供電調度中心的可視化平臺開發與應用

花 潔, 梁錦來, 區允杰

（廣東電網有限責任公司佛山供電局, 廣東佛山 528000）

在電力系統中, 供電調度中心是極為重要的部門, 其主要負責調度和指揮電網, 同時對整體運行進行管控。近些年, 我國的電力結構正在不斷優化, 供電的可靠性也在加強, 但同時電網中所使用的設備也越來越多, 類型越來越復雜, 系統復雜程度在不斷上升, 給電網調度工作帶來了極大困難[1］。因此, 建立電網調度可視化平臺對設備信息的多維數據進行圖形處理, 有效消除信息系統孤島, 實現配網全域監控, 提升電網調度水平和供電服務能力至關重要。目前, 國內外應用較多的可視化平臺包括Ventuz平臺、DateV平臺、Apache Superset平臺等[2-4］, 主要通過Tableau、R語言等數據分析工具[5］, 融合數據相關算法對數據分析過程進行可視化展示[6-8］, 使得供電調度工作能夠在較為形象和清晰的辦公平臺呈現出來, 實現數據、圖形的可視化。但該類可視化平臺也存在一定缺陷, 如平臺專業性太強, 操作要求較高, 通常要求具有精細化的圖形工具和豐富的圖形算法等[9］。基于此, 本文采用兼容性強、易操作的OpenGL平臺進行電網調度的可視化設計, 從主配網運行監控、負荷調度、事故預警等方面進行系統開發, 有效提升了供電企業電網管理監控水平和故障處理能力。

1 可視化技術路線

1.1 系統需求

電力部門供電線路連接配電變壓器、斷路器、電容器等設備, 集供電設施、設備和線路于一體。系統主要實現供電設備管理、運營監測、供電預算管理和調度指揮等, 需要在可視化平臺上展示供電網絡的設備、設施運行參數和狀態, 可通過可視化平臺實時查詢運行參數和運行狀態, 實現設備運轉狀態的協調、指揮, 及時發現線路故障, 保障供電服務。因此要求建立的可視化平臺能夠實時展示配電網絡中設施、設備的運行狀態, 為配電網故障排查、監測提供一體化應用平臺。

1.2 可視化技術應用

系統基于OpenGL進行三維可視化平臺開發, OpenGL能夠讓窗口系統與硬件分別獨立運行, 運用OpenGL的適配器可以開發并設計不同機型的圖形軟件和處理軟件, 解決了兼容性問題。OpenGL能夠在當前主流的操作系統上運行, 并且能夠從一個平臺移植到另一個平臺。

系統的界面編程主要依靠Qt來完成, Qt可以提供包裝類型的OpenGL, 即QGLWidget進一步深化開發設計。處于OpenGL環境時, 可以對多種可視化場景進行繪制, 包含了可視化圖元, 同時也可繪制一些基礎圖形, 還能夠對可視化場景的布局進行控制, 且設立了可視化的插接接口。借助于OpenGL技術, 系統在不同的操作系統中或硬件上都能夠發揮可視化的功能。

2 系統結構設計

2.1 系統架構

系統采用三層網絡架構設計, 主要包括業務邏輯層、數據層, 以及功能表現層, 具體架構如圖1所示。其中, 數據層為系統提供數據服務, 在本研究系統中, 其數據的類型包括圖形數據與屬性數據兩大種類[10］, 如基礎信息數據、電網運用數據等。業務邏輯層實現供電服務的業務邏輯管理, 主要包括用戶權限、設備信息查詢。功能表現層實現系統各功能操作。而可視化平臺是系統操作的基礎, 因此其所含有的圖形數據較多, 這樣在界面設計時, 采用框架結構方便操作人員進行圖形操作。基于三層網絡架構設計, 實現系統數據、業務和運行的相互獨立, 若是要更改某一個系統層次, 那么只需要對本層功能進行優化即可, 使得系統的維護工作更為高效。

圖1 系統體系結構Fig.1 System architecture

2.2 系統可視化平臺設計

系統基于可視化平臺來指揮與服務供電調度, 也即多種功能的模塊都可以基于可視化平臺開發, 實際設計中, 包括了系統功能模塊設計以及圖形信息數據庫設計, 如圖2所示為可視化平臺應用于供電服務指揮線路圖。

圖2 可視化平臺技術路線Fig.2 The technology roadmap of the visualization platform

系統的基礎之一就是圖形設計庫, 其在進行圖形數據獲取時主要是通過公用影像方式或是無人機拍攝方式, 而設備圖形數據的獲取和錄入需借助于OpenGL平臺, 矢量數據庫由數字化操作實現。屬性數據庫以設備分布、投資分類設計, 根據數據庫核心表進行分類。建立好系統數據庫和圖形數據庫后, 即可在OpenGL地圖編輯環境下實現兩者對應。

供電指揮可視化設計也需進行OpenGL接口的調度, 在這個過程中訪問服務會由后臺發布, 而借助于HTML5, 客戶端能夠直接對接口進行訪問并調用。系統的圖形操作以框選的方式實現設備分布分析, 并以列表的形式顯示。系統圖形功能完成開發后, 將業務功能與圖形功能的UI集成, 為Web Servers提供服務, 在客戶端發送設備ID, 然后在數據庫中查詢設備信息, 以Layer顯示結果。

3 系統功能具體設計

3.1 供電裝置的管理設計

供電裝置與設備管理類, 主要包括裝置的設置類與設備的查詢類等。比如設備的查詢類需要進行數據統計, 其統計主要是根據具體條件來執行, 然后將統計結果返回到現實類別當中。查詢類會將所有統計條件都保存在數據庫中, 通過數據庫進行顯示和訪問操作, 并生成相關的統計結果（圖3）。用戶通過鑒權進入供電設備管理頁面, 設備類型信息以圖形化方式展示。系統數據庫設備圖形數據庫與屬性數據庫中的主鍵建立對應關系, 以ProjectGIS為主體類設計, 由GIS定位查詢設備信息, 并在主類ProjectGIS中執行FangPosition（）, 由DataBase實現數據庫信息更新和操作[11］。

圖3 設備管理類圖Fig.3 Equipment management class diagram

3.2 運營監測的管理設計

運營監測模塊中, 選擇DataServer作為電網運行操作類, ExamineURL為服務檢查類, ImportData為數據導入類。電網運行數據根據相關地址、接口導入到系統服務端。當電網運行數據服務端收到查詢請求后, 通過發送JSON數據請求將遠程數據導入本地服務器端。電網運行數據包括結構化數據和非結構化數據。服務類用于實現設備電網運行結構化數據, 非結構化數據以FTP站點管理、測試來實現。在進行數據導入時, 為保證不同電網業務系統能夠訪問一個設備, 以URL的形式給出業務系統的服務和相關參數[12］。實際進行數據請求以前, 還需對系統的URL配置進行測試, 經過有效性校驗后, 將測試結果返回服務端, 最終存儲到集成數據庫中（圖4）。

圖4 電網運行詳細類圖Fig.4 Detailed grid operation class diagram

3.3 供電預案方面的管理設計

實際管理工作中涉及的供電預案方面主要包括定制預案、刪除預案以及修改預案等。DB類為數據庫操作類, 實現數據庫連接狀態識別和釋放, DataSet為數據庫記錄操作類, 通過執行SQL語句來完成數據記錄和查詢, 包括數據修改和刪除操作；Plane類為供電預案管理主類, 作為供電預案所有維護操作主入口, 可調用其他類, 用于對供電預案的整體管理, 包括擬定供電預案, 進行預案有效性校驗；SearchPlane用于執行供電預案查詢操作類, 通過執行SQL語句對供電預案進行查詢；StaticPlane具體執行供電預案統計操作類, 并根據統計條件生成SQL語句, 以數據形式返回到操作主類中（圖5）。

圖5 供電預案信息類圖Fig.5 Information class diagram of the power supply plan

3.4 調度指揮管理設計

調度指揮管理通過指揮指令來實現可視化供電智慧管理工作, 如圖6所示為調度指揮管理類圖。MessageInfo主要功能是進行信息查詢, 同時還可進行維護管理, 其消息設計的供電設備突出顯示依靠聚焦法來實現；User用于實現各類用戶登錄操作, TaskInfo實現供電調度的任務類操作, 包括任務查詢、維護等；InstructionInfo實現指令的發送、查詢等操作, QuestionInfo用于實現基于供電指揮平臺的信息交流。

圖6 調度指揮管理類圖Fig.6 Command and management class diagram

4 可視化平臺供電系統的實現

系統基于Windows 7操作系統, 采用Qt5.8開發平臺。其中圖形開發為OpenGL平臺, 數據庫選擇MySQL8.0。

4.1 供電裝置管理功能

系統中的供電裝置, 主要涉及的管理功能包括查詢信息、統計數據、維護信息和可視化展示部分。在查詢信息時, 主要是通過設備關鍵字進行查詢, 然后借助于接口將查詢結果進行發布, 統計數據過程中需要統計裝置的多維信息, 維護信息是根據供電服務系統數據結構要求進行數據增刪等操作, 最后將各功能和統計結果在可視化平臺上以圖形方式展現。

4.2 運營監測管理功能

系統根據運營監測需要從數據庫中查詢設備ID信息, 向SCADA系統發送請求獲得JSON數據, 對JOSN參數數據解析分離獲得各查詢數據, 其中包括運行狀態ID、電流值ID、有功ID等, 將實時ID封裝成數據流的方式, 并以約定的JSON數據格式返回, 將返回結果解析后保存在臨時存儲數據中。

4.3 供電預案管理功能

供電預案管理是保證電網運行的基礎, 主要分為供電預案維護、預案查詢2個功能模塊, 并將源信息以可視化的方式在大屏等可視化載體上展現, 由于供電預案數據是多維度的, 因此系統可通過查詢類屬性來標識查詢類型, 而查詢條件的設計主要是結合預制規則, 從而依據條件來采集數據和分析數據, 最后是將數據分析結果儲存到數據庫中, 圖7為供電預案管理界面, 可以看到電網故障位置以及發生的具體時間、修理進度等詳細信息。

圖7 供電預案管理界面Fig.7 The interface of the power supply plan management

4.4 指揮調度管理功能

為了切實滿足不同地區的用電需求, 需要對供電進行調度, 同時應當對各地區的用電水準和實際發電能力進行監控, 保證用電設備和發電之間能夠平衡協調。系統進行供電調度指揮主要涉及越限監控、用發電平衡監控等方面。如在發用電平衡監控中, 可通過系統對全省統調發電機組下的備用容量進行監控, 并累計并網負荷, 形成實際調用電負荷曲線。在越限監控中, 調度員根據電網運行情況, 設置優先級不同的臨時限額, 當變電站主變潮流超過穩定運行限額時, 根據越限程度由高到低排序, 以保證電網安全, 圖8為某一線路的越限實時畫面。

圖8 越限監視界面Fig.8 The interface of limit monitoring

5 結 論

可視化技術應用在電網調度中, 極大地提升了供電企業對資源的利用率, 為電網人員提高電網管理水平提供了計算支持。本文以供電服務智慧為基礎, 在供電服務管理系統中引入了可視化平臺, 進而對供電裝置進行信息查詢、運行參數獲取以及圖形化處理, 形成智慧型供電服務平臺。整個系統采用了MySQL數據庫, OpenGL圖形庫, 以Qt進行系統前端開發, C#實現數據服務接口, 實現對主配網運行監控、預警、調度以及緊急狀態下的服務響應和現場搶修功能。該系統的應用, 能有效提高供電企業電網管理監控水平和故障處理能力, 滿足客戶服務管理的可視化和流程化需求。隨著智能電網和大數據的不斷提高, 后續系統可從配網自動化聯動、可視化平臺大數據處理能力提升方面來改善, 提升系統用戶體驗。