PI在SCADA系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用*

王曉建

(國網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司,浙江湖州 313000）

PI在SCADA系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用*

王曉建

(國網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司,浙江湖州 313000）

對可擴(kuò)展標(biāo)記語言(XML）、CIM模型、SVG圖形等相關(guān)理論進(jìn)行描述,通過研究關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中CIM/ XML的存儲(chǔ)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中CIM/XML模型的存儲(chǔ).結(jié)合ORACLE數(shù)據(jù)庫和PI系統(tǒng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了PI在SCADA圖數(shù)模一體化中的推廣應(yīng)用.

PI應(yīng)用;SCADA;SVG圖形;CIM/XML

在電力系統(tǒng)中,調(diào)度SCADA系統(tǒng)作為能量管理系統(tǒng)中一個(gè)最主要的子系統(tǒng),技術(shù)發(fā)展較為成熟,應(yīng)用也比較廣泛.它已經(jīng)成為電力調(diào)度一個(gè)重要的工具,能幫助調(diào)控人員正確掌握電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài),快速診斷出電網(wǎng)系統(tǒng)故障狀態(tài).按照電力系統(tǒng)二次安全防護(hù)的要求,管理信息區(qū)計(jì)算機(jī)無法直接連接SCADA系統(tǒng),各個(gè)SCADA生產(chǎn)廠家往往通過系統(tǒng)鏡像外移、開發(fā)WEB等手段來滿足普通辦公人員的需要.但是僅僅一個(gè)鏡像的專業(yè)數(shù)據(jù)庫或一個(gè)WEB發(fā)布功能,還難以滿足工作的需要.對普通員工來說,大部分SCADA系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)還無法利用,需要系統(tǒng)開發(fā)廠家和專業(yè)技術(shù)人員的支持.

隨著技術(shù)的發(fā)展和成熟,PI系統(tǒng)作為企業(yè)數(shù)據(jù)的管理平臺(tái),在電力系統(tǒng)中取得了較大成功,SVG、CIM/XML等也在電力調(diào)度系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用.如果將兩者結(jié)合,構(gòu)建電力企業(yè)數(shù)據(jù)平臺(tái),會(huì)將企業(yè)信息化建設(shè)和管理提高到一個(gè)新的水平.

1 使用的相關(guān)技術(shù)

1.1 CIM/XML

對于電力系統(tǒng)領(lǐng)域而言,CIM可以用來描繪具體的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型,是電力系統(tǒng)元數(shù)據(jù)的模式. CIM模型是IEC 61970[1]協(xié)議整體框架的基礎(chǔ),它為各個(gè)應(yīng)用提供了統(tǒng)一的電力系統(tǒng)邏輯描述,尤其是在EMS系統(tǒng)領(lǐng)域.它定義了電力工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)對象模型,提供了一種表示電力系統(tǒng)的對象.

XML是可擴(kuò)展標(biāo)記語言,作為一種可用來制定具體應(yīng)用語言的元語言,既具有強(qiáng)大的描述能力,又具有適合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的簡潔性.它不僅描述了一類稱為XML文檔的數(shù)據(jù)對象,同時(shí)也描述了處理這些數(shù)據(jù)對象的計(jì)算機(jī)程序的行為.它的用途主要有兩個(gè)：一是作為標(biāo)準(zhǔn)交換語言,擔(dān)負(fù)起描述數(shù)據(jù)交換的作用;二是作為元標(biāo)記語言,定義各種實(shí)例標(biāo)記語言標(biāo)準(zhǔn)[2].

1.2 PI數(shù)據(jù)庫

PI用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、監(jiān)視和存貯.作為實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)庫,能提供清晰、精確的操作畫面,供用戶查詢當(dāng)前和過去的生產(chǎn)情況,同時(shí)為用戶和軟件開發(fā)人員提供高效的開發(fā)工具.PI應(yīng)用程序在業(yè)務(wù)管理和實(shí)時(shí)生產(chǎn)之間起到了橋梁作用,使用戶很容易實(shí)施工廠級(jí)和公司級(jí)管理.PI的客戶端產(chǎn)品將用戶界面Windows化,經(jīng)過簡短地培訓(xùn),用戶即可靈活應(yīng)用PI開發(fā).PI以功能強(qiáng)大、易用等特點(diǎn)在業(yè)界保持領(lǐng)先的地位.

1.3 SVG圖形

SVG是一種使用XML來描述二維圖像的語言,可以構(gòu)造矢量圖形、位圖圖像和文字等3種類型的圖形對象,是互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(W3C）正式推薦標(biāo)準(zhǔn)之一.SVG圖形對象可被樣式化、組化、變形和重組.

1.4 ORACLE數(shù)據(jù)庫

Oracle是目前最流行的客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫之一,是以高級(jí)結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL）為基礎(chǔ)的大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫.Oracle數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品除了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外,還有應(yīng)用系統(tǒng)和開發(fā)工具等,是當(dāng)前數(shù)據(jù)庫技術(shù)的典型代表.

2 圖形和模型的存儲(chǔ)

應(yīng)用開發(fā)主要基于電網(wǎng)模型,數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)接收的SVG圖形、CIM/XML[3]模型以及E文件均來自SCADA系統(tǒng).CIM/XML模型文件和SVG圖形文件在處理完后保存到指定的文件夾中,而E文件則被刪除.開發(fā)過程中還需對SVG圖形和CIM/XML模型進(jìn)一步加工和存儲(chǔ),以滿足各類應(yīng)用需求.

2.1 實(shí)現(xiàn)框架

將SVG圖形文件存儲(chǔ)到指定目錄,CIM/XML模型文件存儲(chǔ)到ORACLE數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器上部署模型和圖形存儲(chǔ)軟件.整個(gè)軟件框架如圖1所示.

實(shí)現(xiàn)方式：通過監(jiān)聽指定目錄,發(fā)現(xiàn)新的圖形文件和新的模型文件,將它們保存到數(shù)據(jù)庫中.

圖1 存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)框架Fig. 1 Storage Im plem entation Fram ew ork

2.2 圖形的存儲(chǔ)

和電網(wǎng)模型一樣,一次接線圖會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化.為了記錄變電所一次接線圖的變化情況,我們通過判斷圖形名稱記錄變化的時(shí)間,SVG圖形則以文件形式保存.下面通過舉例加以說明.

如slb.svg為士林變的一次接線圖,一旦檢測到該文件有變化,則將最后一次修改時(shí)間標(biāo)注在文件名中,如文件命名為slb_yyyymmddhhmiss.svg,其中yyyymmddhhmiss為年月日時(shí)分秒,然后記錄到數(shù)據(jù)庫中.記錄情況如表1所示.

表1 一次接線圖變化記錄Table 1_Wiring diagram of a change record

2.3 模型的存儲(chǔ)

2.3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

通過分析CIM/XML模型,可以看出資源屬性和關(guān)聯(lián),資源的存儲(chǔ)是CIM/XML在數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)中的兩個(gè)主要問題.我們一般采用三元組表的方式來描述資源的屬性和關(guān)聯(lián)關(guān)系.在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)時(shí),我們建立了文字說明表、命名表、三元組表、資源表和模型版本表等5個(gè)表來滿足數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)以及對模型版本的需求.資源的存儲(chǔ),就是將電網(wǎng)模型涉及的電力系統(tǒng)資源保存起來.

2.3.2 流程圖

模型存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫的流程圖如圖2所示.

圖2 模型存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫的流程圖Fig. 2 Flow chart of the m odel is stored in the database

3 應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 框架設(shè)計(jì)

PI數(shù)據(jù)庫中存放實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),ORACLE數(shù)據(jù)庫中存放SCADA系統(tǒng)模型和圖形[4],而應(yīng)用的開發(fā)方式是從PI數(shù)據(jù)庫中讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),從ORACLE中讀取電網(wǎng)模型和圖形,開發(fā)時(shí)將兩者結(jié)合在一起.整個(gè)框架設(shè)計(jì)如圖3所示.

3.2 界面設(shè)計(jì)

3.2.1 登錄畫面

通過用戶名/密碼認(rèn)證登錄,具有密碼修改功能,增加了應(yīng)用系統(tǒng)的安全性,如圖4所示.用戶登錄認(rèn)證后,根據(jù)用戶角色權(quán)限自動(dòng)分配相應(yīng)模塊的使用功能,軟件能夠自動(dòng)從網(wǎng)站更新,確保用戶使用最新的功能.

3.2.2 主界面

軟件的主界面主要分為兩個(gè)區(qū)域,右邊區(qū)域和左邊區(qū)域,設(shè)計(jì)如圖5所示.

右邊區(qū)域：右上區(qū)域供用戶選擇開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間.如果輸入開始時(shí)間,拓?fù)浜蛨D形是開始時(shí)間,數(shù)值顯示的也是開始時(shí)間的值.如果輸入結(jié)束時(shí)間,則顯示一條歷史曲線,主要用于查看數(shù)據(jù)的變化情況,如要看某條線路有功2012年12月1日至現(xiàn)在的變化情況,那么開始時(shí)間選擇2012年12月1日,結(jié)束時(shí)間選擇現(xiàn)在的時(shí)刻.右下區(qū)域：用于顯示SVG圖形,通過設(shè)置控件Url的值來顯示不同圖形.區(qū)域內(nèi)為一個(gè)瀏覽器控件,相當(dāng)于將IE瀏覽器嵌入了應(yīng)用程序中.如WebBrower0.Url=“e：svghsb.svg”,即可在窗口中顯示相應(yīng)的圖形文件.

圖3 應(yīng)用框架設(shè)計(jì)圖Fig. 3 App lication framew ork design

圖4 用戶登錄界面Fig. 4 User login interface

圖5 軟件主界面圖Fig. 5 Software main interface

左邊區(qū)域：左上提供用戶圖形類型選擇,主要包括：母線運(yùn)行情況、聯(lián)絡(luò)線運(yùn)行情況、主變運(yùn)行情況、變電所一次接線圖等.左下提供用戶選擇變電所,為了方便用戶選擇,變電所按照電壓等級(jí)分為500 k V、220 k V、110kV和35 k V.

3.3 一次接線圖顯示

出于安全性考慮,除了個(gè)別部室和單位有客戶端外,其他單位人員難以看到調(diào)度SCADA系統(tǒng).在PI的應(yīng)用開發(fā)中加入了顯示一次接線圖[5]的功能,用戶不用進(jìn)入到SCADA系統(tǒng)就可以看到變電所的接線圖和設(shè)備的運(yùn)行情況.應(yīng)用開發(fā)中新增的用戶瀏覽歷史一次接線圖功能,在目前的調(diào)度SCADA系統(tǒng)中還無法實(shí)現(xiàn).

考慮到SVG圖形文件既是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的XML文檔,也是一個(gè)可伸縮的矢量圖形,在使用C語言開發(fā)過程中需要引入System.Xml,用到XmlDocument.XmlDocument類是一個(gè)非常重要的XML類,代表了一個(gè)XML文檔,包含了loadxml、load以及save等重要的方法.其中完成從一個(gè)特定的xml文件導(dǎo)入xml數(shù)據(jù)的功能可通過loadxml方法實(shí)現(xiàn).從一個(gè)字符串指定的xml文件導(dǎo)入xml數(shù)據(jù)可以通過load方法實(shí)現(xiàn).將xml數(shù)據(jù)保存到一個(gè)xml文件中,則需要使用save方法.save方法還可以遍歷整個(gè)XML文檔,修改部分節(jié)點(diǎn)屬性.

實(shí)現(xiàn)方式：用戶登錄系統(tǒng),通過主界面選擇要顯示圖形的類型,程序根據(jù)用戶對變電所和時(shí)間的選擇,從數(shù)據(jù)庫中查詢到相應(yīng)的一次接線圖名稱.程序首先將SVG的圖形文件導(dǎo)入到內(nèi)存中,然后通過SAVE方法遍歷所有節(jié)點(diǎn),用PI中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)替換找出的有量測、刀閘開關(guān)位置信息的節(jié)點(diǎn),最后將內(nèi)存中的文檔輸出到一個(gè)臨時(shí)文件中,利用webbrower控件將圖形顯示.如果該圖形已經(jīng)在本地保存過,那么可以利用控件直接顯示.

4 結(jié)語

本文通過研究CIM/XML在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的存儲(chǔ)技術(shù),結(jié)合存儲(chǔ)在ORACLE數(shù)據(jù)庫中的電網(wǎng)模型,開發(fā)了能夠反映電網(wǎng)一次接線圖、瀏覽歷史圖形等通用性的PI應(yīng)用,準(zhǔn)確性得到了較大提高,同時(shí)減少了PI應(yīng)用的制作和維護(hù)工作.由于時(shí)間較短,只開發(fā)制作了一些相對簡單、通用性較強(qiáng)的應(yīng)用,還有一些SCADA的高級(jí)應(yīng)用,如調(diào)度員仿真培訓(xùn)、潮流計(jì)算、狀態(tài)估計(jì)等功能還有待開發(fā).今后準(zhǔn)備在現(xiàn)有工作基礎(chǔ)上,重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)一些基于SCADA系統(tǒng)圖數(shù)模技術(shù)的高級(jí)應(yīng)用,并對應(yīng)用界面進(jìn)一步美化和優(yōu)化.

[1]張慎明,劉國定.IEC系列標(biāo)準(zhǔn)簡介[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2002,26(14）：16.

[2]劉崇茹,孫宏斌,張伯明,等.基于CIM XML電網(wǎng)模型的互操作研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2003(14）：48-51.

[3]張慎明,卜凡強(qiáng),姚建國,等.遵循IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2002,26(24）：230.

[4]陳濟(jì),郭創(chuàng)新,劉波,等.基于公共信息模型的自適應(yīng)統(tǒng)一編碼體系設(shè)計(jì)[J].電網(wǎng)技術(shù),2010,34(2）：5256.

[5]劉棟,袁榮湘.基于IEC 61970公用信息模型的電網(wǎng)接線圖形軟件的設(shè)計(jì)[J].電網(wǎng)技術(shù),2004,28(16）：3539.

Application of PI in the SCADA System

WANG Xiaojian
(Huzhou Power Company,Zhejiang Electric Power Company of the State Grid,Huzhou 313000,China）

This paper describes Extensible Markup Language(XML）,CIM model,SVG graphics and other related theories.Through the study of relational databases CIM/XML storage technology, the CIM/XML model is stored in a relational database.Combining ORACLE database and PI technology,we finally realize the application of PI in the SCADA chart module integration.

PI application;SCADA;SVG graphics;CIM/XML

TP311.5

A

1009-1734(2014）02-0031-05

2013-10-20

王曉建,工程師,碩士,研究方向：軟件工程.E-mail：baggiosxd@163.xom