大电网集控中心SCADA人机系统间隔图的自动生成方法080619.doc

大电网集控中心SCADA人机系统间隔图的自动生成方法赵维俊，石文江，王荣茂，王洪哲（大连供电公司，辽宁省大连市，116011）摘要：在大电网集控中心SCADA系统中实现不依赖于独立图形参数或文件的间隔图自动生成功能将是十分有益的，因为面对大量的无人值班变电站，静态间隔图的维护难度大和画面响应速度慢决定了它不能适应大电网监控系统的发展需要。本文深入剖析了间隔图自动生成的关键技术：间隔图模版、图库自动关联，并给出了自动生成间隔图的两种实用方法，既基于实时库关键字和基于SVG图形技术的间隔图自动生成方法。关键词：数据采集与监控系统(SCADA)；可伸缩向量图形(SVG)；间隔图；图库自动关联； 0 引言大电网集控中心SCADA泛指接入50个以上无人值班变电站的调度自动化SCADA系统。随着全国电网大力提升调度自动化水平、大面积推广无人值班，采取大电网集控中心模式的供电企业越来越多1，由此也带来许多问题，其中安全操作是最重要的一个。由于一个屏幕大小的厂站单线图中的开关间隔相邻很近，容易发生“走错间隔”的情况，因此遥控操作应该在间隔图中完成。但现有大部分SCADA人机系统只提供手工绘制或半自动化生成间隔图的方法，并且间隔图是静态的，会形成大量的图形文件（或存储在数据库中的大量的图形参数），从而加大了人机图形检索的负担，大大降低了人机系统的响应速度。并且基于独立图形文件（或数据库图形参数）的间隔图绘制和调试的巨大工作量也给自动化维护人员带来非常大的压力，例如双倍的图库关联、信号对试、遥控试验等，尤其是由各类改造工程所带来的系统参数改动，如线路开关改编号等，如果间隔图未能及时更新，还可能发生间隔图误遥控情况。因此实现不依赖于独立图形参数的间隔图自动生成功能，即在SCADA厂站单线图的人机浏览状态下通过点击开关等图元对象由程序根据当前实时库生成相应的间隔图。在间隔图中执行遥控任务必然会显著提高操作安全性，并且维护简易、人机响应速度快。另外，间隔图还能提供类似于传统变电站控制屏的光字牌信号和只含有该间隔的报警及SOE的动态列表信息，因此它也非常有利于操作员观察开关遥控执行前后的该间隔一、二次设备的运行状态。1 间隔图自动生成功能所涉及的关键技术1.1典型间隔图的样式和功能SCADA人机系统的间隔图一般借鉴于变电站当地微机监控系统后台机的间隔图样式。它主要由间隔单线图、光字牌显示区域、间隔报警及间隔SOE列表三部分组成，只提供一个间隔的遥信、遥测、开关遥控（或档位遥调）功能，见附录A的表A1。1.1.1间隔单线图该部分由母线、开关、刀闸、接地刀闸、母线三相电压、线路电压（对于分段和母联为另一段母线电压）、有功、无功、三相电流、功率因数，间隔图与厂站单线图具有大致相同的人机功能。1.1.2光字牌显示区域光字牌的作用是将实时库中的遥信描述及其状态（“合/分”或“动作/复归”）以信号灯的形式显示在间隔图中，如绿色对应“复归”、红色对应“动作”，使操作员非常方便地了解一个间隔中的一、二次设备的当前运行状态。1.1.3间隔报警及SOE列表间隔报警及SOE子程序自动过滤当前间隔的报警及SOE信息并通过列表进行浏览查询显示，同时具有实时刷新、按遥信类型分颜色显示、历史浏览、统计查询、打印等功能。1.2自动生成的间隔图的图库关联方法和实时图形技术间隔图要实现自动生成，关键点之一是要解决唯一性标识问题。最好的办法是利用“厂站名+开关号”在一个电力企业所辖电网中的唯一性特点，并将这一间隔中的所有遥信、遥测、遥控（遥调）属性中均包含这个标识。1.2.1间隔图的漫游主目录、潮流图、厂站单线图、间隔图等人机画面之间的漫游关系类似于网页中的超级链接，主目录、潮流图、厂站单线图一般应具有自己独立的“静态页面” ，既具有独立的图形文件或独立的数据库中的图形参数。而间隔图则是在相同模版框架下的“动态页面”，既动态生成的图形参数，并且用后不保存。单线图到间隔图的“超级链接”的光敏点的选择很重要，它必须能向SCADA人机程序提供间隔图的生成请求和间隔的唯一性信息，因此单线图漫游到间隔图不是简单的“超链”能够解决的，它应该是由鼠标点击一个对象而产生的综合事件触发人机程序生成所需要的间隔图。要实现这一点，最佳的对象自然是开关、变压器、消弧线圈等图元。一般情况下，在人机操作中鼠标右击开关通常产生快捷菜单，进而可执行“测点信息查询”等操作，而左击开关的鼠标事件则很少被定义，因此它可以用作单线图到间隔图的漫游触发事件。为了防止在间隔图中左击开关图元而重复产生该间隔图，在间隔图中应屏蔽对开关的左击鼠标事件。1.2.2间隔图中的图元与实时库动态关联间隔图与单线图中的图元是相同的。区别是单线图中的图元与实时库的关联是由人工完成的，自动生成的间隔图中的图元由人机程序完成与实时库的自动关联2。实现自动关联还需要每个量测类型均有固定规律的描述方法，如“青云变8025有功”等，当然为了普遍适应不同电力公司的要求，SCADA人机系统应提供用户可以录入和修改的命名规则表，并提供图库一体化的维护工具，以确保命名的严格性。这样间隔单线图就可由程序自动关联到相应实时库的遥测、开关、刀闸等信息，光字牌被自动关联到遥信信息。其中，光字牌显示区域应提供最多数量的光字牌关联图元，其最大数量将约束能上间隔图的遥信信息的多少，因此实时库遥信量属性中应含有是否需要上间隔图的标记。未被关联到实时库的关字牌将不被显示。1.2.3校验自动生成间隔图的正确性为了保证由程序自动生成的间隔图的正确性，厂站接入的遥信、遥测、遥控、遥调试验应主要在间隔图中完成。试验的顺序可采用1）非停电试验时，厂站端应做好防止遥控、遥调二次回路实际出口的安全措施。2）反复进行间隔图生成，查看画面与实时库关联的正确性及稳定性。3）间隔图遥控、遥调操作，全面核对远动规约报文和双边表的正确性。4）厂站端做遥信、遥测试验，单线图与间隔图画面显示对比正确，总报警及SOE列表与间隔报警及SOE列表对比正确。1.2.4间隔图中的量测、报警、SOE的实时显示间隔图中的量测显示方法与单线图的相同，现在大多数SCADA系统均采用主服务器上的一个实时数据库，客户端人机系统通过与SCADA主服务器实时库网络接口服务程序建立TCP/IP连接来获取实时数据，一般采取基于事件驱动机制进行量测（遥信、遥测）刷新，基于商用数据库（或历史文件）加实时事件驱动的方法实现报警及SOE的实时显示，间隔图中的报警及SOE子程序与人机系统的报警及SOE独立程序的区别是自动进行间隔信息的过滤。1.3间隔图模版间隔图的自动生成必须依赖于模版，模版可以采取文档形式，如XML格式。其中光字牌、报警、SOE部分的模版单一，因此它们在间隔图中的自动生成比较容易。困难的是间隔单线图，一般有如下三种实现方法。1.3.1 间隔单线图基于典型电气主接线的图形模版一般电力企业的电气主接线的种类并不多，如双母带旁路、3/2接线等，因此所需模版的数目少，在具有动态着色功能的人机系统中，各电压等级的厂站还可共用一套模版。为了画面的细致、美观，间隔单线图模版一般采用手工绘制并被赋予不同的模版号，在开关属性中增加模版号标识（字段），在单线图中用鼠标左击开关进行间隔漫游时，模版号由间隔图自动生成程序读取，并获取间隔唯一性信息，根据事先定义好的图元与实时库的关联规则生成相应间隔单线图画面并动态着色，间隔单线图的其它人机功能同厂站单线图。1.3.2间隔单线图由厂站单线图中的局部间隔生成间隔单线图也可采用“抓图”的办法将单线图中的局部间隔区域取出并放大生成，但这种“抓图”并不是剪切图片的局部，而是取用单线图中的图形对象。一般厂站单线图中的一个间隔的图元对象被连成一个间隔串，间隔图自动生成程序抓取的就是这个间隔串及其母线接线部分，经放大后生成间隔单线图。但它的缺点是不美观，如容易变虚、元件位置不协调等，因为单线图一般由手工绘制，线条间距、粗细、量测位置的安排很难保证被放大后在间隔单线图中被很协调地显示。另外母线电压自动上间隔单线图也比较困难。1.3.3采用SVG技术在间隔图、单线图、潮流图中如果全面采用SVG技术3-7，那么图形的存储完全可以放在数据库中，并且SVG的自由放缩和高清晰图像特点为间隔单线图的自动生成提供了绝佳的实现手段，间隔图自动生成程序只需取用XML格式的单线图SVG文本中与开关对象相关的间隔串部分，再根据文本中的图元间相对位置增加母线电压、功率因数、系统频率、接地刀闸等量测图元，进而生成新的间隔单线图SVG文本，再被间隔图自动生成程序检索、关联最新实时库后显示在间隔单线图中。为了提高SVG图形的SCADA人机画面响应速度，SCADA人机系统应该向SVG标准靠拢，既需要实现SVG浏览器的部分功能，满足电网监控的要求既可。对于不满足SVG标准的SCADA人机系统就得需要SVG导入导出接口程序以实现SVG文本和专用图形参数之间的转换，但人机响应速度将大打折扣，并且可靠性和可维护性降低。2间隔图自动生成的具体方法2.1 基于实时库关键字的间隔图自动生成方法该种方法适合于非面向对象实时库的SCADA人机系统。传统SCADA实时库都是多个二维内存表和与之对应的硬盘文件，表与表之间靠关键字进行关联，如主服务器与前置服务器实时库表之间的关联。间隔图自动生成就得利用关键字的唯一性。由于间隔图自动生成程序需要从实时库和历史库中过滤出一个间隔的信息，并且需要将实时库中的遥测和遥信信息与间隔单线图和光字牌进行自动关联，因此关键字的命名规则十分重要。2.1.1 关键字的命名规则由于在一个电力企业中“厂站编号+开关编号”在本地区电网中是唯一的，所以关键字命名应以它为核心展开。在间隔串中，开关的命名规则可以采取“厂站名缩写+cb+开关编号”的方式，像青云变66kV水青左线8025开关的关键字就可以表示为qyscb8025，同样其刀闸信息可依次表示为qysds8025_1（上母）、qysds8025_2（下母）等，它的有功可以表示为qysyc8025p，它的保护和开关本体信息可以依次表示为qysyx802501、qysyx802502等，关键字中yc为遥测的拼音缩写，yx为遥信的拼音缩写。母线不属于某个间隔串，但它一样应有严格的命名规则，如220kV青云变66kV上母AB相电压可表示为qys66bs1abv等。当然不同SCADA系统的供应商和供电公司都有自己的关键字命名习惯和方法，建立一套完善的规则库是十分必要的，它是间隔图自动生成的基础。关键字一般应由图库一体化的画面编辑器生成，当然也可以由人工生成，但由人工保证关键字符合规则是很困难的，因为需要将多个维护人员的习惯统一到一个严格的规定当中，并且后继的自动化人员需要较长的培训时间才能维护系统。2.1.2 基于关键字的间隔图自动生成方法间隔图中的报警和SOE信息列表可以由间隔报警及SOE子程序动态过滤该间隔的开关编号来形成，实现起来比较容易，困难的是间隔单线图的自动生成。下面介绍在大连地调CC2000 SCADA人机系统中采用间隔图模版的间隔图自动生成方法。所需的前提条件是在开关属性中应包含厂站名、电压等级、开关编号。在模版中需画好间隔串及尽可能全面的量测图元，无实时库关联的图元将不被人机程序显示。模版中的开关、刀闸、量测等图元与实时库之间有着固定的连接关系。关键字由图库一体化程序按照命名规则表严格生成。间隔图自动生成的流程如图1：开关左击鼠标事件单线图浏览画面触发间隔图自动生成程序读取厂站名、电压等级、开关编号、模版号等信息调用模板，将间隔单线图中图元、光字牌关联到实时库显示画面，启动人机画面数据刷新程序，启动间隔报警、SOE子程序。启用遥控功能（在单线图中禁用）图1：基于关键字的间隔图自动生成流程图(Fig1:flow chart of electrical bay map being automatically generated by primary key in SCADAs realtime database)其中厂站名、开关编号信息从关键字中获取，模版号、电压等级等信息从实时库开关记录属性中获取。2.2 基于SVG图形技术的间隔图自动生成方法由于SVG采用XML文本格式，易于被数据库存储和管理，因此从单线图SVG文本中检索出间隔图部分将是非常容易的事，并且也容易与采用IEC61970 CIM的实时库关联8-10。如水青左线8025开关在单线图SVG文本中的描述如下：/间隔串描述，01表示双母带旁路的电气主接线模版样式。 /偏移量由手工绘制获得 在间隔图SVG文本中的相应描述为： /此处偏移量为固定常数，其他图元以该常数为基准，根据不同模版样式取相应的数值。 在CIM文本中的相关描述： 水青左线8025开关 单线图浏览画面在下面给出间隔图采用SVG技术的自动生成流程：:开关左击鼠标事件触发间隔图自动生成程序读取单线图SVG文本中相应间隔串段根据模版生成所需间隔图的SVG文本显示画面，启动人机画面数据刷新程序，启动报警、SOE子程序自动过滤该间隔并列表显示。启用遥控功能（可在单线图中禁用遥控功能）图2：基于SVG的间隔图自动生成流程图(Fig1:flow chart of electrical bay map being automatically generated by SVG)3 结语间隔图自动生成功能已在大连地调CC-2000华昌、大连两个集控站上实现，在防止误操作和可靠监视两方面取得了很好的应用效果，并且其人机画面响应速度（1秒）比静态间隔图（近5秒）的调用要快很多。它正在大连供电公司4个大集控中心项目中得到进一步推广，最大的集控中心将具有128个无人值班变电所的接入规模。参考文献：1赵家庆(Zhao Jiaqing).220kV无人值班变电站远方监控系统建设(Computer Centralized Scada System On Unmanned 220kV Substation)电力系统自动化(Automation of Electric Power Systems),2003,27(8);78802黄伟(Huang Wei). 调度自动化系统开放式数据维护模型(An Open Data Maintenance Model of Dispatching Automation System).电力系统自动化(Automation of Electric Power Systems). 2008,32(2);63663 W3C Recommendation. 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Power Dispatching Center，116011）Abstract: It is very