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引言

   我國正在形成全國互聯(lián)電網，電網結構愈加復雜，再加上各種新型輸電技術的采用，使得電力系統(tǒng)的動態(tài)行為更為復雜，電網的監(jiān)測越來越困難，迫切需要對電力系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)運行狀態(tài)進行監(jiān)視、分析和輔助決策的技術支持系統(tǒng)。迫切需要在線動態(tài)安全性評估、安全運行監(jiān)控、預警和決策、電力系統(tǒng)故障診斷、電網故障恢復控制等先進應用的共同支持，為了確保各個應用的協(xié)調工作，需要整合調度中心的各種平臺資源，研發(fā)統(tǒng)一的支撐平臺。

    為了充分利用現(xiàn)有的各類監(jiān)控裝置的數(shù)據資源，需要首先在調度中心構建動態(tài)系統(tǒng)支撐平臺，建立高效的實時數(shù)據庫系統(tǒng)，優(yōu)化整合靜態(tài)、動態(tài)數(shù)據，提供符合國際標準的數(shù)據模式和實時／歷史數(shù)據訪問接口，提供各個子系統(tǒng)集成的數(shù)據交換接口，提供支持電力系統(tǒng)可視化功能的統(tǒng)一人機交換界面。同時在統(tǒng)一平臺上開發(fā)動態(tài)應用系統(tǒng)，為運行人員提供動態(tài)安全評估信息，輔助運行人員在大事故擾動過程中掌握系統(tǒng)的安全穩(wěn)定裕度，保證系統(tǒng)始終處于可控的運行狀態(tài)，采取及時有效的措施恢復系統(tǒng)穩(wěn)定。

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

    課題人員在對集成總線、數(shù)據總線、人機系統(tǒng)、數(shù)據庫系統(tǒng)進行深入研究的基礎上，完成了綜合在線動態(tài)安全監(jiān)控支撐平臺的研發(fā)和應用。本系統(tǒng)的主要功能已經在國調中心的跨區(qū)動態(tài)安全預警系統(tǒng)中得到應用，取得明顯的經濟效益。本文對支撐平臺進行總體性闡述，期望對我國新一代電網調度自動化的發(fā)展產生積極的作用。

一、系統(tǒng)設計

    1.1 面向服務的體系架構（SOA)
    調度生產系統(tǒng)不斷增加，并且多為異構系統(tǒng)，為了各個異構系統(tǒng)和應用程序能夠無縫地進行連接，要求構建一個總的體系結構。該結構集成各應用系統(tǒng)，并要求各應用系統(tǒng)以彼此提供服務的方式進行集成，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的體系結構。本系統(tǒng)基于面向服務的體系架構（SOA）的分布式系統(tǒng)口，采用松散藕合的軟件體系架構，利用獨立可重用的服務構建系統(tǒng)功能。
    面向服務體系架構的特征：(1)SOA使用與實現(xiàn)無關的接口．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定義；(2)SOA的目標是系統(tǒng)整合和中間件整合；(3)S0A強調各個被集成的應用系統(tǒng)之間的松藕合；(4)SOA強調分布式系統(tǒng)架構；(5)SOA包含了開發(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：比較特殊的服務提供者，其他服務在此注冊，服務消費者向它查詢感興趣的服務。（2）服務提供者：提供相關服務的實體，它的服務通過一致的對外發(fā)布的接口進行訪問。（3）服務消費者：需要使用服務的應用程序或其他服務。在本系統(tǒng)中提供的服務主要包括電網模型、電網圖形、數(shù)據庫訪問、可視化展示等。
    1.2集成總線
    集成總線提供了一種開放的、基于標準的消息機制，通過簡單的標準適配器和接口，來完成粗粒度應用（服務）和其他組件和應用之間的互操作，能夠滿足大型異構企業(yè)環(huán)境的集成需求。集成總線是應用集成的橋梁，是服務實現(xiàn)的基礎。通過使用集成總線，可以在幾乎不更改代碼的情況下，以一種無縫的友好方式使其他系統(tǒng)具有全新的服務接口。更重要的是，集成總線與服務實現(xiàn)的邏輯相分離，從而使得不同的應用程序可以同時使用同一服務，并且無需在應用程序或者數(shù)據發(fā)生變化時．改動服務實現(xiàn)的代碼。

二、總體結構

    系統(tǒng)總體結構圖如圖1所示，圖中通過該總線可以向各類應用系統(tǒng)提供多種服務，實現(xiàn)各個應用系統(tǒng)之間的數(shù)據交換和在權限管理之下的互操作。支撐平臺將各個組件、應用和系統(tǒng)集成到一條面向服務體系架構的集成總線上。

   應用軟件或應用系統(tǒng)可以方便地連接到可插入式的應用集成總線，實現(xiàn)各個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，按事先的配置進行適配、數(shù)據格式的轉換以及中間件的選擇；(3）通過中間件和底層的通信與平臺建立起連接，并進行數(shù)據的傳輸。

   三、實現(xiàn)的功能

    支撐平臺包括集成總線、數(shù)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)服務總線powerESB
    本索統(tǒng)開發(fā)了基于SOA的電力企業(yè)服務總線(PowerESB)，建立一個為電力系統(tǒng)各類應用（當前及將來的）提供服務的體系架構，既可以集成或繼承已有的電力系統(tǒng)應用，又可以方便擴充新的業(yè)務系統(tǒng)功能，具有良好的動態(tài)可伸縮性，易于實現(xiàn)軟件的即插即用，降低成本，節(jié)約投資。

    3.2集成總線的公用服務
    服務是系統(tǒng)平臺的重點，它是實現(xiàn)面向服務體系架構集成平臺的具體接口，為系統(tǒng)的擴展和開放提供了標準工具。本系統(tǒng)研究和開發(fā)一整套為調度自動化系統(tǒng)運行和開發(fā)服務的、封裝好的公用服務，包括：(l）基于IEC 61970國際標準的數(shù)據服務，含有標準的CIS組件接口服務；(2）系統(tǒng)管理服務（含有系統(tǒng)的監(jiān)視、管理和控制服務）；通用業(yè)務服務（含有文件的操作服務、數(shù)據庫的操作服務、人機交互服務等）。
    支撐平臺按功能可分為管理服務和業(yè)務服務。業(yè)務服務提供數(shù)據訪問和交互功能，而管理服務主要負責管理所有業(yè)務服務，保證數(shù)據訪問的正確性。底層消息收發(fā)系統(tǒng)保證了消息在應用系統(tǒng)間可靠、安全地傳遞。

    3.3數(shù)據交換接口
    數(shù)據交換接口提供了支撐平臺與其他子系統(tǒng)之間數(shù)據交換的總體架構和具體實現(xiàn)。數(shù)據交換接口包括以下基本服務：文件傳輸、實時數(shù)據傳輸、人機接口服務。在本系統(tǒng)中，支撐平臺與預警子系統(tǒng)、仿真子系統(tǒng)、 wAMS 子系統(tǒng)、故障診斷子系統(tǒng)等實現(xiàn)了數(shù)據交換。交換的數(shù)據包括實時數(shù)據和文件數(shù)據等。

    3.4各應用系統(tǒng)信息共享

    支撐平臺系統(tǒng)全面支持IEC 61970標準，支持IEC 61970標準主要體現(xiàn)在2個方面：對電力系統(tǒng)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系列服務功能模塊體現(xiàn)在以下2方面內容：CIS組件系列接口服務、模型合并應用。數(shù)據庫存儲實體、正、反向校驗模塊、CIM適配器、接口服務程序為CIS組件接口服務基本組成；模型文件解析工具、模型文件校驗工具、模型的導入和導出、模型合并模塊實現(xiàn)了基于CIM/XML模型文件的模型合并應用。

    本系統(tǒng)采用IEC 61970標準實現(xiàn)調度自動化系統(tǒng)的信息共享。通過電網模型交換、圖形交換、實時數(shù)據交換、電網模型合并、圖形合并，實現(xiàn)了電力系統(tǒng)模型、圖形數(shù)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，同時提高了系統(tǒng)的可維護性、可用性、數(shù)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(tǒng)

    支撐平臺人機系統(tǒng)采用客戶／中間件／服務器模式?？蛻舳颂峁┝藞D形瀏覽器、圖形編輯器以及各類監(jiān)控配置界面，中間件提供了實時數(shù)據服務、歷史數(shù)據服務、文件服務、事件服務等多種服務，客戶端通過服務代理訪問后臺服務，實現(xiàn)對系統(tǒng)的維護和控制，應用服務器提供數(shù)據的存取和應用邏輯的處理。支撐平臺人機采用Java語言編寫，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(tǒng)（如Unix、Linux、Windows）之上，具有二進制可移植性。

    人機系統(tǒng)可以訪問的數(shù)據資源包括實時數(shù)據庫、關系數(shù)據庫、歷史庫、圖形文件、應用程序、應用腳本等。人機系統(tǒng)實現(xiàn)方式為：(l）各個子系統(tǒng)在支撐平臺上建立屬于自己的數(shù)據庫及視圖；(2）各個子系統(tǒng)將需要統(tǒng)一顯示和交互的數(shù)據通過子系統(tǒng)端的數(shù)據代理和數(shù)據平臺端的數(shù)據代理傳送至支撐平臺，并實現(xiàn)對支撐平臺上的實時數(shù)據庫及關系數(shù)據庫的訪問；(3）各個子系統(tǒng)根據需要設計在平臺人機系統(tǒng)上需要顯示的界面和畫面，并按統(tǒng)一制定的界面和畫面風格進行制作；(4）各人機工作站通過人機代理訪問人機中間層，然后再由人機中間層統(tǒng)一訪問數(shù)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(tǒng)的圖庫模一體化是基于基本設備元件的維護，即由開關、刀閘、變壓器、負荷、發(fā)電機等圖元生成廠站圖。本系統(tǒng)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(guī)則和微拓撲關系，再由模板來生成廠站圖。系統(tǒng)提供基于典型接線方式的典型模板，用戶可自由擴充。基于模版的圖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(tǒng)圖形可視化技術

    本系統(tǒng)開發(fā)了電網可視化功能，將大量數(shù)據進行抽取計算，用圖形變化和色彩組合等不同的視覺效果進行展現(xiàn)，使運行人員對系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)視一目了然，以便采取有效及時的控制措施。
    3.7.1功能
    電力系統(tǒng)可視化利用二維和三維圖形，以形象直觀的圖形如箭頭、餅圖、等高線、圓柱體等顯示電網實時有功無功潮流、電壓、聯(lián)絡線潮流、發(fā)電機出力和負荷、區(qū)域備用；以移動、改變大小、改變顏色、閃光等方式顯示電網正常和異常運行狀態(tài)，用于電網監(jiān)視和報警?？梢暬δ馨ǎ?l動態(tài)電網潮流圖，是在系統(tǒng)單線圖上利用動態(tài)箭頭表示潮流的流動。(2）等高線圖，是圖上數(shù)值相同的點用同一種顏色表示。(3）區(qū)域著色圖是指窗口上有多個區(qū)域，每個區(qū)域對應一個數(shù)值，區(qū)域根據數(shù)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(tǒng)數(shù)據，用高度表示數(shù)值大小，用顏色表示是否越限。（5）表計圖，與棒圖類似，角度和顏色隨數(shù)值變化。（6）故障和失穩(wěn)示意圖，當設備故障或失穩(wěn)時，動態(tài)增加具有特殊意義的圖符顯示。（7）雷達圖用來定性的展示系統(tǒng)當前運行狀態(tài)和臨界狀態(tài)的關系。主要應用到系統(tǒng)的重要斷面監(jiān)視圖中。如圖3所示。

    3.7.2功能特點
    (1）一體化設計。本系統(tǒng)的可視化功能采用高效的可視化算法，使用繪圖工具、數(shù)據庫，直接在已有的系統(tǒng)潮流圖、地理圖等上增加了動態(tài)潮流功能；對母線、線路、發(fā)電機等設備進行了抽象，根據設備定義從數(shù)據庫提取出數(shù)據，實現(xiàn)等高線和棒圖等展示。
    (2）實時性。滿足電網監(jiān)視的實時要求。
    (3）多種展示方式可靈活切換。本系統(tǒng)在設計時充分考慮了用戶的需求，同一個數(shù)據可以用不同方式展現(xiàn)，如等高線、棒圖、表計，非常靈活?？梢暬δ芎推渌δ芸梢酝瑫r并存，也可以單獨展現(xiàn)。
    (4）圖形免維護。本系統(tǒng)的可視化功能和其他監(jiān)視功能使用的是同一套圖形和維護工具，不需要進行圖形轉換就可直接顯示。
    (5）支持歷史反演。由于可視化數(shù)據是從現(xiàn)有數(shù)據庫取得的，所以歷史數(shù)據反演時可以同時進行可視化展示功能。

   四、結語

    動態(tài)安全監(jiān)控支撐平臺的研究將面向服務架構的設計理念引入到整體設計中，全面遵循IEC61970標準，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)和動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)的一體化設計，以及數(shù)據整合和數(shù)據共享，其創(chuàng)新點和主要技術特點為：(1）在調度自動化系統(tǒng)中采用SOA的電力集成總線；(2）為動態(tài)安全監(jiān)控的各個子系統(tǒng)提供框架和集成接口；(3）支持模板的圖庫模一體化和整體維護功能；(4）支持EMS/AMS／動態(tài)安全預警／故障診斷／故障恢復一體化的人機系統(tǒng)；(5）支史數(shù)據的一體化的電力系統(tǒng)圖形可視化技術。本系統(tǒng)高效地集成了動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)中的相關應用，為新一代調度自動化系統(tǒng)的發(fā)展積累了寶貴的經驗，并投入工程實踐。