智能变电站一体化监控系统图形平台的设计与开发

王冬霞，施广德，钟昀，檀庭方

(国电南京自动化股份有限公司，南京 211100)

0 引言

随着电力系统运行水平的不断提高，新一代智能变电站对信息模型的要求进一步规范和统一。借助于信息共享机制，以IEC61970 CIM模型为核心[1]，融合IEC61850数据模型，可建立电网全景模型，从而构建智能变电站一体化支撑平台，并以此为基础形成一体化监控系统[2]。为了快速并全面地获取系统信息，监控系统中绘制与编辑大型电气接线图时，基于通用电力模型[3]创建对应的一次、二次设备，实现对应信息的关联。通过一次设备之间的链接关系，创建拓扑节点、自动生成拓扑关系；根据状态决策和颜色决策等实时信息，更新一次设备的显示状态并完成拓扑着色。使得图形的绘制、数据库中模型的创建以及实时数据的处理都统一放在图形平台下完成，通过组件接入的方式提高系统的集成度，便于维护的同时，方便工程人员进行工程配置。

1 系统架构

一体化监控系统图形平台的整体设计，采用“平台+应用”的分层体系架构，具备强大的跨平台特性，可兼容于各种硬件平台，包括服务器、工作站和微机等，又可运行于不同操作系统，如Windows，Linux和Unix，全面满足电力监控系统对运行环境的不同需求。系统的设计遵循IEC 61850/IEC 61970等国际标准，统一支持集控站/厂站监控系统的各种应用，系统结构如图1所示。

图1 系统结构

由图1可以看出，图形平台提供了统一的人机界面，包括画面编辑器和实时画面显示模块，集成图模库一体化访问组件、一次/二次映射访问组件、一体化集成配置工具等于一体，并嵌入了对应组件的工具栏与视图导航结构图于图形编辑器中。

画面编辑器主要是提供绘图与各种图形配置功能；实时显示模块主要是利用实时数据库中的实时数据，完成画面状态和颜色的刷新，并提供人工置数、遥控等功能。图模库一体化访问组件主要功能是在图形绘制的同时完成一次设备创建，并提供统一的界面完成与二次设备的关联；同时，利用图形绘制时提供的连接关系，创建拓扑节点，生成拓扑岛，并提供拓扑着色功能给图形完成画面颜色的刷新。一次、二次映射访问组件主要提供一次、二次设备的特定查询服务。一体化集成配置工具的功能是在图形界面上提供配置手段生成变电站的一次、二次设备配置信息，具备初步的一次、二次信息自动关联能力。

2 集成设计与开发

2.1 画面编辑器

图形编辑器初始化过程中，集成了图模库一体化(PMS)访问组件提供的工具栏，一体化配置工具提供的导航配置窗，并加载了一次、二次设备映射组件。整个初始化流程如图2所示。

图2 画面编辑器初始化流程

画面编辑器绘制与编辑电气接线图的时候，同时创建对应的一次、二次设备，实现四遥信息的关联。通过一次设备之间的链接关系，创建拓扑节点、自动生成拓扑关系。图3展示了接线图的绘制与拓扑生成流程。

图3 接线图的绘制与拓扑生成流程

图形编辑器利用组合图元的属性定义，扩展一次模型信息，优化图模一体化配置流程；支持连接线的吸附、拖拉与自动移动等功能。

图形系统采用了插件管理系统[5]，定义插件与图形平台的公用接口，支持根据插件体系规范开发的插件模块，而插件的注册、卸载等操作则由图形平台通过接口实现统一管理，目前系统开发了曲线和表格插件，嵌入到画面中进行展示。采用“平台-插件”模式可以为程序的开发、测试和后期程序的升级带来很大的方便。插件体系结构[6]如图4所示。

图4 插件体系结构

图形系统还增加了3D文件导入与展示功能[7-10]。图5是三维文件的展示流程图，提供三维场景和3D容器嵌入原有的二维图形的2种展示方式。主要采用OpenGL技术，实现obj和3ds格式3D文件的导入和展示，并可以进行三维空间的旋转、缩放等功能[2]。

图5 三维文件的展示流程图

另外，图形编辑器支持国网的远程浏览、南网的源端维护[11]的模型导入等功能，融合了可定制功能、分层管理功能，从而更好地满足了不同应用领域的需求。

2.2 图模库一体化访问组件

PMS访问组件用于图形工具创建电力主接线图的过程中，在数据库中同步创建对应的一次设备对象及它们间的拓扑连接关系，该组件主要包含以下几种功能：编辑电力图符所需的一次设备信息获取接口；创建、删除、复制、间隔复制一次设备对象调用接口；创建、删除、复制、间隔复制一次设备间的拓扑连接关系调用接口；创建图模库一体化工具栏调用接口(包括拓扑检查、GID设置、节点库、拓扑母线库、参数检查、CIM导出等)；编辑一次设备调用接口；设置一次、二次设备映射调用接口。图6展示了一次设备层次结构模型。

图6 一次设备层次结构模型

2.3 一次、二次映射访问组件

一次、二次设备映射访问组件用于提供一次设备和二次设备相互间的映射信息接口服务，主要包含以下几类信息接口：从一次设备到二次设备的映射接口；从二次设备到一次设备的映射接口；关键量测的一次、二次映射访问接口；一次设备所从属CIM层次对象提取接口；二次设备所从属的CIM层次对象提取接口；一次设备的拓扑关系访问信息接口等[12]。为图形平台等提供一次、二次设备的特定查询信息服务。

2.4 一体化集成配置工具

一体化监控系统集成配置工具的功能是配置生成变电站的一次、二次设备的配置信息，至少具备初步的一次、二次信息自动关联(通过LN对象来实现)能力，生成变电站的SSD文件，并能生成变电站的输出接口文件，如SCD文件、CIM文件等。图7是集成配置工具的配置流程及模块调用关系图。

图7 配置工具的配置流程及模块调用关系

2.5 实时画面展示模块

图8展示了实时画面刷新的流程，该模块利用注册回调的信息从实时库中读取实时变化的数据，根据一次设备的运行状态(开关、刀闸等)，配合状态决策和颜色决策的返回结果，改变对应图元的状态、完成拓扑着色等功能，并刷新遥测值。同时支持人工置数、遥控等功能，并由同步模块同步到其他的机器中。

图8 实时画面刷新流程

应用该监控系统，各种设备的拓扑计算结果以不同颜色显示在监控屏上，开关刀闸的开合态是状态决策的结果。该系统在宝丰能源变的成功试点，证明了该一体化监控系统平台实际应用功能的有效性。

3 结束语

基于上述智能变电站一体化监控系统图形平台已成为新一代智能变电站的重要组成部分，该平台已在宁夏宝丰能源变电站成功试点投运。通过此图形平台，不仅可以迅速构建出符合IEC 61850/IEC 61970标准的电力模型图、主接线图和间隔图等，而且可以同步创建电力一次设备库，通过图形平台管理来管理电力图与一次设备库，生成与校验全站的拓扑关系，实时刷新一次、二次设备的状态以及对应的遥测值，全面监控整个变电站的运行状态。利用此图形平台提供的定制性、插件体系、以及二维/三维一体展示功能，可以适应未来各应用领域的发展要求，构建各种图模一体化监控系统。

参考文献：

[1]邵立冬，吴文传，张伯明.基于CIM的EMS/DMS图形支撑平台的设计与实现[J].电力系统自动化，2003，27(20)：11-15，39.

[2]王冬青，李刚，何飞跃.智能变电站一体化信息平台的设计[J].电网技术，2010，34(10):20-25.

[3]唐晓莉，林庆农，陆鑫，等.基于通用模型的电力图形软件开发平台[J].电力系统自动化，2010，30(6)：131-134.

[4]陈爱林，耿明志，张海东，等.智能变电站和主站共享建模的关键技术[J].电力系统自动化，2012，36(9):72-75.

[5]尚伟，田瑞丽，白洁，等.基于插件技术的图形标绘软件设计[J].计算机与网络创新生活,2010(3):95-97.

[6]袁芳.基于插件技术的电力系统在线安全分析系统[D].天津:天津大学，2010.

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[8]王志鹏.基于知识可视化的数字化变电站一体化监控系统的开发研究[D].太原:太原理工大学,2012.

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[11]王化鹏，杨威，许智，等.智能变电站一体化信息平台源端维护模型转化技术[J].电力建设，2012(1):27-31.

[12]董张卓，段欣，李骞.电网图形平台和静态拓扑的生成[J].电力系统保护与控制，2009,37(18):89-92.