PI在SCADA系统中的推广应用*

王晓建

(国网浙江省电力公司湖州供电公司,浙江湖州 313000）

PI在SCADA系统中的推广应用*

王晓建

(国网浙江省电力公司湖州供电公司,浙江湖州 313000）

对可扩展标记语言(XML）、CIM模型、SVG图形等相关理论进行描述,通过研究关系型数据库中CIM/ XML的存储技术,实现了在关系型数据库中CIM/XML模型的存储.结合ORACLE数据库和PI系统技术,实现了PI在SCADA图数模一体化中的推广应用.

PI应用;SCADA;SVG图形;CIM/XML

在电力系统中,调度SCADA系统作为能量管理系统中一个最主要的子系统,技术发展较为成熟,应用也比较广泛.它已经成为电力调度一个重要的工具,能帮助调控人员正确掌握电网运行状态,快速诊断出电网系统故障状态.按照电力系统二次安全防护的要求,管理信息区计算机无法直接连接SCADA系统,各个SCADA生产厂家往往通过系统镜像外移、开发WEB等手段来满足普通办公人员的需要.但是仅仅一个镜像的专业数据库或一个WEB发布功能,还难以满足工作的需要.对普通员工来说,大部分SCADA系统的历史数据和实时数据还无法利用,需要系统开发厂家和专业技术人员的支持.

随着技术的发展和成熟,PI系统作为企业数据的管理平台,在电力系统中取得了较大成功,SVG、CIM/XML等也在电力调度系统中得到广泛应用.如果将两者结合,构建电力企业数据平台,会将企业信息化建设和管理提高到一个新的水平.

1 使用的相关技术

1.1 CIM/XML

对于电力系统领域而言,CIM可以用来描绘具体的电力系统数据模型,是电力系统元数据的模式. CIM模型是IEC 61970[1]协议整体框架的基础,它为各个应用提供了统一的电力系统逻辑描述,尤其是在EMS系统领域.它定义了电力工业的标准对象模型,提供了一种表示电力系统的对象.

XML是可扩展标记语言,作为一种可用来制定具体应用语言的元语言,既具有强大的描述能力,又具有适合网络应用的简洁性.它不仅描述了一类称为XML文档的数据对象,同时也描述了处理这些数据对象的计算机程序的行为.它的用途主要有两个：一是作为标准交换语言,担负起描述数据交换的作用;二是作为元标记语言,定义各种实例标记语言标准[2].

1.2 PI数据库

PI用于实时数据的自动采集、监视和存贮.作为实时和历史数据库,能提供清晰、精确的操作画面,供用户查询当前和过去的生产情况,同时为用户和软件开发人员提供高效的开发工具.PI应用程序在业务管理和实时生产之间起到了桥梁作用,使用户很容易实施工厂级和公司级管理.PI的客户端产品将用户界面Windows化,经过简短地培训,用户即可灵活应用PI开发.PI以功能强大、易用等特点在业界保持领先的地位.

1.3 SVG图形

SVG是一种使用XML来描述二维图像的语言,可以构造矢量图形、位图图像和文字等3种类型的图形对象,是互联网联盟(W3C）正式推荐标准之一.SVG图形对象可被样式化、组化、变形和重组.

1.4 ORACLE数据库

Oracle是目前最流行的客户/服务器体系结构的数据库之一,是以高级结构化查询语言(SQL）为基础的大型关系数据库.Oracle数据库产品除了数据库系统外,还有应用系统和开发工具等,是当前数据库技术的典型代表.

2 图形和模型的存储

应用开发主要基于电网模型,数据网关接收的SVG图形、CIM/XML[3]模型以及E文件均来自SCADA系统.CIM/XML模型文件和SVG图形文件在处理完后保存到指定的文件夹中,而E文件则被删除.开发过程中还需对SVG图形和CIM/XML模型进一步加工和存储,以满足各类应用需求.

2.1 实现框架

将SVG图形文件存储到指定目录,CIM/XML模型文件存储到ORACLE数据库,数据网关服务器上部署模型和图形存储软件.整个软件框架如图1所示.

实现方式：通过监听指定目录,发现新的图形文件和新的模型文件,将它们保存到数据库中.

图1 存储实现框架Fig. 1 Storage Im plem entation Fram ew ork

2.2 图形的存储

和电网模型一样,一次接线图会随着时间的变化而变化.为了记录变电所一次接线图的变化情况,我们通过判断图形名称记录变化的时间,SVG图形则以文件形式保存.下面通过举例加以说明.

如slb.svg为士林变的一次接线图,一旦检测到该文件有变化,则将最后一次修改时间标注在文件名中,如文件命名为slb_yyyymmddhhmiss.svg,其中yyyymmddhhmiss为年月日时分秒,然后记录到数据库中.记录情况如表1所示.

表1 一次接线图变化记录Table 1_Wiring diagram of a change record

2.3 模型的存储

2.3.1 数据库设计

通过分析CIM/XML模型,可以看出资源属性和关联,资源的存储是CIM/XML在数据库存储中的两个主要问题.我们一般采用三元组表的方式来描述资源的属性和关联关系.在数据库设计时,我们建立了文字说明表、命名表、三元组表、资源表和模型版本表等5个表来满足数据的高效存储以及对模型版本的需求.资源的存储,就是将电网模型涉及的电力系统资源保存起来.

2.3.2 流程图

模型存储到数据库的流程图如图2所示.

图2 模型存储到数据库的流程图Fig. 2 Flow chart of the m odel is stored in the database

3 应用软件的设计与实现

3.1 框架设计

PI数据库中存放实时数据,ORACLE数据库中存放SCADA系统模型和图形[4],而应用的开发方式是从PI数据库中读取实时数据,从ORACLE中读取电网模型和图形,开发时将两者结合在一起.整个框架设计如图3所示.

3.2 界面设计

3.2.1 登录画面

通过用户名/密码认证登录,具有密码修改功能,增加了应用系统的安全性,如图4所示.用户登录认证后,根据用户角色权限自动分配相应模块的使用功能,软件能够自动从网站更新,确保用户使用最新的功能.

3.2.2 主界面

软件的主界面主要分为两个区域,右边区域和左边区域,设计如图5所示.

右边区域：右上区域供用户选择开始时间和结束时间.如果输入开始时间,拓扑和图形是开始时间,数值显示的也是开始时间的值.如果输入结束时间,则显示一条历史曲线,主要用于查看数据的变化情况,如要看某条线路有功2012年12月1日至现在的变化情况,那么开始时间选择2012年12月1日,结束时间选择现在的时刻.右下区域：用于显示SVG图形,通过设置控件Url的值来显示不同图形.区域内为一个浏览器控件,相当于将IE浏览器嵌入了应用程序中.如WebBrower0.Url=“e：svghsb.svg”,即可在窗口中显示相应的图形文件.

图3 应用框架设计图Fig. 3 App lication framew ork design

图4 用户登录界面Fig. 4 User login interface

图5 软件主界面图Fig. 5 Software main interface

左边区域：左上提供用户图形类型选择,主要包括：母线运行情况、联络线运行情况、主变运行情况、变电所一次接线图等.左下提供用户选择变电所,为了方便用户选择,变电所按照电压等级分为500 k V、220 k V、110kV和35 k V.

3.3 一次接线图显示

出于安全性考虑,除了个别部室和单位有客户端外,其他单位人员难以看到调度SCADA系统.在PI的应用开发中加入了显示一次接线图[5]的功能,用户不用进入到SCADA系统就可以看到变电所的接线图和设备的运行情况.应用开发中新增的用户浏览历史一次接线图功能,在目前的调度SCADA系统中还无法实现.

考虑到SVG图形文件既是一个标准的XML文档,也是一个可伸缩的矢量图形,在使用C语言开发过程中需要引入System.Xml,用到XmlDocument.XmlDocument类是一个非常重要的XML类,代表了一个XML文档,包含了loadxml、load以及save等重要的方法.其中完成从一个特定的xml文件导入xml数据的功能可通过loadxml方法实现.从一个字符串指定的xml文件导入xml数据可以通过load方法实现.将xml数据保存到一个xml文件中,则需要使用save方法.save方法还可以遍历整个XML文档,修改部分节点属性.

实现方式：用户登录系统,通过主界面选择要显示图形的类型,程序根据用户对变电所和时间的选择,从数据库中查询到相应的一次接线图名称.程序首先将SVG的图形文件导入到内存中,然后通过SAVE方法遍历所有节点,用PI中的实时数据替换找出的有量测、刀闸开关位置信息的节点,最后将内存中的文档输出到一个临时文件中,利用webbrower控件将图形显示.如果该图形已经在本地保存过,那么可以利用控件直接显示.

4 结语

本文通过研究CIM/XML在关系型数据库中的存储技术,结合存储在ORACLE数据库中的电网模型,开发了能够反映电网一次接线图、浏览历史图形等通用性的PI应用,准确性得到了较大提高,同时减少了PI应用的制作和维护工作.由于时间较短,只开发制作了一些相对简单、通用性较强的应用,还有一些SCADA的高级应用,如调度员仿真培训、潮流计算、状态估计等功能还有待开发.今后准备在现有工作基础上,重点实现一些基于SCADA系统图数模技术的高级应用,并对应用界面进一步美化和优化.

[1]张慎明,刘国定.IEC系列标准简介[J].电力系统自动化,2002,26(14）：16.

[2]刘崇茹,孙宏斌,张伯明,等.基于CIM XML电网模型的互操作研究[J].电力系统自动化,2003(14）：48-51.

[3]张慎明,卜凡强,姚建国,等.遵循IEC61970标准的实时数据库管理系统[J].电力系统自动化,2002,26(24）：230.

[4]陈济,郭创新,刘波,等.基于公共信息模型的自适应统一编码体系设计[J].电网技术,2010,34(2）：5256.

[5]刘栋,袁荣湘.基于IEC 61970公用信息模型的电网接线图形软件的设计[J].电网技术,2004,28(16）：3539.

Application of PI in the SCADA System

WANG Xiaojian
(Huzhou Power Company,Zhejiang Electric Power Company of the State Grid,Huzhou 313000,China）

This paper describes Extensible Markup Language(XML）,CIM model,SVG graphics and other related theories.Through the study of relational databases CIM/XML storage technology, the CIM/XML model is stored in a relational database.Combining ORACLE database and PI technology,we finally realize the application of PI in the SCADA chart module integration.

PI application;SCADA;SVG graphics;CIM/XML

TP311.5

A

1009-1734(2014）02-0031-05

2013-10-20

王晓建,工程师,硕士,研究方向：软件工程.E-mail：baggiosxd@163.xom