供电调度中心的可视化平台开发与应用

花 洁, 梁锦来, 区允杰

（广东电网有限责任公司佛山供电局, 广东佛山 528000）

在电力系统中, 供电调度中心是极为重要的部门, 其主要负责调度和指挥电网, 同时对整体运行进行管控。近些年, 我国的电力结构正在不断优化, 供电的可靠性也在加强, 但同时电网中所使用的设备也越来越多, 类型越来越复杂, 系统复杂程度在不断上升, 给电网调度工作带来了极大困难[1］。因此, 建立电网调度可视化平台对设备信息的多维数据进行图形处理, 有效消除信息系统孤岛, 实现配网全域监控, 提升电网调度水平和供电服务能力至关重要。目前, 国内外应用较多的可视化平台包括Ventuz平台、DateV平台、Apache Superset平台等[2-4］, 主要通过Tableau、R语言等数据分析工具[5］, 融合数据相关算法对数据分析过程进行可视化展示[6-8］, 使得供电调度工作能够在较为形象和清晰的办公平台呈现出来, 实现数据、图形的可视化。但该类可视化平台也存在一定缺陷, 如平台专业性太强, 操作要求较高, 通常要求具有精细化的图形工具和丰富的图形算法等[9］。基于此, 本文采用兼容性强、易操作的OpenGL平台进行电网调度的可视化设计, 从主配网运行监控、负荷调度、事故预警等方面进行系统开发, 有效提升了供电企业电网管理监控水平和故障处理能力。

1 可视化技术路线

1.1 系统需求

电力部门供电线路连接配电变压器、断路器、电容器等设备, 集供电设施、设备和线路于一体。系统主要实现供电设备管理、运营监测、供电预算管理和调度指挥等, 需要在可视化平台上展示供电网络的设备、设施运行参数和状态, 可通过可视化平台实时查询运行参数和运行状态, 实现设备运转状态的协调、指挥, 及时发现线路故障, 保障供电服务。因此要求建立的可视化平台能够实时展示配电网络中设施、设备的运行状态, 为配电网故障排查、监测提供一体化应用平台。

1.2 可视化技术应用

系统基于OpenGL进行三维可视化平台开发, OpenGL能够让窗口系统与硬件分别独立运行, 运用OpenGL的适配器可以开发并设计不同机型的图形软件和处理软件, 解决了兼容性问题。OpenGL能够在当前主流的操作系统上运行, 并且能够从一个平台移植到另一个平台。

系统的界面编程主要依靠Qt来完成, Qt可以提供包装类型的OpenGL, 即QGLWidget进一步深化开发设计。处于OpenGL环境时, 可以对多种可视化场景进行绘制, 包含了可视化图元, 同时也可绘制一些基础图形, 还能够对可视化场景的布局进行控制, 且设立了可视化的插接接口。借助于OpenGL技术, 系统在不同的操作系统中或硬件上都能够发挥可视化的功能。

2 系统结构设计

2.1 系统架构

系统采用三层网络架构设计, 主要包括业务逻辑层、数据层, 以及功能表现层, 具体架构如图1所示。其中, 数据层为系统提供数据服务, 在本研究系统中, 其数据的类型包括图形数据与属性数据两大种类[10］, 如基础信息数据、电网运用数据等。业务逻辑层实现供电服务的业务逻辑管理, 主要包括用户权限、设备信息查询。功能表现层实现系统各功能操作。而可视化平台是系统操作的基础, 因此其所含有的图形数据较多, 这样在界面设计时, 采用框架结构方便操作人员进行图形操作。基于三层网络架构设计, 实现系统数据、业务和运行的相互独立, 若是要更改某一个系统层次, 那么只需要对本层功能进行优化即可, 使得系统的维护工作更为高效。

图1 系统体系结构Fig.1 System architecture

2.2 系统可视化平台设计

系统基于可视化平台来指挥与服务供电调度, 也即多种功能的模块都可以基于可视化平台开发, 实际设计中, 包括了系统功能模块设计以及图形信息数据库设计, 如图2所示为可视化平台应用于供电服务指挥线路图。

图2 可视化平台技术路线Fig.2 The technology roadmap of the visualization platform

系统的基础之一就是图形设计库, 其在进行图形数据获取时主要是通过公用影像方式或是无人机拍摄方式, 而设备图形数据的获取和录入需借助于OpenGL平台, 矢量数据库由数字化操作实现。属性数据库以设备分布、投资分类设计, 根据数据库核心表进行分类。建立好系统数据库和图形数据库后, 即可在OpenGL地图编辑环境下实现两者对应。

供电指挥可视化设计也需进行OpenGL接口的调度, 在这个过程中访问服务会由后台发布, 而借助于HTML5, 客户端能够直接对接口进行访问并调用。系统的图形操作以框选的方式实现设备分布分析, 并以列表的形式显示。系统图形功能完成开发后, 将业务功能与图形功能的UI集成, 为Web Servers提供服务, 在客户端发送设备ID, 然后在数据库中查询设备信息, 以Layer显示结果。

3 系统功能具体设计

3.1 供电装置的管理设计

供电装置与设备管理类, 主要包括装置的设置类与设备的查询类等。比如设备的查询类需要进行数据统计, 其统计主要是根据具体条件来执行, 然后将统计结果返回到现实类别当中。查询类会将所有统计条件都保存在数据库中, 通过数据库进行显示和访问操作, 并生成相关的统计结果（图3）。用户通过鉴权进入供电设备管理页面, 设备类型信息以图形化方式展示。系统数据库设备图形数据库与属性数据库中的主键建立对应关系, 以ProjectGIS为主体类设计, 由GIS定位查询设备信息, 并在主类ProjectGIS中执行FangPosition（）, 由DataBase实现数据库信息更新和操作[11］。

图3 设备管理类图Fig.3 Equipment management class diagram

3.2 运营监测的管理设计

运营监测模块中, 选择DataServer作为电网运行操作类, ExamineURL为服务检查类, ImportData为数据导入类。电网运行数据根据相关地址、接口导入到系统服务端。当电网运行数据服务端收到查询请求后, 通过发送JSON数据请求将远程数据导入本地服务器端。电网运行数据包括结构化数据和非结构化数据。服务类用于实现设备电网运行结构化数据, 非结构化数据以FTP站点管理、测试来实现。在进行数据导入时, 为保证不同电网业务系统能够访问一个设备, 以URL的形式给出业务系统的服务和相关参数[12］。实际进行数据请求以前, 还需对系统的URL配置进行测试, 经过有效性校验后, 将测试结果返回服务端, 最终存储到集成数据库中（图4）。

图4 电网运行详细类图Fig.4 Detailed grid operation class diagram

3.3 供电预案方面的管理设计

实际管理工作中涉及的供电预案方面主要包括定制预案、删除预案以及修改预案等。DB类为数据库操作类, 实现数据库连接状态识别和释放, DataSet为数据库记录操作类, 通过执行SQL语句来完成数据记录和查询, 包括数据修改和删除操作；Plane类为供电预案管理主类, 作为供电预案所有维护操作主入口, 可调用其他类, 用于对供电预案的整体管理, 包括拟定供电预案, 进行预案有效性校验；SearchPlane用于执行供电预案查询操作类, 通过执行SQL语句对供电预案进行查询；StaticPlane具体执行供电预案统计操作类, 并根据统计条件生成SQL语句, 以数据形式返回到操作主类中（图5）。

图5 供电预案信息类图Fig.5 Information class diagram of the power supply plan

3.4 调度指挥管理设计

调度指挥管理通过指挥指令来实现可视化供电智慧管理工作, 如图6所示为调度指挥管理类图。MessageInfo主要功能是进行信息查询, 同时还可进行维护管理, 其消息设计的供电设备突出显示依靠聚焦法来实现；User用于实现各类用户登录操作, TaskInfo实现供电调度的任务类操作, 包括任务查询、维护等；InstructionInfo实现指令的发送、查询等操作, QuestionInfo用于实现基于供电指挥平台的信息交流。

图6 调度指挥管理类图Fig.6 Command and management class diagram

4 可视化平台供电系统的实现

系统基于Windows 7操作系统, 采用Qt5.8开发平台。其中图形开发为OpenGL平台, 数据库选择MySQL8.0。

4.1 供电装置管理功能

系统中的供电装置, 主要涉及的管理功能包括查询信息、统计数据、维护信息和可视化展示部分。在查询信息时, 主要是通过设备关键字进行查询, 然后借助于接口将查询结果进行发布, 统计数据过程中需要统计装置的多维信息, 维护信息是根据供电服务系统数据结构要求进行数据增删等操作, 最后将各功能和统计结果在可视化平台上以图形方式展现。

4.2 运营监测管理功能

系统根据运营监测需要从数据库中查询设备ID信息, 向SCADA系统发送请求获得JSON数据, 对JOSN参数数据解析分离获得各查询数据, 其中包括运行状态ID、电流值ID、有功ID等, 将实时ID封装成数据流的方式, 并以约定的JSON数据格式返回, 将返回结果解析后保存在临时存储数据中。

4.3 供电预案管理功能

供电预案管理是保证电网运行的基础, 主要分为供电预案维护、预案查询2个功能模块, 并将源信息以可视化的方式在大屏等可视化载体上展现, 由于供电预案数据是多维度的, 因此系统可通过查询类属性来标识查询类型, 而查询条件的设计主要是结合预制规则, 从而依据条件来采集数据和分析数据, 最后是将数据分析结果储存到数据库中, 图7为供电预案管理界面, 可以看到电网故障位置以及发生的具体时间、修理进度等详细信息。

图7 供电预案管理界面Fig.7 The interface of the power supply plan management

4.4 指挥调度管理功能

为了切实满足不同地区的用电需求, 需要对供电进行调度, 同时应当对各地区的用电水准和实际发电能力进行监控, 保证用电设备和发电之间能够平衡协调。系统进行供电调度指挥主要涉及越限监控、用发电平衡监控等方面。如在发用电平衡监控中, 可通过系统对全省统调发电机组下的备用容量进行监控, 并累计并网负荷, 形成实际调用电负荷曲线。在越限监控中, 调度员根据电网运行情况, 设置优先级不同的临时限额, 当变电站主变潮流超过稳定运行限额时, 根据越限程度由高到低排序, 以保证电网安全, 图8为某一线路的越限实时画面。

图8 越限监视界面Fig.8 The interface of limit monitoring

5 结 论

可视化技术应用在电网调度中, 极大地提升了供电企业对资源的利用率, 为电网人员提高电网管理水平提供了计算支持。本文以供电服务智慧为基础, 在供电服务管理系统中引入了可视化平台, 进而对供电装置进行信息查询、运行参数获取以及图形化处理, 形成智慧型供电服务平台。整个系统采用了MySQL数据库, OpenGL图形库, 以Qt进行系统前端开发, C#实现数据服务接口, 实现对主配网运行监控、预警、调度以及紧急状态下的服务响应和现场抢修功能。该系统的应用, 能有效提高供电企业电网管理监控水平和故障处理能力, 满足客户服务管理的可视化和流程化需求。随着智能电网和大数据的不断提高, 后续系统可从配网自动化联动、可视化平台大数据处理能力提升方面来改善, 提升系统用户体验。