徐 磊，卜軼鋒 ，李?yuàn)檴?/p>

（國(guó)網(wǎng)河北省電力公司保定供電分公司，河北 保定 071000）

智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐 磊，卜軼鋒 ，李?yuàn)檴?/p>

（國(guó)網(wǎng)河北省電力公司保定供電分公司，河北 保定 071000）

隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，單一系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法對(duì)智能電網(wǎng)的狀態(tài)進(jìn)行完整地描述、監(jiān)控和分析，針對(duì)以上問(wèn)題，提出建設(shè)智能電網(wǎng)綜合可視化平臺(tái)，分析可視化平臺(tái)的總體建設(shè)目標(biāo)和系統(tǒng)架構(gòu)，介紹系統(tǒng)在技術(shù)上和功能上的實(shí)現(xiàn)方法，認(rèn)為該平臺(tái)可直觀和詳細(xì)的展示智能電網(wǎng)信息。

智能電網(wǎng)；可視化平臺(tái)；三維虛擬技術(shù)；多媒體動(dòng)畫

1 概述

按照《保定“電谷”智能電網(wǎng)工程總體方案》中對(duì)智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)的要求，在國(guó)網(wǎng)河北省電力公司保定供電分公司建設(shè)智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)，通過(guò)多媒體動(dòng)畫技術(shù)、三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)時(shí)、直觀地反映智能電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)及業(yè)務(wù)管理過(guò)程，為電網(wǎng)管理人員提供輔助決策支持。該平臺(tái)對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)、輸電線路在線監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理、故障搶修管理系統(tǒng)、智能變電站等保定電谷智能電網(wǎng)綜合建設(shè)成果，進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)展示和三維可視化成果展示，并提供大屏幕、觸摸屏、大屏幕控制系統(tǒng)及附屬設(shè)施等硬件支撐環(huán)境的集成服務(wù)。

智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)在展示信息給用戶觀看的同時(shí)，主要是有針對(duì)性地對(duì)智能電網(wǎng)所涉及各個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵性指標(biāo)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋給工作人員。平臺(tái)提供光纖測(cè)溫、導(dǎo)線垂度、導(dǎo)線溫度、電能質(zhì)量等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)管理、監(jiān)測(cè)設(shè)備選型、智能電網(wǎng)決策分析支持技術(shù)提供決策所需要的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)及診斷、輔助決策的集中展示，達(dá)到設(shè)備狀態(tài)自我感知、故障自我診斷的目的；同時(shí)，提供保定電谷內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的頻率、電壓、諧波、不平衡度、電壓波動(dòng)與閃變等電能質(zhì)量指標(biāo)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)分析處理、計(jì)算統(tǒng)計(jì)、事件記錄、曲線報(bào)表分析、數(shù)據(jù)查詢等功能的可視化展示。

可視化平臺(tái)在對(duì)以上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示的同時(shí)，依據(jù)電力系統(tǒng)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出故障預(yù)測(cè)、故障信息、事件記錄等數(shù)據(jù)。當(dāng)配電、變電系統(tǒng)出現(xiàn)突發(fā)故障時(shí)，可以通過(guò)可視化平臺(tái)直接看到故障發(fā)生點(diǎn)和故障原因，并立刻做出相應(yīng)處理。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)采用先進(jìn)的Intranet技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，結(jié)合智能電網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r，按照平臺(tái)的建設(shè)內(nèi)容和設(shè)計(jì)原則，搭建了其系統(tǒng)框架，如圖1所示。

圖1 智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)

3 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)采用主流開發(fā)工具和多媒體相結(jié)合的技術(shù)，并應(yīng)用面向服務(wù)的體系架構(gòu)（SOA），系統(tǒng)各個(gè)子模塊之間功能獨(dú)立，可根據(jù)用戶的需要?jiǎng)討B(tài)進(jìn)行組合，各個(gè)子模塊之間沒有直接耦合，而是通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的聯(lián)系由框架進(jìn)行組合，子模塊的修改只是模塊內(nèi)的局部修改，不會(huì)導(dǎo)致修改的擴(kuò)大，從而大大提高了系統(tǒng)可維護(hù)性，降低了系統(tǒng)開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)安全可靠性。

可視化平臺(tái)采用動(dòng)畫建模工具、視頻模擬驅(qū)動(dòng)工具、動(dòng)畫開發(fā)工具，利用Flash界面，展現(xiàn)豐富多彩的智能電網(wǎng)建設(shè)成果。智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)從技術(shù)架構(gòu)上分成3個(gè)層次，包括前臺(tái)展示層、中間服務(wù)層和后臺(tái)數(shù)據(jù)層，如圖2所示。

該可視化平臺(tái)同時(shí)使用了多種圖表組件技術(shù)，通過(guò)不同類型的圖表對(duì)不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行更直觀的監(jiān)測(cè)，及時(shí)準(zhǔn)確地將問(wèn)題信息傳遞給工作人員，進(jìn)一步提高供電可靠性。

圖2 智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)的技術(shù)架構(gòu)

框架程序利用J2EE技術(shù)，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法。面向?qū)ο蠓椒ǖ奶攸c(diǎn)是提高了系統(tǒng)的可用性，減少了后續(xù)階段的錯(cuò)誤，提高了可維護(hù)性。使用該方法在平臺(tái)開發(fā)之前所花的時(shí)間可能比傳統(tǒng)方法稍微長(zhǎng)一些，然而面向?qū)ο蠓椒ǖ暮笃诠ぷ鳎葌鹘y(tǒng)開發(fā)方法要容易和迅速得多。通過(guò)對(duì)象的抽象、繼承和封裝使開發(fā)人員對(duì)系統(tǒng)更易理解、維護(hù)和擴(kuò)充。PnP（即插即用）的設(shè)計(jì)理念，在框架的組織下，程序員無(wú)需了解項(xiàng)目的流程等細(xì)節(jié)，只需要關(guān)心其負(fù)責(zé)的功能模塊，對(duì)程序員的要求大大降低，同時(shí)也避免了由于程序員的個(gè)人理解能力對(duì)可視化平臺(tái)開發(fā)造成不必要的影響，大大增強(qiáng)了平臺(tái)的可維護(hù)性，降低了維護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)。

4 功能實(shí)現(xiàn)

智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)分為智能電網(wǎng)綜合數(shù)據(jù)集中展示管理系統(tǒng)、智能電網(wǎng)多媒體成果展示系統(tǒng)、智能變電站互動(dòng)模擬體驗(yàn)三大部分。

4.1 智能電網(wǎng)綜合數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

智能電網(wǎng)綜合數(shù)據(jù)展示主要以配電自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，包括但不限于以下分析與展示：智能配電網(wǎng)運(yùn)行概況、配電網(wǎng)中所有設(shè)備的負(fù)載情況、配電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)的分布情況、配電網(wǎng)故障的精確信息。對(duì)用電信息采集系統(tǒng)、輸電線路在線監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理、故障搶修管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)展示，直接鏈接到相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)。智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)運(yùn)用圖標(biāo)技術(shù)，通過(guò)儀表盤、曲線圖、柱狀圖等圖標(biāo)對(duì)不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。從而更直觀、詳細(xì)的將智能電網(wǎng)中的信息展示給用戶。

4.1.1 智能電網(wǎng)運(yùn)行概況

配電網(wǎng)在日常運(yùn)行過(guò)程中，涉及多方面數(shù)據(jù)，智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)可對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效的采集和監(jiān)視，在有限的屏幕上顯示盡可能多的信息，并提供多種顯示手段。

4.1.2 配電網(wǎng)中所有設(shè)備的負(fù)載情況監(jiān)測(cè)

配電網(wǎng)中設(shè)備很多，供電能力的強(qiáng)弱、供電質(zhì)量的好壞與這些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)有很大的關(guān)系，電力設(shè)備故障必然導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題。智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)隨時(shí)向用戶展示配電設(shè)備的運(yùn)行情況：運(yùn)行率、負(fù)載率、故障率等運(yùn)行信息。

4.1.3 配電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)的分布定位

配電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，各部分的負(fù)荷狀態(tài)是不一樣的，其抗故障的能力也是不一樣的。哪里是當(dāng)前配電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)？如何根據(jù)當(dāng)前配電網(wǎng)情況分配負(fù)荷，減輕配電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)？這些問(wèn)題都會(huì)在智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)中進(jìn)行展示分析。

4.1.4 配電網(wǎng)故障的精確信息

配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中故障是不可避免的，在發(fā)生故障的時(shí)候，如何將準(zhǔn)確的故障信息及時(shí)、可靠地傳送給調(diào)度人員，輔助他們正確判斷，采取有效的行動(dòng)，隔離故障，防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)散。配電自動(dòng)化系統(tǒng)的可視化就是要提供多維化的顯示手段，讓這些信息以2D、3D的方式直觀表現(xiàn)出來(lái)，提高調(diào)度員的工作效率。

4.2 智能電網(wǎng)成果展示

智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)采用三維動(dòng)畫宣傳片形式展示保定智能電網(wǎng)建設(shè)成果，主要包括用電信息采集系統(tǒng)、輸電線路在線監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理、故障搶修管理系統(tǒng)、配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)、智能變電站、智能家居7項(xiàng)智能電網(wǎng)工程建設(shè)成果。

智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)通過(guò)多媒體動(dòng)畫的方式對(duì)智能變電站的建設(shè)內(nèi)容及建設(shè)規(guī)模等情況進(jìn)行了全方位展示。并實(shí)現(xiàn)了智能變電站互動(dòng)模擬體驗(yàn)，更直觀地將變電站的建設(shè)情況進(jìn)行展示。

可視化平臺(tái)通過(guò)視頻動(dòng)畫形式，展現(xiàn)了智能化技術(shù)是如何應(yīng)用到家居領(lǐng)域的。智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)中，運(yùn)用多媒體技術(shù)，生動(dòng)直觀地展示了智能家居在生活中多個(gè)方面的應(yīng)用。智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)通過(guò)多媒體技術(shù)動(dòng)態(tài)地將門窗防盜報(bào)警、燃?xì)庑孤﹫?bào)警等安防系統(tǒng)展示出來(lái)，讓人們了解到安防系統(tǒng)在智能家具中所起到的至關(guān)重要的作用。智能家電系統(tǒng)通過(guò)移動(dòng)終端來(lái)控制家庭中例如空調(diào)、電視機(jī)、電飯煲等家電，使其達(dá)到自動(dòng)化效果。

4.3 智能變電站互動(dòng)模擬體驗(yàn)

智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)通過(guò)三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能變電站全部運(yùn)行設(shè)備及運(yùn)行狀態(tài)的場(chǎng)景模擬。操作人員通過(guò)屏幕前的系統(tǒng)操作，可以實(shí)現(xiàn)置身于智能變電站現(xiàn)場(chǎng)巡視設(shè)備查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及各類運(yùn)行參數(shù)信息虛擬現(xiàn)實(shí)模擬，包括順序控制、智能告警與分析、故障信息綜合分析、設(shè)備狀態(tài)可視化、無(wú)功優(yōu)化控制、智能操作票等功能三維立體展示。通過(guò)3D技術(shù)立體全方位展示采用集成化智能設(shè)備和一體化業(yè)務(wù)系統(tǒng)的新一代智能變電站，突出“綠色、環(huán)保、高性能”建設(shè)理念和美化發(fā)展前景。

a.實(shí)現(xiàn)智能變電站整體場(chǎng)景的仿真模擬，包括變電站整體場(chǎng)景、門禁設(shè)施、安防設(shè)施、環(huán)境監(jiān)控設(shè)施、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控設(shè)施等3D模型。

b.以巡視參觀人員為視角，從變電站主路進(jìn)入變電站大門，通過(guò)門禁監(jiān)控及控制系統(tǒng)，開啟大門進(jìn)入變電站監(jiān)控中心。

c.以站內(nèi)技術(shù)人員為視角，介紹智能變電站整體概況，包括風(fēng)電、水電、光伏電站的輸入，智能設(shè)備的保護(hù)單元、測(cè)量單元、控制單元、監(jiān)測(cè)單元、計(jì)量單元運(yùn)作原理。

d.實(shí)現(xiàn)以智能巡視機(jī)器人為視角，實(shí)現(xiàn)巡視機(jī)器人在變電站中按照既定巡視路線，巡視變電站內(nèi)主要巡視設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，主要包括智能變壓器各傳感器參數(shù)、電子式電壓／電流互感器、開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)。

e.以變壓器鐵心過(guò)熱為例，通過(guò)智能告警與分析、溫度場(chǎng)分析技術(shù)、故障信息綜合分析、設(shè)備狀態(tài)可視化，演示變壓器通過(guò)自動(dòng)啟動(dòng)冷卻設(shè)備進(jìn)行自愈恢復(fù)，突出堅(jiān)強(qiáng)智能自愈特征。

f.以檢修人員檢修變壓器為例，展示智能操作票與順序控制的自動(dòng)化操作，以3D動(dòng)態(tài)方式展示組合開關(guān)柜的有序動(dòng)作，展示變壓器周邊各設(shè)備的聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，強(qiáng)調(diào)自動(dòng)化特征。

5 結(jié)束語(yǔ)

在研究了智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)的基礎(chǔ)上，以保定電谷智能電網(wǎng)建設(shè)成果的直觀展示為例，在保定市進(jìn)行了新基地信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，以全面展示智能電網(wǎng)建設(shè)成就，搭建了智能電網(wǎng)技術(shù)交流和展示平臺(tái)，增強(qiáng)公眾和電力客戶對(duì)智能電網(wǎng)的感知度和認(rèn)知度。今后會(huì)在智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)上投入更多的研究，不斷優(yōu)化功能，挖掘可視化平臺(tái)潛在的價(jià)值。

［1］劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010.

［2］曲朝陽(yáng).智能電網(wǎng)知識(shí)處理模型與可視化方法［M］.北京：科學(xué)出版社，2013.

［3］溫江濤.物聯(lián)網(wǎng)智能家居平臺(tái)［M］.北京：科學(xué)出版社，2014.

［4］張 晶.用電信息采集系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2013.

本文責(zé)任編輯：齊勝濤

DesignandResearchofSmartElectricGridVisualizationPlatform

Xu Lei，BuYifeng，LiShanshan
（State Grid Hebei Electric Power Corporation Supply Baoding Power Supply Branch，Baoding 071000，China）

With the construction and development of the smart grid，a single system has been unable to state the smart grid will be a complete description，monitoring and analysis，proposes the building of integrated smart grid visualization platform，analyzes the overall goal of building and system architecture visualization platform presentation system technology implementation function on and on，that the platform can be intuitive and detailed display of smart grid information.

smart electric grid；visualization platform；3Dvirtual realization technology；multimedia animation

TM73；TP37

B

1001-9898（2015）03-0011-04

2015-04-16

徐 磊（1981－），男，工程師，主要從事電力信息化建設(shè)和管理工作。