电网运行信息可视化系统设计与实现

黄越，郭崇，刘红叶

（1.沈阳理工大学自动化与电气工程学院，辽宁 沈阳 110000；2.沈阳理工大学信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110000；3.中国科学院沈阳计算技术研究所，辽宁 沈阳 110168）

0 引言

电网可视化技术通过对生产数据的挖掘，对关键信息的提取与分析处理，用直接的视觉冲击来提高生产运行人员对监控电网的每时每刻状态的把控力。电网运行信息可视化系统主要采用基于Google地图切片地图绘制图、能灵活切分并能联合工作的人机交互界面、Echarts图表交互界面、三维建模图、平行投影、自动定位等图形技术，形成一整套涵盖电网运行、电网维护、数据统计等领域的可视化环境。智能可视化系统可以帮助电网生产人员规划和改正控制方案，并且能帮助他们快速评估系统运行状态以及可能发生的变化[1-3]。

1 系统需求分析

1.1 总体分析和设计要求

实现电网调度管理的可视化监控，对主要调度类型的数据进行分类，并针对主要类型数据采用适当的图形表达法；对报警、预警等关键异常信息特殊化展示，能辅助调度人员做出决策；提供分析工具用于观察数据趋势变化。可视化系统采用B/S模式，使用SSH框架，使用对数据保密性强的国产达梦数据库作为数据存储工具[4]。

1.2 系统的设计目标

实现可视化电网数据监视，在电力调度核心业务基础上，对经常监视的指标数据进行分析并以合适图形化展示，解决调度面临的生产系统数量多，操作界面复杂，跨系统分析困难的问题；保证系统与数据库的松耦合，本系统采用分布式软件系统，降低程序的复用性提高开发效率；保证数据实时性及确保强大的数据处理能力，确保可视化系统监控性能，提供功能强大的数据平台，将结果以图形图表等可视化方式展示[5]。

1.3 系统的功能需求

（1）实时数据处理。以SCADA平台监控站内电网设备，获取各机组实时电力、装机等数据信息。经过SCADA系统对数据信息进行划分归类加工，有效分析海量数据，从而进行实时数据处理。

（2）可视化分析与展示。采用ECharts、Flex等可视化技术，让电力生产人员更形象直接地掌握电网运行状况而及时采取合理安排。

（3）生产数据及风电场信息展示。实时展示电网各电源类型、各地区、直调电厂等发电电力数据曲线。风场、风机的状态及出力、风速等数据的实时监测功能。使用BlazeDS做为Java数据读取和Flex前台展示数据交互，地图使用动态瓦片加载技术。

（4）检修可视化辅助决策。用实际地理接线图的方式直观展示电厂、变电站、线路的连接状态，可快速定位该设备位置信息，更直观地查看该断面下检修情况。

（5）电网事故预案分析。采用一种以输变电设备的状态在线监控与管理诊断技术为基础的电力维护技术，来预防和减少用电事故的发生率，从而以提高电力系统的安全性、可靠性、稳定性。

2 系统总体设计

系统架构如图1所示。系统采用分层架构，主要分为数据接入层、服务与工具层、系统应用层。数据接入层集成各类子系统数据，包括OMS系统、EMS系统、PMS系统等。服务与工具层采用大数据等技术对数据资源合理分配，以及电力运行、运行监控、电力分析等工具组件。应用层包括数据分析展示，将数据结果与辅助决策参考意见展示到Web界面上[6-8]。

3 系统详细设计

3.1 体系结构设计

电网运行信息可视化系统以现有的SCADA、EMS等系统为基石，灵活应用数据库技术、互联网技术等进行架构，在系统的交互性、信息展示的直观性、完整性以重视。系统对海量数据进行采集与展示，再经过数据分析，形成规范、互动性强的可视化界面，从而使得运行人员更准确了解电网运行状态，能对未来趋势更好的控制。本系统通过SOA管理架构模式实现各模块有效结合，符合平台化开放系统标准，体系结构如图2所示。

3.2 数据库设计

电网运行信息可视化系统的数据繁多、业务关系复杂，在设计数据库时应考虑用户各方面需求，以及后续可能变更或增加的业务逻辑。数据库连接池可以对数据库连接进行有效管理，创建数据库连接后可记录在内存中，不需要每次访问都重新建立，并采用代理技术来完成数据库连接管理。本系统采用JDBC连接池技术首先限制访问的最大资源，在资源利用最大化的同时减少访问周期，使数据库接口更简洁，资源化管理更安全。本系统应用的数据库包括地图地理信息数据库、发变电厂站和设备信息数据库、电力业务相关数据库、模型分析数据库等。

4 系统的实现

4.1 数据库连接的实现

数据库连接池负责分配、管理、释放数据库连接，采用数据库连接池技术获取和关闭数据库连接，可以减少连接的开启和关闭时间。如果不使用数据库连接池，执行一条SQL需要建立TCP三次握手、创建数据库连接、SQL执行、数据库关闭、TCP握手关闭的操作。连接池在系统启动时初始化，根据配置最小连接数创建一定数据库连接。当用户执行完毕后，并未关闭数据库连接，而是将其存放在连接池中，其创建与结束都来自连接池的管理。

4.2 风电场轮廓算法

系统记录每个风机的经纬度坐标，在地图放大至一定级别后显示每个风机的位置信息，风电场地理空间较大，为了更完整、更直观地显示风电场信息，区分各个风电场，这里根据风机信息勾勒出所属风电场的轮廓。选择风电场中的x坐标最小的风机点，遍历寻找tan最大的点连线，并把该点作为下一基准点，再依次遍历x坐标大于该点的tan最大的点，直到找到x最大值的点。重新遍历寻找tan最大的点连线，并把该点作为下一基准点，再依次遍历x坐标小于该点的tan最大的点，直到连接x最小点成为封闭图形，最后勾勒出整个风电场轮廓，如图3所示。

5 结论

电网运行信息可视化主要目的就是实现灵活的人机交互，利用智能化、可视化技术快速有效地处理大规模电网所产生的海量数据。系统采用B/S模式三层系统架构、SSH架构，运用Flex、BlazeDS、Ajax、Eharts等技术，异步通信方式实现了数据与可视化界面的实时通信，与传统的电网调度系统相比，更能提高数据的实时交互性。电网运行信息可视化系统将全面提升电网调度的灵活调控能力、科学决策的管理能力，提升电网的安全、经济运行水平，提高对电网的规划管理水平。