信息建模

国网上海能源互联网研究院有限公司正在从传统信息化建设向数字化转型阶段迈进，对统一数据模型的设计和应用提出了更高需求，需要进一步凝聚共识，从源头主动应用统一数据模型，推动业务协同和数据共享，助力公司数字化转型，支撑公司战略落地。其中，电网资源领域以电网资源业务中台和网上电网建设为依托，聚焦构建“发一输一变一配—用一新”全环节的“电网一张图”，以及基于“一图三态”的全网基础共性业务优化情况，遵循IEC 61970/61968/62325等国际标准，重点完善主、配网侧相关逻辑模型设计，主要涉及电网域、资产域、综合域等。国网公司配网模型通过在两系统一平台模型建设、配电物联网模型建设、电网资源业务中台模型建设等方面已开展多项建设工作，从标准体系、技术体系、产品体系三方面完成统一信息模型成果积累。实现电网数据深度融合、业务系统协同交互、业务应用标准化构建的支撑作用。

在配电网数字化、智能化建设的过程中，如何实现配电网的信息建模、形成客观物理电网的数字化镜像至关重要。本报告从配电网标准化建模、元数据管理、模型一致性检测、模型评估与管控四个关键点展开讨论，探索配电网标准化信息模型的建设思路，探讨模型建设过程中的关键问题。相关技术成果既为系统开发人员提供技术支撑，也为基层数据维护人员提供切实可行的解决方案。

项目属于电力系统自动化领域，来源于 2011、2012 年国网公司科技项目，是落实公司“数据管理企业、信息驱动业务”战略的基础性、关键性技术。 近年来，国网公司在电网智能化、管理精益化、服务互动化方面快速发展，配用电一体化信息融合与应用、营配业务贯通与高效衔接的重要性日益凸显。我国配用电领域应用系统多、数据分散、业务关联强，传统点对点和数据库模式的信息共享方式耗资大且不具备扩展性，难以适应数据驱动机制下的业务发展与应用升级。“总线+公共信息模型”是国际上配用电信息交互领域达成的技术共识，能有效提升互操作水平和效率，节约成本。但存在以下难题：1）信息交互实现环节多，技术相对独立、衔接困难、兼容性差，难成体系；2）系统间信息流无序、接口定制随意化，难以统一管控；3）数据模型不一致、应用场景混乱，难以融合；4）互操作过程复杂、要素多，难以评估。 从我国配用电信息交互需求和工程实际出发，项目团队历时 5 年联合攻关，实现了配用电一体化总线与互操作关键技术的重大突破：1）提出配用电信息交互技术体系和互操作全过程解决方案，解决 IEC 61968 国际标准的工程化应用难题；2）提出总线多适配器主动协同分析与自适应控制方法，解决配用电应用系统间统一信息流调度难题；3）提出配用电统一信息模型和场景化模型子集提取方法，突破多态模型数据的原生混合存取技术，实现数据的模型化管理和应用，解决配用电一体化信息建模及子集动态选配难题；4）提出总线即插即用测试方法，解决模型本体语义识别难题，研发信息交互一致性测试平台，实现对不同厂家总线产品的互操作测试以及信息互操作全过程闭环跟踪与全要素自动评价。项目申请发明专利 20 项，已授权 10 项；登记软件著作权 3 项；发表学术论文 17 篇；出版国内该领域首部学术专著；制定公司企业标准3 项。经中国电机工程学会鉴定，项目成果整体达到国际先进水平，其中在总线产品互操作测试方面达到国际领先水平。 项目核心成果已获广泛应用，开发的交互总线已应用于公司 26 省 84 城市的配电自动化工程，互操作测试平台纳入 CNAS 测试认证体系，依托研究成果参与制定 IEC61968 系列标准，项目建立的配用电信息交互技术体系，有力推动智能电网行业技术进步，显著提升了公司国际影响力。

本项目属于电气工程学科，涉及变电站中信息建模、数据传输、集成和应用等关键技术，由国内科研、设计、制造、运行等单位联合参与攻关。 长期以来，变电站架构体系、信息采集处理方法及传输可靠性、运行组织模式及系统集成、协同应用研究相对较少，造成了信息整合度不够、系统互动性差的现状。 本项目开展的变电站共享建模与集成优化研究，旨在解决信息流高效集成、传统业务系统间交互不通畅问题，并在变电站通信网络仿真、多业务集成优化、主子站无缝信息交互等方面实现了创新与突破，并在行业内率先开展了基于IEC61850 Ed2.0的主子站无缝信息交互模式的研发与应用。 其主要内容及特点如下：1、首次提出了IEC61850 Ed2.0标准体系下变电站IED通用建模方法，建立了自动化IED全景模型，实现了基于SCL与CIM模型无损转换的主子站模型共享；2、实现了基于OPNET的变电站通信网络仿真中实体设备、报文帧格式以及报文传输模式建模，可对不同的智能变电站通信组网策略进行性能评价；3、实现了IEC61850 Ed2.0标准体系下的变电站自动化业务功能建模，并对关联业务进行了集成优化，开发了具备基波、间谐波、谐波监测功能的新型同步相量测量装置；4、首次研究并提出了适应国内工程需求的基于IEC61850 Ed2.0变电站稳态、动态数据出站通信方法，建立了调度主站与变电站模数一体的新型信息交互模式；5、研制了符合IEC 61850Ed2.0标准的自动化成套设备、新型同步相量测量装置、SCD与CIM无损转换工具等通过德国莱茵TUV、中国电科院等第三方机构检测。 本项目形成了技术标准13项（国标2项、行标7项、企标4项），发表论文21篇、授权专利28项、获得软件著作权15项。成果已大规模应用于南网各电压等级厂站，验证了成果的先进性和实效性。项目经济、社会效益显著，其中变电站自动化设备规范建模、深度模型共享及面向功能的集成优化等相关成果已纳入国行标，将在行业推广应用。 项目通过了中电联组织的鉴定，中国科学院程时杰院士、武汉大学董旭柱教授、华北电力设计院张道农等知名专家一致认为，项目在理论研究、方法创新、技术实现及工程实践上取得了重要的创新性成果，具有良好的推广价值，达到了国际领先水平。

数字化建模技术起源于20世纪50年代，建模的目的是将我们对物理世界或问题的理解进行简化和模型化。数字孪生的目的或本质是通过数字化和模型化，消除各种物理实体、特别是复杂系统的不确定性。所以建立物理实体的数字化模型或信息建模技术是创建数字孪生、实现数字孪生的源头和核心技术，也是“数化”阶段的核心。