電力系統(tǒng)圖庫模一體化的研究

江翼，張海龍，吳俊杰（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司，湖北武漢　43000）

?

電力系統(tǒng)圖庫模一體化的研究

江翼，張海龍，吳俊杰
（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司，湖北武漢43000）

摘要：在電力系統(tǒng)中圖庫模一體化技術(shù)的研究和開發(fā)仍然處在初級階段。文中所研究的方向是建立在SVG技術(shù)和IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上，并與XML技術(shù)、Hibernate等技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計出了電力系統(tǒng)的一個圖形、數(shù)據(jù)、模型一體化的解決方案。

關(guān)鍵詞：圖庫模一體化；CIM模型；SVG圖元；IEC61970

KEY W0RDS：Ga11erY modu1e integration；The CIM mode1；SVG figure Yuan；IEC61970

China State Grid CorP of Science and Techno1ogY Projects Funded（WNZ141-0017）.

作為智能電網(wǎng)不可或缺的組成部分，智能變電站在智能電網(wǎng)中起著至關(guān)重要的作用?！笆濉庇媱澠陂g，國家電網(wǎng)公司提出建設(shè)“統(tǒng)一堅強的智能電網(wǎng)”。為了實現(xiàn)這一宏偉愿景，需要對智能變電站二次系統(tǒng)的測試和調(diào)試問題進(jìn)行系統(tǒng)的分析和探討。

隨著IEC61850通信規(guī)約在智能變電站中的應(yīng)用，信號的變換、采集和傳輸?shù)确矫婢l(fā)生了根本性的變化，原有的分散的運維調(diào)試設(shè)備已不能滿足智能變電站安全穩(wěn)定運行的需求。本文通過對智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行一體化的設(shè)計，將目前分散實現(xiàn)的各個功能，優(yōu)化整合為一個方便各個層面使用的系統(tǒng)平臺；通過一體化系統(tǒng)平臺面向智能變電站實現(xiàn)一次電網(wǎng)整體建模、全站聯(lián)合監(jiān)控及對一次異常情況下二次系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行分析、校驗等功能，分析了一體化監(jiān)控系統(tǒng)對智能變電站安全穩(wěn)定運行方面所起到的保護作用。

1　圖庫模一體化技術(shù)概述

在電力系統(tǒng)中圖庫模一體化技術(shù)的研究和開發(fā)仍然處在初級階段，不過在智能電網(wǎng)中該技術(shù)具有不可估量的價值。隨著電力可視化技術(shù)的深入研究和自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，圖庫模一體化技術(shù)也將獲得更廣泛的應(yīng)用。自1999年2月W3C組織推出SVG草案以來，SVG標(biāo)準(zhǔn)不斷地在完善，眾多軟件公司都在從事相關(guān)的研究。SVG技術(shù)的漸漸成熟給圖庫模一體化系統(tǒng)的研究提供了保障和支持。

SVG圖形技術(shù)（Sca1ab1e Vector GraPhics，可升級矢量圖像）是一種開放標(biāo)準(zhǔn)的矢量圖形描述語言，SVG是基于XML標(biāo)準(zhǔn)，因此具有良好的跨平臺性和文本特性。而且該技術(shù)的數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)與IEC61970 和61968標(biāo)準(zhǔn)相符，因而交互性和可擴展性好。此外SVG圖形是一種在不影響質(zhì)量的前提下大小可以任意縮放的矢量圖形，可以用任意一種文本編輯工具打開，編輯修改很方便。SVG是圖庫模一體化技術(shù)最佳的選擇。

2　電力系統(tǒng)圖庫模一體化的設(shè)計

圖庫模一體化的電力系統(tǒng)主要包括SVG圖元的設(shè)計和模型與圖形一體化設(shè)計、CIM與數(shù)據(jù)庫一體化設(shè)計，下面介紹圖庫模一體化電力系統(tǒng)的設(shè)計方案。

2.1SVG圖元設(shè)計

對于一個好的圖元應(yīng)該滿足下面2個需求：一是能夠充分表達(dá)圖元的幾何形狀和應(yīng)用屬性并且能夠進(jìn)行存儲顯示。二是明確的定義圖元的應(yīng)用屬性及與外界的交互性、擴展性。

對于構(gòu)建基本圖元SVG提供了多種基本元素，其中包括線段、折線、矩形、圓形、橢圓及多邊形等，而復(fù)雜圖元可以通過＜Path＞元素構(gòu)建。對于復(fù)雜的電氣設(shè)備可以通過基本圖形和＜Path＞元素的組合來實現(xiàn)，而且設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)系的面熟和現(xiàn)實能夠通過添加自定義屬性標(biāo)簽來完成。對于圖元顏色等屬性都可以通過SVG提供的stroke屬性和fi11屬性來定義，＜defs＞定義圖元自身、＜sYmbo1＞定義圖元模板對象、＜use＞對圖元實例化后引用、＜g＞則是用來將圖元組合。在SVG中的＜g＞＜/g＞標(biāo)簽內(nèi)，單個圖元可以用＜use＞來引入，之后用連接線來組合圖元，采用＜use＞標(biāo)簽可以在腳本并不復(fù)雜的前提下提高繪圖的效率，并且可以將直接將SVG腳本引用到圖形文件中。一個組合圖元，既可以對整體進(jìn)行屬性設(shè)置（顏色、大?。部梢詫蝹€圖元的模型信息進(jìn)行設(shè)置。這種方式保證了圖元代碼的可讀性，可以在不同的系統(tǒng)中保持良好的圖元共享性，為圖形、數(shù)據(jù)、模型的一體化創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)。

2.2CIM模型與SVG圖形一體化的設(shè)計

CIM模型中對電力系統(tǒng)中的主要電氣元件如開關(guān)、母線、變壓器等進(jìn)行了規(guī)范化的描述，因此CIM模型與SVG圖形一體化設(shè)計就是按照CIM描述的電氣模型與SVG圖元來一一映射，而設(shè)備類的所有屬性都要由SVG圖元描述。

為達(dá)到設(shè)備圖元復(fù)用的目的，要根據(jù)CIM模型中的電氣設(shè)備創(chuàng)建包含廠站、發(fā)電機、變壓器、線路等在內(nèi)的SVG圖元，并用這些SVG圖元創(chuàng)建SVG圖庫。讓用戶可以根據(jù)實際情況將圖元庫中的圖元利用繪圖功能組合成系統(tǒng)圖。此外，如果用戶想使用某個圖元庫中沒有的圖元，可以自己繪制并存儲在圖元庫的自定義圖元中。以后再次使用只需從圖元庫中的自定義圖元中直接選取而無需重新繪制，方便快捷。

大部分情況下設(shè)備模型都可以直接通過SVG圖元直接表示，而當(dāng)設(shè)備類型是不能用圖元表示出來的抽象模型時，就要用SVG圖元表示出該類設(shè)備中能夠用圖元描述額子類設(shè)備。此外還要保證該模型的SVG圖元的自定義標(biāo)簽描述中標(biāo)簽與屬性保持名稱統(tǒng)一，即標(biāo)簽中存儲屬性值。例如在變壓器模型中的Phases屬性可以通過圖元中的＜Phases＞＜/Phases＞標(biāo)簽來描述并存儲。除了屬性，SVG要對不同對象之間的繼承、聚合、關(guān)聯(lián)的關(guān)系進(jìn)行描述。設(shè)備之間的這個與SVG圖元的映射保持如下原則：1）繼承關(guān)系映射原則。繼承關(guān)系中子類圖元要不僅要描述從父類繼承的屬性還要標(biāo)識它。此時子類的SVG圖元要將其父類名稱作自定義標(biāo)簽，并且繼承關(guān)系的標(biāo)識要將re1ation屬性設(shè)為inheritance，父類名稱要用c1ass來設(shè)置。2）聚合關(guān)系映射原則。當(dāng)A類對象是由一個或多個B類對象組成時兩者為聚合關(guān)系，且稱A類為整體類，對應(yīng)的B類為部分類。此時A類用包含B類所有屬性的SVG圖元表示，聚合關(guān)系和B類的名稱也做了標(biāo)識。此時SVG圖元的自定義標(biāo)簽采用B類的名稱，并且據(jù)好人關(guān)系的標(biāo)識要將re1ation屬性設(shè)為aggregation，B類名稱要用c1ass來設(shè)置。3）關(guān)聯(lián)關(guān)系映射原則關(guān)聯(lián)關(guān)系可以通過兩種方式實現(xiàn)，第一種利用關(guān)聯(lián)圖元的ID查找該圖元，而關(guān)聯(lián)屬性的讀取要通過DOM（Document Object Mode1）來實現(xiàn)。另一種是通過自定義標(biāo)簽搜索有關(guān)聯(lián)的標(biāo)識并利用re1ation屬性設(shè)置為association、c1ass屬性將名稱標(biāo)識，然后在標(biāo)簽中表示出關(guān)聯(lián)屬性。

2.3CIM模型與數(shù)據(jù)庫一體化的設(shè)計

根據(jù)IEC617901標(biāo)準(zhǔn)CIM的數(shù)據(jù)模式是面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，其中包含3個內(nèi)容：類、類間關(guān)系、類屬性。與之對應(yīng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫也包含3部分：表、表間關(guān)聯(lián)、表字段。由于數(shù)據(jù)庫也是根據(jù)IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的CIM模型設(shè)計的，因此基于CIM模型的各個系統(tǒng)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫之前可以一一對應(yīng)。

Hibernate框架是本文所采用的O/RM解決方案，該框架的作用是可將面向?qū)ο蟮念I(lǐng)域模型與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫建立映射關(guān)系，并通過O/RM文件實現(xiàn)維護對象到關(guān)系數(shù)據(jù)庫的持久化操作。其中在該框架中，設(shè)備模型中的Java類與設(shè)備表一一映射，Java類的屬性和設(shè)備表的字段一一映射。映射的類名和表名使用＜c1ass＞標(biāo)簽標(biāo)識，主鍵采用＜id＞標(biāo)簽標(biāo)識，普通字段采用＜ProPertY＞標(biāo)簽標(biāo)識。以變壓器類的O/ RM文件名PowerTransformer.hbm.xm1為例，該類文件的后綴名都是hbm.xm1。

本系統(tǒng)中有HibernateUti1類負(fù)責(zé)初始化Hibernate，讀取Hibernate的配置文件的方式是調(diào)用Configuration類的configure（），然后Configuration對象讀取數(shù)據(jù)庫并驗證進(jìn)入，Hibernate的作用是通過對O/RM中不同標(biāo)簽的解析來獲取CIM設(shè)備模型類與設(shè)備表之間及設(shè)備模型類間的對應(yīng)關(guān)系，然后將設(shè)備模型類間的關(guān)系轉(zhuǎn)化為設(shè)備表之間的關(guān)系，并且此來對設(shè)備掉中的記錄進(jìn)行各種操作，例如增加、修改、查詢和刪除。從而實現(xiàn)CIM與數(shù)據(jù)庫一體化設(shè)計。

3　電力系統(tǒng)圖庫模一體化的實現(xiàn)

該系統(tǒng)繪圖功能包括新建SVG圖元和用SVG圖元繪制電力圖形兩部分。其中繪圖功能的核心部分是利用Batik包中提供的方案實現(xiàn)的，系統(tǒng)創(chuàng)建SVG圖元主要靠的是CreateSVG類，核心代碼如下：

//實例化DOMImP1ementation接口

DOMImP1ementation domImP1=

SVG DOMImP1ementation.get

DOMImP1ementation（）；

//設(shè)置SVG文件的命名空間

StringsvgNS=

隨著天津市社區(qū)矯正工作實現(xiàn)全面發(fā)展，越來越多的輕刑犯罪人員在社會上服刑，社區(qū)服刑人員的數(shù)量逐年增加，其中故意傷害、聚眾斗毆等暴力型罪犯亦明顯增多，他們在認(rèn)知、情緒、行為、能力和人格等方面均存在一定程度的偏差，因此心理矯治工作的重要性愈發(fā)凸顯。北辰區(qū)司法局牢記市委常委、市委政法委書記趙飛的指示“司法行政干警要堅守崗位、認(rèn)真履責(zé)、再接再厲，為社區(qū)矯正提供更多的基層經(jīng)驗，進(jìn)行更多的有益探索和嘗試”，直面前述諸多問題點，迎難而上，改進(jìn)方法，健全模式，優(yōu)化隊伍，凝聚力量，分類研究罪犯的共有心理特征，特別關(guān)注社區(qū)服刑人員的獨有心理特征，有序推進(jìn)心理矯治工作，深入推動北辰區(qū)社區(qū)矯正工作上臺階走前列。

SVGDOMImP1ementation.SVG_NAMESPACE_ URI

//通過createDocument（）方法創(chuàng)建Document對象

Document doc =domImP1.createDocument （svgNS，″svg″，nu11）；

//將Document對象生成SVG文件

SVGGraPhics2D svgGraPhics=new

SVGGraPhics2D（doc）；

//實例化PaintSVG類，該類主要用于繪制圖形

PaintSVG Ps= new PaintSVG（）；

//調(diào)用Paint（）方法繪制圖形

Boo1ean useCSS=true；

//以數(shù)據(jù)流的形式輸出SVG文件

Write out=new OutPutStreamWriter

（SYstem.out，″UTF-8″）；

SvgGraPhics.stream（out，useCSS）；

上述代碼將PaintSVG類實例化，PaintSVG類采用Paint（）方法來繪制圖形。

通過上述方法，在SVG文件中表示出設(shè)備、端子和連接點間的關(guān)系，從而實現(xiàn)SVG在圖形文件中描述設(shè)備間的拓?fù)溥B接關(guān)系的功能。

上述SVG文件代碼的生成，都可利用SVG文件解析工具，通過程序DOM的方式直接動態(tài)訪問文件來實現(xiàn)，保持了圖形顯示與SVG文檔的同步。這樣，通過圖形系統(tǒng)繪制的SVG文件主要包括兩部分內(nèi)容一是SVG圖形描述信息，定義圖形的繪制過程，這些信息使得繪制的SVG圖形文件可通過SVG瀏覽器進(jìn)行瀏覽；二是設(shè)備模型信息，指與CIM對象間的映射信息、電氣設(shè)備對象以及設(shè)備的拓?fù)潢P(guān)系。通過設(shè)備模型信息可完成圖形對象與CIM對象間的映射，實現(xiàn)圖模一體。

除了繪圖功能外，由于電力系統(tǒng)中軟件的數(shù)據(jù)都是實時更新的，因此相關(guān)的界面圖形也要根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行變化，對此采用Ajax來實現(xiàn)圖形以及數(shù)據(jù)的實時更新功能，實時更新的原理圖如圖1所示。

圖1　實時更新原理圖Fig. 1 The principle diagram of the real-time update

由于采用Ajax技術(shù)，客戶端發(fā)出數(shù)據(jù)后不用停下其他操作等待數(shù)據(jù)返回，依然可以繼續(xù)進(jìn)行自身的操作。而服務(wù)器接受請求后將客戶端所要的數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端進(jìn)行數(shù)字處理，實現(xiàn)在交互界面中實時刷新數(shù)據(jù)。

4　結(jié)語

圖庫模一體化是電力系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。本文對圖庫模一體化系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了研究，重點研究了繪圖功能以及數(shù)據(jù)實時更新的功能。進(jìn)而提出了解決新建SVG圖元和繪制電力圖形并對其建模入庫及實現(xiàn)圖形、數(shù)據(jù)、模型實時同步的解決方案。

參考文獻(xiàn)

［1］馮正偉，畢天姝，徐貴光.變電站運行仿真分析系統(tǒng)［J］.電力自動化設(shè)，2009，29（11）：105-108. FENG Zhengwei，BI Tianshu，XU Guiguang. Simu1ationand ana1Ysis sYstem for substation oPeration［J］. E1ectric Power Automation EquiPment，2009，29（11）：105-108 （in Chinese）.

［6］MELATTI I，PALMER R，SAWAYA G，et a1. Para11e1 and distributed mode1 checking in eddY［J］. Internationa1 Journa1 on Software Too1s for Techno1ogY Transfer，2009，11（1）：13-25.

［2］梁旭，張萍，胡明亮.基于實時仿真技術(shù)的變電站數(shù)字物理混合仿真與培訓(xùn)系統(tǒng)［J］.電力系統(tǒng)自動化，2005，29（10）：79-81. LIANG Xu，ZHANG Ping，HU Ming1iang，et a1. HYbrid simu1ating and training sYstem of substation based on rea1-time simu1ation techno1ogY［J］. Automation of E1ectric Power SYstems，2005，29（10）：79-81（in Chinese）.

［3］王雷，孫曉飛.智能站與常規(guī)站二次系統(tǒng)主要技術(shù)差異［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（2）：18-20. WANG Lei，SUN Xiaofei. PrimarY techno1ogY difference on the second sYstem of smart substation with conventiona1 substation［J］. Northeast E1ectric Power Techno1ogY，2012，33（2）：18-20（in Chinese）.

［4］劉煥志，胡劍鋒，李楓，等.變電站自動化仿真測試系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)［J］.電力系統(tǒng)自動，2012，36（9）：109-112. LIU Huanzhi，HU Jianfeng，LI Feng，et a1. Design and imP1ementation of simu1ation test sYstem for substation automation［J］. Automation of E1ectric Power SYstems，2012，36（9）：109-112（in Chinese）.

［5］李志興，蔡澤祥，許志華.繼電保護裝置動作邏輯的數(shù)字仿真系統(tǒng)［J］.電力系統(tǒng)自動化，2006，30（14）：97-101. LI Zhixing，CAI Zexiang，XU Zhihua. Digita1 simu1ation sYstem of re1aY Protection movement 1ogic［J］. Automation of E1ectric Power SYstems，2006，30（14）：97-101（in Chinese）.

［6］翁之浩，劉東，柳勁松，等.基于并行計算的饋線自動化仿真測試環(huán)境［J］.電力系統(tǒng)自動化，2009，33（7）：43-46. WENG Zhihao，LIU Dong，LIU Jinsong，et a1. A feeder automation simu1ation test environment based on Para11e1 comPutation［J］. Automation of E1ectric Power SYstems，2009，33（7）：43-46（in Chinese）.

［7］樊陳，倪益民，竇仁輝，等.智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)有關(guān)規(guī)范的解讀［J］.電力系統(tǒng)自動化，2012，36（19）：1-5. FAN Chen，NI Yimin，DOU Renhui，et a1. InterPretation of re1evant sPecifications of integrated suPervision and contro1 sYstems in smart substations［J］. Automation of E1ectric Power SYstems，2012，36（19）：1-5（in Chinese）.

［8］段大鵬，孫玉坤.基于三相VSI的PWM型SVG的系統(tǒng)仿真［J］.電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2006，18（4）：29-34. DUAN DaPeng，SUN Yukun. Simu1ation of three-Phase PWM VSI-based SVG sYstem［J］. Proceedings of the CSUEPSA，2006，18（4）：29-34（in Chinese）.

［9］王明俊.智能電網(wǎng)熱點問題探討［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，33 （18）：9-16. WANG Mingjun. Smart grid hot toPic Prob1ems research［J］. PowerSYstemTechno1ogY，2009，33（18）：9-16（in Chinese）.

［10］胡學(xué)浩.智能電網(wǎng)一未來電網(wǎng)的發(fā)展態(tài)勢［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（14）：1-5. HU Xuehao. Smart grid-future grid deve1oPment trend［J］. Power SYstem Techno1ogY，2009，33（14）：1-5（in Chinese）.

Gallery Electric Power System is the Integration of the Research

JIANG Yi，ZHANG Hai1ong，WU Junjie
（State Grid E1ectric Power Research Institute Wuhan Nari Co.，Ltd.，Hubei Wuhan 43000）

ABSTRACT：At1as die integration techno1ogY in Power sYstem research and deve1oPment is sti11 in the PrimarY stage. In this PaPer，the research direction is main1Y based on SVG techno-1ogY and IEC61970 standard，and combined with XML techno-1ogY，Hibernate，etc，the design of the Power sYstem，a gra-Phics and data，mode1 integration so1utions.

文章編號：1674-3814（2016）04-0085-04中圖分類號：TM64；TM743

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

基金項目：國家電網(wǎng)公司科技項目資助（WNZ141-0017）。

收稿日期：2015-12-21。

作者簡介：

江翼（1985—），工程師，研究方向為電力系統(tǒng)自動化。

（編輯黃晶）