王冬霞，施廣德，鐘昀，檀庭方

(國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，南京 211100)

0 引言

隨著電力系統(tǒng)運(yùn)行水平的不斷提高，新一代智能變電站對(duì)信息模型的要求進(jìn)一步規(guī)范和統(tǒng)一。借助于信息共享機(jī)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(tái)，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(shí)，基于通用電力模型[3]創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的一次、二次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)信息的關(guān)聯(lián)。通過(guò)一次設(shè)備之間的鏈接關(guān)系，創(chuàng)建拓?fù)涔?jié)點(diǎn)、自動(dòng)生成拓?fù)潢P(guān)系；根據(jù)狀態(tài)決策和顏色決策等實(shí)時(shí)信息，更新一次設(shè)備的顯示狀態(tài)并完成拓?fù)渲?。使得圖形的繪制、數(shù)據(jù)庫(kù)中模型的創(chuàng)建以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理都統(tǒng)一放在圖形平臺(tái)下完成，通過(guò)組件接入的方式提高系統(tǒng)的集成度，便于維護(hù)的同時(shí)，方便工程人員進(jìn)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(tái)的整體設(shè)計(jì)，采用“平臺(tái)+應(yīng)用”的分層體系架構(gòu)，具備強(qiáng)大的跨平臺(tái)特性，可兼容于各種硬件平臺(tái)，包括服務(wù)器、工作站和微機(jī)等，又可運(yùn)行于不同操作系統(tǒng)，如Windows，Linux和Unix，全面滿(mǎn)足電力監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行環(huán)境的不同需求。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循IEC 61850/IEC 61970等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一支持集控站/廠站監(jiān)控系統(tǒng)的各種應(yīng)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(tái)提供了統(tǒng)一的人機(jī)界面，包括畫(huà)面編輯器和實(shí)時(shí)畫(huà)面顯示模塊，集成圖模庫(kù)一體化訪問(wèn)組件、一次/二次映射訪問(wèn)組件、一體化集成配置工具等于一體，并嵌入了對(duì)應(yīng)組件的工具欄與視圖導(dǎo)航結(jié)構(gòu)圖于圖形編輯器中。

畫(huà)面編輯器主要是提供繪圖與各種圖形配置功能；實(shí)時(shí)顯示模塊主要是利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成畫(huà)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(kù)一體化訪問(wèn)組件主要功能是在圖形繪制的同時(shí)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(shí)，利用圖形繪制時(shí)提供的連接關(guān)系，創(chuàng)建拓?fù)涔?jié)點(diǎn)，生成拓?fù)鋶u，并提供拓?fù)渲δ芙o圖形完成畫(huà)面顏色的刷新。一次、二次映射訪問(wèn)組件主要提供一次、二次設(shè)備的特定查詢(xún)服務(wù)。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(dòng)關(guān)聯(lián)能力。

2 集成設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

2.1 畫(huà)面編輯器

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

圖2 畫(huà)面編輯器初始化流程

畫(huà)面編輯器繪制與編輯電氣接線圖的時(shí)候，同時(shí)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的一次、二次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)四遙信息的關(guān)聯(lián)。通過(guò)一次設(shè)備之間的鏈接關(guān)系，創(chuàng)建拓?fù)涔?jié)點(diǎn)、自動(dòng)生成拓?fù)潢P(guān)系。圖3展示了接線圖的繪制與拓?fù)渖闪鞒獭?/p>

圖3 接線圖的繪制與拓?fù)渖闪鞒?/p>

圖形編輯器利用組合圖元的屬性定義，擴(kuò)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(dòng)移動(dòng)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(tái)的公用接口，支持根據(jù)插件體系規(guī)范開(kāi)發(fā)的插件模塊，而插件的注冊(cè)、卸載等操作則由圖形平臺(tái)通過(guò)接口實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，目前系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了曲線和表格插件，嵌入到畫(huà)面中進(jìn)行展示。采用“平臺(tái)-插件”模式可以為程序的開(kāi)發(fā)、測(cè)試和后期程序的升級(jí)帶來(lái)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(dǎo)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(chǎng)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(shí)現(xiàn)obj和3ds格式3D文件的導(dǎo)入和展示，并可以進(jìn)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(guó)網(wǎng)的遠(yuǎn)程瀏覽、南網(wǎng)的源端維護(hù)[11]的模型導(dǎo)入等功能，融合了可定制功能、分層管理功能，從而更好地滿(mǎn)足了不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。

2.2 圖模庫(kù)一體化訪問(wèn)組件

PMS訪問(wèn)組件用于圖形工具創(chuàng)建電力主接線圖的過(guò)程中，在數(shù)據(jù)庫(kù)中同步創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的一次設(shè)備對(duì)象及它們間的拓?fù)溥B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(fù)制、間隔復(fù)制一次設(shè)備對(duì)象調(diào)用接口；創(chuàng)建、刪除、復(fù)制、間隔復(fù)制一次設(shè)備間的拓?fù)溥B接關(guān)系調(diào)用接口；創(chuàng)建圖模庫(kù)一體化工具欄調(diào)用接口(包括拓?fù)錂z查、GID設(shè)置、節(jié)點(diǎn)庫(kù)、拓?fù)淠妇€庫(kù)、參數(shù)檢查、CIM導(dǎo)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(wèn)組件

一次、二次設(shè)備映射訪問(wèn)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(wù)，主要包含以下幾類(lèi)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(cè)的一次、二次映射訪問(wèn)接口；一次設(shè)備所從屬CIM層次對(duì)象提取接口；二次設(shè)備所從屬的CIM層次對(duì)象提取接口；一次設(shè)備的拓?fù)潢P(guān)系訪問(wèn)信息接口等[12]。為圖形平臺(tái)等提供一次、二次設(shè)備的特定查詢(xún)信息服務(wù)。

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(dòng)關(guān)聯(lián)(通過(guò)LN對(duì)象來(lái)實(shí)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(shí)時(shí)畫(huà)面展示模塊

圖8展示了實(shí)時(shí)畫(huà)面刷新的流程，該模塊利用注冊(cè)回調(diào)的信息從實(shí)時(shí)庫(kù)中讀取實(shí)時(shí)變化的數(shù)據(jù)，根據(jù)一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)(開(kāi)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(duì)應(yīng)圖元的狀態(tài)、完成拓?fù)渲裙δ埽⑺⑿逻b測(cè)值。同時(shí)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(jī)器中。

圖8 實(shí)時(shí)畫(huà)面刷新流程

應(yīng)用該監(jiān)控系統(tǒng)，各種設(shè)備的拓?fù)溆?jì)算結(jié)果以不同顏色顯示在監(jiān)控屏上，開(kāi)關(guān)刀閘的開(kāi)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(diǎn)，證明了該一體化監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)際應(yīng)用功能的有效性。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于上述智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)圖形平臺(tái)已成為新一代智能變電站的重要組成部分，該平臺(tái)已在寧夏寶豐能源變電站成功試點(diǎn)投運(yùn)。通過(guò)此圖形平臺(tái)，不僅可以迅速構(gòu)建出符合IEC 61850/IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)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(kù)，通過(guò)圖形平臺(tái)管理來(lái)管理電力圖與一次設(shè)備庫(kù)，生成與校驗(yàn)全站的拓?fù)潢P(guān)系，實(shí)時(shí)刷新一次、二次設(shè)備的狀態(tài)以及對(duì)應(yīng)的遙測(cè)值，全面監(jiān)控整個(gè)變電站的運(yùn)行狀態(tài)。利用此圖形平臺(tái)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(yīng)未來(lái)各應(yīng)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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