（电力系统及其自动化专业论文）基于svg的电力系统信息可视化技术.pdf

浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a st h ee l e c t r i c a lp o w e rs y s t e ms c a l ee i l l 咄舀t h ed e m a n df o rt h ee l e c t r i c a l p o w e rs y s t e m i n f o r m a t i o nv i s u a l i z a t i o ni sa l s o i n c r e a s i n gc o n t i n u o u s l y t h e i n f o r m a t i o nv i s u a l i z a t i o nt e c h n o l o g yf o rt h ee l e c t r i c a lp o w e rs y s t e mr e f e r st ot h e a p p l i c a t i o no fv i s u a l i z a t i o nt e c h n o l o g yt oe x p r e s sd a t ai n d i c a t i n ge l e c t r i c a lp o w e r s y s t e mc i r c u l a t i o ns t a t u si n t h ef o r mo fg r a p h so ri m a g e s n i c e re l e c t r i cp o w e r i n f o r m a t i o nv i s u a l i z a t i o nt e c h n o l o g yc o u l dd e m o n s t r a t em a s s i v ei n f o r m a t i o ni n i m a g e sg e n e r a t e db yc o m p u t e r , t oa s s i s to p e r a t o r st op r o c e s sa n da n a l y z ec o m p l e x e l e c t r i c a ln e t w o r kd a t am o r ee f f e c t i v e l ya n dt o p r o v i d et h e mw i t h am o r e d i r e c t - v i e w i n go p e r a t i o np l a t f o r m t h e m t i o n a l ef o re l e c t r i cp o w e rs y s t e m v i s u a l i z a t i o no r i e m a t e sf r o ms u c hac o n c 吼“ap i c t u r ei sw o r t hat h o u s a n dw o r d s ” i no t h e rw o r d s t h ea i mo f t h ev i s u a l i z a t i o ni st os h o wt h em u c hm o r ei n f o r m a t i o nb y p i c t u r e sg e n e r a t e db yc o m p u t e r , a n dt ou 辩p i c t u r e st or e f l e c td a t ai n f o r m a t i o nt h r o u g h t h e i ri n t r i n s i ci _ e l a t i o n p r e s e n t l y , t h ee s s e n t i a lp o w e rs y s t e mg r a p h i c s - - t h ev i s u a l i z a t i o ng r a p h i c so f g r i dd a t aa n de l e c t r i c a lp o w e rs y s t e mc i r c u l a t i o ns t a t u s - - - a r ea n a l y z e da n dp r e s e n t e d i ni m a g e sb ye x i s t i n gv i s u a l i z a t i o ng r a p h i c ss o t h , v a r e ( s u c ha sp o w e r w o r d 、 j v i e w e r ) a f t e rc a l c l l l a t i o nb yt h ee m u l a t o rs o r w a r e b u tm o s to f t h e s eg r a p l l i c sa r e s h o w e di nb i t m a pf o r m a tb yw e b h o w e v e r , t h et r a d i t i o n a lb i t m a pf o r m a ti nt h e s e a d v a n c e da p p l i c a t i o n sc o u l dn o tb es h a r e da n dr e u s e de v e nw i t h i nt h es a m ec o n 缸 o l a r e a , h e n c en o ti n t e r - o p e r a b l e t h ee m e r g e n c eo fe l e c t r i c a li n f o r m a t i o ns y s t e ma n dt h ei n v e n t i o no fc o m m o n i n f o r m a t i o nm o d e l ( c i m ) a n ds c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ( s v o ) p r o v i d ean e w s o l u t i o nt ot h ev i s u a l i z a t i o nt e c h n o l o g y b a s e do i lt h ei n t e g r a t e dn e t w o r ko f h a n g z h o u p o w e rc o m p a n y , t h et h e s i su s e st h ec i ms t a n d a r dd a t as e r v e ra sd a t as o u r c ct os e tu p 浙江大学硕士学位论文 ac o m m o ni n f o r m a t i o ne x c h a n g ep l a t f o r m , a n dr e a l i z e sc e r t a i nf u n c t i o n a lm o d u l e so f t h ee l e c t r i cp o w e rd a t av i s u a l i z a t i o n i ts t u d i e so nt h ef e a s i b i l i t ya n da c t u a le f f e c t so f s v gi ne l e c t r i cp o w e rd a t av i s u a l i z a t i o nb yr e f e r r i n gt oe m sa p ia n du s i l l gc i m k e yw o r d s ：v i s u a l i z a t i o nt e c h n o l o g y , c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e l ( c i m ) ，s v g t e c h n o l o g y , c o m l n o ni n f o r m a t i o np l a t f o r m , v i s u a l i z a t i o nf u n c t i o n a lm o d u l e i h 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 概述 第一章绪论 电力系统信息可视化技术是指利用可视化技术将用以表示电力系统运行状 态的各种数据以图形或图像方式显示，良好的电力信息可视化技术可以在计算机 生成的图像中显示大量的信息，帮助系统人员更有效的处理和分析纷繁的电网数 据，给系统运行人员提供更加直观的操作平台。在过去的十几年里，随着电力系 统规模的扩大，电力系统可视化的需求也在不断的增加。如北美计划建设的电力 系统潮流模型有4 4 ，0 0 0 多条母线，状态估计模型有更多的节点。同时在考虑潮 流最优分配的竞争日趋激烈的电力市场中，又增加了新的研究变量，如当地的边 际电价。当今世界上大范围的停电事故证明：运行状态未知可能导致数百万的人 陷入黑暗。研究表明”，一个好的可视化技术可以提高运行人员发现电力系统运 行问题的效率。电力工业竞争日益激烈，有关电力系统容量和约束的知识将变得 很有价值。在这种环境下，谁先掌握了电力市场的迅速变化，谁就可以比别人先 得知这一变化所预示的信息，谁就获得了竞争优势。通过新的方法帮助电力工业 人员在大量的电力系统数据中筛选并可视化需要关注的信息是这个项目的目的 之一。电力系统可视化的基本原理是基于这样一种思想：一张图纸可以抵过千言 万语。计算机可视化的目的是把本来需要用成千上万的文字和图表等表达的信息 通过计算机产生图片来传递，图片通过内在关系反映数据信息。 1 2 电力系统信息可视化分类 目前，电力系统信息可视化已经在很多领域得到应用，根据不同的标准，可 以有几种不同的分类方式。 1 2 1 根据数据类型分类 根据可视化显示的数据类型可以把电力系统可视化技术分为电力系统静态 数据可视化、电力系统动态数据可视化和电力系统元件数据可视化三个方面，其 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 实电力系统元件的数据也是动态实时变化的，但是由于这个领域的可视化研究刚 刚开始，所以单一列出一类。 1 2 2 根据可视化手段分类 根据可视化手段可以将电力系统可视化技术分为二维可视化和三维可视化 两个方面。二维可视化方面主要应用了饼图、标尺、移动的箭头、点密度和等高 线等技术手段，如用饼图显示线路的负荷率、用标尺显示节点的电压数据、用移 动的箭头显示电网的潮流分布情况、用点密度显示区域符合密度问题、用等高线 技术显示区域电压情况等等。三维可视化方面主要是通过立体圆柱的方式在接线 图上预想发生事故的设备处进行标示，即反映如果该设备故障对整个系统所有线 路或变压器设备越限情况的影响，还通过幕墙、关联线等手段对具体某个设备故 障将引起的系统变化进行具体分析。还有就是对元件的模型和参数进行可视化显 刁。 1 3 本文主要工作 随着电网互联技术的发展，各系统间由于提高效率和决策分析的需要，对信 息共享提出了更高的希望，数据交换的压力越来越大，在这之中，电力系统模型 和公共图形的交换需求尤为巨大。但是在实际的系统中，不同时期建立、不同厂 商开发、未遵循统一标准的各种各样的子系统必然拥有形式多样的操作界面和管 理功能，使得各个系统间的数据不能够很好的共享。最基本的电力系统图形信息 电网数据和电力系统的运行状态的可视化图形信息目前典型的实现方式是 通过电力系统仿真软件计算得出计算结果后用集成现有的可视化图形软件( 例如 p o w e r w o r d 、w i e w e r 等) 进行数据分析和图象显示。然而这些图像在通过w e b 发布时大多采用格式非公开的位图图像，位图图像的大小和内容都是固定的，难 以满足用户的交互操作的需求。另外，位图图像被缩放时有质量下降的现象。在 交互性方面，虽然j a v aa p p l e t 可以解决用户操作的交互性问题，但是其速度较 慢、可编辑性和可重用性比较差。 实现电力系统信息交换的关键在于如何构建一个统一的电力企业信息模型， 从而将原本分散在不同应用中的信息按照该模型组织为一个整体。国际电工技术 2 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 委员会i e c 定义的两个系列标准i e c 6 1 9 6 8 和i e c 6 1 9 7 0 分别描述了配电管理 系统和能量管理系统的应用程序接口。两个系列标准共同定义了一种电力系统通 用信息模型c i m ( c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e l ) 。许多电力企业都采用了公共信 息模型c i m ( c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e l ) 标准组件技术和企业门户技术来整合 自己的系统。 随着计算机网络的发展，w 3 c 组织开发了一种主要面向网络应用的开放标 准的文本式矢量图形描述语言，即s v g ( s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ) 语言，这种 图形描述语言的出现为电力系统运行可视化图形数据的w e b 发布提供了一种开 放性的解决方案。s v g 图像是文本文件，在图形复杂程度不大的情况下要比位 图图像文件小很多，而且可以精确定位，无极缩放，还可以通过一定的交互方式 进行编辑。由于s v g 是一种基于x m l 的语言，它继承了x m l 的跨平台性和 可扩展性。 在此背景下，本文依托杭州电力局的电力企业集成总线，以其开发的c i m 标准数据服务器为数据来源，基于s v g 图形图像资源描述，设计了一个电力系 统信息可视化框架，并在此基础上探索性的实现了多种电力系统信息的可视化。 现将本文的结构介绍如下： 第一章是绪论部分，对可视化技术进行了概述并交待了本文的主要工作。 第二章主要介绍了国内外在电力系统可视化技术方面的开发和应用现状。 第三章介绍了电力信息系统的集成，介绍了系统集成总线、信息集成技术以 及可缩放矢量图像s v g 技术。 第四章和第五章是本文的重点部分，分别介绍了基于以上技术而构建的信息 交互平台和在这个平台上探索性的实现的几个可视化功能模块，功能模块包括节 点电压等高线、变压器负荷率、电网潮流和负荷密度的可视化。 3 浙江大学硕士学位论文 第二章可视化技术在电力系统中的应用 第二章可视化技术在电力系统中的应用 电力系统可视化在于将大量数字表达的信息用图形方式表示出来，而且更 为重要的是，数字间的潜在联系也可能通过图形信息更清楚的体现，对计算所得 到的海量数据进行数据挖掘和综合，发现其内部的本质联系以得到可以准确反应 系统状态的自j 接指标，并以正确的方式予以可视化显示。美国学者t h o m a sj e f f r e y o v e r b y e 教授和m a r k j a m e s l a u f e n b e r g 博士的研究课题组和p o w e r w o r l d 公司开 展了电力系统可视化的系列研究工作，提出电压等位线显示技术并在此基础上对 节点数据、线路数据、稳定域等的算法和显示1 2 3 1 进行了可视化研究。之后p o w e r w o r l d 公司又对元件( 如：发电机、变压器等) 的可视化技术进行了研究探索。 目前，国内可视化技术的研究还处于起步阶段，主要是将电力系统与地理信息系 统有机结合起来，在地理图上真正的实现电力系统的运行状态。 本章就电力系统可视化信息的特点将其分为静态电网信息可视化、动态电网 信息可视化和电力系统元件可视化等对该领域的研究现状做简要的介绍。 2 1 电力系统静态电网信息可视化 静态电网信息可视化是指应用可视化技术展现电力系统中的静态数据和状 态信息。静态电网信息可视化包括电网数据可视化、安全分析可视化和设备管理 可视化等几个方面。 2 1 1 电网数据可视化 电网数据是指电力系统在运行过程中直接测量或间接测量计算得到的运行 数据和设备的额定参数，如线路潮流数据、节点电压数据、区域负荷数据等以及 可以流经线路的最大功率、变压器额定负荷等等，其中电网数据可视化又分为以 下几个方面： 1 电网结构 传统的电网结构单线图具有结构清晰、规整的优点，可以将系统节点数据和 线路数据清楚的标注到相应的位置上。但是它不与实际系统对应，直观性较差。 4 浙江大学硕士学位论文 第二章可视化技术在电力系统中的应用 随着电力系统的不断扩大，这种在单线图上标注数据的方式越来越不能满足要 求基于地理图的点线图直接在地理图上标注节点和线路，其优点是符合实际系 统，十分直观。但是当某些节点和线路在地理上聚集在一起时，数据的显示存在 问题。这时可以选择性的显示满足某一条件的数据，以避免数据显示过于密集甚 至重叠。图2 1 是单线图的一个例子，图2 2 是一个基于地理图的点线图。 图2 1 杭州市2 2 0 k v 电网单线图 图2 2 杭州市基于地理图的点线图 浙江大学硕士学位论文第二章可视化技术在电力系统中的应用 2 线路数据 线路数据的显示主要应用于潮流断面的显示。可以利用在输电线路上叠加箭 头的方式显示。箭头大小和方向表示潮流的大小和方向，沿地理接线图标注出潮 流。使用地理接线图的优点在于，能够使调度员清楚的看到各个地区负荷分配状 态，缺点在于在负荷密集的区域图形过于复杂，出现无法看清的状况。这种状况 可以借助于透明技术得到改善。如图2 3 所示： 图2 3 采用透明技术的t v a 5 0 0 1 6 1 k v 传输网潮流显示 线路数据可视化还有应用于线路负载率的显示。饼图是反映百分率的有效手 段，但是对于规模较大的电力系统，显示负载率的饼图不能太多太大( 否则可能 有重叠) ，可以采用部分显示的方法，即只显示负载率超过一定额度的线路，在 必要时还可以借助于透明技术突出显示最重要的线路。图2 4 是通过滤镜技术突 出显示3 4 5 k v 线路中超过一定限额线路的负荷率和标记断开线路。 6 浙江大学硕士学位论文第二章可视化技术在电力系统中的应用 图2 4 用透明技术显示3 4 5 k v 线路中负荷一定标准的线路负荷率 3 节点数据 由于节点数据是离散的，电力系统应用中一般采用在图中相应节点位置处标 出节点的电压、功角等数值文本信息的方法显示节点数据。这种方式虽然十分准 确，但是很难反映出系统的整体情况和电压越限情况。有研究者提出了用电压标 尺法来表示节点电压，如图2 5 所示，这种方式虽然反映了节点电压的越限情况， 但是不能反映电压的地理分布情况。采用节点电压等值线的表示方法可以很好的 解决电压分布和电压越限情况的显示。具体示例如图2 6 所示： 7 浙江大学硕士学位论文第二章可视化技术在电力系统中的应用 4 区域数据 图2 5 改变电压标尺大小的3 7 母线的情况 图2 6o h i o 地区大停电前1 1 5 - - 2 3 0 k v 电压等高线 s 塑垩查兰堡圭兰竺丝塞墨三皇旦望垡垫查垄皇垄墨竺盟窒旦 电力系统中有一些区域数据如区域负荷密度，如果仅仅把各个区域的值用表 格或文本的形式提供不能够直观形象的反应负荷分配的情况。区域负荷的数值的 特性比较适合于用点密度图来描述，所以提出用点密度图来显示区域的负荷。点 密度图上通常用打上圆点或其它符号在给定的特定区域描绘特有的数据，每一个 点或符号都可以代表一个实体或一个群体。点密度图对表现特有数据时非常有 用，它们通常可以在区域之间进行比较，这些符号或圆点并没有明确的指出特征 数据所在的位置，它们通常是代表一定范围之内的多边形区域里的数据。图2 7 就是应用这种方法得到的某一时刻的区域负荷密度图。 2 1 2 安全分析可视化 图2 7 区域负荷密度图 安全分析主要是指通过计算，分析当系统中某个设备故障或退出系统时对整 个系统的影响，包括节点电压降低、线路负荷过载等情况。现有的安全分析可视 化是在这种分析的基础上对安全状态和薄弱点重点描述两方面做了探讨。 1 运行安全状态 是用3 d 显示技术对状态估计所得数据做可视化分析，可以帮助调度员迅速 了解系统的安全状态以及系统的薄弱点。 9 浙江大学硕士学位论文第二章可视化技术在电力系统中的应用 图2 8 系统安全状态显示 图2 8 中的3 d 可视化图中，预想发生事故的设各处都画有柱面图。图中蓝 色的圆柱表示电压低于额定值，红色表示线路过载情况。而圆柱体的高度与当此 处故障时导致的系统中越限事故的多少成正比，其颜色和半径与它引起的最严重 的那个设备的越限情况成正比。如果事故同时导致了低电压和过负荷，那么两个 圆柱会叠加在一起。 2 薄弱点重点描述 电力系统的动态安全域表明对于即定事故前、后的网络结构，系统在经历了 既定故障后能否保证暂态稳定。动态安全域可以离线计算，在线使用时针对某一 给定事故选择相应的动态安全域，并依据此时的节点注入功率是否位于安全域之 内来判别系统运行点是否安全。动态安全域的可视化是由一些简单的变换，把动 态安全域在2 维或3 维空间表示。 i o 浙江大学硕士学位论文 第二章可视化技术在电力系统中的应用 图2 9 系统薄弱显示 图2 1 0 系统薄弱点以及相关对象显示 图2 9 是对系统中一个薄弱点的具体分析，红色墙表示和该点相关的输电线 路，高度和颜色表示负荷过载程度，蓝色圆表示相关母线，半径和颜色表示电压 下降程度。图2 1 0 将某个薄弱点故障引起电压下降、线路过载的母线、线路与 浙江大学硕士学位论文 第二章可视化技术在电力系统中的应用 这个薄弱点关联。 2 1 3 设备管理可视化 设备管理可视化包括设备检修管理、设备故障管理和雷电定位三个方面。 i 设备检修管理 设备检修管理可视化帮助检修人员了解特定时间段内需要检修的设备及其 相关联的线路等信息，极大的方便了相关人员安排检修计划。通常是在信息图上 将需要检修的设备突出显示。 图2 1 l 显示了奉化变中有开关检修时相关厂站和线路颜色变化。 图2 i1 设备检修管理可视化实例 2 设备故障管理 当系统中有设备发生故障时，设备故障可视化系统应该能够迅速的在地理接 线图中用较为明显的颜色显示出故障设备所在厂站以及相关联的线路和厂站，便 于相关人员及时处理故障设备。 图2 1 2 显示了雅奉线路发生故障时，相关联厂站着红色警示。 浙江大学硕士学位论文 第二章可视化技术在电力系统中的应用 图2 1 2 线路故障显示 3 雷电定位 雷电发生前在地理接线图上将云层覆盖的线路和设备用云状图圈定，根据云 层移动的速度等判断可能受雷击的设备的雷击时间和对系统影响程度，从而提醒 操作员应该选择对哪个设备进行维护。图2 1 3 所示为2 0 0 5 年7 月2 6 日 2 0 ：3 1 ：5 4 7 3 0 与从1 1 0 2 0 k v 变电站l j u t o m e r 引出的馈线m u r s k a s o b o t a 有关的事 件从图2 1 3 上可以看到，有两个地方都已经达到了标准要求，这时候需要操作员 判断应该首先选择哪一个 浙江大学硕士学位论文第二章可视化技术在电力系统中的应用 图2 1 3 雷电定位可视化显示 2 。2 动态电网信息可视化 动态电网信息可视化是指提取实时数据( 如p m u 数据等) 将这些数据用可 视化技术连续动态的显示。节点频率动态可视化就是提取系统中各个节点频率的 实时数据使得节点频率等高线随着实时数据的变化而连续的变化，如图2 1 4 所 示；p m u 数据的动态可视化是用在一个轴心上的箭头、圆球和圆柱来表示功角、 出力和相对速度，这些箭头、圆球和圆柱的大小和方向随实时数据连续变化来显 示不同时刻各个发电机的状态，如图2 1 5 所示。 1 4 浙江大学硕士学位论文第二章可视化技术在电力系统中的应用 图2 1 4 节点频率可视化 图2 1 5 p m u 数据可视化 浙江大学硕士学位论文 第二章可视化技术在电力系统中的应用 2 3 电力系统元件可视化 系统的广域可视化可以补充重要设备如主要发电机和变压器的运行状态可 视化。在设备层上，系统操作员需要的详细信息包括：实时的设备容量和设备可 能的过负荷信息。这些设备的可视化实现可以通过实时数据并作适当的处理得 到。此方法应用于两个主要的电力系统元件：发电机和变压器。 2 3 1 发电机信息可视化 发电机是系统中非常重要的元件，其状态影响到系统的运行。发电机精确的 运行状态和实时备用容量是操作员需要的重要信息。发电机可视化的基本方法是 选取简单的电- 热模型来预测发电机热状态和实时备用容量。温度和动态负荷的 实时计算可以利用2 d 和3 d 图形来有效的可视化显示。 在电力系统时域仿真中使用发电机电热模型，我们能够计算出发电机的可 能输出曲线，并按发电机的运行状态作图，如图2 1 6 所示。图2 1 6 也包括了指 示发电机电压和电流相量的矢量图。端电压和内电压都能够得到显示。每次来自 实时数据中相应的量被评估，相量图和输出图就会进行动态更新。这就产生了对 发电机动态负荷能力的动态显示。 1 6 浙江大学硕士学位论文 第二章可视化技术在电力系统中的应用 图2 1 6 动态发电能力监控显示 对发电机3 d 图形的描述使得发电机参数的可视化更加容易，如图2 1 7 所示， 这些参数分布在众多分量中，如磁场、温度分布状态。场可以用半透明图或云图 有层次地显示在发电机图像上，随着相应的转子运动进行变化。温度分布状态可 以用编码颜色有梯度的涂在相应的分量( 表面、电枢、线圈等) 来显示。为了从 想要的视角来监视场和温度，任何时候使用者都可以旋转，缩放和放平显示模型。 发电机图像随着时间发展进行更新，提供发电机运行状态的动态视图。 1 7 浙江大学硕士学位论文 第二章可视化技术在电力系统中的应用 图2 1 7 发电机信息可视化三维图像显示 2 3 2 变压器信息可视化 电力变压器的可视化和动态显示是为了达到实时预测变压器温度和载荷能 力的目的。选择变压器的热一电模型，可以通过实时数据描述( a ) 热点温度，( b ) 损耗，( c ) 变压器动态负载。因此电一热模型的可视化和动态化应用到可视化领域， 从而使得操作员容易看出运行状态和限制的图像。 通过计算得到的实时电一热模型，温度和动态负荷都能够可视化。随着时间 发展视图不断进行更新，就能提供系统运行的动态显示。变压器的可视化可以通 过多种方式实旎，有一种方法是采用构建变压器的3 d 模型和变压器不同部分的 温度色码，3 d 模型可以进行旋转、平面化、缩放等操作。因此使用者可以采用 自己最想要的视角来仔细观察变压器的运行状态。图2 1 8 和图2 1 9 举例说明了 同一变压器在不同运行状态下可视化的截图。注意到在图2 1 8 中，不同的变压 器线圈的温度差异明显，这表明了变压器的不平衡运行。图2 1 9 说明了接近平 衡时的运行状态，这里需要注意到在实时应用中，所有的可视化都应该同时显示， 然而也要注意到在实际应用中，变压器的温度变化不快，这就意味着变压器运行 状态的动态显示以相对较低的速率更新。 浙江大学硕士学位论文第二章可视化技术在电力系统中的应用 圈2 1 8 温度以不同颜色做标记的变压器三维显示一情况1 图2 1 9 温度以不同颜色做标记的变压器三维显示一情况2 1 9 浙江大学硕士学位论文 第三章电力信息系统的集成 3 1 概述 第三章电力信息系统的集成 随着计算机技术和现代通讯技术的飞速发展，电力系统自动化软件业正在掀 起网络化、组件化的浪潮。在以前企业应用系统的集成策略中，由于缺乏统一的 数据模型和标准的数据交换方式，使得各种解决方案仅仅解决了当前的集成问 题，对将来系统的维护和升级造成了极大的困难。而今，流行的公共对象代理请 求体系结构c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ) 、企业j a v a 组件 e j b ( e n t e r p r i s ej a v ab e a n s ) 、分布式对象组件模型d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m p o n e n t o b j e c tm o d e l ) 和基于简单对象访问协议s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 的 x m lw e bs e r v i c e s 等组件模型开始运用于电力系统自动化的解决方案，网络化 使得电力系统自动化软件在分布式环境下分工合作。标准公共数据模型的应用使 得信息共享系统具有了良好的开放性和可扩展性，从而产生了一种灵活的、日益 为广大企业所采纳的解决方案，即基于集成总线的集成策略。 s v g ( s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ，可伸缩矢量图像) 是w 3 c 在2 0 0 0 年发布 的一种开放的标准文本式矢量图形描述语言。使用s v g 可以在网页上显示出各 种各样的高质量的矢量图形，包括许多图像处理中常见的功能，如图形、文字、 动画、颜色、滤镜效果等。最关键的是s v g 完全用普通文本来描述，也就是说， 这是一种专门为网络而设计的基于文本的图像格式。并且s v g 基于x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) ，所以可扩展性很强，能够描述任意复杂的图像。 3 2 集成总线的建设 电力系统信息集成总线建设包括提供业务系统数据共享基础平台的电力企 业集成总线( u i b ) 和提供业务系统接受发送消息或接口请求，应答接入点的电 力企业应用适配器( u a a ) 。 电力企业集成总线( u t i l i t yi n t e g r a t i o nb u s ，u i b ) 主要是一个可以实现基于 公共数据模型的信息数据交换平台，这个概念的引入是为了解决各种系统中可能 浙江大学硕士学位论文 第三章电力信息系统的集成 运行在不同的硬件平台、操作平台环境下，并且采用不同语言和不同的软件技术 进行实现的异构问题。电力系统应用适配器( u t i l i t y a p p l i c a t i o n a d a p t e r ，u a a ) 是用于对于那些需要参与集成的、数据模型不遵循c i m 的业务系统，可以对这 些业务系统进行包装，通过模型映射模块实现业务系统私有数据模型与公共数据 模型的相互转化；与其他业务系统的交互既可以通过松耦合的x m l 消息收发方 式，也可以通过紧耦合的c o r b a 接口方式。 图3 1 通过系统结构图描述了系统主要框架和系统组件的组织形式、各子系 统和总线之间的关系以及总线所扮演的角色。 图3 i u i b 系统框架图 总线是统一的信息交互的提供者和管理者，在数据表达方式，数据模型和调 用方式都标准化的情况下，总线可以很好地连接各个子系统，从而为不同信息应 用，不同格式信息的流转提供标准的、可扩展的平台，为各个应用系统之间的互 操作奠定良好的基础，其主要功能是：提供中心数据库访问服务；应用系统服务 的注册；代理服务；c i m 数据转换；权限管理；日志管理等。子系统是指具有 一定业务逻辑功能的独立的系统，例如电网运行中需要的e m s d m s s c a d a 系 统，企业日常工作所需的m i s 系统等等。在需要使用u i b 上提供的其他服务的 时候，它需要通过定的方式和u i b 建立连接，从而调用注册的服务，同时也 将自己可以提供的服务注册到u i b 上供其他子系统使用。u i b 封装器主要有两 2 l 浙江大学硕士学位论文 第三章电力信息系统的集成 个作用：提供服务器调用机制和w e bs e r v i c e 接口；提供自身的服务。子系统所 要做的是提供自己的特征描述( 包括数据s c h e m a 描述和消息接口描述) ，然后可 以快速的接入总线。u i b 中心数据库主要存放了各应用系统的备份数据、各应用 系统频繁访问的数据、各应用系统业务数据、服务注册数据、各应用系统权限数 据和u i b 上日志数据。 总线上所有可以访问到的服务都是以w e bs e r v i c e 的形式出现，子系统之间 的交互过程是通过s o a p 消息来进行服务的调用和结果的获取。而且所有的服务 注册在总线之上，各种服务之间通过总线来定位、管理。 3 3 系统信息的集成 3 3 1 i e c 6 1 9 7 0 和i e c 6 1 9 6 8 综述 国际电工技术委员会i e c ( i n t e r n a t i o n a le l e c t r o t e c h n i e a lc o m m i s s i o n ) 主要任 务是建立电气领域和电工领域的标准以帮助解决这些领域中的问题。它定义的两 个系列标准i e c 6 1 9 7 0 和i e c 6 1 9 6 8 分别描述了能量管理系统和配电管理系统的 应用程序接口，这些标准有利于解决：由不同的开发商开发的能量管理系统e m s ( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ) 的各个部分之间的集成；e m s 系统和电力系统领 域内的其他系统的集成，例如发电管理系统( g e n e r a t i o n m a n a g e m e n t s y s t e m ) 和 配电管理系统( d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) 的集成。两个系列标准共同定 义了一种电力系统公共信息模型c i m ( c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e l ) ，它是用来描 述应用程序接口的语义( s e m a n t i c s ) ；i e c 6 1 9 7 0 中还定义了组件接口描述 ( c o m p o n e n ti n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n s ，c i s ) 描述了交换信息的内容。 3 3 2 公共信息模型( c i m ) i e c 6 1 9 7 0 第3 部分定义了公共信息模c i m 。c i m 是电力企业应用集成 的重要工具，它是一个抽象的模型，代表了电力企业中所有的主要对象，包括公 用类、属性、关系等。c i m 中代表的对象是一个抽象的模型，可以被广泛的使 用于不同的应用程序中。这个标准可以运用于任何涉及到电力系统模型的系统集 浙江大学硕士学位论文 第三章电力信息系统的集成 成中去，以此来促进应用程序间的互操作性和兼容性。 c i m 规范使用统一建模语言( u m l ) ，它将c i m 定义成包，c i m 由一组包组 成，每一个包中包含一个或多个类图，一般意义上是指将相关模型元件分组，没 有具体的语义意义。然后根据类的属性和与其它类的关系，用文字形式定义各类。 实体可以具有跨包的关联，每一个应用可以使用几个包所表示的信息。整个c i m 分为下面几个包，同时包再分成组，作为一个单独的标准文件。 i e c6 1 9 7 0 第3 0 1 部分 夺核心包( c o r e ) 域包( d o m a i n ) 夺发电包( g e n e r a t i o n ) 夺发电动态包( g e n e r a t i o nd y n a m i c s ) 夺负荷包( l o a d m o d e l ) 夺测量包( m e a s ) 夺停运包( o u t a g e ) 夺生产包( p r o d u c t i o n ) 夺保护包( p r o t e c t i o n ) 夺拓扑包( t o p o l o g y ) 夺电线包( w i r e s ) i e c6 1 9 7 0 第3 0 2 部分 夺能量计划包( e n e r g ys c h e d u l i n g ) 夺财务包( f i n a n c i a l ) 储备包( r e s e r v a t i o n ) 3 3 3 组件接口描述( c i s ) ( i e c6 1 9 7 0 第4 x x 部分) i “删 c i s 的目的是为独立开发的组件集成指定接口。虽然典型的应用程序和组件 作为e m s a p i 项目的一部分被确定，以此来帮助定义那些需要传输的信息类型， 但是其目的不是试图定义组件本身。组件发行商应能够自由的把具有不同接口的 组件包装成组件包，同时保持包的接口遵循e m s a p i 标准。 c i s 指定了组件接口的两个主要部分： 浙江大学硕士学位论文第三章电力信息系统的集成 1 能够使组件间相互交换信息，能够使组件通过标准的方法获取公共数据。 组件接口描述了被应用程序使用的特定的事件、方法和属性。 2 组件之间交互的消息。 第4 部分被组织成以下两个部分： 1 4 0 l 4 4 9 ：这些部分被保留用作说明组件支持的一般服务。这些规范采用 文本、统一建模语言( u n i f i e dm o d e l m gl a n g u a g c - - u m l ) 、和i d l ( i m e r f a c e d e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 描述。这些规范定义了一般的服务，这些服务用作应用 程序之间交换信息和公共数据的获取。 2 4 5 0 一4 9 9 ：这些部分被保留用作典型运用程序特定信息交换的需求。这些 规范定义了应用程序问标准的信息交换中的信息内容。它们被定义成事件， 但是交换中可以采用不同的方法，例如：作为消息发布、通知请求和采用 x m l 文本交换等。如果需要，属性和方法可以被每个接口支持，当然也能 够被区分。支持的文档包括用例图和事件序列框图。 运用这些标准的目的在于使得中间件的选择更加灵活，以此完成信息的交 换，同时确保互操作性。 3 3 4o i s 技术映射( i e c6 1 9 7 0 第5 x x 部分) 州 由于c i s 基于独立的基础体系的设计，为了实现它，必须把其映射到特定的 技术。为了确保互操作性，每一个接口到每一种技术都必须有标准的映射。例如， 我们选择j a v a 来完成这项技术，那么对于发布订阅等在c i s 中的特定服务需 要有一个到j a v a 服务的标准映射。 同样，事件的定义也必须映射到特定的语言。例如，一个消息代理被用来发 出x m l 消息，那么c i s 事件必须被映射到x m l 。 以下的映射或规范被期望成为这一系列标准的伴随标准。其中一些是特定的 语言，一些是特定的中间件。 夺c + + l a n g u a g e 夺c l a n g u a g e 夺c o r b a d c o m 浙江大学硕士学位论文第三章电力信息系统的集成 j a v a 夺x m l 3 4s v g 技术简介 s v g 是一种用x m l 描述二维图形的语言。s v g 允许矢量图形形状( 即路 径由直线和曲线组成) 、图像和文本3 种图形对象。图形对象可以编组，风格化， 变换，以及组合进先前呈递的对象。特性设置包括嵌套的变换、剪辑的路径、掩 饰、滤波效果和模板对象。 可以交互和动态地进行s v g 画图。可以定义动画，并用声明方式( 即将s v g 动画元素嵌入s v g 内容) 或通过脚本触发。通过增加能访问s v g 文本对象模块 ( d o m ，d o c u m e n to b j e c tm o d e l ) 的脚本语言，利用d o m 提供的对所有元素、 属性和特征的访问能力，可以实现更复杂的s v g 应用。丰富的事件处理操作如 o n m o u s e o v e r ( 鼠标移过) 和o n c l i c k ( 鼠标点击) 可以分配给任何s v g 图形对 象。由于它的兼容性和其他w e b 标准的杠杆作用，像涉及x h t m l 和s v g 元素 脚本这样的特性可以在同一w e b 页内同时完成。 3 5s v g 的特点 1 基于x m l 标准 x m l 是公认拥有无穷生命力的下一代网络标记语言。与h t m l 一样，x l v i l 也源自s g m l ( s t a n d a r dg e n e r a l i z em a r k u pl a n g u a g e ) ，它拥有h t m l 语言所缺乏 的巨大的伸缩性与灵活性。x m l 不再像h t m l 一样有着一成不变的格式，它实 际上是一种定义语言，即使用者可以定义无穷无尽的标记来描述文件中的任何数 据元素，从而突破h t m l 固定标记集合的约束，使文件的内容更丰富、更复杂、 更容易组成一个完整的信息体系。 2 矢量图像 矢量图像由线框和填充构成。它由计算机根据矢量数据计算后绘制而成。矢 量图像相对于位图图像有以下特点：( 1 ) 文件的大小与图形的复杂程度有关，而 与图形的具体尺寸无关。( 2 ) 图形的显示尺寸可以无级缩放，变化后不影响图形 的质量。所以在图形复杂程度不大的情况下，矢量图像具有文件量小、可无级缩 浙江大学硕士学位论文第三章电力信息系统的集成 放的优点。正是由于矢量图像的这些特征，使得它尤其适合于网上传播。 3 由文本构成的图像 s v g 最奇妙之处在于它是一种文本格式的图像。也就是说，我们可以不用 任何图像处理工具，仅仅用记事本就可以生成一个s v g 图像。这对于图像处理 的工作者来说可能会感到不可思议。其实仔细想想也可以理解，矢量图像一般是 以算法指令来描述，例如一个实心圆的矢量图像可以这样来生成： ”以坐标( 5 0 ，8 0 ) 为圆心画一个半径为l o 个像素的圆，用红色填充。” 而s v g 就是采用了这样的指令方式： s v g 从这个例于中很容易看出一个圆是如何描述出来的。建立在文本基础上的 s v g 图像中所有的描述语句都可以直接观察到