陈家乾，钱海峰，卢 冰，沈晓东，魏 亮

（湖州电力局，浙江 湖州 313000）

0 引言

湖州电力局现役的EMS（能量管理系统）为清大高科研发的TH2100平台。近年来随着湖州地区电网规模不断扩大，网架结构日益复杂，对电能质量和供电可靠性的要求也不断提高，该系统已经越来越难以满足不断增长的需求。

为此湖州电力局建设了1套基于国电南瑞OPEN3000平台的地县电力调控一体化系统。在功能定位上，地县电力调控一体化系统不仅要服务于湖州地区调度（简称地调）和长兴、安吉、德清3个县级调度（简称县调），并在地区和县局两个层面上分别将监控功能涵盖其中，需要满足调度、运方、监控和自动化等多个专业的工作需求。由于地县电力调控一体化系统面向的用户分工不同、需求各异，设计合理的人机交互界面，使各类用户都能高效地开展工作显得尤其重要。由此提出1种基于LCF-DV模型的设计方法，以数据库和视图为目标，将各类用户需求细分为管辖、分工和功能3个部分，通过与OPEN3000平台融合，实现了良好的人机交互。

1 OPEN3000概述

OPEN3000平台遵循IEC 61970，IEC 61968等技术规范，采用CIM/CIS（公共信息模型/企业形象识别系统）数据总线技术，在人机接口方面具有良好的开放性，实时库是用户和数据库的主要交互接口。图形界面分为应用和业务两大类，总控台等应用界面提供了调用各种业务界面的功能，图形编辑器、告警窗口、公式编辑等业务界面为用户提供业务信息和交互服务。OPEN3000采用图模库一体化技术，并提供权限管理和责任分区功能，便于界定操作权限和范围。

地县电力调控一体化系统要在1个平台上联接地县两级电力调度机构，横跨调度、监控、运行方式（以下简称运方）等多类业务，集多种应用、维护工作于一体，需求的复杂性和多样化增加了人机界面设计的难度。尽管OPEN3000平台有许多先进技术作为支撑，但优良的人机界面仍必须与应用需求紧密结合。

2 LCF-DV模型

将数据和视图分离，使底层数据组织方式对用户透明，让用户关注的焦点呈现于交互界面，提升用户交互体验，提高信息交互效率[1，2]，这些是人机界面设计的核心。除了满足上述指标，地县电力调控一体化系统人机界面设计还有其自身特点。一方面，该系统属于多用户系统，各类用户操作习惯的区别，关注信息类型的不同、数量的差异等因素，在设计时都需要充分考虑，必要时根据用户需求定制个性化交互界面。另一方面，该系统人机界面设计还必须考虑电网的安全性。这种安全性根源于数据正确、完整，操作严格授权[3]，在人机界面层次表现为数据及操作入口的可见性。

LCF-DV模型以数据（Data）为核心，以视图（View）为目标，在保证数据操作安全基础上，综合考量各类用户的不同需求设计人机界面。对访问、更改、删除等操作，采用权限控制机制，在根本上保证数据的安全性，并确保无权限人员在视图层面上无法查看数据。以需求为导向，基于最小耦合原则，模型划分为LCF 3个部分。

第1部分描述了管辖定义L（Layer）。电网的多级调度特性将地区级和县级人员进行天然划分，地区级人员与220 kV，110 kV及本地区35 kV电网和设备的运行维护相联系，而县级人员则与所在县35 kV电网和设备相关。

第2部分描述了分工定义C（Character）。根据系统建设要求，必须能为调度、监控、运方等专业提供电网实时运行数据，并实现对电力设备的操作和控制。调度、监控、运方以及自动化专业技术人员都是该系统的最终用户，整个人机界面的设计必须考虑上述专业分工的使用需求和使用习惯。

第3部分描述了职能定义F（Function）。不同的分工会有不同的智能需求，即使同一个工种也会有多方面的职能需求。调度员既需要关注电网的拓扑结构、有功无功潮流、关口力率等，还要根据实际情况下达调度指令，改变电网的运行方式；监控人员一方面需要看到告警窗内各种告警信息、光字牌信息，另一方面还要根据调度员指令进行遥控操作等；自动化人员则需要编辑厂站主接线图，还要及时根据现场设备变更情况更改遥测信息的满度值、TA（电流互感器）变比参数等。LCF结构如图1所示。

图1 LCF结构

LCF-DV模型整体架构如图2所示。整个模型始于D端，终结于V端，通过LCF 3个部分将两者联系贯通。由于结合了调度系统的实际需求和工作职能定义，地县电力调度一体化系统的任何1种需求都可以用上述模型进行描述，最重要的是这种描述方式可以将其与其他需求进行完全区分，保证了需求描述的完整性和唯一性。

图2 LCF-DV模型

3 系统人机界面设计

将LCF-DV模型与OPEN3000平台融合，是实现地县电力调控一体化系统人机界面设计的关键。OPEN3000设定的用户通过权限定义和责任区分配，对不同资源具有不同的使用权限，是融合的技术基础。

3.1 数据访问控制

在LCF-DV模型中，数据访问模式存在视图界面操作和数据库直接操作2种方式。OPEN3000系统的历史数据库基于UNIX系统上的ORACLE数据库，能在数据库直接操作模式中对访问实现完善的权限控制。

对于需要维护数据库的地调自动化维护人员和县调自动化维护人员，为其创建访问专用账号，并定义各自的访问数据区域。除了自动化维护人员，其他人员对数据大多只需读取，因而可以利用OPEN3000提供的图模库一体化技术将数据显示于交互图形界面。除了历史数据库，OPEN3000还提供了SCADA（数据采集与监控系统）实时库的访问界面。对于该种方式的访问控制，在OPEN3000平台层面上定义用户账号责任区的特殊属性，将对实时库的访问控制精确到了“域”级。

3.2 管辖权限定义

LCF-DV模型从用户需求出发，管辖定义L明确了用户所处的调度等级。从设备管理角度可知，调度等级的实质是对不同等级变电站及其设备的管辖权和操作权，因而可以用权限管理进行定义。OPEN3000提供的责任区工具以设备为单元，并在其上构建了间隔、变电站等不同层次的设备集合。根据不同的管辖范围，将设备或者设备集合选择到相应责任区，实现对这些设备操作权限的控制。

3.3 分工及功能设定

地县电力调控一体化技术支持系统涵盖调度、运方、监控、自动化等多个专业。在地区调度管辖层面（或者县调），各专业的分工及功能设定如下：

（1）调度人员关注本区域电网的整体信息，包括运行方式、潮流分布等，向监控人员和运行人员下达调度指令，对某些设备进行操作。其功能主要涉及监视对电网运行有重大影响的告警信息，各类应用画面的调阅与相关设备的操作等。

（2）运方人员关注地区电网的潮流分布，对电网架构和运行方式的安全性进行评估，针对薄弱点编制应急预案。其分工与功能仅限于对电网潮流分布信息的调阅及调度员潮流等模块的使用。

（3）监控人员执行对设备的监视控制任务，通过监视告警信息窗的各类告警信号、变电站间隔和设备的保护信号以及断路器开合、刀闸开合位置信息等，并根据值班调度员指令进行设备遥控操作，其功能涉及告警窗内告警信号的监视、变电站内各间隔告警信息的查阅分析、变电站设备的监视和控制等。

（4）自动化人员致力于维护整个调度自动化技术支持系统，包括系统平台的运行维护，厂站接线图的新增与修改，遥信、遥测、遥控点号的录入等工作，其功能包括平台各应用功能的配置与维护、电网模型的构建与维护、电网参数的录入与修改、数据库的维护、应用画面的制作等。

在OPEN3000平台中利用图模库一体化、责任区、画面编辑等技术，实现上述功能。在相应责任区分配相关的变电站和设备，以实现对设备进行置数、遥控操作功能；在OPEN3000总控台配置画面浏览功能，并设置相关画面的超链接，实现应用画面的调阅功能；配置平台账号权限，实现对告警窗内管辖信息的确认；配置数据库账号权限，实现对数据库中电网模型、参数、三遥点号的录入维护。

3.4 视图布局

在地县电力调控一体化技术支持系统中，视图布局应充分考虑调度、监控、运方和自动化人员等多类用户的共同需求，如对各变电站一次接线图信息上的断路器、开关、刀闸位置信息的调阅功能，同时也要注意上述各类用户关注焦点的不同。在视图布局和设置环节以统一为原则，以差异化需求为目标，最大限度地实现视图层面的管辖、分工和功能定义的解耦合。

OPEN3000主控台是各项应用功能激活的根节点，各类用户登录后自动根据主控台参数配置文件o2000e_console.ini，对主控台提供的各项应用功能进行定制组合显示。合理配置o2000e_console.ini，将应用功能接口显示提供给各类用户。如果除了自动化人员，其他用户无需对数据库进行操作，则可以在主控台上不显示数据库调阅程序。图形浏览界面是所有用户都需要使用的公共功能，统一配置在o2000e_console.ini文件中。

制作统一的图形浏览登录界面，如图3所示。第一级是应用模块类，包含了SCADA，FES（前置信息）， PAS（高级软件应用）， AVC（无功控制优化）等。监控人员只需关注SCADA模块信息，而PAS模块对调度、运方人员关注电网的整体运行信息非常有效。每个模块又针对各类分工及其功能设定需求定制了多种应用，以SCADA为例，该模块中各应用所对应的用户如表1所示。

图3 统一的图形浏览界面

表1 分工和功能与部分应用对应关系

在视图层次和结构设计方面以调度和监控两大专业需求为原则，建立以SCADA模块画面为始发点、变电站厂站接线图及其间隔接线图为终结点，以地理接线图和一次接线图为双核心的辐射状链接关系。

变电站厂站接线图及其间隔接线图是电网模型的基础，也是调度、监控和运方人员经常需要关注的画面，图形和设备名称符合标准化、规范化要求。与地理接线图相关的地区关口、市区关口、主变压器（简称主变）限额视图等都是调度和运方人员所关注的焦点，监控主画面则包含了监控人员所关心的直流一览表、主变不平衡一览表、站内不平衡一览表等应用画面。整个SCADA模块中各类应用的链接关系如图4所示。此外，还利用OPEN3000平台的告警窗为监控人员提供定制的告警信息服务，并按照规范要求将告警信息划分为事故、异常、变位、越限、告知五大类。

图4 SCADA应用链接关系

4 结语

地县电力调控一体化系统的用户包括调度、运方、监控、自动化等专业人员，系统需求具有多样化和复杂性的特点。为了使各类用户都能够可靠、高效地使用系统，提出1种基于LCF-DV模型的人机界面设计方法，以数据库和视图为目标，把需求细分为管辖、分工和功能3个部分，实现了各类用户不同需求的解耦合，并与OPEN3000平台的紧密融合，在满足各类应用基础上达到了良好的人机交互效果。

[1]施奈德曼.用户界面设计——有效地人机交互策略[M].3版.张国印，译.北京：电子工业出版社，2004.

[2]黄艳群，黎旭，李荣丽.设计人机界面[M].北京：北京理工大学出版社，2007.

[3]董建明.人机交互：以用户为中心的设计和评价[M].2版.北京：清华大学出版社，2007.