智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)圖形平臺的設(shè)計與開發(fā)

王冬霞，施廣德，鐘昀，檀庭方

(國電南京自動化股份有限公司，南京 211100)

0 引言

隨著電力系統(tǒng)運行水平的不斷提高，新一代智能變電站對信息模型的要求進一步規(guī)范和統(tǒng)一。借助于信息共享機制，以IEC61970 CIM模型為核心[1]，融合IEC61850數(shù)據(jù)模型，可建立電網(wǎng)全景模型，從而構(gòu)建智能變電站一體化支撐平臺，并以此為基礎(chǔ)形成一體化監(jiān)控系統(tǒng)[2]。為了快速并全面地獲取系統(tǒng)信息，監(jiān)控系統(tǒng)中繪制與編輯大型電氣接線圖時，基于通用電力模型[3]創(chuàng)建對應的一次、二次設(shè)備，實現(xiàn)對應信息的關(guān)聯(lián)。通過一次設(shè)備之間的鏈接關(guān)系，創(chuàng)建拓撲節(jié)點、自動生成拓撲關(guān)系；根據(jù)狀態(tài)決策和顏色決策等實時信息，更新一次設(shè)備的顯示狀態(tài)并完成拓撲著色。使得圖形的繪制、數(shù)據(jù)庫中模型的創(chuàng)建以及實時數(shù)據(jù)的處理都統(tǒng)一放在圖形平臺下完成，通過組件接入的方式提高系統(tǒng)的集成度，便于維護的同時，方便工程人員進行工程配置。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

一體化監(jiān)控系統(tǒng)圖形平臺的整體設(shè)計，采用“平臺+應用”的分層體系架構(gòu)，具備強大的跨平臺特性，可兼容于各種硬件平臺，包括服務器、工作站和微機等，又可運行于不同操作系統(tǒng)，如Windows，Linux和Unix，全面滿足電力監(jiān)控系統(tǒng)對運行環(huán)境的不同需求。系統(tǒng)的設(shè)計遵循IEC 61850/IEC 61970等國際標準，統(tǒng)一支持集控站/廠站監(jiān)控系統(tǒng)的各種應用，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由圖1可以看出，圖形平臺提供了統(tǒng)一的人機界面，包括畫面編輯器和實時畫面顯示模塊，集成圖模庫一體化訪問組件、一次/二次映射訪問組件、一體化集成配置工具等于一體，并嵌入了對應組件的工具欄與視圖導航結(jié)構(gòu)圖于圖形編輯器中。

畫面編輯器主要是提供繪圖與各種圖形配置功能；實時顯示模塊主要是利用實時數(shù)據(jù)庫中的實時數(shù)據(jù)，完成畫面狀態(tài)和顏色的刷新，并提供人工置數(shù)、遙控等功能。圖模庫一體化訪問組件主要功能是在圖形繪制的同時完成一次設(shè)備創(chuàng)建，并提供統(tǒng)一的界面完成與二次設(shè)備的關(guān)聯(lián)；同時，利用圖形繪制時提供的連接關(guān)系，創(chuàng)建拓撲節(jié)點，生成拓撲島，并提供拓撲著色功能給圖形完成畫面顏色的刷新。一次、二次映射訪問組件主要提供一次、二次設(shè)備的特定查詢服務。一體化集成配置工具的功能是在圖形界面上提供配置手段生成變電站的一次、二次設(shè)備配置信息，具備初步的一次、二次信息自動關(guān)聯(lián)能力。

2 集成設(shè)計與開發(fā)

2.1 畫面編輯器

圖形編輯器初始化過程中，集成了圖模庫一體化(PMS)訪問組件提供的工具欄，一體化配置工具提供的導航配置窗，并加載了一次、二次設(shè)備映射組件。整個初始化流程如圖2所示。

圖2 畫面編輯器初始化流程

畫面編輯器繪制與編輯電氣接線圖的時候，同時創(chuàng)建對應的一次、二次設(shè)備，實現(xiàn)四遙信息的關(guān)聯(lián)。通過一次設(shè)備之間的鏈接關(guān)系，創(chuàng)建拓撲節(jié)點、自動生成拓撲關(guān)系。圖3展示了接線圖的繪制與拓撲生成流程。

圖3 接線圖的繪制與拓撲生成流程

圖形編輯器利用組合圖元的屬性定義，擴展一次模型信息，優(yōu)化圖模一體化配置流程；支持連接線的吸附、拖拉與自動移動等功能。

圖形系統(tǒng)采用了插件管理系統(tǒng)[5]，定義插件與圖形平臺的公用接口，支持根據(jù)插件體系規(guī)范開發(fā)的插件模塊，而插件的注冊、卸載等操作則由圖形平臺通過接口實現(xiàn)統(tǒng)一管理，目前系統(tǒng)開發(fā)了曲線和表格插件，嵌入到畫面中進行展示。采用“平臺-插件”模式可以為程序的開發(fā)、測試和后期程序的升級帶來很大的方便。插件體系結(jié)構(gòu)[6]如圖4所示。

圖4 插件體系結(jié)構(gòu)

圖形系統(tǒng)還增加了3D文件導入與展示功能[7-10]。圖5是三維文件的展示流程圖，提供三維場景和3D容器嵌入原有的二維圖形的2種展示方式。主要采用OpenGL技術(shù)，實現(xiàn)obj和3ds格式3D文件的導入和展示，并可以進行三維空間的旋轉(zhuǎn)、縮放等功能[2]。

圖5 三維文件的展示流程圖

另外，圖形編輯器支持國網(wǎng)的遠程瀏覽、南網(wǎng)的源端維護[11]的模型導入等功能，融合了可定制功能、分層管理功能，從而更好地滿足了不同應用領(lǐng)域的需求。

2.2 圖模庫一體化訪問組件

PMS訪問組件用于圖形工具創(chuàng)建電力主接線圖的過程中，在數(shù)據(jù)庫中同步創(chuàng)建對應的一次設(shè)備對象及它們間的拓撲連接關(guān)系，該組件主要包含以下幾種功能：編輯電力圖符所需的一次設(shè)備信息獲取接口；創(chuàng)建、刪除、復制、間隔復制一次設(shè)備對象調(diào)用接口；創(chuàng)建、刪除、復制、間隔復制一次設(shè)備間的拓撲連接關(guān)系調(diào)用接口；創(chuàng)建圖模庫一體化工具欄調(diào)用接口(包括拓撲檢查、GID設(shè)置、節(jié)點庫、拓撲母線庫、參數(shù)檢查、CIM導出等)；編輯一次設(shè)備調(diào)用接口；設(shè)置一次、二次設(shè)備映射調(diào)用接口。圖6展示了一次設(shè)備層次結(jié)構(gòu)模型。

圖6 一次設(shè)備層次結(jié)構(gòu)模型

2.3 一次、二次映射訪問組件

一次、二次設(shè)備映射訪問組件用于提供一次設(shè)備和二次設(shè)備相互間的映射信息接口服務，主要包含以下幾類信息接口：從一次設(shè)備到二次設(shè)備的映射接口；從二次設(shè)備到一次設(shè)備的映射接口；關(guān)鍵量測的一次、二次映射訪問接口；一次設(shè)備所從屬CIM層次對象提取接口；二次設(shè)備所從屬的CIM層次對象提取接口；一次設(shè)備的拓撲關(guān)系訪問信息接口等[12]。為圖形平臺等提供一次、二次設(shè)備的特定查詢信息服務。

2.4 一體化集成配置工具

一體化監(jiān)控系統(tǒng)集成配置工具的功能是配置生成變電站的一次、二次設(shè)備的配置信息，至少具備初步的一次、二次信息自動關(guān)聯(lián)(通過LN對象來實現(xiàn))能力，生成變電站的SSD文件，并能生成變電站的輸出接口文件，如SCD文件、CIM文件等。圖7是集成配置工具的配置流程及模塊調(diào)用關(guān)系圖。

圖7 配置工具的配置流程及模塊調(diào)用關(guān)系

2.5 實時畫面展示模塊

圖8展示了實時畫面刷新的流程，該模塊利用注冊回調(diào)的信息從實時庫中讀取實時變化的數(shù)據(jù)，根據(jù)一次設(shè)備的運行狀態(tài)(開關(guān)、刀閘等)，配合狀態(tài)決策和顏色決策的返回結(jié)果，改變對應圖元的狀態(tài)、完成拓撲著色等功能，并刷新遙測值。同時支持人工置數(shù)、遙控等功能，并由同步模塊同步到其他的機器中。

圖8 實時畫面刷新流程

應用該監(jiān)控系統(tǒng)，各種設(shè)備的拓撲計算結(jié)果以不同顏色顯示在監(jiān)控屏上，開關(guān)刀閘的開合態(tài)是狀態(tài)決策的結(jié)果。該系統(tǒng)在寶豐能源變的成功試點，證明了該一體化監(jiān)控系統(tǒng)平臺實際應用功能的有效性。

3 結(jié)束語

基于上述智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)圖形平臺已成為新一代智能變電站的重要組成部分，該平臺已在寧夏寶豐能源變電站成功試點投運。通過此圖形平臺，不僅可以迅速構(gòu)建出符合IEC 61850/IEC 61970標準的電力模型圖、主接線圖和間隔圖等，而且可以同步創(chuàng)建電力一次設(shè)備庫，通過圖形平臺管理來管理電力圖與一次設(shè)備庫，生成與校驗全站的拓撲關(guān)系，實時刷新一次、二次設(shè)備的狀態(tài)以及對應的遙測值，全面監(jiān)控整個變電站的運行狀態(tài)。利用此圖形平臺提供的定制性、插件體系、以及二維/三維一體展示功能，可以適應未來各應用領(lǐng)域的發(fā)展要求，構(gòu)建各種圖模一體化監(jiān)控系統(tǒng)。

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