电力数字孪生解决方案

电力数字孪生解决方案V3.0电力数字孪生解决方案电力信息化建设规划方案V3.0数字孪生体功能布局电力数字孪生体的功能总体布局逻辑示意如下图所示。根据二次数字孪生体安全防护要求，数字孪生体各项功能根据应用需要分别部署在安全区I、安全区II和安全区III。其中安全区I和安全区II主要包括数据采集与交换功能群、应用功能群，安全区I的应用和安全区II的应用通过防火墙逻辑隔离，同时安全区I和安全区II的应用均可通过防火墙的第三通道与I、II区数据中心互联；安全区III主要包括数据采集与交换功能群、应用功能群、WEB服务和移动终端服务，并与III区数据中心互联；I、II区数据中心与III区数据中心分别为安全区I、II和安全区III提供统一配置和管理的存储设备、关系数据库、时序数据库、模型及数据服务等数据基础设施及公共服务，并利用中心内的跨区通信服务通过正反向隔离装置进行数据交换；另外，数据中心数据采集与交换类各模块根据前置采集和数据交换的功能和安全防护要求，分别在安全I、II、III区部署，详见后文各模块“部署要求”。硬件结构数字孪生体的硬件逻辑配置结构示意图如下图所示：图STYLEREF1\s1SEQ图\*ARABIC\s11电力数字孪生体主站硬件逻辑配置结构示意图数字孪生体硬件配置按照网段划分为数据采集与交换、数据存储、人机终端和应用四类。数据采集与交换处于内外网边界，主要完成内外部的信息交换；按照数据特性，数据存储和应用相对独立的特点，I、II区进行统一的基于SAN的数据存储，遵循安全防护的要求，III区配置另外一套SAN；根据不同应用的业务特性来配置相应的应用服务器群；人机工作站按照安全区统一配置，实现界面统一及资源共享。总体技术要求建设原则电力数字孪生体应为网、省、地、县各级电网及厂站的安全、经济、优质、环保运行提供充分的技术支持。其总体上按照“一体化、模块化、智能化”的原则设计建设。一体化满足电网大二次一体化的要求。全方位覆盖各级主站及厂站（含馈线、配电站）的运行监控与运行管理需求；全过程支持电力数字孪生体发、输、变、配、用各环节的一体化管控；全面协调电网运行业务和信息的横向协同和纵向贯通。应在统一模型和服务接口标准的基础上开展各级数字孪生体的一体化建设，实现各级数字孪生体互联、互通、互操作，确保数字孪生体功能模块之间、主站之间、主站与厂站之间、厂站与厂站之间资源的统一共享和协调控制。各级数字孪生体的ICT基础设施应统一配置，并逐步实现统一的数据容灾与备份和统一的二次安全防护。数字孪生体能应支持地县一体化、调控一体化、省地一体化有关工作的开展。模块化满足业务功能模块化建设和“即插即用”的要求。电力数字孪生体提供标准和开放的ICT基础设施和支撑平台，支持电网运行各类技术数字孪生体/应用功能以模块化的方式纳入一体化运行智能数字孪生体并协同作业。电网运行各类技术数字孪生体/应用功能应按照“模块化”的建设要求，采用电力数字孪生体提供的ICT基础设施，遵循电力数字孪生体支撑平台的接口要求，实现“即插即用”和业务的灵活互动。一体化运行智能数字孪生体应具有良好的通用性、兼容性和可扩展性。智能化促进电网运行信息的灵活共享，促进电网运行业务的灵活互动，全面提升电网运行各专业的协同作业能力，提高工作效率。应充分运用自动化、智能化技术发展成果，开展电网智能调度的建设，提升电网运行智能分析和智能决策能力，提升电网自动控制和安全自愈能力，不断提高电网安全、经济、优质、环保运行水平。基本要求在“一体化、模块化、智能化”总体原则下，电力数字孪生体主站数字孪生体应满足以下基本要求。开放性要求电力数字孪生体的软硬件平台应具有良好的开放性和广泛的适应性，基础支撑平台及应用功能模块均应基于相关国际、国家、行业及企业标准开发，基础支撑平台可插入任何符合相关标准的应用模块或子数字孪生体，并支持模块或子数字孪生体间的数据和功能交互，数字孪生体规模和功能可按需扩展。数字孪生体可采用多种硬件和操作数字孪生体，包括但不限于IBMAIX、HPUX和SUNSolaris、Linux、Windows等操作数字孪生体，并能支持各种主流的关系数据库、时序数据库、中间件等基础软件。在不同的硬件和操作数字孪生体平台上，数字孪生体的功能和操作风格应基本一致。可靠性要求电力数字孪生体建设时应充分考虑可靠性要求，通过关键硬件设备及软件采用冗余配置、集群、虚拟化、容灾备用等技术手段，消除单点故障，确保不因部分软硬件故障而影响数字孪生体功能的正常运行。安全性要求电力数字孪生体主站应满足信息数字孪生体安全等级保护及电力二次数字孪生体安全防护相关标准、规范的要求。电力数字孪生体主站在运行过程中应不影响电力数字孪生体的安全性，不因数字孪生体本身的故障或错误导致电网安全事故。集约化要求电力数字孪生体主站数字孪生体应集中配置，提高软硬件资源综合利用率。宜按安全分区统一配置前置服务器、通信服务器、数据库服务器、应用服务器、WEB服务器、存储设备、二次安全防护设备、同步时钟、打印机、虚拟化平台、操作数字孪生体、关系数据库、时序数据库等软硬件设施。各类服务器应根据应用特点选用适当的体系架构和数字孪生体配置。对性能及可靠性要求很高的实时类应用服务器应专机专用，对计算密集的应用应选用高性能服务器，对性能和可靠性要求相对较低的管理类应用可采用虚拟化服务器。各类软硬件设施应统一管理，合理分配，按需扩充或升级改造。易用性要求主站数字孪生体应提供方便易用的操作、维护和管理界面，数字孪生体功能组织合理、界面美观易懂、操作方便快捷。使用人员无需经过复杂的培训即可掌握并使用此数字孪生体。可维护性要求主站数字孪生体应具备数字孪生体自检、性能预警、事件告警、故障诊断等功能，可对数字孪生体软硬件设备进行全面的监测，并具备统一的管控界面，方便管理人员及时发现并排除数字孪生体隐患及故障。可管理性要求主站数字孪生体应具备软硬件设备集中管控能力，所采用的软硬件设备应具有良好的可管理性，可自动报告自身状态或响应状态查询指令，可响应运行控制指令（启动/停止、主备切换等）。全景建模要求公共信息模型要求OS2数据中心（详见BRP部分数据中心的描述）以全景模型为核心进行建设，全景模型设计应符合《xxx电力电力数字孪生体技规范第3部分：数据第6篇：全景建模规范》要求。全景模型采用层次架构，分为公共区、应用区和扩展区三个大部分进行设计，各分区要求如下：公共区模型全景模型公共区模型由CIM扩展而来，主要包含对一次设备和二次设备的建模，是全景模型的核心，其中各类的定义应符合《xxx电力电力数字孪生体技规范第3部分：数据第5篇：电网公共信息模型规范》要求。该区模型包含可能被多种应用模块重复使用的类，该类的属性将根据不同的应用需求在公共区中进行统一扩展，不在应用区内进行分别扩展。应用区模型全景模型应用区模型将按照不同的模块分别建模。该区中定义的模型以该模块为源头，是该模块运行中产生的数据模型，通过建模进行规范和共享。扩展区模型全景模型扩展区模型主要为用户提供一种对应用区模型的自定义扩展手段。当用户需要对某个应用区中模块的模型进行扩展时，数据中心应能够按规范定义的规则，在扩展区相应模块对相应对象或属性进行在线扩展，并提供扩展模型/数据的访问功能。数据中心同时应提供扩展模型转移功能，能够将已成熟的扩展模型转移到应用区相应模块下面，并进行编码。OS2网级主站数据中心按照全景模型定义进行数据集成，并构建有数据中心专有实时数据库，通过OSB提供各类实时/非实时数据访问服务。数据中心可以存储部分数据，另外部分数据仍然由源模块进行存储，但能够通过分布式数据管理，由数据中心统一对外提供访问服务，存储方案选择的原则应确保数据中心数据功能不影响各源模块的运行。其中，公共区模型一般通过智能远动机源端建模方式由各厂站（直采部分）或通过下级OS2主站（非直采部分）提供相关模型，通过模型拼接模块完成模型合并；并能够通过模式管理模块进行人工维护。应用区模型与主站端各模块一一对应，能够通过模式管理模块进行人工维护；另外，应能够通过在上图中“全景模型”节点处进行模型挂接方式，扩展下级主站应用区模型，并通过模型拼接功能和纵向OSB实现模型和数据共享。扩展区模型通过项用户开放的模型维护功能，提供在线扩展服务。编码和命名要求对象编码和命名应符合《QCSG****17.37-****xxx电力电力数字孪生体技术规范第3部分：数据第7篇：对象命名及编码》要求。全景模型中，公共区和应用区的所有对象均应按照规范实现编码，扩展区的对象可由功能模块实际应用需要，由建设单位自行决定是否需要编码。编码的源头包括厂站端的智能远动机，各级主站的全景建模，对象注册中心作为保证对象命名和编码规范性的技术措施，所有的全局命名和编码必须在对象注册中心注册。对象注册中心使用类似于DNS的原理，接口上统一，但在纵向上采用分布式存储对象数据，按照各地区所辖范围来管理注册对象，对于跨区域的对象注册需明确有一方负责维护，并同步给另一方使用。建模范围要求从纵向来看，地级主站公共区建模范围至少应包括全地区35kV及以上主网部分厂站及各电压等级配网部分，其中，主网部分应覆盖到35kV变电站10kV出线，配网部分应覆盖到20kV/10kV/6kV中压馈线，包括馈线上的开关站、配电房、分段开关、联络开关等配网设备。地级主站模型分为两类，一类是直采厂站，可通过智能远动机实时厂站端源端建模后，在主站侧实现拼接（不具备上述条件的厂站，暂由主站端建模）；另一类是非直采厂站，可通过与省级主站通过纵向OSB实施模型拼接。从横向来看，全景建模应包含以电网一、二次设备模型为核心的公共区，在此基础上扩展应用区模型，以此形成能够满足主站业务需求的电网全景模型。建模流程要求全景建模的原则是分布式建模、集中合并、统一使用、统一管理。其中，公共区模型是对现有CIM模型的扩展，由厂站源端建模、纵向模型拼接和数据中心模型维护共同完成；应用区模型由各功能模块负责按照模型规范建立各自的业务模型，经验证正确后提交到数据中心中全景模型的工作版本，进行合并和全局验证，所有模型相同的对象通过全局唯一的ID来关联。全景模型的核心是公共区的电网一、二次设备模型，可利用数字孪生体提供的图模库一体化工具来建立，也可采用源端维护的方式，将厂站端上送的电网模型及由GIS建立的配网模型导入到全景模型中。全景模型应支持各种模型导入方式，如IEC****0/****8模型导入、IEC****0模型导入、BPA模型导入、二次设备模型导入等，以方便从其它应用获取电网模型。在各级主站全景模型建立的基础上，可将上下级主站的全景模型进行纵向模型拼接，形成涵盖多级电网的全景大模型。图形绘制要求图形绘制满足《QCSG****17.311-****xxx电力电力数字孪生体技术规范第3部分：数据第11篇：公共图形绘制规范》要求，导出结果满足《QCSG****17.38-****xxx电力电力数字孪生体技术规范第3部分：数据第8篇：基于SVG的公共图形交换》要求。“图形维护工具”应能够将智能远动机提供的厂站端“源端维护”上传的图形或者由“图形生成工具”按照规范自动生成的图形进行再加工。通过统一图形绘制规范和图形交换规范，实现从厂站到各级主站的主要图形画面的一致显示，支持纵向的远程图形调阅，联合培训等功能的实现。通信要求电力数字孪生体主要通过网络方式（包括调度数据网、综合数据网及网络专线）实现主站与厂站及各级主站间的通信，并兼容现有点对点模拟/数字串行通道及网络专线通道。支持使用无线公网实现主站与配电终端、故障指示器的通信。信息采集要求信息采集应支持厂站及配电终端综合数据交换，纵向主站间综合数据交换，横向业务数据交换，动态数据采集，视频信息采集，水雨情数据采集，气象信息采集等多种类型数据采集功能。能与厂站远动机（包含常规和智能远动机）、智能配电终端进行一体化的数据采集和交换，包括常规远动、保信、电量、在线监测、WAMS动态监测、智能配电终端等采用各多种通讯方式和通讯规约全面采集与电网运行有关的各类业务数据，为各类应用提供全面的信息支撑。能通过IEC****0-6-TASE2，DL476-92，IEC****0-5-104等通信规约与各级纵向主站综合实时数据交换，基于OSB各类接口或服务方式实现模型、图形文件交换。能通过OSB各类接口或服务方式实现横向业务数字孪生体数据交换。能支持各类视频信息、雷电及水雨情数据、气象信息等数据的采集和交换。数字孪生体应支持采用DL476-92,104或其他通信协议，在主站之间或主站与子站之间进行告警信息传输。告警直传的内容包括告警等级，告警时间，设备名称，告警内容和告警原因可以统一采集不同类型、不同内容的数据，根据应用的需要分发给不同的后台服务。这要求数据采集应用能按不同数据模型处理不同类型的采集数据，做到数据模型和规约插件类似，模型插件即插即用，即配置不同的模型插件处理该模型类型的数据，新的模型插件添加不影响原有数据采集主程序运行。横向互联要求通过基于SOA架构的OS2通用服务总线与xxx电力公司企业服务总线（ESB）之间的互联，实现公司横向上应用之间的互联和业务流程的协同。如实现与营销数字孪生体、安全生产管理信息数字孪生体、****8客服数字孪生体以及现有雷电监测数字孪生体、气象监测数字孪生体、电能质量在线监测数字孪生体、应急指挥数字孪生体等数字孪生体之间数据的互联。满足OS2数字孪生体与上述数字孪生体之间的数据交互与流程协同。如，生产大修技改流程和基建工程管理流程流转到新设备投产环节时可以启动OS2中的新设备入网流程，实现营销、生产、基建和调度的新设备入网流程贯穿。纵向互联要求纵向互联应满足《QCSG****17.39.3-****xxx电力电力数字孪生体技术规范第3部分：数据第9篇：数据接口与协议第3分册：纵向主站间数据交换》规范要求。实时数据采用分布式存储本级OS2数字孪生体的数据，跨级纵向实时数据访问通过OSB总线宜采用JMS或WebService服务方式交互，也可采用前置规约交互。时序数据采用分布式存储本级OS2数字孪生体的数据，跨级纵向时序数据访问通过OSB总线采用JMS或WebService服务方式交互。关系数据库采用分布式存储本级OS2数字孪生体的数据，跨级纵向历史数据访问通过OSB总线采用ETL、JMS或WebService服务方式交互。对于文件，采用分布式存储本机OS2数字孪生体的文件，跨级纵向历史数据访问通过OSB总线宜采用JMS或WebService附件方式交互，也可采用前置规约附件、SFTP方式交互。对于功能性的服务调用，宜通过OSB的Webservice服务方式，服务的注册和控制应和本级OS2内部的服务注册分开。对于全景模型应用区的互联，上级模型建立包括应用区纵向拼接，应包括下级的数据，并通过名称和编码区分。数字孪生体支持纵向远程画面调阅，上级数字孪生体的应用（如驾驶舱应用）可采用基于公共图形格式的图形文件和数据在线订阅以及基于远程画面传送两种方式对下级主站及厂站数字孪生体有关应用的画面进行调阅。在线扩展支持数字孪生体的扩展，如扩容、数据库模式的修改、程序的升级、增删节点、增删应用，都可以在线进行，不影响已有功能。并具有向前兼容能力，即升级程序后，历史保存的模型，图形和数据可以继续使用。数字孪生体应具有数据库、软件、图形的统一版本管理及版本安全升级的功能。二次安防要求功能模块安全区部署要求电力数字孪生体各个功能模块安全区部署应严格遵循《电力二次数字孪生体安全防护规定》（电监会5号令）、《电力二次数字孪生体安全防护总体方案》（电监安全[****]34号）和《xxx电力电力二次数字孪生体安全防护技术规范》，具体要求如下：实时控制功能模块、有实时控制功能的业务模块以及未来有实时控制功能的业务模块应置于控制区；不允许把应当属于高安全等级区域的功能模块迁移到低安全等级区域；但允许把属于低安全等级区的功能模块放置于高安全等级区域；严格禁止E-Mail、WEB、Telnet、Rlogin、FTP等安全风险高的通用网络服务和以B/S或C/S的数据库访问穿越专用横向单向安全隔离装置，仅允许纯数据的单向安全传输；原则上只允许高安全等级安全区与低安全等级安全区建立连接，不允许从低安全等级安全区反向访问高安全等级安全区功能模块。功能模块安全设计要求生产控制大区内部安全防护要求生产控制大区中的业务模块应当具有高安全性和高可靠性，禁止采用安全风险高的通用网络服务（HTTP、FTP、SMTP、POP3、Telnet等）；禁止生产控制大区内部的E-Mail服务和通用的WEB服务；生产控制大区主机操作数字孪生体原则上只允许采用通过xxx电力公司指定机构检测的产品。功能模块确有需求的，可采用其他操作数字孪生体，但必须按xxx电力公司要求进行安全加固，加固方式包括：安全配置、安全补丁、采用专用软件强化操作数字孪生体访问控制能力、以及配置安全的应用程序；非控制区内部功能模块可采用B/S结构。若提供纵向安全WEB服务应采用经过安全加固且支持HTTPS的安全WEB服务