電力調(diào)度平臺全景化管控的實現(xiàn)方式研究

劉旭 湯瑋 龍姣 石際 尹志帆

摘要：隨著智能變電站的投入使用，以及技術(shù)設(shè)備的不斷革新，原有電力系統(tǒng)難以與新設(shè)備新技術(shù)的數(shù)據(jù)信息的融合應(yīng)用程度不足，針對智能變電站以上的技術(shù)難題，本文基于WPF+JAVA技術(shù)設(shè)計了通信調(diào)度過程全景化管控平臺，對通信調(diào)度過程全景化管控及智能化前后端交互模式進(jìn)行分析，解決數(shù)據(jù)的多元異構(gòu)問題，期望提升調(diào)度平臺運(yùn)行效率，保障智能變電站安全可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電力調(diào)度;全景化展示;WPF+JAVA

中圖分類號：TM73

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）12-0149-04

變電站作為電力系統(tǒng)的節(jié)點，其智能化發(fā)展是實現(xiàn)電網(wǎng)智能化的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。目前，隨著我國技術(shù)的進(jìn)步以及電力系統(tǒng)的不斷改革，截止到2015年底，我國已經(jīng)有2400多座智能變電站建成并投入使用，智能變電站相關(guān)的技術(shù)不斷完善，成果顯著。智能變電站是智能電網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此應(yīng)該滿足電網(wǎng)發(fā)展過程中所需的安全、穩(wěn)定、高效等性能，其智能化更應(yīng)體現(xiàn)在滿足無人值守的需要，實現(xiàn)在設(shè)備整個運(yùn)行周期內(nèi)易于維護(hù)等特點，從而提高整個電力系統(tǒng)的高效運(yùn)行以及提升其經(jīng)濟(jì)效益。智能變電站的技術(shù)環(huán)節(jié)主要包含了電力系統(tǒng)中電力數(shù)據(jù)的采集、傳輸、集成和應(yīng)用等環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集主要是通過電子傳感器采集變電站的電流和電壓信息。數(shù)據(jù)傳輸通過以太網(wǎng)交換機(jī)和光纖構(gòu)成的通信網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)集成主要是對信息進(jìn)行統(tǒng)一建模，以供不同的應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)度。通信調(diào)度包括智能變電站的多個方面，例如檢測一二次設(shè)備、維護(hù)源端等等。不難發(fā)現(xiàn)，通信調(diào)度是智能變電站的數(shù)據(jù)管控要點[1-3]。雖然，我國的智能變電站在一些方面的運(yùn)行成果較為突出，例如設(shè)備管理、系統(tǒng)更新等方面。但是在電網(wǎng)系統(tǒng)中存在系統(tǒng)建設(shè)復(fù)雜、功能分散、技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)容復(fù)雜，特別是應(yīng)用系統(tǒng)多，新舊設(shè)備的信息難以融合等問題，阻礙了變電站系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展。為了實現(xiàn)智能變電站管理質(zhì)量的提升，實現(xiàn)各種應(yīng)用系統(tǒng)有效對接，亟需尋找新的方法從而解決數(shù)據(jù)的多元異構(gòu)問題，引入了全景技術(shù)，如馮義等構(gòu)建了智能變電站全景數(shù)據(jù)模型[4];劉明忠等進(jìn)行了基于DDRTS的智能變電站全景實時仿真[5]。本文主要設(shè)計了通信調(diào)度過程全景化管控平臺，期望提升智能變電站管理質(zhì)量。

1 通信調(diào)度過程全景化管控平臺設(shè)計

1.1 總體技術(shù)方案

通信調(diào)度過程全景化管控過程中，主要與當(dāng)前應(yīng)用的比較成熟的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行對接，如雷電定位系統(tǒng)、GIS、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)等，在對這些應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行對接過程中，需要將其產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，從而分析電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以及電網(wǎng)運(yùn)行的實時數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)等。由于這些數(shù)據(jù)來自不同的應(yīng)用系統(tǒng)，存在異構(gòu)性，因此，在通信調(diào)度時還要對這些異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使其標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化、規(guī)范化，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)存儲和訪問的速度，從而實現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)控、運(yùn)行風(fēng)險的實時掃描、診斷電網(wǎng)故障、實時展示電網(wǎng)狀態(tài)、電網(wǎng)的運(yùn)行優(yōu)化及自動分析報告等，為電力系統(tǒng)的運(yùn)維部門提供一個全景化、智能化、實時的設(shè)備管控信息平臺，為工作人員的故障診斷、電力搶修、狀態(tài)監(jiān)控及電力生產(chǎn)管理等多個方面提供技術(shù)支持。

1.2 平臺框架

遵循電力行業(yè)信息工程建設(shè)相關(guān)規(guī)范，通信調(diào)度過程全景化管控平臺在設(shè)計過程中采用WPF+JAVA異構(gòu)體系，應(yīng)用了WPF豐富的展現(xiàn)組件，同時提高了平臺的可靠性和穩(wěn)定性[6-7]。平臺的系統(tǒng)框架圖如圖1所示，該平臺分成應(yīng)用層、統(tǒng)一接口服務(wù)層、中間層、數(shù)據(jù)層。

應(yīng)用層主要是通過WPF組件實現(xiàn)通信調(diào)度的畫面的全景化可視化展現(xiàn)，利用Visual Studio.Net 2010實現(xiàn)可視化系統(tǒng)的開發(fā)，該層提供了統(tǒng)一調(diào)用接口代理服務(wù)。

接口服務(wù)層主要為應(yīng)用層與中間層之間的業(yè)務(wù)邏輯訪問提供接口服務(wù)。

中間層基于JAVA技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、接口管理及定時調(diào)度等中間件的開發(fā);中間層通過接口以Hes-sian協(xié)議實現(xiàn)和數(shù)據(jù)層、服務(wù)層之間的信息傳輸。

數(shù)據(jù)層為可視化數(shù)據(jù)庫，存儲著不同應(yīng)用系統(tǒng)的信息，包括設(shè)備檢測試驗信息，設(shè)備運(yùn)行及故障信息，集成電流、電壓、有功、無功、負(fù)荷等實時數(shù)據(jù)，電力巡檢記錄信息，接入CIS的二維/三維地理信息，輸電線路視頻/圖像信息，雷電天氣信息等，為平臺的通信調(diào)度提供數(shù)據(jù)支持。中間層及數(shù)據(jù)層在Eclipse3.2環(huán)境下進(jìn)行開發(fā)。

1.3 安全防護(hù)

調(diào)度通信平臺在設(shè)計過程中還需要考慮到數(shù)據(jù)的安全性，根據(jù)電力二次安全防護(hù)的相關(guān)要求實現(xiàn)“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”。電力系統(tǒng)的信息子系統(tǒng)，例如PMS、GIS、在線監(jiān)測系統(tǒng)等在接人調(diào)度通信平臺時必須通過接口服務(wù)器，要嚴(yán)格按照客戶終端的安全要求進(jìn)行，同時還要進(jìn)行訪問控制，避免出現(xiàn)敏感信息泄露的情況。為了進(jìn)一步提高安全性，在通信調(diào)度平臺中接人外網(wǎng)時必須要進(jìn)行安全驗證、授權(quán)和監(jiān)控，數(shù)據(jù)調(diào)度過程中還應(yīng)該進(jìn)行加密傳輸、防DOS/DDOS攻擊、防釣魚攻擊、防病毒攻擊、網(wǎng)頁防篡改等防護(hù)。

2 全景化管控平臺實現(xiàn)

由于文章篇幅的限制以通信調(diào)度平臺全景可視化展現(xiàn)及前后端數(shù)據(jù)交互模式實現(xiàn)為例的通信調(diào)度平臺的實現(xiàn)進(jìn)行分析。

2.1 通信調(diào)度全景化管控平臺可視化展現(xiàn)設(shè)計

通信調(diào)度平臺應(yīng)用層的全景可視化展現(xiàn)設(shè)計主要包括6個步驟89]，具體論述如下：

1）分析展現(xiàn)畫面主題布局。設(shè)計的全景可視化展現(xiàn)平臺為整個通信調(diào)度平臺的監(jiān)控視覺中心，主屏采用2*8的拼接屏，從左到右依次為電力系統(tǒng)電網(wǎng)模型潮流展示圖、基于地理背景的展示圖、網(wǎng)架拓?fù)湔故緢D、時間維度展示圖、業(yè)務(wù)維度展示圖，將主屏展現(xiàn)畫面分為5大部分。

2）根據(jù)展現(xiàn)主題分析展現(xiàn)指標(biāo)，主要對展示指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集頻率、數(shù)據(jù)來源、名稱、展示維度、展示組件形態(tài)等進(jìn)行設(shè)計。

3）設(shè)計展現(xiàn)畫面的效果圖。

4）根據(jù)可視化展現(xiàn)平臺的主要功能完成數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)在展現(xiàn)平臺中進(jìn)行預(yù)覽。

5）設(shè)計展現(xiàn)畫面。通過組件將展現(xiàn)畫面中的圖形拖放到畫面中，并對畫面的屬性進(jìn)行設(shè)置，實現(xiàn)分析指標(biāo)與數(shù)據(jù)之間的綁定，設(shè)計好展現(xiàn)畫面之后保存進(jìn)行預(yù)覽，如果存在問題及時進(jìn)行修改。

6）設(shè)計展現(xiàn)控制臺。將第5步中設(shè)計好的畫面在展現(xiàn)控制臺中進(jìn)行播放。

在設(shè)計過程中最重要的部分為分析指標(biāo)與數(shù)據(jù)之間的綁定，將用戶所需要的數(shù)據(jù)通過可視化控件進(jìn)行展示，數(shù)據(jù)綁定的定義方式如下：

調(diào)度平臺中的所有控件中都設(shè)置了綁定列表（Binding List），其主要作用是對當(dāng)前定義好的綁定進(jìn)行記錄。

2.2 通信調(diào)度全景化管控平臺展現(xiàn)場景

隨著信息技術(shù)的發(fā)展及電力系統(tǒng)的運(yùn)行，通信調(diào)度過程中的全景可視化展示將是未來發(fā)展的必要趨勢，可視全景化展現(xiàn)場景的具體內(nèi)容如下。

1）電網(wǎng)模型潮流展示圖。電網(wǎng)模型潮流圖主要展示了電網(wǎng)的主體框架，展示遙測、遙信等不同應(yīng)用的計算結(jié)果，這是電網(wǎng)模型的主要圖形表達(dá)方法。

2）以地理背景為基礎(chǔ)的展示圖。地理背景圖是以改進(jìn)的示意性地理背景為基礎(chǔ)，根據(jù)電網(wǎng)監(jiān)測的實際需求，對區(qū)域的電網(wǎng)態(tài)勢以最直觀的圖形界面進(jìn)行可視化展示，從而為市場營銷提供決策支撐。

3）網(wǎng)架拓?fù)湔故緢D。網(wǎng)架拓?fù)湔故就ㄟ^Google衛(wèi)星瓦片地圖實現(xiàn)，通過OpenLayers框架對地圖中的相應(yīng)信息進(jìn)行拼接和場景展示，包括配變點基本信息、線路路線信息、桿塔點信息等。

4）時間維度展示圖。時間維度展示通過Echarts圖表庫展示實現(xiàn)，可以實現(xiàn)通信調(diào)度平臺的不同指標(biāo)名稱、指標(biāo)對象及時間段的自定義檢索，可以查看任意時間段內(nèi)的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)走勢，利于工作人員的電力系統(tǒng)決策制定。

5）業(yè)務(wù)維度展示圖：①邏輯拓?fù)浔O(jiān)測：邏輯拓?fù)浔O(jiān)測主要用于描述供電所和配變間的關(guān)系。對不同的電力線路分別設(shè)置不同的顏色進(jìn)行區(qū)分，可以通過點擊配變詳情定位到GIS衛(wèi)星地圖上;②線損分析：線損分析主要是通過Echarts圖表庫對電力系統(tǒng)的全量配變線損值進(jìn)行實時展示，結(jié)合全景地圖標(biāo)示出不同區(qū)域的線損，是配網(wǎng)重要考量指標(biāo)之一;③停電分析。利用各種數(shù)據(jù)圖形對頻繁停電信息進(jìn)行展示，并切換展示不同地區(qū)的停電數(shù)據(jù);④顆粒維度展示。顆粒維度展示主要是通過整理鄉(xiāng)鎮(zhèn)線路邊界，鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心點，分析電力系統(tǒng)在不同區(qū)縣的系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)，展示區(qū)域配電網(wǎng)的各項指標(biāo)，能夠有效地為配電網(wǎng)監(jiān)測工作提供直觀的數(shù)據(jù)支撐和決策支持[10]。

2.3 通信調(diào)度全景化管控平臺前后端交互模式實現(xiàn)

電力系統(tǒng)由于對安全性有較高要求，因此通信調(diào)度全景化管控平臺搭建是基于電力系統(tǒng)內(nèi)部的私有網(wǎng)絡(luò)，直接與各個應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這就要求通信調(diào)度全景化管控平臺的前后端數(shù)據(jù)必須以報文的方式進(jìn)行交互。一般在應(yīng)用中報文的發(fā)送主要有中間件和Socket方式，相對來說Socket方式價格適當(dāng)，使用范圍較廣，而且其能夠在異構(gòu)系統(tǒng)之間進(jìn)行雙向通信連接，因此，通信調(diào)度全景化管控平臺前后端數(shù)據(jù)交互采用Socket方式構(gòu)建異構(gòu)數(shù)據(jù)之間的通信。通信調(diào)度全景化管控平臺消息引擎主要為前后端數(shù)據(jù)交互提供通訊通道，它主要包括監(jiān)控畫面數(shù)據(jù)的接收和處理。由于通信調(diào)度全景化管控平臺架構(gòu)是由WPF+JA-VA設(shè)計的異構(gòu)體系：

協(xié)議作為通信的基礎(chǔ)，因此雙方通信之前首先要確定協(xié)議。先確定協(xié)議包的最大容量，如果超出容量范圍，則將數(shù)據(jù)分多次傳遞，以避免在數(shù)據(jù)傳輸過程中因協(xié)議包太長而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失、遺漏。協(xié)議包由包頭、包體、包尾三部分構(gòu)成，消息協(xié)議內(nèi)容如下：

3 結(jié)語

文章研究的通信調(diào)度過程全景化管控平臺及前后端的交互，全景化大屏可以對電網(wǎng)調(diào)度的運(yùn)營狀況進(jìn)行直觀的展示，有助于快速獲取配電網(wǎng)各方面維度的規(guī)律信息，為未來配電網(wǎng)全景監(jiān)測可視化的設(shè)計和開發(fā)提供理論支持。

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