智能电网可视化平台的研究与实现

黄勇军，王 皞，汤尊霖

（国网江西省电力公司九江供电分公司，江西 九江 332000）

0 引言

可视化技术随着电力系统的发展需要不断进步，从最初的电网单线图的原始数据表示及列表表示，逐步向二维和三维图形化、动画发展，并吸收了信息学、美学、心理学等学科技术，形成了一系列与电力系统运行相适应的可视化表达方式。

传统的电网可视化是通过图表、曲线、饼图等方式将电网运行中各种枯燥的数据形象的显示出来，更有效的利用操作人员视觉优势处理大量数据。现阶段配电自动化系统、生产管理系统PMS、能量管理系统EMS等业务系统中已经具有可视化的功能，并具有很好的使用效果。而随着智能电网的建设和发展，需要多种业务系统完成对电网的监控，单一系统的信息已经无法对智能电网进行描述，只有对各系统的信息进行统一集成处理，才有可能对智能电网的状态进行描述、监控和分析。

本文在分析与研究智能电网可视化技术的基础上，对国家电网（以下简称“国网”）智能电网项目江西共青城智能电网的可视化集成应用平台进行了介绍，并对其功能设计，技术特点及应用效果进行了说明。

1 智能电网可视化平台建设目标与研究内容

1.1 建设目标

共青城智能电网运行可视化平台借助于图形化手段，综合共青城智能电网各系统及电网外部环境信息，同时基于地理GIS模式和电气接线图模式，摈弃简单、枯燥的数据堆砌，综合采用Flex、3DGIS等最新的计算机图形技术及先进的展示设备，对经济技术开发区智能电网集中进行动态、灵活、直观和多维的可视化展示。主要完成下列目标：

1）展示共青城智能电网综合示范工程各子项目的亮点及特色；

2）实现发、输、变、配、用各环节系统的综合信息共享，实现集成应用、综合分析、全程、全景、全维度可视；

3）提高生产运行和管理人员对电网的掌控和决策能力，为电网运行管理提供智能辅助决策。

1.2 研究内容

可视化平台由基础支撑平台、调控一体及应用、运行全景管理、营配融合、可视化构成，并实现与上级调度系统、营销系统、配网PMS系统和用电信息采集系统等的互联。

1）在可视化平台中，通过营配贯通，实现中低压设备拓扑着色功能。

2）在真实的地理信息系统上进行三维建模，更直观的查看各类充电设施的设备外观以及运行状况。

3）在配电自动化系统中加入分布式电源模块，实现对分布式电源的控制。

4）基于物联网的配电网设备状态监测信息通过信息交换总线集成到配电自动化系统中，参与负荷转供等配电网运行方式调整的辅助决策。

5）可视化基础平台采用面向服务的设计理念（SOA），主要由商用库、实时库、实时消息总线、服务总线以及WEB发布功能等部分构成，支持配电网运行可视化。

6）服务总线包括系统运行管理服务、权限服务、资源定位服务、告警服务、文件传输服务、实时数据通信服务、简单消息邮件服务、日志服务等各类服务。

7）可视化基础平台主要用以支持监控运行、分析研究和生产管理，构建信息共享、技术公用、接口开放的软件开发和运行环境。

8）配电在线监控主要包括配电SCADA功能、馈线自动化、电能质量监控、基于物联网监控、图模管理等功能模块。

9）调控应用支持功能包括：网络拓扑分析、状态估计、配网潮流、负荷转供、负荷预测等功能模块。

10）配网运行管理功能包括：运行全景监视、停电管理等。

11）营配融合功能包括：业扩报装辅助功能。

12）基于IEC61970/IEC61968的信息交换总线是可视化基础平台和应用软件与配电企业内/外部系统进行信息交换的纽带，通过信息交换总线实现数据和模型的自动同步、配电数据管理的流程化、信息化和应用集成。

13）可视化模块利用可视化人机交互子系统提供的各种可视化手段，实现立体GIS、电网运行可视化、辅助决策可视化、虚拟现实可视化等功能。

2 智能电网可视化平台系统架构

本系统应用平台基于J2EE＋Flex＋ActiveX体系框架，以浏览器方式提供三维应用系统的浏览，综合查询，综合统计，二、三维联动等功能满足系统更广范围应用需求。其中三维GIS发布服务基于Skyline的TerraGate，二维GIS地图采用GIS平台的地图服务。B/S系统通过整合技术将二维地图和三维立体模型浏览有机地结合在一个浏览器视图中，为用户提供良好的人机交互界面。

系统采用多层架构，有数据层（包括数据管理层）、业务逻辑层、表现层，其中系统安全体系贯穿于各个层之间。数据管理层通过对关系型数据库和空间数据库引擎的管理完成数据的组织、处理、优化和控制；业务逻辑层通过多个模块对业务数据完成查询、统计、分析等操作，具有可扩展性和灵活性；表现层基于多种模式，展现数据表现方式，并能够独立运行或嵌入其他应用系统，图1为系统软件总体架构图。

图1 系统软件总体架构图

系统软件架构采用组件形式构成，组件之间通过标准接口定义相互访问。组件开发采用插件式框架，能够较方便地进行系统功能的扩展。

界面层采用可定制方式。通过权限管理系统，对不同权限的用户进行系统功能和资源的分配，将不同的界面呈现给不同的用户。B/S体系应用界面采用JSP＋Flex＋ActiveX模式，以富客户端方式提供良好的用户体验。

3 智能电网可视化平台功能模块实现

3.1 电网运行状态监视

本模块监视电网的整体运行状况，通过浏览基于地理信息背景的监视图能够迅速发现电网异常情况，并提供异常信息告警、追溯等功能，便于运行人员及时发现及处理电网异常故障。

按照分界面方式设计各类电网运行状况全局监视子功能，运行人员可根据需要调用查看各子功能，选择所关心的局部区域，进入平台设计的各类子功能，查看该子功能相关信息。

若出现电网异常情况，平台自动弹出相应监视界面，并发出相应提示，运行人员可从全局监视界面中点击选择相关区域，通过弹窗或分屏方式显示该子功能的相关信息，实现故障追溯、分析功能。各全局监视功能及子功能可自定义，灵活显示及保存，图2为电网运行状态监测主界面。

图2 电网运行状态监测

通过对主网线路、变电站等运行数据的监测，达到对主网整体运行状态监测的目的，通过整体电网功能界面可进入相应的子功能。

3.2 停电管理应用

本模块基于信息交互总线有机连接配电自动化系统、生产管理系统XPMS/PMS、地理信息系统GIS、营销管理信息系统等配电网相关系统，通过基于可靠性预控机制的计划分解，科学合理的安排停电计划，减少重复停电；通过对故障的准确定位及研判，快速有效明确停电原因，缩短停电时间实现抢修的快速化、安全化、可视化。

3.3 用电能效服务全方位可视

利用国网营销管理系统、用电信息采集系统等系统中的实时信息，在地理信息图中显示电网构架和互动化营业厅落点，分析共青城整体用能及重要企业用能情况；说明互动化营业厅业务办理工作流程及实时业务处理信息，统计评估互动化营业厅运行设备状态及服务质量。

3.4 清洁能源应用可视

利用九江地县一体化调度系统、光伏发电管理系统中的实时信息，在共青城地形图中显示清洁能源落点分布，清洁能源发电整体运行情况，便于运行人员整体掌握、实时关注清洁能源对电网的影响。

3.5 物联网应用可视

利用配电自动化系统、XPMS/PMS系统等业务系统中的实时信息，在共青城地形图中显示配电线路及电气设备整体运行情况，实时显示设备异常告警信息，并为配网运行分析提供辅助数据支撑；通过介绍智能电力户外设施综合防盗预警系统对监控范围内配电设备全方位防护作用。

3.6 充/换电设施运行监视可视

利用电动汽车充电设施综合监控及管理系统、用电信息采集系统等业务系统中的实时信息，在共青城地形图中展现电动汽车充电设施的分布，显示电动汽车充电设施视频监控信息，各个充电设施的设备状态，说明智能电网对电动汽车发展的促进作用。

3.7 业扩报装辅助分析

基于配电网自动化和GIS技术，以配电网地理信息图形和现有营销业务为基础，依托地理信息技术，有效整合营销业务管理系统、用电信息采集系统的信息，根据客户业扩报装信息，生成简要的供电方案，同时对不同方案的可行性进行对比分析，实现信息化供电方案快速制定，实现业扩报装业务的智能化提升，提高客户服务水平、提升客户服务能力，提高营销管理水平。

3.8 电网三维全景模拟

以三维GIS地理信息数据为基础，构建共青城电力设施全景分布图，包括变电站、地下管线走向、设备周围环境等信息，实现地理信息系统、航拍影像和三维城市配电网场景的三者的无缝集成，如图3为电网三维GIS模拟界面。

图3 电网三维GIS模拟界面

同时，通过数据动态装载、图形渐进描绘、多重细节层次和虚拟现实表现等技术，在全景分布图上，可实现多种新式的三维动态可视化功能，支持界面漫游、多级放大、动态捕捉、精细测距等，并通过叠加柱状图、曲面等三维图形展现共青城电网的运行信息、模拟仿真结果信息。

4 智能电网可视化平台技术特点

1）融合物联网信息的配网运行方式优化与协同控制。

利用基于物联网的配电设备状态数据，结合配电自动化系统等相关业务系统中的实时信息，在共青城地形图中显示配电线路及电气设备的温度、杆塔倾斜度、水浸等整体运行情况，实时显示设备异常告警信息。根据配电设备温度等运行及告警信息，评估对配网线路运行的影响，为配网运行方式调控优化提供辅助数据支撑，优化配网运行方式调度。

2）基于多源信息综合的配电生产抢修全过程闭环监控。

综合利用95598、调度自动化、配电自动化、用电信息采集、故障指示器及人工录入等多种手段作为故障信息来源，并基于GIS实现综合辅助研判及智能故障定位，动态追踪当前用户的供电电源点，准确快速实现故障点的查找和定位，缩短用户停电时间，实现配电网自愈及信息发布，提高供电可靠性，提升优质服务水平。

3）配电网运行关键指标集成展示。

集成展示配电网运行关键指标，包括供电可靠率（RS-1、RS-2、RS-3）、电压合格率（综合、A类、B类、C类、D类）、当前配网停电概况（当前故障停电电路总数、当前计划停电线路总数、当前停电受影响户数）；集成展示终端在线率、遥控成功率、DA等配电自动化运行统计指标。通过与电能质量监测系统的信息交互，综合展示包括电流谐波畸变率、电压波动率、三相电电压及电流的不平衡度和谐波越限告警信息和谐波越限告警记录等电能质量信息。为调度员掌握配网运行状态，合理安排运行方式提供全景辅助分析。

4）电网运行状态三维全景展示。

以三维GIS地理信息数据为基础，构建共青城电力设施全景分布图，包括变电站、线路、及供电公司周围环境等信息，实现地理信息系统、航拍影像和三维城市配电网场景的三者的无缝集成，综合展示各业务系统运行数据，对输电线路、智能变电站、配电线路、配网设备等重点设施完成针对对象的精细化建模，在此基础上实现对电网设备属性数据及运行状态的实时查询，动态反映电网当前运行状态。

5）基于融合地理信息及配网运行状态的业扩报装辅助分析。

以地理信息技术为基础，有效整合营销业务管理系统和配电自动化系统。结合营销系统业扩报装工作流程，根据客户业扩报装信息，基于地理信息、杆塔走向、结合报装客户类型等信息，分析可行的供电路径，并根据配电自动化系统的实时运行信息同步计算配电线路的负载能力，并利用营销系统中的报装容量等信息，生成供电方案，同时对不同方案的可行性进行对比分析，实现信息化供电方案快速制定，业扩报装业务的智能化提升，提高客户服务水平、提升客户服务能力，提高营销管理水平。

6）营配调数据集成与贯通。

通过营配贯通，实现对配变所覆盖低压用户信息的动态抽取和展示，并结合电网的实时运行状况，直观展现配电网局部区域的供电能力，为业扩报装，及负荷转供、线路切改提供支持。

7）清洁能源多点接入及综合智能监测。

通过集成调度自动化系统、光伏发电管理系统的运行管理数据，综合展示光伏、风能、小水电落点分布，清洁能源发电整体运行情况，便于运行人员整体掌握和实时关注清洁能源对电网的影响。

8）用电能效综合监测。

通过集成营销管理系统、用电信息采集系统等系统中的信息，分析共青城重要用户用电能效，展示互动化营业厅实时业务处理状态信息，统计评估互动化营业厅运行设备状态及服务质量。

9）基于综合数据平台的配用电系统碳流分析与展示。

基于综合数据平台，采用适应于配用电系统的碳流分析技术，将电力系统潮流与碳排放相关联，实现对配用电系统碳排放的可观和可测，为配用电系统面向低碳的优化运行提供依据，面向社会分析、展示智能电网建设带来的低碳减排效益。

5 结束语

智能电网可视化平台建设是对各个业务数据进行统一集成，改进了现有的各个业务系统的功能局限性，通过综合各业务系统之间的数据联系，实现对整个配电网的全面的展示，有助于电网工作人员更全面、更深入地了解电网运行的方方面面及其之间的联系，从而为电网的可靠运行、高效运行和决策水平提供保证，也有助于减少电网的运行管理维护成本。同时智能电网可视化平台提供绿色能源展示系统，通过绿色能源能量流、运行与使用情况，以及减少碳排放的统计等多方面的可视化，向社会公众直观地感受到智能电网和绿色能源的发展情况和好处，从而有助于提高公众的节能减排的意识。

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