徐 磊，卜軼鋒 ，李姍姍

（國網(wǎng)河北省電力公司保定供電分公司，河北 保定 071000）

智能電網(wǎng)可視化平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

徐 磊，卜軼鋒 ，李姍姍

（國網(wǎng)河北省電力公司保定供電分公司，河北 保定 071000）

隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，單一系統(tǒng)已經(jīng)無法對智能電網(wǎng)的狀態(tài)進行完整地描述、監(jiān)控和分析，針對以上問題，提出建設(shè)智能電網(wǎng)綜合可視化平臺，分析可視化平臺的總體建設(shè)目標和系統(tǒng)架構(gòu)，介紹系統(tǒng)在技術(shù)上和功能上的實現(xiàn)方法，認為該平臺可直觀和詳細的展示智能電網(wǎng)信息。

智能電網(wǎng)；可視化平臺；三維虛擬技術(shù)；多媒體動畫

1 概述

按照《保定“電谷”智能電網(wǎng)工程總體方案》中對智能電網(wǎng)可視化平臺的要求，在國網(wǎng)河北省電力公司保定供電分公司建設(shè)智能電網(wǎng)可視化平臺，通過多媒體動畫技術(shù)、三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實時、直觀地反映智能電網(wǎng)運行狀態(tài)及業(yè)務管理過程，為電網(wǎng)管理人員提供輔助決策支持。該平臺對配電自動化系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)、輸電線路在線監(jiān)測、電能質(zhì)量監(jiān)測與治理、故障搶修管理系統(tǒng)、智能變電站等保定電谷智能電網(wǎng)綜合建設(shè)成果，進行綜合數(shù)據(jù)展示和三維可視化成果展示，并提供大屏幕、觸摸屏、大屏幕控制系統(tǒng)及附屬設(shè)施等硬件支撐環(huán)境的集成服務。

智能電網(wǎng)可視化平臺在展示信息給用戶觀看的同時，主要是有針對性地對智能電網(wǎng)所涉及各個系統(tǒng)的關(guān)鍵性指標進行狀態(tài)監(jiān)測，及時將監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋給工作人員。平臺提供光纖測溫、導線垂度、導線溫度、電能質(zhì)量等實時數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)管理、監(jiān)測設(shè)備選型、智能電網(wǎng)決策分析支持技術(shù)提供決策所需要的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對變電設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測及診斷、輔助決策的集中展示，達到設(shè)備狀態(tài)自我感知、故障自我診斷的目的；同時，提供保定電谷內(nèi)各監(jiān)測點的頻率、電壓、諧波、不平衡度、電壓波動與閃變等電能質(zhì)量指標的監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)分析處理、計算統(tǒng)計、事件記錄、曲線報表分析、數(shù)據(jù)查詢等功能的可視化展示。

可視化平臺在對以上監(jiān)測數(shù)據(jù)進行展示的同時，依據(jù)電力系統(tǒng)生產(chǎn)標準進行統(tǒng)計分析，得出故障預測、故障信息、事件記錄等數(shù)據(jù)。當配電、變電系統(tǒng)出現(xiàn)突發(fā)故障時，可以通過可視化平臺直接看到故障發(fā)生點和故障原因，并立刻做出相應處理。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

智能電網(wǎng)可視化平臺采用先進的Intranet技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，結(jié)合智能電網(wǎng)發(fā)展狀況，按照平臺的建設(shè)內(nèi)容和設(shè)計原則，搭建了其系統(tǒng)框架，如圖1所示。

圖1 智能電網(wǎng)可視化平臺的系統(tǒng)架構(gòu)

3 技術(shù)實現(xiàn)

智能電網(wǎng)可視化平臺采用主流開發(fā)工具和多媒體相結(jié)合的技術(shù)，并應用面向服務的體系架構(gòu)（SOA），系統(tǒng)各個子模塊之間功能獨立，可根據(jù)用戶的需要動態(tài)進行組合，各個子模塊之間沒有直接耦合，而是通過數(shù)據(jù)庫之間的聯(lián)系由框架進行組合，子模塊的修改只是模塊內(nèi)的局部修改，不會導致修改的擴大，從而大大提高了系統(tǒng)可維護性，降低了系統(tǒng)開發(fā)的風險，提高了系統(tǒng)安全可靠性。

可視化平臺采用動畫建模工具、視頻模擬驅(qū)動工具、動畫開發(fā)工具，利用Flash界面，展現(xiàn)豐富多彩的智能電網(wǎng)建設(shè)成果。智能電網(wǎng)可視化平臺從技術(shù)架構(gòu)上分成3個層次，包括前臺展示層、中間服務層和后臺數(shù)據(jù)層，如圖2所示。

該可視化平臺同時使用了多種圖表組件技術(shù)，通過不同類型的圖表對不同業(yè)務數(shù)據(jù)進行更直觀的監(jiān)測，及時準確地將問題信息傳遞給工作人員，進一步提高供電可靠性。

圖2 智能電網(wǎng)可視化平臺的技術(shù)架構(gòu)

框架程序利用J2EE技術(shù)，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法。面向?qū)ο蠓椒ǖ奶攸c是提高了系統(tǒng)的可用性，減少了后續(xù)階段的錯誤，提高了可維護性。使用該方法在平臺開發(fā)之前所花的時間可能比傳統(tǒng)方法稍微長一些，然而面向?qū)ο蠓椒ǖ暮笃诠ぷ?，比傳統(tǒng)開發(fā)方法要容易和迅速得多。通過對象的抽象、繼承和封裝使開發(fā)人員對系統(tǒng)更易理解、維護和擴充。PnP（即插即用）的設(shè)計理念，在框架的組織下，程序員無需了解項目的流程等細節(jié)，只需要關(guān)心其負責的功能模塊，對程序員的要求大大降低，同時也避免了由于程序員的個人理解能力對可視化平臺開發(fā)造成不必要的影響，大大增強了平臺的可維護性，降低了維護的風險。

4 功能實現(xiàn)

智能電網(wǎng)可視化平臺分為智能電網(wǎng)綜合數(shù)據(jù)集中展示管理系統(tǒng)、智能電網(wǎng)多媒體成果展示系統(tǒng)、智能變電站互動模擬體驗三大部分。

4.1 智能電網(wǎng)綜合數(shù)據(jù)監(jiān)測

智能電網(wǎng)綜合數(shù)據(jù)展示主要以配電自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，包括但不限于以下分析與展示：智能配電網(wǎng)運行概況、配電網(wǎng)中所有設(shè)備的負載情況、配電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)的分布情況、配電網(wǎng)故障的精確信息。對用電信息采集系統(tǒng)、輸電線路在線監(jiān)測、電能質(zhì)量監(jiān)測與治理、故障搶修管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)展示，直接鏈接到相關(guān)應用系統(tǒng)。智能電網(wǎng)可視化平臺運用圖標技術(shù)，通過儀表盤、曲線圖、柱狀圖等圖標對不同的業(yè)務數(shù)據(jù)進行展示。從而更直觀、詳細的將智能電網(wǎng)中的信息展示給用戶。

4.1.1 智能電網(wǎng)運行概況

配電網(wǎng)在日常運行過程中，涉及多方面數(shù)據(jù)，智能電網(wǎng)可視化平臺可對配電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行有效的采集和監(jiān)視，在有限的屏幕上顯示盡可能多的信息，并提供多種顯示手段。

4.1.2 配電網(wǎng)中所有設(shè)備的負載情況監(jiān)測

配電網(wǎng)中設(shè)備很多，供電能力的強弱、供電質(zhì)量的好壞與這些設(shè)備的運行狀態(tài)有很大的關(guān)系，電力設(shè)備故障必然導致電力系統(tǒng)出現(xiàn)問題。智能電網(wǎng)可視化平臺隨時向用戶展示配電設(shè)備的運行情況：運行率、負載率、故障率等運行信息。

4.1.3 配電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)的分布定位

配電網(wǎng)在運行過程當中，各部分的負荷狀態(tài)是不一樣的，其抗故障的能力也是不一樣的。哪里是當前配電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)？如何根據(jù)當前配電網(wǎng)情況分配負荷，減輕配電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)的運行負擔？這些問題都會在智能電網(wǎng)可視化平臺中進行展示分析。

4.1.4 配電網(wǎng)故障的精確信息

配電網(wǎng)運行過程中故障是不可避免的，在發(fā)生故障的時候，如何將準確的故障信息及時、可靠地傳送給調(diào)度人員，輔助他們正確判斷，采取有效的行動，隔離故障，防止故障的進一步擴散。配電自動化系統(tǒng)的可視化就是要提供多維化的顯示手段，讓這些信息以2D、3D的方式直觀表現(xiàn)出來，提高調(diào)度員的工作效率。

4.2 智能電網(wǎng)成果展示

智能電網(wǎng)可視化平臺采用三維動畫宣傳片形式展示保定智能電網(wǎng)建設(shè)成果，主要包括用電信息采集系統(tǒng)、輸電線路在線監(jiān)測、電能質(zhì)量監(jiān)測與治理、故障搶修管理系統(tǒng)、配網(wǎng)自動化系統(tǒng)、智能變電站、智能家居7項智能電網(wǎng)工程建設(shè)成果。

智能電網(wǎng)可視化平臺通過多媒體動畫的方式對智能變電站的建設(shè)內(nèi)容及建設(shè)規(guī)模等情況進行了全方位展示。并實現(xiàn)了智能變電站互動模擬體驗，更直觀地將變電站的建設(shè)情況進行展示。

可視化平臺通過視頻動畫形式，展現(xiàn)了智能化技術(shù)是如何應用到家居領(lǐng)域的。智能電網(wǎng)可視化平臺中，運用多媒體技術(shù)，生動直觀地展示了智能家居在生活中多個方面的應用。智能電網(wǎng)可視化平臺通過多媒體技術(shù)動態(tài)地將門窗防盜報警、燃氣泄漏報警等安防系統(tǒng)展示出來，讓人們了解到安防系統(tǒng)在智能家具中所起到的至關(guān)重要的作用。智能家電系統(tǒng)通過移動終端來控制家庭中例如空調(diào)、電視機、電飯煲等家電，使其達到自動化效果。

4.3 智能變電站互動模擬體驗

智能電網(wǎng)可視化平臺通過三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實現(xiàn)對智能變電站全部運行設(shè)備及運行狀態(tài)的場景模擬。操作人員通過屏幕前的系統(tǒng)操作，可以實現(xiàn)置身于智能變電站現(xiàn)場巡視設(shè)備查看設(shè)備運行狀態(tài)及各類運行參數(shù)信息虛擬現(xiàn)實模擬，包括順序控制、智能告警與分析、故障信息綜合分析、設(shè)備狀態(tài)可視化、無功優(yōu)化控制、智能操作票等功能三維立體展示。通過3D技術(shù)立體全方位展示采用集成化智能設(shè)備和一體化業(yè)務系統(tǒng)的新一代智能變電站，突出“綠色、環(huán)保、高性能”建設(shè)理念和美化發(fā)展前景。

a.實現(xiàn)智能變電站整體場景的仿真模擬，包括變電站整體場景、門禁設(shè)施、安防設(shè)施、環(huán)境監(jiān)控設(shè)施、設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控設(shè)施等3D模型。

b.以巡視參觀人員為視角，從變電站主路進入變電站大門，通過門禁監(jiān)控及控制系統(tǒng)，開啟大門進入變電站監(jiān)控中心。

c.以站內(nèi)技術(shù)人員為視角，介紹智能變電站整體概況，包括風電、水電、光伏電站的輸入，智能設(shè)備的保護單元、測量單元、控制單元、監(jiān)測單元、計量單元運作原理。

d.實現(xiàn)以智能巡視機器人為視角，實現(xiàn)巡視機器人在變電站中按照既定巡視路線，巡視變電站內(nèi)主要巡視設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，主要包括智能變壓器各傳感器參數(shù)、電子式電壓／電流互感器、開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)。

e.以變壓器鐵心過熱為例，通過智能告警與分析、溫度場分析技術(shù)、故障信息綜合分析、設(shè)備狀態(tài)可視化，演示變壓器通過自動啟動冷卻設(shè)備進行自愈恢復，突出堅強智能自愈特征。

f.以檢修人員檢修變壓器為例，展示智能操作票與順序控制的自動化操作，以3D動態(tài)方式展示組合開關(guān)柜的有序動作，展示變壓器周邊各設(shè)備的聯(lián)動狀態(tài)，強調(diào)自動化特征。

5 結(jié)束語

在研究了智能電網(wǎng)可視化平臺的基礎(chǔ)上，以保定電谷智能電網(wǎng)建設(shè)成果的直觀展示為例，在保定市進行了新基地信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，以全面展示智能電網(wǎng)建設(shè)成就，搭建了智能電網(wǎng)技術(shù)交流和展示平臺，增強公眾和電力客戶對智能電網(wǎng)的感知度和認知度。今后會在智能電網(wǎng)可視化平臺上投入更多的研究，不斷優(yōu)化功能，挖掘可視化平臺潛在的價值。

［1］劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［2］曲朝陽.智能電網(wǎng)知識處理模型與可視化方法［M］.北京：科學出版社，2013.

［3］溫江濤.物聯(lián)網(wǎng)智能家居平臺［M］.北京：科學出版社，2014.

［4］張 晶.用電信息采集系統(tǒng)技術(shù)與應用［M］.北京：中國電力出版社，2013.

本文責任編輯：齊勝濤

DesignandResearchofSmartElectricGridVisualizationPlatform

Xu Lei，BuYifeng，LiShanshan
（State Grid Hebei Electric Power Corporation Supply Baoding Power Supply Branch，Baoding 071000，China）

With the construction and development of the smart grid，a single system has been unable to state the smart grid will be a complete description，monitoring and analysis，proposes the building of integrated smart grid visualization platform，analyzes the overall goal of building and system architecture visualization platform presentation system technology implementation function on and on，that the platform can be intuitive and detailed display of smart grid information.

smart electric grid；visualization platform；3Dvirtual realization technology；multimedia animation

TM73；TP37

B

1001-9898（2015）03-0011-04

2015-04-16

徐 磊（1981－），男，工程師，主要從事電力信息化建設(shè)和管理工作。