景信息建模需求，从足，并对配电负荷、变压器和分布式电源的 设备的EPC编码信息、资产基本信息、运维过CIM模型进行了改进。利用CIM拓扑包中的 程信息、公共安全信息和在线监测信息5个方拓扑模型开发了网络拓扑分析功能。他们将拓 面，建立输电设备的全景信息模型，为输电设扑分析分为全局的静态分析和局部的动态分 备全寿命周期管理业务和电力资产的统一表析两个功能模块，在这两种分析过程中将分布 达奠定基础。改善误报率、故障率、维修成本式电源纳入统计范围，进行电气死岛与活岛的 等指标，提高设备管理效率。) 判断。o 另一方面，配电网的潮流计算、机组组合、 此外，分布于用户附近的分布式热电联供 经济调度、时域仿真等应用的往往难以被整系统和绿色的可再生能源发电逐渐成为全球 合，因此近年提出公共信息模型扩展方法以满能源技术领域的研宄热点，其中以光伏发电和 足相关应用的需要。山研究者鉴于配电系统三小型风力发电为主的分布式可再生能源，在全 相不对称并有自己特有的设备等特性，在继承球范围内极为迅速增长。当这些分布式能源并 CIM中原有开关类模型的基础上，按统一建模网达到一定规模之后，如果其与电网之间、与 语言对上分布式发电系统建立完整的电网信管理系统之间数据不能共享和交换，将会直接 息模型，添加相应的属性和作用，建立起了导致配电网和电力市场管理的混乱，影响用户 重合器和分段器CIM模型后，又建立了开闭所利益。因此，电力管理系统包括EMS、DMS等 和环网柜的聚合类模型：给出了其模型图及固在未来将需要增加对分布式能源相应的能量
分布式电源的公共信息模型扩展建模分析 掌星瑶 指导老师：刘东 （上海交通大学 电气工程系，上海市 200240；） 摘 要：电力系统日益趋向复杂化、大规模化。因而分布式系统的发展势在必行。分布式发 电系统相比于传统的集中式系统，有环保、经济、节能、高效、可靠、灵活等优点，然而也 存在诸多问题，如不可控、配电系统孤岛效应与系统不完整等等。本文根据这些问题，参考 已有的文献给出大致的解决方案——公共信息模型扩展，并且对其中的一部分进行了创新性 的展望。 关键词： 分布式电源，公共信息模型（CIM），扩展建模 1．引言 电力工业的规模大，复杂程度高，需要多 种计算机系统协助完成许多工程和商业功能。 由于各系统具有私有的数据模型和存储结构， 将这些系统集成在一起比较困难。因此，一方 面，研究者在已有的标准上，针对分布式发电 模型，提出了更合理全面的CIM扩展方法。以 满足潮流计算、机组组合和经济调度、及时域 仿真计算等应用的需要。 [6] 并分析了图形平台 的功能需求，采用分层次设计的思想设计图形 平台。根据 CIM 模型，分别对设备图元的几 何属性、电气属性和拓扑属性进行设计。 [9]同 时通过分析输电设备的全景信息建模需求，从 设备的EPC编码信息、资产基本信息、 运维过 程信息、公共安全信息和在线监测信息5个方 面，建立输电设备的全景信息模型，为输电设 备全寿命周期管理业务和电力资产的统一表 达奠定基础。改善误报率、故障率、维修成本 等指标，提高设备管理效率。 [4] 另一方面，配电网的潮流计算、机组组合、 经济调度、时域仿真等应用的往往难以被整 合，因此近年提出公共信息模型扩展方法以满 足相关应用的需要。 [1] 研究者鉴于配电系统三 相不对称并有自己特有的设备等特性，在继承 CIM中原有开关类模型的基础上，按统一建模 语言对上分布式发电系统建立完整的电网信 息模型， [3]添加相应的属性和作用，建立起了 重合器和分段器CIM模型后，又建立了开闭所 和环网柜的聚合类模型；给出了其模型图及固 有的属性和作用表。 针对分布式发电技术发展的需求，建立了 分布式电源的CIM模型。 [2] 例如燃料电池的CIM 模型。 [7]目的是为了满足含分布式发电系统的 各种应用需求，包括机组的经济组合和经济调 度、自动发电控制、电网拓扑分析、仿真培训 等。从而最终实现了 CIM 在配电系统的扩展。 这样建立的 CIM 模型,可以很直观地显示出 各种元件和分布式电源的类、模型元件的基本 参数以及类之间的相互关系。 在此之后，后来的一些研究者针对现有的 一些已经扩展的配电 CIM 模型，结合图形平 台和配网潮流三相的情况提出了其存在的不 足，并对配电负荷、变压器和分布式电源的 CIM 模型进行了改进。利用 CIM 拓扑包中的 拓扑模型开发了网络拓扑分析功能。他们将拓 扑分析分为全局的静态分析和局部的动态分 析两个功能模块，在这两种分析过程中将分布 式电源纳入统计范围，进行电气死岛与活岛的 判断。 [10] 此外，分布于用户附近的分布式热电联供 系统和绿色的可再生能源发电逐渐成为全球 能源技术领域的研宄热点，其中以光伏发电和 小型风力发电为主的分布式可再生能源，在全 球范围内极为迅速增长。当这些分布式能源并 网达到一定规模之后，如果其与电网之间、与 管理系统之间数据不能共享和交换，将会直接 导致配电网和电力市场管理的混乱，影响用户 利益。因此，电力管理系统包括 EMS、DMS等 在未来将需要增加对分布式能源相应的能量
管理和控制功能。研究者讨论以风力发电和光 系统投资成本低、风险小、占地少、建设周 伏发电为主的分布式可再生能源发电系统特 期短，有利于在较短时间内解决电力短缺问 点和管理需求，对风力发电和光伏发电系统进 题。 行实体分析，然后遵照国际电工技术委员会 3)节能性：布式发电系统多以太阳能（光伏）、 颁布的IEC61970标准中电力系统公共信息模 风力、生物质能等可再生清洁能源为发电原 型，提出风力发电和光伏发电的模型扩展、燃 料，与传统的化石燃料，如：煤炭、石油、 料电池发电系统、储能系统的CIM,并使用统天然气等等相比，不需要考虑能源枯竭的问 一建模语言描述扩展类及其具体属性，实现 题。 了包含分布式发电系统的完整的电网信息模4)高效性：传统供电模式网损一般约为10%， 型，并应用于微网能量管理系统的设计。 我国甚至高于15%，而分布式电源就安装在 同时，研究者们也研究了CIM在SCADA 负荷附近，可以有效减少运输电能时输电线 系统支持平台中应用，对支持平台层中的前置 由于自身阻抗而产生的电能损失。 通信子系统、数据库子系统和图形管理工具进 5)可靠性：在大型发电厂大规模增加的时候， 行了详细研究，讨论了它们的设计原则和要求 电网的急速膨胀对供电的安全与稳定带来很 以及实现方法。 大威胁，一旦电厂和输电干线发生故障将导 致大面积停电。分布式发电系统采用性能先 进的控制设备，开停机方便、操作简单、与 2.问题的提出 大电网配合可大大提高供电可靠性，弥补其 分布式发电指的是在用户现场或靠近用 安全稳定性方面的不足，在电网崩溃和意外 电现场配置较小的发电机组（一般低于 灾害情况下仍然可维持重要用户的供电。回 3OMW),以满足特定用户的需要，支持现存 6)灵活性：可以满足特殊场合的需求，如用 配电网的经济运行，或者同时满足这两个方于重要集会或庆典的（处于热备用状态的） 面的要求这些小的机组包括燃料电池，小型 移动分散式发电车。 燃气轮机，或燃气轮机与燃料电池的混合装7)自动性：调峰性能好，操作简单，由于参 置由于靠近用户提高了服务的可靠性和电与运行的系统少，启停快速，便于实现全自 力质量技术的发展，公共环境政策和电力市 动。四 场的扩大等因素的共同作用使得分布式发电 随着人类社会能源和环境问题的日益凸 成为新世纪重要的能源选择。 显，分布式发电技术得到越来越多的关注与 分布式发电系统主要有太阳能光伏发电使用。然而，分布式电源的大规模接入，对 系统、燃料电池发电系统、微型燃气轮机发大电网的安全、稳定运行带来一定的负面影 电系统、风力发电系统：蓄电池、飞轮、超响。具体问题如下： 导、超级电容器等储能系统在分布式发电系1)不可控性：分布式发电是不可控的发电单 统中也占有重要位置。 元，因此系统总是试图采取隔离、切机的方 与传统的集中式发电相比，分布式发电 式来控制分布式发电单元，以消除其对大系 由于其在效率、能源多样化、环保、节能等 统电压和频率的冲击，当电力系统发生故障 多方面的优越性具体如下： 时，系统必须立即切机退出运行，这就极大 1)环保性：分布式发电系统多以太阳能（光 地限制了分布式发电的优势的发挥。 伏)、风力、生物质能等可再生清洁能源为2)配电系统孤岛性：智能配电网是智能电网 发电原料，能有效减少C02、SO2、NO,等有害的重要组成部分，其目的是将电工技术、高 气体和固体废弃物的排放，环保性能良好。级传感和测控技术、现代计算机和通信技术 这样的发电系统可以直接安置在用户旁边， 结合起来，支持分布式电源的接入和提高自 由此还可以有效避免输电线路可能产生的电 愈能力。由于配网中存在的各种管理系统及 磁污染。 其软件通常来自不同的制造商，应用系统缺 2)经济性：相比传统大型电厂，分布式发电乏统一的信息模型和接口标准，导致“信息
管理和控制功能。研究者讨论以风力发电和光 伏发电为主的分布式可再生能源发电系统特 点和管理需求，对风力发电和光伏发电系统进 行实体分析，然后遵照国际电工技术委员 会 颁布的IEC 61970标准中电力系统公共信息模 型，提出风力发电和光伏发电的模型扩展、燃 料电池发电系统、储能系统的CIM，并使用统 一建模语言描述扩展类及其具体属性， [5] 实现 了包含分布式发电系统的完整的电网信息模 型，并应用于微网能量管理系统的设计。 同时，研究者们也研究了 CIM 在 SCADA 系统支持平台中应用，对支持平台层中的前置 通信子系统、数据库子系统和图形管理工具进 行了详细研究，讨论了它们的设计原则和要求 以及实现方法。 [8] ] 2．问题的提出 分布式发电指的是在用户现场或靠近用 电 现场 配 置 较小 的 发 电机 组 (一 般低 于 30MW)，以满足特定用 户的需要，支持现存 配电网的经济运行，或者同时满足 这两个方 面的要求这些小的机组包括燃料电池，小型 燃气轮机，或燃气轮机与燃料电池的混合装 置由于靠 近用户提高了服务的可靠性和电 力质量技术的发展，公共环境政策和电力市 场的扩大等因素的共同作用使得分布式发电 成为新世纪重要的能源选择。 [11] 分布式发电系统主要有太阳能光伏发电 系统、 燃料电池发电系统、微型燃气轮机发 电系统、风力发 电系统;蓄电池、飞轮、超 导、超级电容器等储能系统 在分布式发电系 统中也占有重要位置。 与传统的集中式发电相比，分布式发电 由于其在效率、能源多样化、环保、节能等 多方面的优越性具体如下： 1） 环保性：分布式发电系统多以太阳能（光 伏）、风力、生物质能等可再生清洁能源为 发电原料，能有效减少 CO2、SO2、NOx等有害 气体和固体废弃物的排放，环保性能良好。 这样的发电系统可以直接安置在用户旁边， 由此还可以有效避免输电线路可能产生的电 磁污染。 2）经济性：相比传统大型电厂，分布式发电 系统投资成本低、风险小、占地少、建设周 期短，有利于在较短时间内解决电力短缺问 题。 3）节能性：布式发电系统多以太阳能（光伏）、 风力、生物质能等可再生清洁能源为发电原 料，与传统的化石燃料，如：煤炭、石油、 天然气等等相比，不需要考虑能源枯竭的问 题。 4）高效性：传统供电模式网损一般约为 10%， 我国甚至高于 15%，而分布式电源就安装在 负荷附近，可以有效减少运输电能时输电线 由于自身阻抗而产生的电能损失。 5）可靠性：在大型发电厂大规模增加的时候， 电网的急速膨胀对供电的安全与稳定带来很 大威胁，一旦电厂和输电干线发生故障将导 致大面积停电。分布式发电系统采用性能先 进的控制设备，开停机方便、操作简单、与 大电网配合可大大提高供电可靠性，弥补其 安全稳定性方面的不足，在电网崩溃和意外 灾害情况下仍然可维持重要用户的供电。 [9] 6）灵活性：可以满足特殊场合的需求，如用 于重要集会 或庆典的（处于热备用状态的) 移动分散式发电车。 7）自动性：调峰性能好，操作简单，由于参 与运行的系 统少，启停快速，便于实现全自 动。 [11] 随着人类社会能源和环境问题的日益凸 显，分布式发电技术得到越来越多的关注与 使用。然而，分布式电源的大规模接入，对 大电网的安全、稳定运行带来一定的负面影 响。具体问题如下： 1）不可控性：分布式发电是不可控的发电单 元，因此系统总是试图采取隔离、切机的方 式来控制分布式发电单元，以消除其对大系 统电压和频率的冲击，当电力系统发生故障 时，系统必须立即切机退出运行，这就极大 地限制了分布式发电的优势的发挥。 [9] 2）配电系统孤岛性：智能配电网是智能电网 的重要组成部分，其目的是将电工技术、高 级传感和测控技术、现代计算机和通信技术 结合起来，支持分布式电源的接入和提高自 愈能力。由于配网中存在的各种管理系统及 其软件通常来自不同的制造商，应用系统缺 乏统一的信息模型和接口标准，导致“信息
孤岛”林立。回 大电网 3)系统不完整性：与以往的集中式发电系统 物质能 发电 风力发电 储能装置 相比，分布式发电系统在系统应用上产生了 很多新的应用需求，包括机组的经济组合和 经济调度、自动发电控制、电网拓扑分析、 仿真培训等。 负荷 负荷 微型燃气 总体而言，公共信息模型建模的研究和 燃料电池 光伏发电 轮机 应用领域集中在大电网运行方面，主要对象 热负荷 热负荷 是变电站和调度系统，对于设备的信息建模 研究，偏重于变电设备和新能源设备，对输 图1微电网结构示意图 电设备的扩展建模研究较少。亟需相关方面 的技术开发与信息整合。 微电网能量管理系统的分层次体系结构 这一问题在清洁能源分布式系统这一方 如图2所示。由图可以明显看到整个微电网 面尤为重要。我国的清洁能源发电才刚刚起 能量管理系统分为四个层次，分别为：计算 步，很多功能都亟待完善，需要在公共信息 机硬件系统层、计算机操作系统层、图形支 模型扩展方面进行规范与整合。 撑平台层和高级应用层。其中，计算机硬件 层主要包括PC、IBM、Compaq和HP等各种 3.解决问题的方法 硬件设备，操作系统层主要包括各种 Windows操作系统和Unix操作系统。系统 1)针对不可控性。 中的图形支撑平台层在整个能量管理系统体 为了尽可能的发挥分布式发电的优势， 系中处于核心地位，其设计是否合理直接关 并尽量减少其对大系统的冲击，充分利用分 系到整个系统的结构、开放性和集成能力。 布式发电系统的效益和价值，研究者们提出 高级应用层主要包括数据采集与监控系统 了微电网(Micro-grid)的概念。 SCADA、自动发电控制AGC、网络分析NAS、 微电网是规模较小的分散的独立系统， 调度员培训仿真系统DTS等高级应用。) 它采用了大量的现代电力电子技术，将微型 运行人员 燃气轮机、风电、光伏发电，燃料电池，储 能设备等并在一起，直接接在用户侧。对于 高级应用软件(SCADA、 AGC、DTS AINAS等应用) 用户而言，微电网可以满足他们特定的需求， 图形支撑平台层（图形工 如增加本地供电可靠性、降低网损、保持本 具，数据库和应用接口等) 地电压稳定、通过利用余热提高能量利用的 计算机操作系统层 效率及提供不间断电源等。对于大电网来说， 计算机硬件系统层 微电网可被视为电网中的一个可控单元，它 可以在数秒钟内动作以满足外部输配电网络 RTU、表计、继电保护等设备 的需求：微电网和大电网通过PCC(Point of 图2微电网EMS的体系结构 Common Coupling),即为公共连接点（电力 系统中一个以上用户负荷连接处)进行能量 微电网是集成电网向智能电网转换的中 交换，双方互为备用，从而提高了供电的可 间地带。而珠海东澳岛微电网项日的建成， 靠性。图1所示为由微型燃气轮机、风力发 解决了岛上长期以来的缺电现象，最大程度 电、光伏发电、生物质能发电、燃料电池和地利用海岛上丰富的太阳光和风力资源，最 储能装置构成的微电网系统，其中部分微电 小程度地利用柴油发电，提供绿色电力。随 源接在热负荷附近，可以为当地用户供热， 着整个微电网系统的运行，东澳岛可再生能 从而提高了能源的利用效率。 源发电比例从30%上升到70%。我们可以进行 个大胆地创新思考，在不远的未来，我们
孤岛”林立。 [6] 3）系统不完整性：与以往的集中式发电系统 相比，分布式发电系统在系统应用上产生了 很多新的应用需求，包括机组的经济组合和 经济调度、自动发电控制、电网拓扑分析、 仿真培训等。 [3] 总体而言，公共信息模型建模的研究和 应用领域集中在大电网运行方面，主要对象 是变电站和调度系统，对于设备的信息建模 研究，偏重于变电设备和新能源设备，对输 电设备的扩展建模研究较少。亟需相关方面 的技术开发与信息整合。 [4] 这一问题在清洁能源分布式系统这一方 面尤为重要。我国的清洁能源发电才刚刚起 步，很多功能都亟待完善，需要在公共信息 模型扩展方面进行规范与整合。 3．解决问题的方法 1）针对不可控性。 为了尽可能的发挥分布式发电的优势， 并尽量减少其对大系统的冲击，充分利用分 布式发电系统的效益和价值，研究者们提出 了微电网（Micro-grid）的概念。 微电网是规模较小的分散的独立系统， 它采用了大量的现代电力电子技术，将微型 燃气轮机、风电、光伏发电，燃料电池，储 能设备等并在一起，直接接在用户侧。对于 用户而言，微电网可以满足他们特定的需求， 如增加本地供电可靠性、降低网损、保持本 地电压稳定、通过利用余热提高能量利用的 效率及提供不间断电源等。对于大电网来说， 微电网可被视为电网中的一个可控单元，它 可以在数秒钟内动作以满足外部输配电网络 的需求；微电网和大电网通过 PCC（Point of Common Coupling），即为公共连接点（电力 系统中一个以上用户负荷连接处）进行能量 交换，双方互为备用，从而提高了供电的可 靠性。图 1 所示为由微型燃气轮机、风力发 电、光伏发电、生物质能发电、燃料电池和 储能装置构成的微电网系统，其中部分微电 源接在热负荷附近，可以为当地用户供热， 从而提高了能源的利用效率。 图 1 微电网结构示意图 微电网能量管理系统的分层次体系结构 如图 2 所示。由图可以明显看到整个微电网 能量管理系统分为四个层次，分别为：计算 机硬件系统层、计算机操作系统层、图形支 撑平台层和高级应用层。其中，计算机硬件 层主要包括 PC、IBM、Compaq 和 HP 等各种 硬件设备，操作系统层主要包括各种 Windows 操作系统和 Unix 操作系统。系统 中的图形支撑平台层在整个能量管理系统体 系中处于核心地位，其设计是否合理直接关 系到整个系统的结构、开放性和集成能力。 高级应用层主要包括数据采集与监控系统 SCADA、自动发电控制 AGC、网络分析 NAS、 调度员培训仿真系统 DTS 等高级应用。 [9] 图 2 微电网 EMS 的体系结构 微电网是集成电网向智能电网转换的中 间地带。而珠海东澳岛微电网项目的建成， 解决了岛上长期以来的缺电现象，最大程度 地利用海岛上丰富的太阳光和风力资源，最 小程度地利用柴油发电，提供绿色电力。随 着整个微电网系统的运行，东澳岛可再生能 源发电比例从 30%上升到 70%。我们可以进行 一个大胆地创新思考，在不远的未来，我们
可以把微电网引入社区，建立起西方国家的(Integrater)、微分(Diff)、超前滞后(Lead “街区形式”，使得每一个街区、或者每一Lag)、增益(Gain)、求和(Sum)等描述控制系 个大型社区、商圈都有一个微电网。这就类 统的模块。这些模块从父类Control Block 似于课上老师曾经讲到的，我们交大校园里 中继承了与输入(Input Signal)、输出信号 也有发电站，自给自足是一样的道理。而至 (Output Signal)的关联。 于电站的占地体积问题与信息交流问题，则 下面通过描述桨距控制的通用叶片角控 可以分别参考我校“日上江川”小别墅的设 制系统来说明控制系统拓扑的描述方法。如 计方案与下文清洁能源分布式发电系统的公 图4所示，输出信号outputsignal1与输入 共信息模型扩展。 信号inputsignal3通过类Linked Node的 2)针对配电系统孤岛性。 实例LNdl相连。这种描述方法是以后实现 该问题的解决方案是建立一个标准的、 控制系统图模一体化的基础。 开放的配电网信息模型，并提供通用的数据 Sum ouputsignall 接口，支持应用功能的“即插即用”。“即插 “Di inputsignall 即用”应用定义为以最小代价和无任何代码 LNdl ouputsignal2 改动就可以安装在系统中的一套软件。具体 inputsignal2 inputsignal3 来到分布式系统的公共信息模型扩展如下： X EF 在控制系统方面：为了实现描述电力系 图4控制系统方框图拓扑 统动态模型的目标，扩展了Control System 包。这个包与其他包独立，主要用来描述电 在储能机组方面，储能设备既可以独立 网中所有设备的控制系统。从根类 运行也可以和其它分布式电源一起工作。如 Identified Object派生控制系统(Control 图5所示，这里在Wires包中扩展了枚举类 System Block)。而一个控制系统由不同控制 Operate Status、Charging Mode和 模块(Control Block)组成。所以， discharging Mode用于定义储能系统运行 从根类Identified Object派生控制 状态、充电模式和放电模式的属性。 模块(Control Block)。控制模块与控制系 客e作untr进tie作a cenumeration 统的关系是共享聚集的关系。因为，不同控 OperateStatus ChargingMode 制模块需要按一定连接顺序才能组成控制系 norma Charge constantPower maxPowerCharge cmts口t丁口oye disChargingMode 统，所以，扩展控制模块与输入、 lowFowerCharge conatant voltegs pulsa censtantveltsg 输出信号(Input Signal、Outpu tSignal) disCharge constantCurrent 的关联。通过输入、输出信号与类Linked 图5枚举类型扩展 Node的关联，实现对控制系统拓扑的描述。 表1列出了这三个类的属性定义。 表1扩展的枚举类型描述 枚举类 述 OperateStatus normalCharge 正常充电 大功率充电 lowPowerCharge 小功米充电 城dby 特用 放电 ChargingMode constantPower 相功枣 恒转矩 uws为ru6lhe 恒电压 pulse 威冲 图3控制系统包逻辑图 combination 组合 discharvin Mode censtantPower 恒功率 恒电压 coestaniCumrent 恒电流 对不同的控制系统进行抽象，得出积分 为分布式电源往往采用储能设备与之
可以把微电网引入社区，建立起西方国家的 “街区形式”，使得每一个街区、或者每一 个大型社区、商圈都有一个微电网。这就类 似于课上老师曾经讲到的，我们交大校园里 也有发电站，自给自足是一样的道理。而至 于电站的占地体积问题与信息交流问题，则 可以分别参考我校“日上江川”小别墅的设 计方案与下文清洁能源分布式发电系统的公 共信息模型扩展。 2）针对配电系统孤岛性。 该问题的解决方案是建立一个标准的、 开放的配电网信息模型，并提供通用的数据 接口，支持应用功能的“即插即用”。“即插 即用”应用定义为以最小代价和无任何代码 改动就可以安装在系统中的一套软件。具体 来到分布式系统的公共信息模型扩展如下： 在控制系统方面: 为了实现描述电力系 统动态模型的目标，扩展了 Control System 包。这个包与其他包独立，主要用来描述电 网中 所有设备的控制系统。从根类 Identified Object 派生控制系统(Control System Block)。而一个控制系统由不同控制 模块 (Control Block) 组 成 。 所 以 ， 从 根 类 Identified Object 派 生 控 制 模 块(Control Block)。控制模块与控制系 统的关系是共享聚集的关系。因为，不同控 制模块需要按一定连接顺序才能组成控制系 统，所以，扩展控制模块与输入、 输出信号(Input Signal、Outpu tSignal) 的关联。通过输入、输出信号与类 Linked Node 的关联，实现对控制系统拓扑的描述。 图 3 控制系统包逻辑图 对不同的控制系统进行抽象，得出积分 (Integrater)、微分(Diff)、超前滞后(Lead Lag)、增益(Gain)、求和(Sum)等描述控制系 统的模块。这些模块从父类 Control Block 中继承了与输入(Input Signal)、输出信号 (Output Signal)的关联。 下面通过描述桨距控制的通用叶片角控 制系统来说明控制系统拓扑的描述方法。如 图 4 所示，输出信号 outputsignal1 与输入 信号 inputsignal3 通过类 Linked Node 的 实例 LNd1 相连。这种描述方法是以后实现 控制系统图模一体化的基础。 图 4 控制系统方框图拓扑 在储能机组方面，储能设备既可以独立 运行也可以和其它分布式电源一起工作。如 图 5 所示，这里在 Wires 包中扩展了枚举类 Operate Status、Charging Mode 和 discharging Mode 用于定义储能系统运行 状态、充电模式和放电模式的属性。 图 5 枚举类型扩展 表 1 列出了这三个类的属性定义。 表 1 扩展的枚举类型描述 为分布式电源往往采用储能设备与之
配合工作，而储能设备的类型多样，所以需 AsynehronousMachine 要一个抽象的储能设备基类。为此，以 (from Wires) Generating Unit为基类，派生了Charge discharge Unit类。Charge--dis Charge 0. WindTurbinePowerCurve +DrivenBy_PrimeMover Unit从Genertating Unit继承的属性反 0. PrimeMover 映了它作为发电单元时的特性，而Charge +WTPowerCurve -dis Charge Unit作为储能单元的属性需 +WindTurbine 要在派生类中定义。蓄电池储能电站、超级 WindTurbine 电容器储能电站和飞轮储能电站等均从 Charge-disCharge Unit类继承。这样，储 +WindTurbine +WTEfficiencyCurve 能设备包含了双向能量流向的属性，符合其 物理实际。 3)针对系统的不完整性。 口已有类；口扩展类 针对这个问题的主要解决方法，仍旧是 图7 Generation Dynamics包中风力机框图 上文提到的公共信息模型扩展。然而鉴于这 一问题对尚处在发展初期的清洁能源较为重 表2风场扩展类 要，这里再在这一方面着重细致地论述一下。 新类 父黄 所属包摘述对泉 以风场发电为例。 WindP hnt Puwe Syste mResoume Pmductic风电场 风力发 图6、图7给出了风电场在Production WindGeneratingU nit GenertingUnit Produiction 电机组 WindTuine PrmeMover Dynamics风力机 包和Generation Dynamics包中的框图，图 风力机功率 WTPowerCentrolMode Doesin 6给出类Wind Turbine的具体属性。表1 调节方式 风力机 所示为风电场扩展的类。 类型 Reg uh ting ConlFg e异步电机 AsynchronousMachine(from Wires) Asynchiom轻-M achine Type Dm如异步电机 类型 +Contain_AsynchronousMachine AsyachronouM achineOpe mting 异步电机 L 0.1 Mode Domain 递行模式 +MemberOf_GeneratingUnit GencratingUnit 曲线 WindSpeedForecastingCurve WndTurbineEffideneyCurve CuneSchedale Pdictin风力机教率 曲线 WindGeneratingUnit 风速预测 -WindSpeed 0 L◆ 典线 CurveSchedule +WindPlant (from Core) 风电场(wind plant)由一批风力发电机 WindPlant 组或风力发电机组群组成。设计类Wind PowerSystemResource(from Core) Plant描述风电场，从类Power System □已有类；口扩展类 Resource继承，是一种电力系统资源。设计 图6 Production包中风电场框图 类Wind Generating Unit从类Generating Unit继承，描述风力发电机组，可以用于风 电场的经济调度，与类Wind Plant是一种聚 集关系。设计类Wind Speed Forecasting Curve描述风速预测曲线，对于风电场可能 有超短期的风速预测，用于经济调度，也可 以有中长期的风速预测曲线，用于风电场的 规划等，与类Wind Plant是一种聚集关系。 风力机(wind turbine)是将风能转化为 机械能的设备，是一种原动机。风力机功率 曲线描述不同风速下的风力机输出功率，风
配合工作，而储能设备的类型多样，所以需 要一个抽象的储能设备基类。为此，以 Generating Unit 为基类，派生了 Charge discharge Unit 类。Charge-dis Charge Unit 从 Genertating Unit 继承的属性反 映了它作为发电单元时的特性，而 Charge -dis Charge Unit 作为储能单元的属性需 要在派生类中定义。蓄电池储能电站、超级 电容器储能电站和飞轮储能电站等均从 Charge-disCharge Unit 类继承。这样，储 能设备包含了双向能量流向的属性，符合其 物理实际。 3）针对系统的不完整性。 针对这个问题的主要解决方法，仍旧是 上文提到的公共信息模型扩展。然而鉴于这 一问题对尚处在发展初期的清洁能源较为重 要，这里再在这一方面着重细致地论述一下。 以风场发电为例。 图 6、图 7 给出了风电场在 Production 包和 Generation Dynamics 包中的框图，图 6 给出类 Wind Turbine 的具体属性。表 1 所示为风电场扩展的类。 图 6 Production 包中风电场框图 图 7 Generation Dynamics 包中风力机框图 表 2 风场扩展类 风电场(wind plant)由一批风力发电机 组或风 力发电机组群组成。设计类 Wind Plant 描述风电场，从类 Power System Resource 继承，是一种电力系统资源。设计 类 Wind Generating Unit 从类 Generating Unit 继承，描述风力发电机组，可以用于风 电场的经济调度，与类 Wind Plant 是一种聚 集关系。设计类 Wind Speed Forecasting Curve 描述风速预测曲线，对于风电场可能 有超短期的风速预测，用于经济调度，也可 以有中长期的风速预测曲线，用于风电场的 规划等，与类 Wind Plant 是一种聚集关系。 风力机(wind turbine)是将风能转化为 机械能的设备，是一种原动机。风力机功率 曲线描述不同风速下的风力机输出功率，风
力机效率曲线描述不同风速下的风力机风能此外，这篇小论文也让我对专业知识有了 转化效率。风力机按照其轴的旋转分为水平更深刻的了解。书中为分布式电力系统的公共 轴和垂直轴2种类型。设计类Wind Turbine信息模型都只有比较粗浅的描述，而这次我参 描述风力机，从类Prime Mover继承，增加考的很多文献都是硕士、博士的学业论文，因 了新的原动机模型。设计类Wind Turbine此我也从中了解到不少本科的教材上了解不 Power Curve描述风力机的功率曲线，设计到的知识，感觉对这门课的学习十分有帮助。 类描述风力机的效率曲线，这2个曲线类都 感谢老师给了我这次写小论文的机会！ 从Curve Schedule继承，与类Wind Turbine 是聚集的关系。 参考文献： 风力发电机是将机械能转化为电能的设 备，其本质是同步发电机或异步发电机，CIM [1]吴文传1刘鹏飞2，张屹，张伯明\刘耀 中己经对同步发电机建模，因此要扩展异步年.·有源配电网公共信息模型扩展及其标准 发电机模型。参考同步发电机模型设计了异算例系统设[J].电网技术，2012,36(9)： 步电机类Asynchronous Machine描述异步155-l61 电机，异步电机运行模式可以为发电机、电 [2]顾强1王守相2，李晓辉\王成山2，王汝 动机或电磁制动，由其属性Operating Mode英，赵光俊，韩双立3.配电系统元件的公共 定。类Asynchronous Machine从类 信息模型扩展[J小.电力自动化设备， Regulating CondEg继承，与类Terminal2007,27(10):91-95 关联，从而与其他的导电设备形成拓扑网络。 [3]丁明，张征凯，毕锐.，面向分布式发 异步电机也可以作为发电机运行从而变为电系统的CIM扩展[J].电力系统自动化， 一台发电机组，因此，新增类Asynchronous2008,32(20):83-87 Machine与类Generating Unit关联。 [4]黄小庆1白纯1曹一家·薛武2，曹敏.. 基于公共信息模型的输电设备全景信息扩展 建模[J].高电压技术，2015,41(12)： 4.总结与体会 3929-3936 [5]黄张娟裴玮2，谭红杨.，分布式可再 本文针对分布式发电系统的不可控、配电生能源发电公共信息模型扩展研究[J刀].高现 系统孤岛效应与系统不完整性等问题给出了代电力，2009,26(6)：6-11 解决方案，其精髓就在于公共信息模型的扩 [6]刘鹏飞.有源配电网公共信息模型研 展。文章围绕分布式发电系统的公共信息模型究[D].吉林：东北电力大学，2012：1-97 扩展进行论述，方便初学者进行参考。 [7]陈明福。配电系统公共信息模型扩展 文章关于微电网的论述可能与公共信息与算例仿真[D].天津：天津大学，2007：1-58 模型关联不是太大，但是考虑到分布式电源的 [8]张征凯.基于IEC61970的分布式发电 公共信息模型扩展在微电网里也有很多的应系统SCADA设计[D].合肥：合肥工业大学， 用，且相比于纯粹的分布式系统，微电网更有2009：1-52 可能在我国得到大面积推广使用，因而我还是[9]高研.基于CIM的分布式发电系统图 决定采用这个内容。 形平台的研究[D].合肥：合肥工业大学， 这次小论文的写作是艰辛但是不乏收获2010：3-8 的。虽然我们的小论文篇幅不大，而且还是一 [10]赵玮.含分布式电源配电系统的图 篇文献综述类的论文，但是整个写作过程也绝形平台开发和拓扑分析[D].天津：天津大学， 非轻松简单。写作过程锻炼了我阅读大量文献2008：1-53 的能力、提炼材料中心思想的能力、语言组织 [11]吴靖，江昊.分布式发电系统的应 能力以及独立思考能力。一篇小论文写下来，用及前景[J].浙江：浙江大学，2003,7：19-20 我感觉自己的各方面都有所提升
力机效率曲线描述不同风速下的风力机风能 转化效率。风力机按照其轴的旋转分为水平 轴和垂直轴 2 种类型。设计类 Wind Turbine 描述风力机，从类 Prime Mover 继承， 增加 了新的原动机模型。设计类 Wind Turbine Power Curve 描述风力机的功率曲线， 设计 类描述风力机的效率曲线，这 2 个曲线类都 从 Curve Schedule 继承，与类 Wind Turbine 是聚集的关系。 风力发电机是将机械能转化为电能的设 备，其本质是同步发电机或异步发电机，CIM 中己经对同步发电机建模，因此要扩展异步 发电机模型。参考同步发电机模型设计 了异 步电机类 Asynchronous Machine 描述异步 电机，异步电机运 行模式可以为发电机、电 动机或电磁制动，由其属性 Operating Mode 定。类 Asynchronous Machine 从类 Regulating CondEg 继承，与类 Terminal 关联，从而与其他的导电设备形成拓扑网络。 异步电机也可 以作为发电机运行从而变为 一台发电机组，因此，新增类 Asynchronous Machine 与类 Generating Unit 关联。 [3] 4．总结与体会 本文针对分布式发电系统的不可控、配电 系统孤岛效应与系统不完整性等问题给出了 解决方案，其精髓就在于公共信息模型的扩 展。文章围绕分布式发电系统的公共信息模型 扩展进行论述，方便初学者进行参考。 文章关于微电网的论述可能与公共信息 模型关联不是太大，但是考虑到分布式电源的 公共信息模型扩展在微电网里也有很多的应 用，且相比于纯粹的分布式系统，微电网更有 可能在我国得到大面积推广使用，因而我还是 决定采用这个内容。 这次小论文的写作是艰辛但是不乏收获 的。虽然我们的小论文篇幅不大，而且还是一 篇文献综述类的论文，但是整个写作过程也绝 非轻松简单。写作过程锻炼了我阅读大量文献 的能力、提炼材料中心思想的能力、语言组织 能力以及独立思考能力。一篇小论文写下来， 我感觉自己的各方面都有所提升。 此外，这篇小论文也让我对专业知识有了 更深刻的了解。书中为分布式电力系统的公共 信息模型都只有比较粗浅的描述，而这次我参 考的很多文献都是硕士、博士的学业论文，因 此我也从中了解到不少本科的教材上了解不 到的知识，感觉对这门课的学习十分有帮助。 感谢老师给了我这次写小论文的机会！ 参考文献： [1]吴文传\刘鹏飞 2,张屹 3,张伯明\刘耀 年.. 有源配电网公共信息模型扩展及其标准 算例系统设[J]. 电网技术，2012,36(9)： 155-161 [2]顾强\王守相 2,李晓辉\王成山 2,王汝 英 3,赵光俊 3,韩双立 3.. 配电系统元件的公共 信 息 模 型 扩 展 [J]. 电 力 自 动 化 设 备 ， 2007,27(10)：91-95 [3]丁明，张征凯，毕锐.. 面向分布式发 电系统的CIM扩展[J]. 电力系统自动化， 2008,32(20)：83-87 [4]黄小庆\白纯\曹一家 ' 薛武2，曹敏.. 基于公共信息模型的输电设备全景信息扩展 建 模 [J]. 高 电 压 技 术 ， 2015,41(12) ： 3929-3936 [5]黄张娟\裴玮2，谭红杨1.. 分布式可再 生能源发电公共信息模型扩展研究[J]. 高现 代电力，2009,26(6)：6-11 [6]刘鹏飞. 有源配电网公共信息模型研 究[D]. 吉林：东北电力大学，2012：1-97 [7]陈明福. 配电系统公共信息模型扩展 与算例仿真[D]. 天津：天津大学，2007:1-58 [8]张征凯. 基于IEC61970的分布式发电 系统SCADA设计[D]. 合肥：合肥工业大学， 2009:1-52 [9]高研. 基于CIM的分布式发电系统图 形平台的研究[D]. 合肥：合肥工业大学， 2010:3-8 [10]赵玮. 含分布式电源配电系统的图 形平台开发和拓扑分析[D]. 天津：天津大学， 2008:1-53 [11] 吴靖，江昊. 分布式发电系统的应 用及前景[J]. 浙江：浙江大学，2003,7：19-20