引言
我國正在形成全國互聯電網，電網結構愈加復雜，再加上各種新型輸電技術的采用，使得電力系統的動態行為更為復雜，電網的監測越來越困難，迫切需要對電力系統靜態和動態運行狀態進行監視、分析和輔助決策的技術支持系統。迫切需要在線動態安全性評估、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調工作，需要整合調度中心的各種平臺資源，研發統一的支撐平臺。
為了充分利用現有的各類監控裝置的數據資源，需要首先在調度中心構建動態系統支撐平臺，建立高效的實時數據庫系統，優化整合靜態、動態數據，提供符合國際標準的數據模式和實時／歷史數據訪問接口，提供各個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。同時在統一平臺上開發動態應用系統，為運行人員提供動態安全評估信息，輔助運行人員在大事故擾動過程中掌握系統的安全穩定裕度，保證系統始終處于可控的運行狀態，采取及時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，可視化技術的基本理論、展現方式，此外在數字化電網、電網在線安全穩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、數據總線、人機系統、數據庫系統進行深入研究的基礎上，完成了綜合在線動態安全監控支撐平臺的研發和應用。本系統的主要功能已經在國調中心的跨區動態安全預警系統中得到應用，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展產生積極的作用。
一、系統設計
1.1 面向服務的體系架構（SOA)
調度生產系統不斷增加，并且多為異構系統，為了各個異構系統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，并要求各應用系統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、協議獨立等特征。這種結構就是面向服務的體系結構。本系統基于面向服務的體系架構（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構建系統功能。
面向服務體系架構的特征：
(1)SOA使用與實現無關的接口．強調位置透明性和可互操作性的通信協議及相對粗粒度和具有可重用功能的服務定義；
(2)SOA的目標是系統整合和中間件整合；
(3)S0A強調各個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包含了開發工具、運行環境和互聯平臺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。在本系統中提供的服務主要包括電網模型、電網圖形、數據庫訪問、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環境的集成需求。集成總線是應用集成的橋梁，是服務實現的基礎。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具有全新的服務接口。更重要的是，集成總線與服務實現的邏輯相分離，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據發生變化時．改動服務實現的代碼。
二、總體結構
系統總體結構圖如圖1所示，圖中通過該總線可以向各類應用系統提供多種服務，實現各個應用系統之間的數據交換和在權限管理之下的互操作。支撐平臺將各個組件、應用和系統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可以方便地連接到可插入式的應用集成總線，實現各個應用軟件之間的互聯。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，并進行數據的傳輸。
三、實現的功能
支撐平臺包括集成總線、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的電力企業服務總線powerESB
本索統開發了基于SOA的電力企業服務總線(PowerESB)，建立一個為電力系統各類應用（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應用，又可以方便擴充新的業務系統功能，具有良好的動態可伸縮性，易于實現軟件的即插即用，降低成本，節約投資。
3.2集成總線的公用服務
服務是系統平臺的重點，它是實現面向服務體系架構集成平臺的具體接口，為系統的擴展和開放提供了標準工具。本系統研究和開發一整套為調度自動化系統運行和開發服務的、封裝好的公用服務，包括：(l）基于IEC 61970國際標準的數據服務，含有標準的CIS組件接口服務；(2）系統管理服務（含有系統的監視、管理和控制服務）；通用業務服務（含有文件的操作服務、數據庫的操作服務、人機交互服務等）。
支撐平臺按功能可分為管理服務和業務服務。業務服務提供數據訪問和交互功能，而管理服務主要負責管理所有業務服務，保證數據訪問的正確性。底層消息收發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現。數據交換接口包括以下基本服務：文件傳輸、實時數據傳輸、人機接口服務。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現了數據交換。交換的數據包括實時數據和文件數據等。
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系列服務功能模塊體現在以下2方面內容：CIS組件系列接口服務、模型合并應用。數據庫存儲實體、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標準實現調度自動化系統的信息共享。通過電網模型交換、圖形交換、實時數據交換、電網模型合并、圖形合并，實現了電力系統模型、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／中間件／服務器模式。客戶端提供了圖形瀏覽器、圖形編輯器以及各類監控配置界面，中間件提供了實時數據服務、歷史數據服務、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，實現對系統的維護和控制，應用服務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（如Unix、Linux、Windows）之上，具有二進制可移植性。
人機系統可以訪問的數據資源包括實時數據庫、關系數據庫、歷史庫、圖形文件、應用程序、應用腳本等。人機系統實現方式為：
(l）各個子系統在支撐平臺上建立屬于自己的數據庫及視圖；
(2）各個子系統將需要統一顯示和交互的數據通過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，并實現對支撐平臺上的實時數據庫及關系數據庫的訪問；
(3）各個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面，并按統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一訪問數據平臺。
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，即由開關、刀閘、變壓器、負荷、發電機等圖元生成廠站圖。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系，再由模板來生成廠站圖。系統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圖形可視化技術
本系統開發了電網可視化功能，將大量數據進行抽取計算，用圖形變化和色彩組合等不同的視覺效果進行展現，使運行人員對系統狀態的監視一目了然，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、聯絡線潮流、發電機出力和負荷、區域備用；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，用于電網監視和報警。可視化功能包括：
(l動態電網潮流圖，是在系統單線圖上利用動態箭頭表示潮流的流動。
(2）等高線圖，是圖上數值相同的點用同一種顏色表示。
(3）區域著色圖是指窗口上有多個區域，每個區域對應一個數值，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，動態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當前運行狀態和臨界狀態的關系。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
(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態潮流功能；對母線、線路、發電機等設備進行了抽象，根據設備定義從數據庫提取出數據，實現等高線和棒圖等展示。
(2）實時性。滿足電網監視的實時要求。
(3）多種展示方式可靈活切換。本系統在設計時充分考慮了用戶的需求，同一個數據可以用不同方式展現，如等高線、棒圖、表計，非常靈活。可視化功能和其他功能可以同時并存，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可以同時進行可視化展示功能。
