黄 媛，刘俊勇，刘 洋

（四川大学电气信息学院 智能电网四川省重点实验室，四川 成都 610065）

近年来罕见的台风、冰灾、地震等现象既说明了坚强的一次系统是电力可靠性最基本的物质基础［1］，同时也表明在极端外部环境引发的巨型停电灾难下，需要为调度员引入三维地理、气象、雷电等外部信息.未来智能电网面对的数据和信息将日益复杂并呈几何级增长，各种信息之间的关联程度也将越来越紧密［2］.因此，需要建立大范围、多层次的外部共享知识信息，帮助调度员高效直接的控制.

现有的电力调度中心基本具有完整的电网运行的一次、二次数据，通过SCADA/EMS、WAMS系统以及水调系统等［3］对电气信息量进行采集和监控.气象、水文、地质等信息通常是通过相关部门转发过来的一个个独立系统或数据文件，这些数据资源存储分散，交叉部分一致性较差，关联部分缺乏必要的整合，难以同电气信息融合，故需进行综合分析统计和深度挖掘，形成对调度员决策有价值的知识体系.

针对上述情况，笔者通过深入分析电网对外部信息的应用需求，提出建立电力系统一次、二次信息以及三维地理、气象、雷电等外部信息融合的数据平台，以面向服务的体系构架实现分布式构件之间跨平台、松耦合操作，利用2D/3D混合可视化技术对其进行融合和展示，为调度员在极端外部灾害面前提供强大的信息支撑，也为正常条件下调度员对事故的处理提供更丰富的信息，使其决策更科学.

1 系统平台结构

融合外部信息的电力调度数据平台能够接收电网调度自动化系统中的不同安全分区的信息，这些信息采用不同传输方式，其各有特点，如三维地理信息数据虽然精度较高，但对电网模型的卫图影像不能进行解读，且缺少对数据的查询、对比、分析、筛选、统计等功能，数据录入效率低下.而传统的电网调度自动化系统虽然能对电网实时运行数据采集、分析，但无法加载和电网模型相关的三维地理、气象、雷电等信息.因此，融合外部信息的电力调度数据平台应遵循国家电力调度通信中心对于调度系统数据整合的指导思想和总体框架要求［4］，以及电力二次系统安全防护体系要求搭建系统体系结构，对各区之间的数据交互，通过安全密码、分级控制机制进行正反向导入，按规定格式进行模型、数据归并整理.

面向服务的体系结构（Service－Oriented Architecture，SOA）［5］使用自治、平台独立、松耦合且可重用的服务作为基本元素来快速低成本地构建可互操作、可进化的分布式软件应用，能够灵活快速地应对业务的频繁变化.采用基于SOA的数据平台设计可以解决数据之间及系统之间无法互联互通的情况.它以服务接口和服务实现的方式呈现，将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过服务之间定义的接口和契约联系起来，其结构如图1所示.

图1 融合外部信息的电力调度数据平台结构Figure 1 Structure of external information fused power grid dispatching system

在该系统平台中各种外部信息及电网实时信息以“服务”形式提供，服务组件为服务提供统一的服务接口规范，使服务之间能够互联、互通以及互操作，并提供一种数据描述机制，实现异构系统中的数据共享，满足服务对外公布/订购数据的需求.

系统的平台层是服务与应用分离的基础，它便于实现服务系统中各个组成部分的“即插即用”，使系统具有较好的扩充性，并组合不同的服务，满足用户需求.因此，平台设计应满足以下功能：

1）接口及信息的规范化.运行平台是一条服务总线，各种电网外部信息按统一的接口规范插入到总线上，并保证各种类型的电网外部信息按统一标准接入系统与其它服务发生交互.

2）管理功能.管理中心使用户能在该中心注册电网外部信息服务组件并查询其它电网外部信息进而访问它.服务管理中心接受服务的注册，并为使用者提供服务发现和访问机制，此外，它还需存储服务的接口信息、功能模型、数据交互内容以及请求位置等.同时，服务管理中心还负责各种电网外部信息系统的检索、维护和更新等任务.

3）组合功能.服务组合功能需要提供组合机制使得不同的电网外部信息可以组合，形成满足用户需求的服务，并且这种组合需要从语法、语义、语用和概念4个层次解决运行服务的互操作问题.

应用层提供相关电网外部信息数据的可视化表达、用户交互等，按照人机互动的原理，设计出若干能有效整合数据的界面，把系统海量数据抽取出来，用人最关心的特性及视觉方式展现等.

2 平台设计

1）数据的采集.

数据平台能接收各个应用系统的通用数据采集系统.采集的数据源一般是本地各种应用系统提供的数据文件和数据报文，或通过传输系统送达的数据.由于它涵盖的信息面广，涉及的数据采集文件格式有文本、SVG，XML及E格式等；能接收按特定规约（如104，102规约）传送的实时报文信息；能抽取包括 Oracle，SQL，Server，Sybase等历史数据库中的信息.通过定义映射，经数据采集系统处理后的数据按统一的规范和标准存储.

2）数据分析.

三维地理信息和基本天气预报信息是构成电网外部信息的基本组成.在人类对外界的认知中已基本形成了对空间地理信息三维表达的概念，能用三维场景信息给出空间，包括地形、地貌、河流、公路、铁路、城镇以及电力线（地下电缆、电杆、铁塔）、变电站、发电厂、重点用户等经纬度信息.而降水、暴雨（雪）、大风、极端最高（低）气温及寒潮等各种气象信息，洪水、台风、冰雹（雪）、雷电、大风及大雾等气象灾害信息，火山爆发、地震、山体崩塌、滑坡、泥石流及地面塌陷等地质灾害信息，风暴潮、海啸等海洋灾害信息，森林火灾等信息，已经形成了相应的图形符号的表达，其等级程度已对人类形成概念性的表达，调度员能从这些信息的图形符号形成主观经验，并和电网的实时运行数据结合形成对电网运行状态影响程度的判断.调度员对这些信息的认知实质上是对非结构化的外部信息的感知和对海量异构信息的处理.

电网的外部信息利用在不同情景中的信息表达，多个感觉通道同时作用，平行处理海量信息，激发并调动调度员已有的知识结构和经验，选择、探索、加工电网运行的新信息，形成能适应复杂的、不规律的应用情景的更富弹性的知识结构.这些信息按特征可按图2所示分类.

图2 融合电网外部信息的数据分类Figure 2 Data classification of external information

3）数据融合.

整合各种信息资源，可为电网的全景动态多维智能可视化提供数据保障.在智能电网建设中，数字化是它的一个显著特点.文献［6］提出以信息流为主导的系统总体结构，通过信息的分层组织达到最佳的控制效果；文献［7］提出电网基础信息的标准化和规范化在保证各种信息在智能电网各节点间的无缝流通，实现真正意义上的信息全网共享有重要意义.

数据融合包含了数据接口、数据加工、数据提供3个步骤的处理流程.考虑数据融合所涉及各种异构、异质信息系统数据格式的差异性，须确定统一的数据接收标准化格式及数据应用标准化格式.数据接收标准化格式应明确数据读取方式、数据内容、读取格式.

数据读取方式指与数据源的通讯方式，例如：基于数据中心规范的方式、通过Web Service等标准协议的方式、直接连接数据库方式以及自定义报文方式等.

数据内容指从数据源读取的数据项，例如设备台帐、生产数据等等.读取格式是指从数据源读取数据的格式，例如：数据库表结构、Web Service元数据及报文格式等等.

数据应用标准化格式应明确给系统应用组件以何种方式提供数据，包括业务对象与原始数据2种方式，以及给系统应用组件提供的数据内容.数据融合的整体工作流程如图3所示.

图3 多源数据融合流程Figure 3 Process of fusing Multi－source data

在数据的加工中需要完成数值处理和数据的关联及定位.数值处理包括数据的标准化和设备命名的标准化.数据的标准化指时间的校准、空间的校准、度量单位的校准.设备命名的标准化采用2种方式：①对各种电网的外部信息系统采用国家标准或单独制定命名的规范；②基于公共信息模型（CIM）规范中的Pathname域，制定基于CIM的统一设备命名规范.数据的关联及定位是将各个系统中的数据融合到具体的设备，这种关联定位既可以是和具体设备图形的相关，也可以是在主接线图或地理接线图上的关联，它所融合的信息是数据应用层所必需的.

4）数据展示的可视化.

SCADA/EMS数据采用电网可视化的方式表达［8］，同地理信息相关的故障定位、雷电、气象、地质、水文等信息在地图上展示，自定义图形曲线、表格的展示方式，从多角度、多层面动态展示所关心的数据，体现与反映出电网运行生产、经济发展等情况，提高工作效率，帮助发现潜在问题，指导工作.

3 应用与实践

笔者使用Visual Studio 2010C＃作为开发平台，采用以 WPF（Silverlight）和FLEX为主体的技术研发思路，在某省公司部署了该系统平台，其硬件布置如图4所示.它融合了SCADA/EMS，WAMS，DMIS，OPS、继电保护系统、风电预测系统、雷电定位系统、气象信息系统等，通过信息融合机制，实现电网与异步信息高度耦合的并发显示.为了把电气量信息和外部信息有机整合在一起，通过时间和空间关系将它们聚合在一起，在其展示方面采用以下模式：

1）拼接模式.对呈现内容较少，但要求所有信息同时呈现时，将所有的图形、数字、文字均组织在同一页面中.

2）主从模式.以地理图、电气接线图为主界面场景，将其它多种业务数据按附从的形式呈现.

3）动态磁贴模式.用于一个功能模块内部导航，实现主要数据和信息在磁贴上的动态实时文字或缩略图呈现.

4）动态网格.它是拼接界面和磁贴界面的结合，相当于把屏幕划分为N×N 个网格，各类信息分存于不同的网格，激活的网格占用较大的屏幕空间，同时挤压其余网格分布于四周，保持各网格相对位置不变，非活跃网格可显示类似磁贴的动态实时文字或缩略图呈现.

融合外部信息的电网可视化系统的效果如图5，6所示.

图4 系统硬件布置Figure 4 Structure chart arranged for hardware

图5 系统主界面Figure 5 Main surface chart of system

图6 2D/3D混合显示Figure 6 The 2D/3Dmixed image display

4 结语

笔者提出了基于SOA构架上的融合外部信息的电力调度监视平台的设计方案，在地理图和电气主接线图上实现了电网外部信息与实时信息的聚合，并能对分区统计信息、气象、地质等信息进行展示、告警、互动等功能，为电网可视化发展提供了一个崭新的展示平台和手段，为非电气量数据引入电力系统做了有益的尝试.

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