供電調(diào)度中心的可視化平臺(tái)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

花 潔, 梁錦來(lái), 區(qū)允杰

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局, 廣東佛山 528000）

在電力系統(tǒng)中, 供電調(diào)度中心是極為重要的部門(mén), 其主要負(fù)責(zé)調(diào)度和指揮電網(wǎng), 同時(shí)對(duì)整體運(yùn)行進(jìn)行管控。近些年, 我國(guó)的電力結(jié)構(gòu)正在不斷優(yōu)化, 供電的可靠性也在加強(qiáng), 但同時(shí)電網(wǎng)中所使用的設(shè)備也越來(lái)越多, 類(lèi)型越來(lái)越復(fù)雜, 系統(tǒng)復(fù)雜程度在不斷上升, 給電網(wǎng)調(diào)度工作帶來(lái)了極大困難[1］。因此, 建立電網(wǎng)調(diào)度可視化平臺(tái)對(duì)設(shè)備信息的多維數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形處理, 有效消除信息系統(tǒng)孤島, 實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)全域監(jiān)控, 提升電網(wǎng)調(diào)度水平和供電服務(wù)能力至關(guān)重要。目前, 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的可視化平臺(tái)包括Ventuz平臺(tái)、DateV平臺(tái)、Apache Superset平臺(tái)等[2-4］, 主要通過(guò)Tableau、R語(yǔ)言等數(shù)據(jù)分析工具[5］, 融合數(shù)據(jù)相關(guān)算法對(duì)數(shù)據(jù)分析過(guò)程進(jìn)行可視化展示[6-8］, 使得供電調(diào)度工作能夠在較為形象和清晰的辦公平臺(tái)呈現(xiàn)出來(lái), 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、圖形的可視化。但該類(lèi)可視化平臺(tái)也存在一定缺陷, 如平臺(tái)專(zhuān)業(yè)性太強(qiáng), 操作要求較高, 通常要求具有精細(xì)化的圖形工具和豐富的圖形算法等[9］?；诖? 本文采用兼容性強(qiáng)、易操作的OpenGL平臺(tái)進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度的可視化設(shè)計(jì), 從主配網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控、負(fù)荷調(diào)度、事故預(yù)警等方面進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā), 有效提升了供電企業(yè)電網(wǎng)管理監(jiān)控水平和故障處理能力。

1 可視化技術(shù)路線(xiàn)

1.1 系統(tǒng)需求

電力部門(mén)供電線(xiàn)路連接配電變壓器、斷路器、電容器等設(shè)備, 集供電設(shè)施、設(shè)備和線(xiàn)路于一體。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)供電設(shè)備管理、運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)、供電預(yù)算管理和調(diào)度指揮等, 需要在可視化平臺(tái)上展示供電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備、設(shè)施運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài), 可通過(guò)可視化平臺(tái)實(shí)時(shí)查詢(xún)運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài), 實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的協(xié)調(diào)、指揮, 及時(shí)發(fā)現(xiàn)線(xiàn)路故障, 保障供電服務(wù)。因此要求建立的可視化平臺(tái)能夠?qū)崟r(shí)展示配電網(wǎng)絡(luò)中設(shè)施、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài), 為配電網(wǎng)故障排查、監(jiān)測(cè)提供一體化應(yīng)用平臺(tái)。

1.2 可視化技術(shù)應(yīng)用

系統(tǒng)基于OpenGL進(jìn)行三維可視化平臺(tái)開(kāi)發(fā), OpenGL能夠讓窗口系統(tǒng)與硬件分別獨(dú)立運(yùn)行, 運(yùn)用OpenGL的適配器可以開(kāi)發(fā)并設(shè)計(jì)不同機(jī)型的圖形軟件和處理軟件, 解決了兼容性問(wèn)題。OpenGL能夠在當(dāng)前主流的操作系統(tǒng)上運(yùn)行, 并且能夠從一個(gè)平臺(tái)移植到另一個(gè)平臺(tái)。

系統(tǒng)的界面編程主要依靠Qt來(lái)完成, Qt可以提供包裝類(lèi)型的OpenGL, 即QGLWidget進(jìn)一步深化開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。處于OpenGL環(huán)境時(shí), 可以對(duì)多種可視化場(chǎng)景進(jìn)行繪制, 包含了可視化圖元, 同時(shí)也可繪制一些基礎(chǔ)圖形, 還能夠?qū)梢暬瘓?chǎng)景的布局進(jìn)行控制, 且設(shè)立了可視化的插接接口。借助于OpenGL技術(shù), 系統(tǒng)在不同的操作系統(tǒng)中或硬件上都能夠發(fā)揮可視化的功能。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì), 主要包括業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)層, 以及功能表現(xiàn)層, 具體架構(gòu)如圖1所示。其中, 數(shù)據(jù)層為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù), 在本研究系統(tǒng)中, 其數(shù)據(jù)的類(lèi)型包括圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)兩大種類(lèi)[10］, 如基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)、電網(wǎng)運(yùn)用數(shù)據(jù)等。業(yè)務(wù)邏輯層實(shí)現(xiàn)供電服務(wù)的業(yè)務(wù)邏輯管理, 主要包括用戶(hù)權(quán)限、設(shè)備信息查詢(xún)。功能表現(xiàn)層實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各功能操作。而可視化平臺(tái)是系統(tǒng)操作的基礎(chǔ), 因此其所含有的圖形數(shù)據(jù)較多, 這樣在界面設(shè)計(jì)時(shí), 采用框架結(jié)構(gòu)方便操作人員進(jìn)行圖形操作。基于三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì), 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)和運(yùn)行的相互獨(dú)立, 若是要更改某一個(gè)系統(tǒng)層次, 那么只需要對(duì)本層功能進(jìn)行優(yōu)化即可, 使得系統(tǒng)的維護(hù)工作更為高效。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)Fig.1 System architecture

2.2 系統(tǒng)可視化平臺(tái)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基于可視化平臺(tái)來(lái)指揮與服務(wù)供電調(diào)度, 也即多種功能的模塊都可以基于可視化平臺(tái)開(kāi)發(fā), 實(shí)際設(shè)計(jì)中, 包括了系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)以及圖形信息數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì), 如圖2所示為可視化平臺(tái)應(yīng)用于供電服務(wù)指揮線(xiàn)路圖。

圖2 可視化平臺(tái)技術(shù)路線(xiàn)Fig.2 The technology roadmap of the visualization platform

系統(tǒng)的基礎(chǔ)之一就是圖形設(shè)計(jì)庫(kù), 其在進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)獲取時(shí)主要是通過(guò)公用影像方式或是無(wú)人機(jī)拍攝方式, 而設(shè)備圖形數(shù)據(jù)的獲取和錄入需借助于OpenGL平臺(tái), 矢量數(shù)據(jù)庫(kù)由數(shù)字化操作實(shí)現(xiàn)。屬性數(shù)據(jù)庫(kù)以設(shè)備分布、投資分類(lèi)設(shè)計(jì), 根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)核心表進(jìn)行分類(lèi)。建立好系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和圖形數(shù)據(jù)庫(kù)后, 即可在OpenGL地圖編輯環(huán)境下實(shí)現(xiàn)兩者對(duì)應(yīng)。

供電指揮可視化設(shè)計(jì)也需進(jìn)行OpenGL接口的調(diào)度, 在這個(gè)過(guò)程中訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)會(huì)由后臺(tái)發(fā)布, 而借助于HTML5, 客戶(hù)端能夠直接對(duì)接口進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)并調(diào)用。系統(tǒng)的圖形操作以框選的方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備分布分析, 并以列表的形式顯示。系統(tǒng)圖形功能完成開(kāi)發(fā)后, 將業(yè)務(wù)功能與圖形功能的UI集成, 為Web Servers提供服務(wù), 在客戶(hù)端發(fā)送設(shè)備ID, 然后在數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢(xún)?cè)O(shè)備信息, 以L(fǎng)ayer顯示結(jié)果。

3 系統(tǒng)功能具體設(shè)計(jì)

3.1 供電裝置的管理設(shè)計(jì)

供電裝置與設(shè)備管理類(lèi), 主要包括裝置的設(shè)置類(lèi)與設(shè)備的查詢(xún)類(lèi)等。比如設(shè)備的查詢(xún)類(lèi)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì), 其統(tǒng)計(jì)主要是根據(jù)具體條件來(lái)執(zhí)行, 然后將統(tǒng)計(jì)結(jié)果返回到現(xiàn)實(shí)類(lèi)別當(dāng)中。查詢(xún)類(lèi)會(huì)將所有統(tǒng)計(jì)條件都保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中, 通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行顯示和訪(fǎng)問(wèn)操作, 并生成相關(guān)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果（圖3）。用戶(hù)通過(guò)鑒權(quán)進(jìn)入供電設(shè)備管理頁(yè)面, 設(shè)備類(lèi)型信息以圖形化方式展示。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)備圖形數(shù)據(jù)庫(kù)與屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中的主鍵建立對(duì)應(yīng)關(guān)系, 以ProjectGIS為主體類(lèi)設(shè)計(jì), 由GIS定位查詢(xún)?cè)O(shè)備信息, 并在主類(lèi)ProjectGIS中執(zhí)行FangPosition（）, 由DataBase實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)信息更新和操作[11］。

圖3 設(shè)備管理類(lèi)圖Fig.3 Equipment management class diagram

3.2 運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)的管理設(shè)計(jì)

運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)模塊中, 選擇DataServer作為電網(wǎng)運(yùn)行操作類(lèi), ExamineURL為服務(wù)檢查類(lèi), ImportData為數(shù)據(jù)導(dǎo)入類(lèi)。電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)根據(jù)相關(guān)地址、接口導(dǎo)入到系統(tǒng)服務(wù)端。當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)服務(wù)端收到查詢(xún)請(qǐng)求后, 通過(guò)發(fā)送JSON數(shù)據(jù)請(qǐng)求將遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)導(dǎo)入本地服務(wù)器端。電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。服務(wù)類(lèi)用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備電網(wǎng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù), 非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以FTP站點(diǎn)管理、測(cè)試來(lái)實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入時(shí), 為保證不同電網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)能夠訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)設(shè)備, 以URL的形式給出業(yè)務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)和相關(guān)參數(shù)[12］。實(shí)際進(jìn)行數(shù)據(jù)請(qǐng)求以前, 還需對(duì)系統(tǒng)的URL配置進(jìn)行測(cè)試, 經(jīng)過(guò)有效性校驗(yàn)后, 將測(cè)試結(jié)果返回服務(wù)端, 最終存儲(chǔ)到集成數(shù)據(jù)庫(kù)中（圖4）。

圖4 電網(wǎng)運(yùn)行詳細(xì)類(lèi)圖Fig.4 Detailed grid operation class diagram

3.3 供電預(yù)案方面的管理設(shè)計(jì)

實(shí)際管理工作中涉及的供電預(yù)案方面主要包括定制預(yù)案、刪除預(yù)案以及修改預(yù)案等。DB類(lèi)為數(shù)據(jù)庫(kù)操作類(lèi), 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)連接狀態(tài)識(shí)別和釋放, DataSet為數(shù)據(jù)庫(kù)記錄操作類(lèi), 通過(guò)執(zhí)行SQL語(yǔ)句來(lái)完成數(shù)據(jù)記錄和查詢(xún), 包括數(shù)據(jù)修改和刪除操作；Plane類(lèi)為供電預(yù)案管理主類(lèi), 作為供電預(yù)案所有維護(hù)操作主入口, 可調(diào)用其他類(lèi), 用于對(duì)供電預(yù)案的整體管理, 包括擬定供電預(yù)案, 進(jìn)行預(yù)案有效性校驗(yàn)；SearchPlane用于執(zhí)行供電預(yù)案查詢(xún)操作類(lèi), 通過(guò)執(zhí)行SQL語(yǔ)句對(duì)供電預(yù)案進(jìn)行查詢(xún)；StaticPlane具體執(zhí)行供電預(yù)案統(tǒng)計(jì)操作類(lèi), 并根據(jù)統(tǒng)計(jì)條件生成SQL語(yǔ)句, 以數(shù)據(jù)形式返回到操作主類(lèi)中（圖5）。

圖5 供電預(yù)案信息類(lèi)圖Fig.5 Information class diagram of the power supply plan

3.4 調(diào)度指揮管理設(shè)計(jì)

調(diào)度指揮管理通過(guò)指揮指令來(lái)實(shí)現(xiàn)可視化供電智慧管理工作, 如圖6所示為調(diào)度指揮管理類(lèi)圖。MessageInfo主要功能是進(jìn)行信息查詢(xún), 同時(shí)還可進(jìn)行維護(hù)管理, 其消息設(shè)計(jì)的供電設(shè)備突出顯示依靠聚焦法來(lái)實(shí)現(xiàn)；User用于實(shí)現(xiàn)各類(lèi)用戶(hù)登錄操作, TaskInfo實(shí)現(xiàn)供電調(diào)度的任務(wù)類(lèi)操作, 包括任務(wù)查詢(xún)、維護(hù)等；InstructionInfo實(shí)現(xiàn)指令的發(fā)送、查詢(xún)等操作, QuestionInfo用于實(shí)現(xiàn)基于供電指揮平臺(tái)的信息交流。

圖6 調(diào)度指揮管理類(lèi)圖Fig.6 Command and management class diagram

4 可視化平臺(tái)供電系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)基于Windows 7操作系統(tǒng), 采用Qt5.8開(kāi)發(fā)平臺(tái)。其中圖形開(kāi)發(fā)為OpenGL平臺(tái), 數(shù)據(jù)庫(kù)選擇MySQL8.0。

4.1 供電裝置管理功能

系統(tǒng)中的供電裝置, 主要涉及的管理功能包括查詢(xún)信息、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、維護(hù)信息和可視化展示部分。在查詢(xún)信息時(shí), 主要是通過(guò)設(shè)備關(guān)鍵字進(jìn)行查詢(xún), 然后借助于接口將查詢(xún)結(jié)果進(jìn)行發(fā)布, 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)過(guò)程中需要統(tǒng)計(jì)裝置的多維信息, 維護(hù)信息是根據(jù)供電服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)增刪等操作, 最后將各功能和統(tǒng)計(jì)結(jié)果在可視化平臺(tái)上以圖形方式展現(xiàn)。

4.2 運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)管理功能

系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)需要從數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢(xún)?cè)O(shè)備ID信息, 向SCADA系統(tǒng)發(fā)送請(qǐng)求獲得JSON數(shù)據(jù), 對(duì)JOSN參數(shù)數(shù)據(jù)解析分離獲得各查詢(xún)數(shù)據(jù), 其中包括運(yùn)行狀態(tài)ID、電流值ID、有功ID等, 將實(shí)時(shí)ID封裝成數(shù)據(jù)流的方式, 并以約定的JSON數(shù)據(jù)格式返回, 將返回結(jié)果解析后保存在臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中。

4.3 供電預(yù)案管理功能

供電預(yù)案管理是保證電網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ), 主要分為供電預(yù)案維護(hù)、預(yù)案查詢(xún)2個(gè)功能模塊, 并將源信息以可視化的方式在大屏等可視化載體上展現(xiàn), 由于供電預(yù)案數(shù)據(jù)是多維度的, 因此系統(tǒng)可通過(guò)查詢(xún)類(lèi)屬性來(lái)標(biāo)識(shí)查詢(xún)類(lèi)型, 而查詢(xún)條件的設(shè)計(jì)主要是結(jié)合預(yù)制規(guī)則, 從而依據(jù)條件來(lái)采集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù), 最后是將數(shù)據(jù)分析結(jié)果儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中, 圖7為供電預(yù)案管理界面, 可以看到電網(wǎng)故障位置以及發(fā)生的具體時(shí)間、修理進(jìn)度等詳細(xì)信息。

圖7 供電預(yù)案管理界面Fig.7 The interface of the power supply plan management

4.4 指揮調(diào)度管理功能

為了切實(shí)滿(mǎn)足不同地區(qū)的用電需求, 需要對(duì)供電進(jìn)行調(diào)度, 同時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)各地區(qū)的用電水準(zhǔn)和實(shí)際發(fā)電能力進(jìn)行監(jiān)控, 保證用電設(shè)備和發(fā)電之間能夠平衡協(xié)調(diào)。系統(tǒng)進(jìn)行供電調(diào)度指揮主要涉及越限監(jiān)控、用發(fā)電平衡監(jiān)控等方面。如在發(fā)用電平衡監(jiān)控中, 可通過(guò)系統(tǒng)對(duì)全省統(tǒng)調(diào)發(fā)電機(jī)組下的備用容量進(jìn)行監(jiān)控, 并累計(jì)并網(wǎng)負(fù)荷, 形成實(shí)際調(diào)用電負(fù)荷曲線(xiàn)。在越限監(jiān)控中, 調(diào)度員根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行情況, 設(shè)置優(yōu)先級(jí)不同的臨時(shí)限額, 當(dāng)變電站主變潮流超過(guò)穩(wěn)定運(yùn)行限額時(shí), 根據(jù)越限程度由高到低排序, 以保證電網(wǎng)安全, 圖8為某一線(xiàn)路的越限實(shí)時(shí)畫(huà)面。

圖8 越限監(jiān)視界面Fig.8 The interface of limit monitoring

5 結(jié) 論

可視化技術(shù)應(yīng)用在電網(wǎng)調(diào)度中, 極大地提升了供電企業(yè)對(duì)資源的利用率, 為電網(wǎng)人員提高電網(wǎng)管理水平提供了計(jì)算支持。本文以供電服務(wù)智慧為基礎(chǔ), 在供電服務(wù)管理系統(tǒng)中引入了可視化平臺(tái), 進(jìn)而對(duì)供電裝置進(jìn)行信息查詢(xún)、運(yùn)行參數(shù)獲取以及圖形化處理, 形成智慧型供電服務(wù)平臺(tái)。整個(gè)系統(tǒng)采用了MySQL數(shù)據(jù)庫(kù), OpenGL圖形庫(kù), 以Qt進(jìn)行系統(tǒng)前端開(kāi)發(fā), C#實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)接口, 實(shí)現(xiàn)對(duì)主配網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控、預(yù)警、調(diào)度以及緊急狀態(tài)下的服務(wù)響應(yīng)和現(xiàn)場(chǎng)搶修功能。該系統(tǒng)的應(yīng)用, 能有效提高供電企業(yè)電網(wǎng)管理監(jiān)控水平和故障處理能力, 滿(mǎn)足客戶(hù)服務(wù)管理的可視化和流程化需求。隨著智能電網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的不斷提高, 后續(xù)系統(tǒng)可從配網(wǎng)自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)、可視化平臺(tái)大數(shù)據(jù)處理能力提升方面來(lái)改善, 提升系統(tǒng)用戶(hù)體驗(yàn)。