基于Web的智能電網(wǎng)可視化需求建模

袁 灝， 張煒剛， 劉曉平

（1.合肥工業(yè)大學(xué) 計算機與信息學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.山東大學(xué)（威海）機電與信息工程學(xué)院，山東 威海 264209）

0 引言

智能電網(wǎng)的快速發(fā)展推動了人們對電力系統(tǒng)可視化技術(shù)的不斷研究與應(yīng)用［1－3］。目前傳統(tǒng)的可視化系統(tǒng)都是基于C／S（客戶端／服務(wù)器）的構(gòu)架，使用OpenGL等桌面渲染技術(shù)進行實現(xiàn)。這種方式部署與維護的成本很高，一般需要每一臺計算機安裝客戶端，出現(xiàn)問題或版本更新時也需要安排專業(yè)人員到現(xiàn)場進行處理，大大提高了安裝與維護成本。

基于Web的智能電網(wǎng)可視化系統(tǒng)使用B／S（瀏覽器／服務(wù)器）構(gòu)架，無需安裝和配置客戶端，僅需一個網(wǎng)址，經(jīng)由瀏覽器即可登錄系統(tǒng)。更新或維護系統(tǒng)時，也僅需要更改服務(wù)器端即可。2010年上半年完成并發(fā)布的WebGL是一種3D繪圖標(biāo)準(zhǔn)，它可以為HTML5中的Canvas提供硬件3D加速渲染，從而使用系統(tǒng)顯卡在瀏覽器中展示3D場景和模型，開發(fā)人員也不需要再開發(fā)用于網(wǎng)頁的渲染插件，滿足了電力系統(tǒng)可視化要避免使用插件的安全需求。

新技術(shù)與新框架的使用提高了系統(tǒng)開發(fā)的困難和復(fù)雜性，為了很好地實現(xiàn)最終的需求目標(biāo)、縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)成本，就需要對基于 Web的可視化系統(tǒng)有一個全面系統(tǒng)的了解，因此需求建模在整個系統(tǒng)的開發(fā)過程中非常重要。本文首先進行了系統(tǒng)邊界分析，再使用標(biāo)準(zhǔn)建模語言UML［4］對需求進行建模，包括用例建模和交互建模的可視化建模方式。

1 系統(tǒng)邊界分析

系統(tǒng)邊界即系統(tǒng)包含的功能與系統(tǒng)不包含的功能之間的界限［5］。一般在系統(tǒng)分析階段定義，只有明確了系統(tǒng)邊界，才能繼續(xù)進行下面的分析、設(shè)計等工作。明確的邊界分析有助于系統(tǒng)模塊的劃分，明確各個模塊的功能職責(zé)以及模塊間的交互過程。經(jīng)驗證明大量的程序錯誤是發(fā)生在輸入或輸出范圍的邊界上，而不是發(fā)生在輸入輸出范圍的內(nèi)部，因此針對各種邊界進行分析測試，可以減少錯誤的發(fā)生。圖1所示為基于Web的可視化系統(tǒng)邊界場景示意圖。

圖1 基于Web的可視化系統(tǒng)邊界場景示意圖

整個可視化系統(tǒng)包括如下4個系統(tǒng)邊界：

（1）調(diào)度員邊界流程描述。系統(tǒng)通過瀏覽器向調(diào)度員展示場景，使其獲取當(dāng)前電網(wǎng)運行狀態(tài)信息。

（2）維護人員邊界流程描述。維護人員對系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的錯誤日志進行分析處理，設(shè)置系統(tǒng)可視化參數(shù)。

（3）EMS總線／服務(wù)器邊界流程描述?？偩€為系統(tǒng)提供當(dāng)前電網(wǎng)信息，系統(tǒng)進而進行數(shù)據(jù)的二次處理和格式化處理。服務(wù)器向系統(tǒng)提供用戶及電網(wǎng)信息，從而進行權(quán)限驗證、歷史重現(xiàn)。系統(tǒng)不用自己測量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以向服務(wù)器存儲用戶的基本信息，用戶也可以對系統(tǒng)設(shè)置信息。

（4）圖形編輯器邊界流程描述。圖形編輯器提供系統(tǒng)所需站內(nèi)圖和地理圖，系統(tǒng)從中獲取變電站、母線等圖元的位置、屬性信息。系統(tǒng)不用自己繪制場站圖和地理圖。

2 用例視圖建模

用例模型的概念最早由文獻［6］提出，是系統(tǒng)既定功能及系統(tǒng)環(huán)境的模型，可以作為客戶和開發(fā)人員之間的契約。用例建模與需求的確定是緊密結(jié)合的，初步的用例圖可以根據(jù)頂層需求確定，進一步的求精應(yīng)由更詳細(xì)的需求來驅(qū)動。如果在開發(fā)生命周期中用戶需求變了，這些變化應(yīng)首先體現(xiàn)在需求文檔中，接著在用例模型中出現(xiàn)［7］。

參與者和用例由對功能性需求的分析來確定，參與者并不是某人或事物的特定實例，而是系統(tǒng)外部的人或事物針對用例所扮演的角色［7］。根據(jù)系統(tǒng)邊界分析可知，可視化系統(tǒng)主要包含調(diào)度人員、維護人員和EMS總線／系統(tǒng)3個參與者，其在系統(tǒng)中的功能各不相同，因此需要根據(jù)不同的參與者建立不同的用例視圖，如圖2所示。

圖2 智能電網(wǎng)可視化系統(tǒng)用例建模

圖2a為面向調(diào)度員的用例模型，可視化系統(tǒng)通過瀏覽器向調(diào)度員提供多種電網(wǎng)數(shù)據(jù)展示方式。

圖2b為面向EMS總線／服務(wù)器的用例模型，設(shè)計時需要定義它與可視化系統(tǒng)的接口和規(guī)范，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。

圖2c為面向維護人員的用例模型，維護人員可以使用系統(tǒng)進行參數(shù)設(shè)置并分析日志。

3 交互建模

交互建模顯示了協(xié)作對象之間的事件（消息）順序，屬于需求分析的高級階段［7］?；赪eb的可視化系統(tǒng)交互模型如圖3所示。調(diào)度人員通過網(wǎng)址登錄系統(tǒng)界面，服務(wù)器根據(jù)輸入的用戶名密碼確定用戶權(quán)限。當(dāng)判斷用戶具備訪問權(quán)限時，頁面初始化JS文件，JS文件再以異步通訊的方式每隔一段時間向服務(wù)器請求電網(wǎng)數(shù)據(jù)，獲取格式化的JSON數(shù)據(jù)后，經(jīng)由不同的圖元庫函數(shù)在瀏覽器中展示電網(wǎng)場景。

圖3 基于Web的可視化系統(tǒng)的交互建模

4 需求模型驗證

在需求模型驗證過程中，使用上苑供電區(qū)域的線路負(fù)載率情況實現(xiàn)了基于Web的電網(wǎng)可視化原型系統(tǒng)，如圖4所示。

圖4 上苑供電區(qū)域220kV線路負(fù)載率實例

通過AJAX技術(shù)［8］讓頁面每隔一段時間向服務(wù)器發(fā)出一次請求，服務(wù)器收到請求后分析當(dāng)前場景中包含的電力模型類別和屬性，再將要展示的電力數(shù)據(jù)信息格式化后通過以太網(wǎng)傳遞給瀏覽器，瀏覽器再調(diào)用圖元庫函數(shù)在Web頁面中更新展示的場景，使調(diào)度員能夠及時獲取當(dāng)前電網(wǎng)的運行狀態(tài)。通過三維場景可以清晰地展示供電區(qū)域內(nèi)斷路器狀態(tài)、線路負(fù)載率、變壓器負(fù)載率、有功潮流、無功潮流以及區(qū)域總體狀態(tài)的實時信息，從而達到直觀展現(xiàn)電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，幫助調(diào)度員及時處理故障和減少電網(wǎng)事故損失的目的。經(jīng)過本實例的驗證，該系統(tǒng)可以作為基于Web的電網(wǎng)數(shù)據(jù)可視化［9］需求分析階段的有效工具。

5 結(jié)束語

本文通過UML的可視化建模方法，對基于Web的智能電網(wǎng)可視化系統(tǒng)進行了需求建模，并結(jié)合實例使用該模型進行了具體需求過程分析驗證，可幫助用戶和開發(fā)人員了解模塊邊界和接口功能以及系統(tǒng)的交互通訊過程，減少需求錯誤和需求缺失導(dǎo)致的時間及資金耗費。進一步的工作是添加電網(wǎng)擴展模型，從而增加系統(tǒng)對開發(fā)過程中新產(chǎn)生需求的適應(yīng)性和可復(fù)用性。

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