智能電網可視化平臺的研究與實現

黃勇軍，王 皞，湯尊霖

（國網江西省電力公司九江供電分公司，江西 九江 332000）

0 引言

可視化技術隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展需要不斷進步，從最初的電網單線圖的原始數據表示及列表表示，逐步向二維和三維圖形化、動畫發(fā)展，并吸收了信息學、美學、心理學等學科技術，形成了一系列與電力系統(tǒng)運行相適應的可視化表達方式。

傳統(tǒng)的電網可視化是通過圖表、曲線、餅圖等方式將電網運行中各種枯燥的數據形象的顯示出來，更有效的利用操作人員視覺優(yōu)勢處理大量數據?，F階段配電自動化系統(tǒng)、生產管理系統(tǒng)PMS、能量管理系統(tǒng)EMS等業(yè)務系統(tǒng)中已經具有可視化的功能，并具有很好的使用效果。而隨著智能電網的建設和發(fā)展，需要多種業(yè)務系統(tǒng)完成對電網的監(jiān)控，單一系統(tǒng)的信息已經無法對智能電網進行描述，只有對各系統(tǒng)的信息進行統(tǒng)一集成處理，才有可能對智能電網的狀態(tài)進行描述、監(jiān)控和分析。

本文在分析與研究智能電網可視化技術的基礎上，對國家電網（以下簡稱“國網”）智能電網項目江西共青城智能電網的可視化集成應用平臺進行了介紹，并對其功能設計，技術特點及應用效果進行了說明。

1 智能電網可視化平臺建設目標與研究內容

1.1 建設目標

共青城智能電網運行可視化平臺借助于圖形化手段，綜合共青城智能電網各系統(tǒng)及電網外部環(huán)境信息，同時基于地理GIS模式和電氣接線圖模式，擯棄簡單、枯燥的數據堆砌，綜合采用Flex、3DGIS等最新的計算機圖形技術及先進的展示設備，對經濟技術開發(fā)區(qū)智能電網集中進行動態(tài)、靈活、直觀和多維的可視化展示。主要完成下列目標：

1）展示共青城智能電網綜合示范工程各子項目的亮點及特色；

2）實現發(fā)、輸、變、配、用各環(huán)節(jié)系統(tǒng)的綜合信息共享，實現集成應用、綜合分析、全程、全景、全維度可視；

3）提高生產運行和管理人員對電網的掌控和決策能力，為電網運行管理提供智能輔助決策。

1.2 研究內容

可視化平臺由基礎支撐平臺、調控一體及應用、運行全景管理、營配融合、可視化構成，并實現與上級調度系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)、配網PMS系統(tǒng)和用電信息采集系統(tǒng)等的互聯(lián)。

1）在可視化平臺中，通過營配貫通，實現中低壓設備拓撲著色功能。

2）在真實的地理信息系統(tǒng)上進行三維建模，更直觀的查看各類充電設施的設備外觀以及運行狀況。

3）在配電自動化系統(tǒng)中加入分布式電源模塊，實現對分布式電源的控制。

4）基于物聯(lián)網的配電網設備狀態(tài)監(jiān)測信息通過信息交換總線集成到配電自動化系統(tǒng)中，參與負荷轉供等配電網運行方式調整的輔助決策。

5）可視化基礎平臺采用面向服務的設計理念（SOA），主要由商用庫、實時庫、實時消息總線、服務總線以及WEB發(fā)布功能等部分構成，支持配電網運行可視化。

6）服務總線包括系統(tǒng)運行管理服務、權限服務、資源定位服務、告警服務、文件傳輸服務、實時數據通信服務、簡單消息郵件服務、日志服務等各類服務。

7）可視化基礎平臺主要用以支持監(jiān)控運行、分析研究和生產管理，構建信息共享、技術公用、接口開放的軟件開發(fā)和運行環(huán)境。

8）配電在線監(jiān)控主要包括配電SCADA功能、饋線自動化、電能質量監(jiān)控、基于物聯(lián)網監(jiān)控、圖模管理等功能模塊。

9）調控應用支持功能包括：網絡拓撲分析、狀態(tài)估計、配網潮流、負荷轉供、負荷預測等功能模塊。

10）配網運行管理功能包括：運行全景監(jiān)視、停電管理等。

11）營配融合功能包括：業(yè)擴報裝輔助功能。

12）基于IEC61970/IEC61968的信息交換總線是可視化基礎平臺和應用軟件與配電企業(yè)內/外部系統(tǒng)進行信息交換的紐帶，通過信息交換總線實現數據和模型的自動同步、配電數據管理的流程化、信息化和應用集成。

13）可視化模塊利用可視化人機交互子系統(tǒng)提供的各種可視化手段，實現立體GIS、電網運行可視化、輔助決策可視化、虛擬現實可視化等功能。

2 智能電網可視化平臺系統(tǒng)架構

本系統(tǒng)應用平臺基于J2EE＋Flex＋ActiveX體系框架，以瀏覽器方式提供三維應用系統(tǒng)的瀏覽，綜合查詢，綜合統(tǒng)計，二、三維聯(lián)動等功能滿足系統(tǒng)更廣范圍應用需求。其中三維GIS發(fā)布服務基于Skyline的TerraGate，二維GIS地圖采用GIS平臺的地圖服務。B/S系統(tǒng)通過整合技術將二維地圖和三維立體模型瀏覽有機地結合在一個瀏覽器視圖中，為用戶提供良好的人機交互界面。

系統(tǒng)采用多層架構，有數據層（包括數據管理層）、業(yè)務邏輯層、表現層，其中系統(tǒng)安全體系貫穿于各個層之間。數據管理層通過對關系型數據庫和空間數據庫引擎的管理完成數據的組織、處理、優(yōu)化和控制；業(yè)務邏輯層通過多個模塊對業(yè)務數據完成查詢、統(tǒng)計、分析等操作，具有可擴展性和靈活性；表現層基于多種模式，展現數據表現方式，并能夠獨立運行或嵌入其他應用系統(tǒng)，圖1為系統(tǒng)軟件總體架構圖。

圖1 系統(tǒng)軟件總體架構圖

系統(tǒng)軟件架構采用組件形式構成，組件之間通過標準接口定義相互訪問。組件開發(fā)采用插件式框架，能夠較方便地進行系統(tǒng)功能的擴展。

界面層采用可定制方式。通過權限管理系統(tǒng)，對不同權限的用戶進行系統(tǒng)功能和資源的分配，將不同的界面呈現給不同的用戶。B/S體系應用界面采用JSP＋Flex＋ActiveX模式，以富客戶端方式提供良好的用戶體驗。

3 智能電網可視化平臺功能模塊實現

3.1 電網運行狀態(tài)監(jiān)視

本模塊監(jiān)視電網的整體運行狀況，通過瀏覽基于地理信息背景的監(jiān)視圖能夠迅速發(fā)現電網異常情況，并提供異常信息告警、追溯等功能，便于運行人員及時發(fā)現及處理電網異常故障。

按照分界面方式設計各類電網運行狀況全局監(jiān)視子功能，運行人員可根據需要調用查看各子功能，選擇所關心的局部區(qū)域，進入平臺設計的各類子功能，查看該子功能相關信息。

若出現電網異常情況，平臺自動彈出相應監(jiān)視界面，并發(fā)出相應提示，運行人員可從全局監(jiān)視界面中點擊選擇相關區(qū)域，通過彈窗或分屏方式顯示該子功能的相關信息，實現故障追溯、分析功能。各全局監(jiān)視功能及子功能可自定義，靈活顯示及保存，圖2為電網運行狀態(tài)監(jiān)測主界面。

圖2 電網運行狀態(tài)監(jiān)測

通過對主網線路、變電站等運行數據的監(jiān)測，達到對主網整體運行狀態(tài)監(jiān)測的目的，通過整體電網功能界面可進入相應的子功能。

3.2 停電管理應用

本模塊基于信息交互總線有機連接配電自動化系統(tǒng)、生產管理系統(tǒng)XPMS/PMS、地理信息系統(tǒng)GIS、營銷管理信息系統(tǒng)等配電網相關系統(tǒng)，通過基于可靠性預控機制的計劃分解，科學合理的安排停電計劃，減少重復停電；通過對故障的準確定位及研判，快速有效明確停電原因，縮短停電時間實現搶修的快速化、安全化、可視化。

3.3 用電能效服務全方位可視

利用國網營銷管理系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)等系統(tǒng)中的實時信息，在地理信息圖中顯示電網構架和互動化營業(yè)廳落點，分析共青城整體用能及重要企業(yè)用能情況；說明互動化營業(yè)廳業(yè)務辦理工作流程及實時業(yè)務處理信息，統(tǒng)計評估互動化營業(yè)廳運行設備狀態(tài)及服務質量。

3.4 清潔能源應用可視

利用九江地縣一體化調度系統(tǒng)、光伏發(fā)電管理系統(tǒng)中的實時信息，在共青城地形圖中顯示清潔能源落點分布，清潔能源發(fā)電整體運行情況，便于運行人員整體掌握、實時關注清潔能源對電網的影響。

3.5 物聯(lián)網應用可視

利用配電自動化系統(tǒng)、XPMS/PMS系統(tǒng)等業(yè)務系統(tǒng)中的實時信息，在共青城地形圖中顯示配電線路及電氣設備整體運行情況，實時顯示設備異常告警信息，并為配網運行分析提供輔助數據支撐；通過介紹智能電力戶外設施綜合防盜預警系統(tǒng)對監(jiān)控范圍內配電設備全方位防護作用。

3.6 充/換電設施運行監(jiān)視可視

利用電動汽車充電設施綜合監(jiān)控及管理系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)等業(yè)務系統(tǒng)中的實時信息，在共青城地形圖中展現電動汽車充電設施的分布，顯示電動汽車充電設施視頻監(jiān)控信息，各個充電設施的設備狀態(tài)，說明智能電網對電動汽車發(fā)展的促進作用。

3.7 業(yè)擴報裝輔助分析

基于配電網自動化和GIS技術，以配電網地理信息圖形和現有營銷業(yè)務為基礎，依托地理信息技術，有效整合營銷業(yè)務管理系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)的信息，根據客戶業(yè)擴報裝信息，生成簡要的供電方案，同時對不同方案的可行性進行對比分析，實現信息化供電方案快速制定，實現業(yè)擴報裝業(yè)務的智能化提升，提高客戶服務水平、提升客戶服務能力，提高營銷管理水平。

3.8 電網三維全景模擬

以三維GIS地理信息數據為基礎，構建共青城電力設施全景分布圖，包括變電站、地下管線走向、設備周圍環(huán)境等信息，實現地理信息系統(tǒng)、航拍影像和三維城市配電網場景的三者的無縫集成，如圖3為電網三維GIS模擬界面。

圖3 電網三維GIS模擬界面

同時，通過數據動態(tài)裝載、圖形漸進描繪、多重細節(jié)層次和虛擬現實表現等技術，在全景分布圖上，可實現多種新式的三維動態(tài)可視化功能，支持界面漫游、多級放大、動態(tài)捕捉、精細測距等，并通過疊加柱狀圖、曲面等三維圖形展現共青城電網的運行信息、模擬仿真結果信息。

4 智能電網可視化平臺技術特點

1）融合物聯(lián)網信息的配網運行方式優(yōu)化與協(xié)同控制。

利用基于物聯(lián)網的配電設備狀態(tài)數據，結合配電自動化系統(tǒng)等相關業(yè)務系統(tǒng)中的實時信息，在共青城地形圖中顯示配電線路及電氣設備的溫度、桿塔傾斜度、水浸等整體運行情況，實時顯示設備異常告警信息。根據配電設備溫度等運行及告警信息，評估對配網線路運行的影響，為配網運行方式調控優(yōu)化提供輔助數據支撐，優(yōu)化配網運行方式調度。

2）基于多源信息綜合的配電生產搶修全過程閉環(huán)監(jiān)控。

綜合利用95598、調度自動化、配電自動化、用電信息采集、故障指示器及人工錄入等多種手段作為故障信息來源，并基于GIS實現綜合輔助研判及智能故障定位，動態(tài)追蹤當前用戶的供電電源點，準確快速實現故障點的查找和定位，縮短用戶停電時間，實現配電網自愈及信息發(fā)布，提高供電可靠性，提升優(yōu)質服務水平。

3）配電網運行關鍵指標集成展示。

集成展示配電網運行關鍵指標，包括供電可靠率（RS-1、RS-2、RS-3）、電壓合格率（綜合、A類、B類、C類、D類）、當前配網停電概況（當前故障停電電路總數、當前計劃停電線路總數、當前停電受影響戶數）；集成展示終端在線率、遙控成功率、DA等配電自動化運行統(tǒng)計指標。通過與電能質量監(jiān)測系統(tǒng)的信息交互，綜合展示包括電流諧波畸變率、電壓波動率、三相電電壓及電流的不平衡度和諧波越限告警信息和諧波越限告警記錄等電能質量信息。為調度員掌握配網運行狀態(tài)，合理安排運行方式提供全景輔助分析。

4）電網運行狀態(tài)三維全景展示。

以三維GIS地理信息數據為基礎，構建共青城電力設施全景分布圖，包括變電站、線路、及供電公司周圍環(huán)境等信息，實現地理信息系統(tǒng)、航拍影像和三維城市配電網場景的三者的無縫集成，綜合展示各業(yè)務系統(tǒng)運行數據，對輸電線路、智能變電站、配電線路、配網設備等重點設施完成針對對象的精細化建模，在此基礎上實現對電網設備屬性數據及運行狀態(tài)的實時查詢，動態(tài)反映電網當前運行狀態(tài)。

5）基于融合地理信息及配網運行狀態(tài)的業(yè)擴報裝輔助分析。

以地理信息技術為基礎，有效整合營銷業(yè)務管理系統(tǒng)和配電自動化系統(tǒng)。結合營銷系統(tǒng)業(yè)擴報裝工作流程，根據客戶業(yè)擴報裝信息，基于地理信息、桿塔走向、結合報裝客戶類型等信息，分析可行的供電路徑，并根據配電自動化系統(tǒng)的實時運行信息同步計算配電線路的負載能力，并利用營銷系統(tǒng)中的報裝容量等信息，生成供電方案，同時對不同方案的可行性進行對比分析，實現信息化供電方案快速制定，業(yè)擴報裝業(yè)務的智能化提升，提高客戶服務水平、提升客戶服務能力，提高營銷管理水平。

6）營配調數據集成與貫通。

通過營配貫通，實現對配變所覆蓋低壓用戶信息的動態(tài)抽取和展示，并結合電網的實時運行狀況，直觀展現配電網局部區(qū)域的供電能力，為業(yè)擴報裝，及負荷轉供、線路切改提供支持。

7）清潔能源多點接入及綜合智能監(jiān)測。

通過集成調度自動化系統(tǒng)、光伏發(fā)電管理系統(tǒng)的運行管理數據，綜合展示光伏、風能、小水電落點分布，清潔能源發(fā)電整體運行情況，便于運行人員整體掌握和實時關注清潔能源對電網的影響。

8）用電能效綜合監(jiān)測。

通過集成營銷管理系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)等系統(tǒng)中的信息，分析共青城重要用戶用電能效，展示互動化營業(yè)廳實時業(yè)務處理狀態(tài)信息，統(tǒng)計評估互動化營業(yè)廳運行設備狀態(tài)及服務質量。

9）基于綜合數據平臺的配用電系統(tǒng)碳流分析與展示。

基于綜合數據平臺，采用適應于配用電系統(tǒng)的碳流分析技術，將電力系統(tǒng)潮流與碳排放相關聯(lián)，實現對配用電系統(tǒng)碳排放的可觀和可測，為配用電系統(tǒng)面向低碳的優(yōu)化運行提供依據，面向社會分析、展示智能電網建設帶來的低碳減排效益。

5 結束語

智能電網可視化平臺建設是對各個業(yè)務數據進行統(tǒng)一集成，改進了現有的各個業(yè)務系統(tǒng)的功能局限性，通過綜合各業(yè)務系統(tǒng)之間的數據聯(lián)系，實現對整個配電網的全面的展示，有助于電網工作人員更全面、更深入地了解電網運行的方方面面及其之間的聯(lián)系，從而為電網的可靠運行、高效運行和決策水平提供保證，也有助于減少電網的運行管理維護成本。同時智能電網可視化平臺提供綠色能源展示系統(tǒng)，通過綠色能源能量流、運行與使用情況，以及減少碳排放的統(tǒng)計等多方面的可視化，向社會公眾直觀地感受到智能電網和綠色能源的發(fā)展情況和好處，從而有助于提高公眾的節(jié)能減排的意識。

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