引言

   我国正在形成全国互联电网，电网结构愈加复杂，再加上各种新型输电技术的采用，使得电力系统的动态行为更为复杂，电网的监测越来越困难，迫切需要对电力系统静态和动态运行状态进行监视、分析和辅助决策的技术支持系统。迫切需要在线动态安全性评估、安全运行监控、预警和决策、电力系统故障诊断、电网故障恢复控制等先进应用的共同支持，为了确保各个应用的协调工作，需要整合调度中心的各种平台资源，研发统一的支撑平台。

    为了充分利用现有的各类监控装置的数据资源，需要首先在调度中心构建动态系统支撑平台，建立高效的实时数据库系统，优化整合静态、动态数据，提供符合国际标准的数据模式和实时／历史数据访问接口，提供各个子系统集成的数据交换接口，提供支持电力系统可视化功能的统一人机交换界面。同时在统一平台上开发动态应用系统，为运行人员提供动态安全评估信息，辅助运行人员在大事故扰动过程中掌握系统的安全稳定裕度，保证系统始终处于可控的运行状态，采取及时有效的措施恢复系统稳定。

    国内外研究者在应用集成、可视化技术应用等方面进行大量研究和有益尝试，并进行三维场景的可视化开发，可视化技术的基本理论、展现方式，此外在数字化电网、电网在线安全稳定分析和预警图等方面进行深入研究。

    课题人员在对集成总线、数据总线、人机系统、数据库系统进行深入研究的基础上，完成了综合在线动态安全监控支撑平台的研发和应用。本系统的主要功能已经在国调中心的跨区动态安全预警系统中得到应用，取得明显的经济效益。本文对支撑平台进行总体性阐述，期望对我国新一代电网调度自动化的发展产生积极的作用。

一、系统设计

    1.1 面向服务的体系架构（SOA)
    调度生产系统不断增加，并且多为异构系统，为了各个异构系统和应用程序能够无缝地进行连接，要求构建一个总的体系结构。该结构集成各应用系统，并要求各应用系统以彼此提供服务的方式进行集成，并具有松散藕合、位置透明、协议独立等特征。这种结构就是面向服务的体系结构。本系统基于面向服务的体系架构（SOA）的分布式系统口，采用松散藕合的软件体系架构，利用独立可重用的服务构建系统功能。
    面向服务体系架构的特征：(1)SOA使用与实现无关的接口．强调位置透明性和可互操作性的通信协议及相对粗粒度和具有可重用功能的服务定义；(2)SOA的目标是系统整合和中间件整合；(3)S0A强调各个被集成的应用系统之间的松藕合；(4)SOA强调分布式系统架构；(5)SOA包含了开发工具、运行环境和互联平台3部分内容。
    SOA的基本组成部分：(l）查找服务：比较特殊的服务提供者，其他服务在此注册，服务消费者向它查询感兴趣的服务。（2）服务提供者：提供相关服务的实体，它的服务通过一致的对外发布的接口进行访问。（3）服务消费者：需要使用服务的应用程序或其他服务。在本系统中提供的服务主要包括电网模型、电网图形、数据库访问、可视化展示等。
    1.2集成总线
    集成总线提供了一种开放的、基于标准的消息机制，通过简单的标准适配器和接口，来完成粗粒度应用（服务）和其他组件和应用之间的互操作，能够满足大型异构企业环境的集成需求。集成总线是应用集成的桥梁，是服务实现的基础。通过使用集成总线，可以在几乎不更改代码的情况下，以一种无缝的友好方式使其他系统具有全新的服务接口。更重要的是，集成总线与服务实现的逻辑相分离，从而使得不同的应用程序可以同时使用同一服务，并且无需在应用程序或者数据发生变化时．改动服务实现的代码。

二、总体结构

    系统总体结构图如图1所示，图中通过该总线可以向各类应用系统提供多种服务，实现各个应用系统之间的数据交换和在权限管理之下的互操作。支撑平台将各个组件、应用和系统集成到一条面向服务体系架构的集成总线上。

   应用软件或应用系统可以方便地连接到可插入式的应用集成总线，实现各个应用软件之间的互联。如图2所示。（l）支撑平台提供CIS、CIM XML、SQL以及专用API接口等给其他应用使用；(2）在应用程序侧建立代理，按事先的配置进行适配、数据格式的转换以及中间件的选择；(3）通过中间件和底层的通信与平台建立起连接，并进行数据的传输。

   三、实现的功能

    支撑平台包括集成总线、数据交换接口、人机界面、公用模型和图形接口、可视化接口等。以下具体描述主要功能。

    3.1基于SOA的电力企业服务总线powerESB
    本索统开发了基于SOA的电力企业服务总线(PowerESB)，建立一个为电力系统各类应用（当前及将来的）提供服务的体系架构，既可以集成或继承已有的电力系统应用，又可以方便扩充新的业务系统功能，具有良好的动态可伸缩性，易于实现软件的即插即用，降低成本，节约投资。

    3.2集成总线的公用服务
    服务是系统平台的重点，它是实现面向服务体系架构集成平台的具体接口，为系统的扩展和开放提供了标准工具。本系统研究和开发一整套为调度自动化系统运行和开发服务的、封装好的公用服务，包括：(l）基于IEC 61970国际标准的数据服务，含有标准的CIS组件接口服务；(2）系统管理服务（含有系统的监视、管理和控制服务）；通用业务服务（含有文件的操作服务、数据库的操作服务、人机交互服务等）。
    支撑平台按功能可分为管理服务和业务服务。业务服务提供数据访问和交互功能，而管理服务主要负责管理所有业务服务，保证数据访问的正确性。底层消息收发系统保证了消息在应用系统间可靠、安全地传递。

    3.3数据交换接口
    数据交换接口提供了支撑平台与其他子系统之间数据交换的总体架构和具体实现。数据交换接口包括以下基本服务：文件传输、实时数据传输、人机接口服务。在本系统中，支撑平台与预警子系统、仿真子系统、 wAMS 子系统、故障诊断子系统等实现了数据交换。交换的数据包括实时数据和文件数据等。

    3.4各应用系统信息共享

    支撑平台系统全面支持IEC 61970标准，支持IEC 61970标准主要体现在2个方面：对电力系统的描述采用CIM模型；对外提供基于IEC 61970标准的CIS组件接口。

    IEC 61970系列服务功能模块体现在以下2方面内容：CIS组件系列接口服务、模型合并应用。数据库存储实体、正、反向校验模块、CIM适配器、接口服务程序为CIS组件接口服务基本组成；模型文件解析工具、模型文件校验工具、模型的导入和导出、模型合并模块实现了基于CIM/XML模型文件的模型合并应用。

    本系统采用IEC 61970标准实现调度自动化系统的信息共享。通过电网模型交换、图形交换、实时数据交换、电网模型合并、图形合并，实现了电力系统模型、图形数据的“分级维护，全局共享”的功能，大大减少了模型和图形维护的工作量，同时提高了系统的可维护性、可用性、数据的准确性。在整体方案的制订、模型的版本管理、模型边界处理、提高模型合并效率等方面形成一套完整的解决方案。

    3.5 人机系统

    支撑平台人机系统采用客户／中间件／服务器模式。客户端提供了图形浏览器、图形编辑器以及各类监控配置界面，中间件提供了实时数据服务、历史数据服务、文件服务、事件服务等多种服务，客户端通过服务代理访问后台服务，实现对系统的维护和控制，应用服务器提供数据的存取和应用逻辑的处理。支撑平台人机采用Java语言编写，具有跨平台特性，可以运行在各种硬件平台（如IBM、HP、Sun、Intel）、各种操作系统（如Unix、Linux、Windows）之上，具有二进制可移植性。

    人机系统可以访问的数据资源包括实时数据库、关系数据库、历史库、图形文件、应用程序、应用脚本等。人机系统实现方式为：(l）各个子系统在支撑平台上建立属于自己的数据库及视图；(2）各个子系统将需要统一显示和交互的数据通过子系统端的数据代理和数据平台端的数据代理传送至支撑平台，并实现对支撑平台上的实时数据库及关系数据库的访问；(3）各个子系统根据需要设计在平台人机系统上需要显示的界面和画面，并按统一制定的界面和画面风格进行制作；(4）各人机工作站通过人机代理访问人机中间层，然后再由人机中间层统一访问数据平台。

    3.6支持模板的图库模一体化和整体维护功能
    传统的图库模一体化是基于基本设备元件的维护，即由开关、刀闸、变压器、负荷、发电机等图元生成厂站图。本系统是基于模板的图库模一体化维护，即由基本设备图元自定义组合成模板，定义模板中各种元件的命名规则和微拓扑关系，再由模板来生成厂站图。系统提供基于典型接线方式的典型模板，用户可自由扩充。基于模版的图库模一体化使作图填库更加准确、快捷。
    3.7一体化的电力系统图形可视化技术

    本系统开发了电网可视化功能，将大量数据进行抽取计算，用图形变化和色彩组合等不同的视觉效果进行展现，使运行人员对系统状态的监视一目了然，以便采取有效及时的控制措施。
    3.7.1功能
    电力系统可视化利用二维和三维图形，以形象直观的图形如箭头、饼图、等高线、圆柱体等显示电网实时有功无功潮流、电压、联络线潮流、发电机出力和负荷、区域备用；以移动、改变大小、改变颜色、闪光等方式显示电网正常和异常运行状态，用于电网监视和报警。可视化功能包括：(l动态电网潮流图，是在系统单线图上利用动态箭头表示潮流的流动。(2）等高线图，是图上数值相同的点用同一种颜色表示。(3）区域着色图是指窗口上有多个区域，每个区域对应一个数值，区域根据数值的大小用不同的颜色填充。（4）棒图，是用二维或三维圆柱表示系统数据，用高度表示数值大小，用颜色表示是否越限。（5）表计图，与棒图类似，角度和颜色随数值变化。（6）故障和失稳示意图，当设备故障或失稳时，动态增加具有特殊意义的图符显示。（7）雷达图用来定性的展示系统当前运行状态和临界状态的关系。主要应用到系统的重要断面监视图中。如图3所示。

    3.7.2功能特点
    (1）一体化设计。本系统的可视化功能采用高效的可视化算法，使用绘图工具、数据库，直接在已有的系统潮流图、地理图等上增加了动态潮流功能；对母线、线路、发电机等设备进行了抽象，根据设备定义从数据库提取出数据，实现等高线和棒图等展示。
    (2）实时性。满足电网监视的实时要求。
    (3）多种展示方式可灵活切换。本系统在设计时充分考虑了用户的需求，同一个数据可以用不同方式展现，如等高线、棒图、表计，非常灵活。可视化功能和其他功能可以同时并存，也可以单独展现。
    (4）图形免维护。本系统的可视化功能和其他监视功能使用的是同一套图形和维护工具，不需要进行图形转换就可直接显示。
    (5）支持历史反演。由于可视化数据是从现有数据库取得的，所以历史数据反演时可以同时进行可视化展示功能。

   四、结语

    动态安全监控支撑平台的研究将面向服务架构的设计理念引入到整体设计中，全面遵循IEC61970标准，实现了稳态和动态安全监控系统的一体化设计，以及数据整合和数据共享，其创新点和主要技术特点为：(1）在调度自动化系统中采用SOA的电力集成总线；(2）为动态安全监控的各个子系统提供框架和集成接口；(3）支持模板的图库模一体化和整体维护功能；(4）支持EMS/AMS／动态安全预警／故障诊断／故障恢复一体化的人机系统；(5）支史数据的一体化的电力系统图形可视化技术。本系统高效地集成了动态安全监控系统中的相关应用，为新一代调度自动化系统的发展积累了宝贵的经验，并投入工程实践。