引言
我國(guó)正在形成全國(guó)互聯(lián)電網(wǎng)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，再加上各種新型輸電技術(shù)的采用，使得電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為更為復(fù)雜，電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)越來(lái)越困難，迫切需要對(duì)電力系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、分析和輔助決策的技術(shù)支持系統(tǒng)。迫切需要在線(xiàn)動(dòng)態(tài)安全性評(píng)估、安全運(yùn)行監(jiān)控、預(yù)警和決策、電力系統(tǒng)故障診斷、電網(wǎng)故障恢復(fù)控制等先進(jìn)應(yīng)用的共同支持，為了確保各個(gè)應(yīng)用的協(xié)調(diào)工作，需要整合調(diào)度中心的各種平臺(tái)資源，研發(fā)統(tǒng)一的支撐平臺(tái)。
為了充分利用現(xiàn)有的各類(lèi)監(jiān)控裝置的數(shù)據(jù)資源，需要首先在調(diào)度中心構(gòu)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)支撐平臺(tái)，建立高效的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，優(yōu)化整合靜態(tài)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，提供符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)模式和實(shí)時(shí)／歷史數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)接口，提供各個(gè)子系統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)交換接口，提供支持電力系統(tǒng)可視化功能的統(tǒng)一人機(jī)交換界面。同時(shí)在統(tǒng)一平臺(tái)上開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)應(yīng)用系統(tǒng)，為運(yùn)行人員提供動(dòng)態(tài)安全評(píng)估信息，輔助運(yùn)行人員在大事故擾動(dòng)過(guò)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(yùn)行狀態(tài)，采取及時(shí)有效的措施恢復(fù)系統(tǒng)穩(wěn)定。
國(guó)內(nèi)外研究者在應(yīng)用集成、可視化技術(shù)應(yīng)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(xiàn)方式，此外在數(shù)字化電網(wǎng)、電網(wǎng)在線(xiàn)安全穩(wěn)定分析和預(yù)警圖等方面進(jìn)行深入研究。
課題人員在對(duì)集成總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)、人機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，完成了綜合在線(xiàn)動(dòng)態(tài)安全監(jiān)控支撐平臺(tái)的研發(fā)和應(yīng)用。本系統(tǒng)的主要功能已經(jīng)在國(guó)調(diào)中心的跨區(qū)動(dòng)態(tài)安全預(yù)警系統(tǒng)中得到應(yīng)用，取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。本文對(duì)支撐平臺(tái)進(jìn)行總體性闡述，期望對(duì)我國(guó)新一代電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的發(fā)展產(chǎn)生積極的作用。
一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1 面向服務(wù)的體系架構(gòu)（SOA)
調(diào)度生產(chǎn)系統(tǒng)不斷增加，并且多為異構(gòu)系統(tǒng)，為了各個(gè)異構(gòu)系統(tǒng)和應(yīng)用程序能夠無(wú)縫地進(jìn)行連接，要求構(gòu)建一個(gè)總的體系結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)集成各應(yīng)用系統(tǒng)，并要求各應(yīng)用系統(tǒng)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(dú)立等特征。這種結(jié)構(gòu)就是面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)基于面向服務(wù)的體系架構(gòu)（SOA）的分布式系統(tǒng)口，采用松散藕合的軟件體系架構(gòu)，利用獨(dú)立可重用的服務(wù)構(gòu)建系統(tǒng)功能。
面向服務(wù)體系架構(gòu)的特征：
(1)SOA使用與實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)的接口．強(qiáng)調(diào)位置透明性和可互操作性的通信協(xié)議及相對(duì)粗粒度和具有可重用功能的服務(wù)定義；
(2)SOA的目標(biāo)是系統(tǒng)整合和中間件整合；
(3)S0A強(qiáng)調(diào)各個(gè)被集成的應(yīng)用系統(tǒng)之間的松藕合；
(4)SOA強(qiáng)調(diào)分布式系統(tǒng)架構(gòu)；
(5)SOA包含了開(kāi)發(fā)工具、運(yùn)行環(huán)境和互聯(lián)平臺(tái)3部分內(nèi)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(cè)，服務(wù)消費(fèi)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(duì)外發(fā)布的接口進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。
（3）服務(wù)消費(fèi)者：需要使用服務(wù)的應(yīng)用程序或其他服務(wù)。在本系統(tǒng)中提供的服務(wù)主要包括電網(wǎng)模型、電網(wǎng)圖形、數(shù)據(jù)庫(kù)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(biāo)準(zhǔn)的消息機(jī)制，通過(guò)簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)適配器和接口，來(lái)完成粗粒度應(yīng)用（服務(wù)）和其他組件和應(yīng)用之間的互操作，能夠滿(mǎn)足大型異構(gòu)企業(yè)環(huán)境的集成需求。集成總線(xiàn)是應(yīng)用集成的橋梁，是服務(wù)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。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(tǒng)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(xiàn)的邏輯相分離，從而使得不同的應(yīng)用程序可以同時(shí)使用同一服務(wù)，并且無(wú)需在應(yīng)用程序或者數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)．改動(dòng)服務(wù)實(shí)現(xiàn)的代碼。
二、總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，圖中通過(guò)該總線(xiàn)可以向各類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)提供多種服務(wù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和在權(quán)限管理之下的互操作。支撐平臺(tái)將各個(gè)組件、應(yīng)用和系統(tǒng)集成到一條面向服務(wù)體系架構(gòu)的集成總線(xiàn)上。
應(yīng)用軟件或應(yīng)用系統(tǒng)可以方便地連接到可插入式的應(yīng)用集成總線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)應(yīng)用軟件之間的互聯(lián)。如圖2所示。
（l）支撐平臺(tái)提供CIS、CIM XML、SQL以及專(zhuān)用API接口等給其他應(yīng)用使用；
(2）在應(yīng)用程序側(cè)建立代理，按事先的配置進(jìn)行適配、數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)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(tái)建立起連接，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。
三、實(shí)現(xiàn)的功能
支撐平臺(tái)包括集成總線(xiàn)、數(shù)據(jù)交換接口、人機(jī)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(tǒng)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(tǒng)各類(lèi)應(yīng)用（當(dāng)前及將來(lái)的）提供服務(wù)的體系架構(gòu)，既可以集成或繼承已有的電力系統(tǒng)應(yīng)用，又可以方便擴(kuò)充新的業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能，具有良好的動(dòng)態(tài)可伸縮性，易于實(shí)現(xiàn)軟件的即插即用，降低成本，節(jié)約投資。
3.2集成總線(xiàn)的公用服務(wù)
服務(wù)是系統(tǒng)平臺(tái)的重點(diǎn)，它是實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)體系架構(gòu)集成平臺(tái)的具體接口，為系統(tǒng)的擴(kuò)展和開(kāi)放提供了標(biāo)準(zhǔn)工具。本系統(tǒng)研究和開(kāi)發(fā)一整套為調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)服務(wù)，含有標(biāo)準(zhǔn)的CIS組件接口服務(wù)；(2）系統(tǒng)管理服務(wù)（含有系統(tǒng)的監(jiān)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(shù)據(jù)庫(kù)的操作服務(wù)、人機(jī)交互服務(wù)等）。
支撐平臺(tái)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(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)和交互功能，而管理服務(wù)主要負(fù)責(zé)管理所有業(yè)務(wù)服務(wù)，保證數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)的正確性。底層消息收發(fā)系統(tǒng)保證了消息在應(yīng)用系統(tǒng)間可靠、安全地傳遞。
3.3數(shù)據(jù)交換接口
數(shù)據(jù)交換接口提供了支撐平臺(tái)與其他子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換的總體架構(gòu)和具體實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)交換接口包括以下基本服務(wù)：文件傳輸、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、人機(jī)接口服務(wù)。在本系統(tǒng)中，支撐平臺(tái)與預(yù)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(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)交換。交換的數(shù)據(jù)包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和文件數(shù)據(jù)等。
3.4各應(yīng)用系統(tǒng)信息共享
支撐平臺(tái)系統(tǒng)全面支持IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)，支持IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)主要體現(xiàn)在2個(gè)方面：對(duì)電力系統(tǒng)的描述采用CIM模型；對(duì)外提供基于IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)的CIS組件接口。
IEC 61970系列服務(wù)功能模塊體現(xiàn)在以下2方面內(nèi)容：CIS組件系列接口服務(wù)、模型合并應(yīng)用。數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)實(shí)體、正、反向校驗(yàn)?zāi)K、CIM適配器、接口服務(wù)程序?yàn)镃IS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(yàn)工具、模型的導(dǎo)入和導(dǎo)出、模型合并模塊實(shí)現(xiàn)了基于CIM/XML模型文件的模型合并應(yīng)用。
本系統(tǒng)采用IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的信息共享。通過(guò)電網(wǎng)模型交換、圖形交換、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換、電網(wǎng)模型合并、圖形合并，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)模型、圖形數(shù)據(jù)的“分級(jí)維護(hù)，全局共享”的功能，大大減少了模型和圖形維護(hù)的工作量，同時(shí)提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性、可用性、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(jī)系統(tǒng)
支撐平臺(tái)人機(jī)系統(tǒng)采用客戶(hù)／中間件／服務(wù)器模式。客戶(hù)端提供了圖形瀏覽器、圖形編輯器以及各類(lèi)監(jiān)控配置界面，中間件提供了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)、歷史數(shù)據(jù)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(tái)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和控制，應(yīng)用服務(wù)器提供數(shù)據(jù)的存取和應(yīng)用邏輯的處理。支撐平臺(tái)人機(jī)采用Java語(yǔ)言編寫(xiě)，具有跨平臺(tái)特性，可以運(yùn)行在各種硬件平臺(tái)（如IBM、HP、Sun、Intel）、各種操作系統(tǒng)（如Unix、Linux、Windows）之上，具有二進(jìn)制可移植性。
人機(jī)系統(tǒng)可以訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)資源包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史庫(kù)、圖形文件、應(yīng)用程序、應(yīng)用腳本等。人機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式為：
(l）各個(gè)子系統(tǒng)在支撐平臺(tái)上建立屬于自己的數(shù)據(jù)庫(kù)及視圖；
(2）各個(gè)子系統(tǒng)將需要統(tǒng)一顯示和交互的數(shù)據(jù)通過(guò)子系統(tǒng)端的數(shù)據(jù)代理和數(shù)據(jù)平臺(tái)端的數(shù)據(jù)代理傳送至支撐平臺(tái)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)支撐平臺(tái)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)及關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)；
(3）各個(gè)子系統(tǒng)根據(jù)需要設(shè)計(jì)在平臺(tái)人機(jī)系統(tǒng)上需要顯示的界面和畫(huà)面，并按統(tǒng)一制定的界面和畫(huà)面風(fēng)格進(jìn)行制作；
(4）各人機(jī)工作站通過(guò)人機(jī)代理訪(fǎng)問(wèn)人機(jī)中間層，然后再由人機(jī)中間層統(tǒng)一訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)平臺(tái)。
3.6支持模板的圖庫(kù)模一體化和整體維護(hù)功能
傳統(tǒng)的圖庫(kù)模一體化是基于基本設(shè)備元件的維護(hù)，即由開(kāi)關(guān)、刀閘、變壓器、負(fù)荷、發(fā)電機(jī)等圖元生成廠(chǎng)站圖。本系統(tǒng)是基于模板的圖庫(kù)模一體化維護(hù)，即由基本設(shè)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?fù)潢P(guān)系，再由模板來(lái)生成廠(chǎng)站圖。系統(tǒng)提供基于典型接線(xiàn)方式的典型模板，用戶(hù)可自由擴(kuò)充。基于模版的圖庫(kù)模一體化使作圖填庫(kù)更加準(zhǔn)確、快捷。
3.7一體化的電力系統(tǒng)圖形可視化技術(shù)
本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了電網(wǎng)可視化功能，將大量數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取計(jì)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(xiàn)，使運(yùn)行人員對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)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(tǒng)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(jī)出力和負(fù)荷、區(qū)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(yùn)行狀態(tài)，用于電網(wǎng)監(jiān)視和報(bào)警。可視化功能包括：
(l動(dòng)態(tài)電網(wǎng)潮流圖，是在系統(tǒng)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(shù)值相同的點(diǎn)用同一種顏色表示。
(3）區(qū)域著色圖是指窗口上有多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)數(shù)值，區(qū)域根據(jù)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(jù)，用高度表示數(shù)值大小，用顏色表示是否越限。
（5）表計(jì)圖，與棒圖類(lèi)似，角度和顏色隨數(shù)值變化。
（6）故障和失穩(wěn)示意圖，當(dāng)設(shè)備故障或失穩(wěn)時(shí)，動(dòng)態(tài)增加具有特殊意義的圖符顯示。
（7）雷達(dá)圖用來(lái)定性的展示系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)和臨界狀態(tài)的關(guān)系。主要應(yīng)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(diǎn)
(1）一體化設(shè)計(jì)。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(jù)庫(kù)，直接在已有的系統(tǒng)潮流圖、地理圖等上增加了動(dòng)態(tài)潮流功能；對(duì)母線(xiàn)、線(xiàn)路、發(fā)電機(jī)等設(shè)備進(jìn)行了抽象，根據(jù)設(shè)備定義從數(shù)據(jù)庫(kù)提取出數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)等高線(xiàn)和棒圖等展示。
(2）實(shí)時(shí)性。滿(mǎn)足電網(wǎng)監(jiān)視的實(shí)時(shí)要求。
(3）多種展示方式可靈活切換。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了用戶(hù)的需求，同一個(gè)數(shù)據(jù)可以用不同方式展現(xiàn)，如等高線(xiàn)、棒圖、表計(jì)，非常靈活。可視化功能和其他功能可以同時(shí)并存，也可以單獨(dú)展現(xiàn)。
(4）圖形免維護(hù)。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(hù)工具，不需要進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)換就可直接顯示。
(5）支持歷史反演。由于可視化數(shù)據(jù)是從現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)取得的，所以歷史數(shù)據(jù)反演時(shí)可以同時(shí)進(jìn)行可視化展示功能。
