基于WebGIS電網(wǎng)潮流動態(tài)展示系統(tǒng)

摘 要：電力系統(tǒng)在運行時，在電源電勢激勵作用下，電流或功率從電源通過系統(tǒng)各元件流入負荷，分布于電力網(wǎng)各處，稱為電力潮流。通過編輯電網(wǎng)拓撲關系，設計電網(wǎng)潮流流向規(guī)則，再引入WebGIS技術構建的電網(wǎng)潮流動態(tài)展示系統(tǒng)，可以通過服務器集中部署，客戶端通過瀏覽器訪問服務器，即可完成電網(wǎng)潮流動態(tài)展示。

關鍵詞：電網(wǎng)；潮流；拓撲；WebGIS

中圖分類號：TM769

以往電網(wǎng)潮流展示主要是在單機版系統(tǒng)中，不但安裝部署麻煩，而且不利于系統(tǒng)分發(fā)。本文借助超圖軟件公司SuperMap iServer 服務平臺，結合WebGIS技術構建電網(wǎng)潮流動態(tài)展示系統(tǒng)，將電網(wǎng)潮流展示網(wǎng)絡化。系統(tǒng)采用Java后臺語言，html，Javascript傳統(tǒng)客戶端，并安裝部署在服務器。最后通過服務器集中部署，客戶端通過瀏覽器訪問服務器，即可完成電網(wǎng)潮流展示系統(tǒng)一次部署，到處運行。充分展示電網(wǎng)潮流展示系統(tǒng)的協(xié)同交互和操作特性。

1 WebGIS技術簡介

WebGIS是利用Web技術來擴展和完善地理信息系統(tǒng)的一項技術。它是基于網(wǎng)絡的客戶機/服務器系統(tǒng)；利用因特網(wǎng)來進行客戶端和服務器之間的信息交換；它是一個分布式系統(tǒng)，用戶和服務器可以分布在不同的地點和不同的計算機平臺上。WebGIS主要作用是進行空間數(shù)據(jù)發(fā)布、空間查詢與檢索、空間模型展示、Web資源的組織等。

2 系統(tǒng)架構設計

系統(tǒng)設計采用B/S結構，用戶通過瀏覽器就可進行信息訪問和交流，數(shù)據(jù)操作和程序運行都在服務器中完成，實現(xiàn)客戶端的零安裝和零維護。這不僅可節(jié)省開發(fā)費用和加快開發(fā)進度，更重要的是實現(xiàn)了跨越平臺的開發(fā)。由于數(shù)據(jù)訪問是實時的。因而，系統(tǒng)對多用戶并發(fā)訪問、協(xié)作操作有良好的支持。

電網(wǎng)動態(tài)潮流展示具有大量的地理圖和動態(tài)流向圖，需要將這些功能以Web方式在客戶端瀏覽器實現(xiàn)。考慮到各GIS平臺的特性，本系統(tǒng)采用國內領先的SuperMapiServer平臺作為基礎GIS平臺，使用SuperMap SDX+ for Oracle作為空間數(shù)據(jù)庫引擎，SuperMap iClient 6R（2012） for JavaScript接口作為系統(tǒng)WebGIS開發(fā)API。SuperMap iClient 6R（2012） for JavaScript 是一套由JavaScript語言編寫的GIS客戶端應用開發(fā)包，支持多源數(shù)據(jù)地圖，支持多終端，跨瀏覽器，通過本產(chǎn)品可快速實現(xiàn)瀏覽器上美觀、流暢的地圖呈現(xiàn)。

系統(tǒng)總體架構如下圖：

圖1

針對電網(wǎng)動態(tài)潮流展示W(wǎng)ebGIS系統(tǒng)需求，本系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)層、服務層和表現(xiàn)層三層架構組成。

2.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要由電網(wǎng)潮流基礎庫和空間數(shù)據(jù)庫兩部分組成。電網(wǎng)潮流基礎庫主要保存了元件模型信息和元件公共參數(shù)信息，及運行庫數(shù)據(jù)信息；空間數(shù)據(jù)庫主要存儲地理接線圖空間地理位置數(shù)據(jù)（僅限地理接線圖），包括廠站、220kV以上線路等。元件參數(shù)基礎庫用以描述設備屬性信息，描述電網(wǎng)結構及運行邏輯（電網(wǎng)模型）為主，主要面向電網(wǎng)邏輯結構的網(wǎng)絡拓撲關系。空間數(shù)據(jù)庫用于描述目標設備圖元間的空間拓撲關系，主要體現(xiàn)為圖元的連接性、多邊形區(qū)域定義、鄰接性等，并結合外部地圖，體現(xiàn)電力設備設施的地理空間分布關系。

2.2 服務層

服務層主要提供Java Web服務和SuperMap iServer地圖相關服務。SuperMap iServer地圖服務以REST接口方式發(fā)布。同時SuperMap iServer服務器對象可以支持Java語言進行二次開發(fā)。Java Web服務主要用于潮流標注信息的查詢、電網(wǎng)線路流向查詢以及針對ie9以下不支持HTML5瀏覽器的潮流箭頭標注位置動態(tài)計算?？蛻舳伺c服務層均通過JSON格式進行數(shù)據(jù)的交換，通過HTTP協(xié)議進行通信。

2.3 表現(xiàn)層

由于Web開發(fā)技術以及客戶端計算機和瀏覽器性能的不斷提升，尤其是HTML5的出現(xiàn)，可以使我們原來在單機版程序中才能進行的大數(shù)據(jù)動態(tài)展現(xiàn)的工作，在WEB客戶端也可以實現(xiàn)。通過系統(tǒng)需求分析和系統(tǒng)選型，客戶端選用基于SuperMap iServer JavaScript API開發(fā)包實現(xiàn)。系統(tǒng)主要業(yè)務邏輯和用戶交互工作主要在表現(xiàn)層完成，當需要調用服務器功能和數(shù)據(jù)時，動態(tài)向服務器發(fā)送HTTP請求。服務器與客戶端數(shù)據(jù)交互采用輕量級的JSON格式，減少數(shù)據(jù)傳輸壓力并提高客戶端解析速度。目前結構設計中，均通過客戶端通過事件驅動，異步訪問服務層接口，而對于調用分析結果，大量數(shù)據(jù)修改保持等耗時操作，采用系統(tǒng)提示滾動條、對話框等模態(tài)窗口，使用同步方式操作，保證數(shù)據(jù)和狀態(tài)與服務器端一致。

3 系統(tǒng)物理架構

系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)庫服務器、Tomcat應用服務器、SuperMap iServer地圖服務器、SuperMap Deskpro以及系統(tǒng)支持的各種客戶端瀏覽器部分組成。數(shù)據(jù)庫、Tomcat、SuperMap iServer可以部署在同一臺服務器上，也可以根據(jù)系統(tǒng)軟硬件環(huán)境和客戶端數(shù)量，進行分機部署，將各組件部署在不同的軟硬件環(huán)境中，擴充服務器性能。SuperMap Deskpro部署在客戶端機器上，必須是window平臺。

圖2

4 潮流動態(tài)展示系統(tǒng)實現(xiàn)

動態(tài)潮流展示采用Supermap平臺Javascript地圖API在瀏覽器客戶端實現(xiàn)，實現(xiàn)思路為加載線路坐標數(shù)據(jù)為箭頭運行軌跡，箭頭以png圖片展現(xiàn)，按照運行方式設置（包含方向、大小等參數(shù)）實時動態(tài)計算箭頭運行軌跡，按照運行軌跡動態(tài)改變箭頭位置，實現(xiàn)電網(wǎng)潮流動態(tài)效果。

瀏覽器要求支持HTML5的瀏覽器，經(jīng)測試可支持2000個以上的箭頭在地圖上沿著路線動態(tài)移動。

圖3

5 拓撲處理及潮流演示方法

5.1 地理接線圖拓撲處理

地理接線圖數(shù)據(jù)來源為CAD數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉換，關鍵信息錄入轉換為SuperMap數(shù)據(jù)格式。地理接線圖數(shù)據(jù)拓撲處理設計思路：（1）地理數(shù)據(jù)增加屬性字段：FromNode，ToNode；（2）獲取電網(wǎng)線路坐標序列；（3）設定默認規(guī)則：線路方向默認為從第一個坐標流向最后一個坐標；（4）查詢第一個坐標穿過的廠站，將該廠站名稱定義為電網(wǎng)線路的FromNode節(jié)點；（5）查詢最后一個坐標穿過的廠站，將該廠站名稱定義為電網(wǎng)線路的ToNode節(jié)點；（6）默認數(shù)據(jù)拓撲關系建立完畢。

5.2 電網(wǎng)潮流動態(tài)展示方法

相關關系描述：線路信息表中有I側節(jié)點和J側節(jié)點屬性字段。實際應用中線路信息表中I側J側與地理接線圖中線路圖層的FromNode、ToNode是相對對應的，及I側等于FromNode或ToNode，或者J側等于FromNode或ToNode。

判定原則：I側有功-J側有功=P，I側無功-J側無功=Q。當P>0時，功率由I側流向J側，當P<0時，功率由J側流向I側。

計算步驟：（1）獲取線路I側節(jié)點和J側節(jié)點對應的廠站名稱。（2）獲取對應線路拓撲關系FromNode，ToNode。（3）根據(jù)運行庫I、J側對應廠站名和線路拓撲關系對應該線路的方向為正方向還是反方向。

6 總結

本系統(tǒng)架構設計，充分考慮了SuperMap iServer的平臺特性和系統(tǒng)的功能需求，在軟件物理架構上，可以做到各節(jié)點均可以分布式部署和擴展，負載均衡；在系統(tǒng)軟件架構上，盡可能做到充分系統(tǒng)層級劃分和低耦合設計，主要體現(xiàn)在針對元件庫操作的Java Web服務接口設計，是獨立于GIS平臺而操作的。

而針對與空間數(shù)據(jù)操作和展現(xiàn)的相關功能，必須依賴GIS平臺功能。所以這部分功能如果需要進行平臺更換，則需要重新開發(fā)。這部分開發(fā)工作占據(jù)了開發(fā)的絕大部分工作量，包括：空間服務擴展開發(fā)，Web表現(xiàn)層交換功能開發(fā)，空間數(shù)據(jù)web圖形展示開發(fā)。

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作者簡介：肖秋紅（1989-），女，在讀碩士研究生，研究方向：軟件工程。