引言

    我國正在形成全國互聯(lián)電網(wǎng)，電網(wǎng)結構愈加復雜，再加上各種新型輸電技術(shù)的采用，使得電力系統的動(dòng)態(tài)行為更為復雜，電網(wǎng)的監測越來(lái)越困難，迫切需要對電力系統靜態(tài)和動(dòng)態(tài)運行狀態(tài)進(jìn)行監視、分析和輔助決策的技術(shù)支持系統。迫切需要在線(xiàn)動(dòng)態(tài)安全性評估、安全運行監控、預警和決策、電力系統故障診斷、電網(wǎng)故障恢復控制等先進(jìn)應用的共同支持，為了確保各個(gè)應用的協(xié)調工作，需要整合調度中心的各種平臺資源，研發(fā)統一的支撐平臺。   

    為了充分利用現有的各類(lèi)監控裝置的數據資源，需要首先在調度中心構建動(dòng)態(tài)系統支撐平臺，建立高效的實(shí)時(shí)數據庫系統，優(yōu)化整合靜態(tài)、動(dòng)態(tài)數據，提供符合國際標準的數據模式和實(shí)時(shí)／歷史數據訪(fǎng)問(wèn)接口，提供各個(gè)子系統集成的數據交換接口，提供支持電力系統可視化功能的統一人機交換界面。同時(shí)在統一平臺上開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)應用系統，為運行人員提供動(dòng)態(tài)安全評估信息，輔助運行人員在大事故擾動(dòng)過(guò)程中掌握系統的安全穩定裕度，保證系統始終處于可控的運行狀態(tài)，采取及時(shí)有效的措施恢復系統穩定。   

    國內外研究者在應用集成、可視化技術(shù)應用等方面進(jìn)行大量研究和有益嘗試，并進(jìn)行三維場(chǎng)景的可視化開(kāi)發(fā)，可視化技術(shù)的基本理論、展現方式，此外在數字化電網(wǎng)、電網(wǎng)在線(xiàn)安全穩定分析和預警圖等方面進(jìn)行深入研究。   

    課題人員在對集成總線(xiàn)、數據總線(xiàn)、人機系統、數據庫系統進(jìn)行深入研究的基礎上，完成了綜合在線(xiàn)動(dòng)態(tài)安全監控支撐平臺的研發(fā)和應用。本系統的主要功能已經(jīng)在國調中心的跨區動(dòng)態(tài)安全預警系統中得到應用，取得明顯的經(jīng)濟效益。本文對支撐平臺進(jìn)行總體性闡述，期望對我國新一代電網(wǎng)調度自動(dòng)化的發(fā)展產(chǎn)生積極的作用。

    一、系統設計   

    1.1 面向服務(wù)的體系架構（SOA)    

    調度生產(chǎn)系統不斷增加，并且多為異構系統，為了各個(gè)異構系統和應用程序能夠無(wú)縫地進(jìn)行連接，要求構建一個(gè)總的體系結構。該結構集成各應用系統，并要求各應用系統以彼此提供服務(wù)的方式進(jìn)行集成，并具有松散藕合、位置透明、協(xié)議獨立等特征。這種結構就是面向服務(wù)的體系結構。本系統基于面向服務(wù)的體系架構（SOA）的分布式系統口，采用松散藕合的軟件體系架構，利用獨立可重用的服務(wù)構建系統功能。   

    面向服務(wù)體系架構的特征：
    (1)SOA使用與實(shí)現無(wú)關(guān)的接口．強調位置透明性和可互操作性的通信協(xié)議及相對粗粒度和具有可重用功能的服務(wù)定義；
    (2)SOA的目標是系統整合和中間件整合；
    (3)S0A強調各個(gè)被集成的應用系統之間的松藕合；
    (4)SOA強調分布式系統架構；
    (5)SOA包含了開(kāi)發(fā)工具、運行環(huán)境和互聯(lián)平臺3部分內容。   

    SOA的基本組成部分：
    (l）查找服務(wù)：比較特殊的服務(wù)提供者，其他服務(wù)在此注冊，服務(wù)消費者向它查詢(xún)感興趣的服務(wù)。
    （2）服務(wù)提供者：提供相關(guān)服務(wù)的實(shí)體，它的服務(wù)通過(guò)一致的對外發(fā)布的接口進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。
    （3）服務(wù)消費者：需要使用服務(wù)的應用程序或其他服務(wù)。在本系統中提供的服務(wù)主要包括電網(wǎng)模型、電網(wǎng)圖形、數據庫訪(fǎng)問(wèn)、可視化展示等。   

    1.2集成總線(xiàn)   

    集成總線(xiàn)提供了一種開(kāi)放的、基于標準的消息機制，通過(guò)簡(jiǎn)單的標準適配器和接口，來(lái)完成粗粒度應用（服務(wù)）和其他組件和應用之間的互操作，能夠滿(mǎn)足大型異構企業(yè)環(huán)境的集成需求。集成總線(xiàn)是應用集成的橋梁，是服務(wù)實(shí)現的基礎。通過(guò)使用集成總線(xiàn)，可以在幾乎不更改代碼的情況下，以一種無(wú)縫的友好方式使其他系統具有全新的服務(wù)接口。更重要的是，集成總線(xiàn)與服務(wù)實(shí)現的邏輯相分離，從而使得不同的應用程序可以同時(shí)使用同一服務(wù)，并且無(wú)需在應用程序或者數據發(fā)生變化時(shí)．改動(dòng)服務(wù)實(shí)現的代碼。

    二、總體結構   

    系統總體結構圖如圖1所示，圖中通過(guò)該總線(xiàn)可以向各類(lèi)應用系統提供多種服務(wù)，實(shí)現各個(gè)應用系統之間的數據交換和在權限管理之下的互操作。支撐平臺將各個(gè)組件、應用和系統集成到一條面向服務(wù)體系架構的集成總線(xiàn)上。     

                         

    應用軟件或應用系統可以方便地連接到可插入式的應用集成總線(xiàn)，實(shí)現各個(gè)應用軟件之間的互聯(lián)。如圖2所示。
    （l）支撐平臺提供CIS、CIM XML、SQL以及專(zhuān)用API接口等給其他應用使用；
    (2）在應用程序側建立代理，按事先的配置進(jìn)行適配、數據格式的轉換以及中間件的選擇；
    (3）通過(guò)中間件和底層的通信與平臺建立起連接，并進(jìn)行數據的傳輸。            

                   

    三、實(shí)現的功能   

    支撐平臺包括集成總線(xiàn)、數據交換接口、人機界面、公用模型和圖形接口、可視化接口等。以下具體描述主要功能。   

    3.1基于SOA的電力企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)powerESB    

    本索統開(kāi)發(fā)了基于SOA的電力企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)(PowerESB)，建立一個(gè)為電力系統各類(lèi)應用（當前及將來(lái)的）提供服務(wù)的體系架構，既可以集成或繼承已有的電力系統應用，又可以方便擴充新的業(yè)務(wù)系統功能，具有良好的動(dòng)態(tài)可伸縮性，易于實(shí)現軟件的即插即用，降低成本，節約投資。    

    3.2集成總線(xiàn)的公用服務(wù)   

    服務(wù)是系統平臺的重點(diǎn)，它是實(shí)現面向服務(wù)體系架構集成平臺的具體接口，為系統的擴展和開(kāi)放提供了標準工具。本系統研究和開(kāi)發(fā)一整套為調度自動(dòng)化系統運行和開(kāi)發(fā)服務(wù)的、封裝好的公用服務(wù)，包括：(l）基于IEC 61970國際標準的數據服務(wù)，含有標準的CIS組件接口服務(wù)；(2）系統管理服務(wù)（含有系統的監視、管理和控制服務(wù)）；通用業(yè)務(wù)服務(wù)（含有文件的操作服務(wù)、數據庫的操作服務(wù)、人機交互服務(wù)等）。   

    支撐平臺按功能可分為管理服務(wù)和業(yè)務(wù)服務(wù)。業(yè)務(wù)服務(wù)提供數據訪(fǎng)問(wèn)和交互功能，而管理服務(wù)主要負責管理所有業(yè)務(wù)服務(wù)，保證數據訪(fǎng)問(wèn)的正確性。底層消息收發(fā)系統保證了消息在應用系統間可靠、安全地傳遞。   

    3.3數據交換接口   

    數據交換接口提供了支撐平臺與其他子系統之間數據交換的總體架構和具體實(shí)現。數據交換接口包括以下基本服務(wù)：文件傳輸、實(shí)時(shí)數據傳輸、人機接口服務(wù)。在本系統中，支撐平臺與預警子系統、仿真子系統、 wAMS 子系統、故障診斷子系統等實(shí)現了數據交換。交換的數據包括實(shí)時(shí)數據和文件數據等。  

   3.4各應用系統信息共享   

    支撐平臺系統全面支持IEC 61970標準，支持IEC 61970標準主要體現在2個(gè)方面：對電力系統的描述采用CIM模型；對外提供基于IEC 61970標準的CIS組件接口。   

     IEC 61970系列服務(wù)功能模塊體現在以下2方面內容：CIS組件系列接口服務(wù)、模型合并應用。數據庫存儲實(shí)體、正、反向校驗模塊、CIM適配器、接口服務(wù)程序為CIS組件接口服務(wù)基本組成；模型文件解析工具、模型文件校驗工具、模型的導入和導出、模型合并模塊實(shí)現了基于CIM/XML模型文件的模型合并應用。 

    本系統采用IEC 61970標準實(shí)現調度自動(dòng)化系統的信息共享。通過(guò)電網(wǎng)模型交換、圖形交換、實(shí)時(shí)數據交換、電網(wǎng)模型合并、圖形合并，實(shí)現了電力系統模型、圖形數據的“分級維護，全局共享”的功能，大大減少了模型和圖形維護的工作量，同時(shí)提高了系統的可維護性、可用性、數據的準確性。在整體方案的制訂、模型的版本管理、模型邊界處理、提高模型合并效率等方面形成一套完整的解決方案。   

    3.5 人機系統   

    支撐平臺人機系統采用客戶(hù)／中間件／服務(wù)器模式?？蛻?hù)端提供了圖形瀏覽器、圖形編輯器以及各類(lèi)監控配置界面，中間件提供了實(shí)時(shí)數據服務(wù)、歷史數據服務(wù)、文件服務(wù)、事件服務(wù)等多種服務(wù)，客戶(hù)端通過(guò)服務(wù)代理訪(fǎng)問(wèn)后臺服務(wù)，實(shí)現對系統的維護和控制，應用服務(wù)器提供數據的存取和應用邏輯的處理。支撐平臺人機采用Java語(yǔ)言編寫(xiě)，具有跨平臺特性，可以運行在各種硬件平臺（如IBM、HP、Sun、Intel）、各種操作系統（如Unix、Linux、Windows）之上，具有二進(jìn)制可移植性。   

    人機系統可以訪(fǎng)問(wèn)的數據資源包括實(shí)時(shí)數據庫、關(guān)系數據庫、歷史庫、圖形文件、應用程序、應用腳本等。人機系統實(shí)現方式為：

    (l）各個(gè)子系統在支撐平臺上建立屬于自己的數據庫及視圖；
    (2）各個(gè)子系統將需要統一顯示和交互的數據通過(guò)子系統端的數據代理和數據平臺端的數據代理傳送至支撐平臺，并實(shí)現對支撐平臺上的實(shí)時(shí)數據庫及關(guān)系數據庫的訪(fǎng)問(wèn)；
    (3）各個(gè)子系統根據需要設計在平臺人機系統上需要顯示的界面和畫(huà)面，并按統一制定的界面和畫(huà)面風(fēng)格進(jìn)行制作；
    (4）各人機工作站通過(guò)人機代理訪(fǎng)問(wèn)人機中間層，然后再由人機中間層統一訪(fǎng)問(wèn)數據平臺。   

    3.6支持模板的圖庫模一體化和整體維護功能   

    傳統的圖庫模一體化是基于基本設備元件的維護，即由開(kāi)關(guān)、刀閘、變壓器、負荷、發(fā)電機等圖元生成廠(chǎng)站圖。本系統是基于模板的圖庫模一體化維護，即由基本設備圖元自定義組合成模板，定義模板中各種元件的命名規則和微拓撲關(guān)系，再由模板來(lái)生成廠(chǎng)站圖。系統提供基于典型接線(xiàn)方式的典型模板，用戶(hù)可自由擴充?；谀０娴膱D庫模一體化使作圖填庫更加準確、快捷。    

    3.7一體化的電力系統圖形可視化技術(shù)   

    本系統開(kāi)發(fā)了電網(wǎng)可視化功能，將大量數據進(jìn)行抽取計算，用圖形變化和色彩組合等不同的視覺(jué)效果進(jìn)行展現，使運行人員對系統狀態(tài)的監視一目了然，以便采取有效及時(shí)的控制措施。    

    3.7.1功能   

    電力系統可視化利用二維和三維圖形，以形象直觀(guān)的圖形如箭頭、餅圖、等高線(xiàn)、圓柱體等顯示電網(wǎng)實(shí)時(shí)有功無(wú)功潮流、電壓、聯(lián)絡(luò )線(xiàn)潮流、發(fā)電機出力和負荷、區域備用；以移動(dòng)、改變大小、改變顏色、閃光等方式顯示電網(wǎng)正常和異常運行狀態(tài)，用于電網(wǎng)監視和報警?？梢暬δ馨ǎ?/p>

    (l動(dòng)態(tài)電網(wǎng)潮流圖，是在系統單線(xiàn)圖上利用動(dòng)態(tài)箭頭表示潮流的流動(dòng)。
    (2）等高線(xiàn)圖，是圖上數值相同的點(diǎn)用同一種顏色表示。
    (3）區域著(zhù)色圖是指窗口上有多個(gè)區域，每個(gè)區域對應一個(gè)數值，區域根據數值的大小用不同的顏色填充。
    （4）棒圖，是用二維或三維圓柱表示系統數據，用高度表示數值大小，用顏色表示是否越限。
    （5）表計圖，與棒圖類(lèi)似，角度和顏色隨數值變化。
    （6）故障和失穩示意圖，當設備故障或失穩時(shí)，動(dòng)態(tài)增加具有特殊意義的圖符顯示。
    （7）雷達圖用來(lái)定性的展示系統當前運行狀態(tài)和臨界狀態(tài)的關(guān)系。主要應用到系統的重要斷面監視圖中。如圖3所示。   

    3.7.2功能特點(diǎn)   

     (1）一體化設計。本系統的可視化功能采用高效的可視化算法，使用繪圖工具、數據庫，直接在已有的系統潮流圖、地理圖等上增加了動(dòng)態(tài)潮流功能；對母線(xiàn)、線(xiàn)路、發(fā)電機等設備進(jìn)行了抽象，根據設備定義從數據庫提取出數據，實(shí)現等高線(xiàn)和棒圖等展示。   
    (2）實(shí)時(shí)性。滿(mǎn)足電網(wǎng)監視的實(shí)時(shí)要求。   
    (3）多種展示方式可靈活切換。本系統在設計時(shí)充分考慮了用戶(hù)的需求，同一個(gè)數據可以用不同方式展現，如等高線(xiàn)、棒圖、表計，非常靈活?？梢暬δ芎推渌δ芸梢酝瑫r(shí)并存，也可以單獨展現。  
    (4）圖形免維護。本系統的可視化功能和其他監視功能使用的是同一套圖形和維護工具，不需要進(jìn)行圖形轉換就可直接顯示。   
    (5）支持歷史反演。由于可視化數據是從現有數據庫取得的，所以歷史數據反演時(shí)可以同時(shí)進(jìn)行可視化展示功能。