江翼，張海龍，吳俊杰（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司，湖北武漢　43000）

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電力系統(tǒng)圖庫(kù)模一體化的研究

江翼，張海龍，吳俊杰
（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司，湖北武漢43000）

摘要：在電力系統(tǒng)中圖庫(kù)模一體化技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)仍然處在初級(jí)階段。文中所研究的方向是建立在SVG技術(shù)和IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上，并與XML技術(shù)、Hibernate等技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出了電力系統(tǒng)的一個(gè)圖形、數(shù)據(jù)、模型一體化的解決方案。

關(guān)鍵詞：圖庫(kù)模一體化；CIM模型；SVG圖元；IEC61970

KEY W0RDS：Ga11erY modu1e integration；The CIM mode1；SVG figure Yuan；IEC61970

China State Grid CorP of Science and Techno1ogY Projects Funded（WNZ141-0017）.

作為智能電網(wǎng)不可或缺的組成部分，智能變電站在智能電網(wǎng)中起著至關(guān)重要的作用?！笆濉庇?jì)劃期間，國(guó)家電網(wǎng)公司提出建設(shè)“統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)”。為了實(shí)現(xiàn)這一宏偉愿景，需要對(duì)智能變電站二次系統(tǒng)的測(cè)試和調(diào)試問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)的分析和探討。

隨著IEC61850通信規(guī)約在智能變電站中的應(yīng)用，信號(hào)的變換、采集和傳輸?shù)确矫婢l(fā)生了根本性的變化，原有的分散的運(yùn)維調(diào)試設(shè)備已不能滿(mǎn)足智能變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的需求。本文通過(guò)對(duì)智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行一體化的設(shè)計(jì)，將目前分散實(shí)現(xiàn)的各個(gè)功能，優(yōu)化整合為一個(gè)方便各個(gè)層面使用的系統(tǒng)平臺(tái)；通過(guò)一體化系統(tǒng)平臺(tái)面向智能變電站實(shí)現(xiàn)一次電網(wǎng)整體建模、全站聯(lián)合監(jiān)控及對(duì)一次異常情況下二次系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行分析、校驗(yàn)等功能，分析了一體化監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)智能變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行方面所起到的保護(hù)作用。

1　圖庫(kù)模一體化技術(shù)概述

在電力系統(tǒng)中圖庫(kù)模一體化技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)仍然處在初級(jí)階段，不過(guò)在智能電網(wǎng)中該技術(shù)具有不可估量的價(jià)值。隨著電力可視化技術(shù)的深入研究和自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，圖庫(kù)模一體化技術(shù)也將獲得更廣泛的應(yīng)用。自1999年2月W3C組織推出SVG草案以來(lái)，SVG標(biāo)準(zhǔn)不斷地在完善，眾多軟件公司都在從事相關(guān)的研究。SVG技術(shù)的漸漸成熟給圖庫(kù)模一體化系統(tǒng)的研究提供了保障和支持。

SVG圖形技術(shù)（Sca1ab1e Vector GraPhics，可升級(jí)矢量圖像）是一種開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的矢量圖形描述語(yǔ)言，SVG是基于XML標(biāo)準(zhǔn)，因此具有良好的跨平臺(tái)性和文本特性。而且該技術(shù)的數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)與IEC61970 和61968標(biāo)準(zhǔn)相符，因而交互性和可擴(kuò)展性好。此外SVG圖形是一種在不影響質(zhì)量的前提下大小可以任意縮放的矢量圖形，可以用任意一種文本編輯工具打開(kāi)，編輯修改很方便。SVG是圖庫(kù)模一體化技術(shù)最佳的選擇。

2　電力系統(tǒng)圖庫(kù)模一體化的設(shè)計(jì)

圖庫(kù)模一體化的電力系統(tǒng)主要包括SVG圖元的設(shè)計(jì)和模型與圖形一體化設(shè)計(jì)、CIM與數(shù)據(jù)庫(kù)一體化設(shè)計(jì)，下面介紹圖庫(kù)模一體化電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

2.1SVG圖元設(shè)計(jì)

對(duì)于一個(gè)好的圖元應(yīng)該滿(mǎn)足下面2個(gè)需求：一是能夠充分表達(dá)圖元的幾何形狀和應(yīng)用屬性并且能夠進(jìn)行存儲(chǔ)顯示。二是明確的定義圖元的應(yīng)用屬性及與外界的交互性、擴(kuò)展性。

對(duì)于構(gòu)建基本圖元SVG提供了多種基本元素，其中包括線(xiàn)段、折線(xiàn)、矩形、圓形、橢圓及多邊形等，而復(fù)雜圖元可以通過(guò)＜Path＞元素構(gòu)建。對(duì)于復(fù)雜的電氣設(shè)備可以通過(guò)基本圖形和＜Path＞元素的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)系的面熟和現(xiàn)實(shí)能夠通過(guò)添加自定義屬性標(biāo)簽來(lái)完成。對(duì)于圖元顏色等屬性都可以通過(guò)SVG提供的stroke屬性和fi11屬性來(lái)定義，＜defs＞定義圖元自身、＜sYmbo1＞定義圖元模板對(duì)象、＜use＞對(duì)圖元實(shí)例化后引用、＜g＞則是用來(lái)將圖元組合。在SVG中的＜g＞＜/g＞標(biāo)簽內(nèi)，單個(gè)圖元可以用＜use＞來(lái)引入，之后用連接線(xiàn)來(lái)組合圖元，采用＜use＞標(biāo)簽可以在腳本并不復(fù)雜的前提下提高繪圖的效率，并且可以將直接將SVG腳本引用到圖形文件中。一個(gè)組合圖元，既可以對(duì)整體進(jìn)行屬性設(shè)置（顏色、大?。?，也可以對(duì)單個(gè)圖元的模型信息進(jìn)行設(shè)置。這種方式保證了圖元代碼的可讀性，可以在不同的系統(tǒng)中保持良好的圖元共享性，為圖形、數(shù)據(jù)、模型的一體化創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)。

2.2CIM模型與SVG圖形一體化的設(shè)計(jì)

CIM模型中對(duì)電力系統(tǒng)中的主要電氣元件如開(kāi)關(guān)、母線(xiàn)、變壓器等進(jìn)行了規(guī)范化的描述，因此CIM模型與SVG圖形一體化設(shè)計(jì)就是按照CIM描述的電氣模型與SVG圖元來(lái)一一映射，而設(shè)備類(lèi)的所有屬性都要由SVG圖元描述。

為達(dá)到設(shè)備圖元復(fù)用的目的，要根據(jù)CIM模型中的電氣設(shè)備創(chuàng)建包含廠站、發(fā)電機(jī)、變壓器、線(xiàn)路等在內(nèi)的SVG圖元，并用這些SVG圖元?jiǎng)?chuàng)建SVG圖庫(kù)。讓用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際情況將圖元庫(kù)中的圖元利用繪圖功能組合成系統(tǒng)圖。此外，如果用戶(hù)想使用某個(gè)圖元庫(kù)中沒(méi)有的圖元，可以自己繪制并存儲(chǔ)在圖元庫(kù)的自定義圖元中。以后再次使用只需從圖元庫(kù)中的自定義圖元中直接選取而無(wú)需重新繪制，方便快捷。

大部分情況下設(shè)備模型都可以直接通過(guò)SVG圖元直接表示，而當(dāng)設(shè)備類(lèi)型是不能用圖元表示出來(lái)的抽象模型時(shí)，就要用SVG圖元表示出該類(lèi)設(shè)備中能夠用圖元描述額子類(lèi)設(shè)備。此外還要保證該模型的SVG圖元的自定義標(biāo)簽描述中標(biāo)簽與屬性保持名稱(chēng)統(tǒng)一，即標(biāo)簽中存儲(chǔ)屬性值。例如在變壓器模型中的Phases屬性可以通過(guò)圖元中的＜Phases＞＜/Phases＞標(biāo)簽來(lái)描述并存儲(chǔ)。除了屬性，SVG要對(duì)不同對(duì)象之間的繼承、聚合、關(guān)聯(lián)的關(guān)系進(jìn)行描述。設(shè)備之間的這個(gè)與SVG圖元的映射保持如下原則：1）繼承關(guān)系映射原則。繼承關(guān)系中子類(lèi)圖元要不僅要描述從父類(lèi)繼承的屬性還要標(biāo)識(shí)它。此時(shí)子類(lèi)的SVG圖元要將其父類(lèi)名稱(chēng)作自定義標(biāo)簽，并且繼承關(guān)系的標(biāo)識(shí)要將re1ation屬性設(shè)為inheritance，父類(lèi)名稱(chēng)要用c1ass來(lái)設(shè)置。2）聚合關(guān)系映射原則。當(dāng)A類(lèi)對(duì)象是由一個(gè)或多個(gè)B類(lèi)對(duì)象組成時(shí)兩者為聚合關(guān)系，且稱(chēng)A類(lèi)為整體類(lèi)，對(duì)應(yīng)的B類(lèi)為部分類(lèi)。此時(shí)A類(lèi)用包含B類(lèi)所有屬性的SVG圖元表示，聚合關(guān)系和B類(lèi)的名稱(chēng)也做了標(biāo)識(shí)。此時(shí)SVG圖元的自定義標(biāo)簽采用B類(lèi)的名稱(chēng)，并且據(jù)好人關(guān)系的標(biāo)識(shí)要將re1ation屬性設(shè)為aggregation，B類(lèi)名稱(chēng)要用c1ass來(lái)設(shè)置。3）關(guān)聯(lián)關(guān)系映射原則關(guān)聯(lián)關(guān)系可以通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)，第一種利用關(guān)聯(lián)圖元的ID查找該圖元，而關(guān)聯(lián)屬性的讀取要通過(guò)DOM（Document Object Mode1）來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一種是通過(guò)自定義標(biāo)簽搜索有關(guān)聯(lián)的標(biāo)識(shí)并利用re1ation屬性設(shè)置為association、c1ass屬性將名稱(chēng)標(biāo)識(shí)，然后在標(biāo)簽中表示出關(guān)聯(lián)屬性。

2.3CIM模型與數(shù)據(jù)庫(kù)一體化的設(shè)計(jì)

根據(jù)IEC617901標(biāo)準(zhǔn)CIM的數(shù)據(jù)模式是面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型，其中包含3個(gè)內(nèi)容：類(lèi)、類(lèi)間關(guān)系、類(lèi)屬性。與之對(duì)應(yīng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)也包含3部分：表、表間關(guān)聯(lián)、表字段。由于數(shù)據(jù)庫(kù)也是根據(jù)IEC61970標(biāo)準(zhǔn)的CIM模型設(shè)計(jì)的，因此基于CIM模型的各個(gè)系統(tǒng)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫(kù)之前可以一一對(duì)應(yīng)。

Hibernate框架是本文所采用的O/RM解決方案，該框架的作用是可將面向?qū)ο蟮念I(lǐng)域模型與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)建立映射關(guān)系，并通過(guò)O/RM文件實(shí)現(xiàn)維護(hù)對(duì)象到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的持久化操作。其中在該框架中，設(shè)備模型中的Java類(lèi)與設(shè)備表一一映射，Java類(lèi)的屬性和設(shè)備表的字段一一映射。映射的類(lèi)名和表名使用＜c1ass＞標(biāo)簽標(biāo)識(shí)，主鍵采用＜id＞標(biāo)簽標(biāo)識(shí)，普通字段采用＜ProPertY＞標(biāo)簽標(biāo)識(shí)。以變壓器類(lèi)的O/ RM文件名PowerTransformer.hbm.xm1為例，該類(lèi)文件的后綴名都是hbm.xm1。

本系統(tǒng)中有HibernateUti1類(lèi)負(fù)責(zé)初始化Hibernate，讀取Hibernate的配置文件的方式是調(diào)用Configuration類(lèi)的configure（），然后Configuration對(duì)象讀取數(shù)據(jù)庫(kù)并驗(yàn)證進(jìn)入，Hibernate的作用是通過(guò)對(duì)O/RM中不同標(biāo)簽的解析來(lái)獲取CIM設(shè)備模型類(lèi)與設(shè)備表之間及設(shè)備模型類(lèi)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后將設(shè)備模型類(lèi)間的關(guān)系轉(zhuǎn)化為設(shè)備表之間的關(guān)系，并且此來(lái)對(duì)設(shè)備掉中的記錄進(jìn)行各種操作，例如增加、修改、查詢(xún)和刪除。從而實(shí)現(xiàn)CIM與數(shù)據(jù)庫(kù)一體化設(shè)計(jì)。

3　電力系統(tǒng)圖庫(kù)模一體化的實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)繪圖功能包括新建SVG圖元和用SVG圖元繪制電力圖形兩部分。其中繪圖功能的核心部分是利用Batik包中提供的方案實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)創(chuàng)建SVG圖元主要靠的是CreateSVG類(lèi)，核心代碼如下：

//實(shí)例化DOMImP1ementation接口

DOMImP1ementation domImP1=

SVG DOMImP1ementation.get

DOMImP1ementation（）；

//設(shè)置SVG文件的命名空間

StringsvgNS=

隨著天津市社區(qū)矯正工作實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展，越來(lái)越多的輕刑犯罪人員在社會(huì)上服刑，社區(qū)服刑人員的數(shù)量逐年增加，其中故意傷害、聚眾斗毆等暴力型罪犯亦明顯增多，他們?cè)谡J(rèn)知、情緒、行為、能力和人格等方面均存在一定程度的偏差，因此心理矯治工作的重要性愈發(fā)凸顯。北辰區(qū)司法局牢記市委常委、市委政法委書(shū)記趙飛的指示“司法行政干警要堅(jiān)守崗位、認(rèn)真履責(zé)、再接再厲，為社區(qū)矯正提供更多的基層經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行更多的有益探索和嘗試”，直面前述諸多問(wèn)題點(diǎn)，迎難而上，改進(jìn)方法，健全模式，優(yōu)化隊(duì)伍，凝聚力量，分類(lèi)研究罪犯的共有心理特征，特別關(guān)注社區(qū)服刑人員的獨(dú)有心理特征，有序推進(jìn)心理矯治工作，深入推動(dòng)北辰區(qū)社區(qū)矯正工作上臺(tái)階走前列。

SVGDOMImP1ementation.SVG_NAMESPACE_ URI

//通過(guò)createDocument（）方法創(chuàng)建Document對(duì)象

Document doc =domImP1.createDocument （svgNS，″svg″，nu11）；

//將Document對(duì)象生成SVG文件

SVGGraPhics2D svgGraPhics=new

SVGGraPhics2D（doc）；

//實(shí)例化PaintSVG類(lèi)，該類(lèi)主要用于繪制圖形

PaintSVG Ps= new PaintSVG（）；

//調(diào)用Paint（）方法繪制圖形

Boo1ean useCSS=true；

//以數(shù)據(jù)流的形式輸出SVG文件

Write out=new OutPutStreamWriter

（SYstem.out，″UTF-8″）；

SvgGraPhics.stream（out，useCSS）；

上述代碼將PaintSVG類(lèi)實(shí)例化，PaintSVG類(lèi)采用Paint（）方法來(lái)繪制圖形。

通過(guò)上述方法，在SVG文件中表示出設(shè)備、端子和連接點(diǎn)間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)SVG在圖形文件中描述設(shè)備間的拓?fù)溥B接關(guān)系的功能。

上述SVG文件代碼的生成，都可利用SVG文件解析工具，通過(guò)程序DOM的方式直接動(dòng)態(tài)訪(fǎng)問(wèn)文件來(lái)實(shí)現(xiàn)，保持了圖形顯示與SVG文檔的同步。這樣，通過(guò)圖形系統(tǒng)繪制的SVG文件主要包括兩部分內(nèi)容一是SVG圖形描述信息，定義圖形的繪制過(guò)程，這些信息使得繪制的SVG圖形文件可通過(guò)SVG瀏覽器進(jìn)行瀏覽；二是設(shè)備模型信息，指與CIM對(duì)象間的映射信息、電氣設(shè)備對(duì)象以及設(shè)備的拓?fù)潢P(guān)系。通過(guò)設(shè)備模型信息可完成圖形對(duì)象與CIM對(duì)象間的映射，實(shí)現(xiàn)圖模一體。

除了繪圖功能外，由于電力系統(tǒng)中軟件的數(shù)據(jù)都是實(shí)時(shí)更新的，因此相關(guān)的界面圖形也要根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行變化，對(duì)此采用Ajax來(lái)實(shí)現(xiàn)圖形以及數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新功能，實(shí)時(shí)更新的原理圖如圖1所示。

圖1　實(shí)時(shí)更新原理圖Fig. 1 The principle diagram of the real-time update

由于采用Ajax技術(shù)，客戶(hù)端發(fā)出數(shù)據(jù)后不用停下其他操作等待數(shù)據(jù)返回，依然可以繼續(xù)進(jìn)行自身的操作。而服務(wù)器接受請(qǐng)求后將客戶(hù)端所要的數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶(hù)端進(jìn)行數(shù)字處理，實(shí)現(xiàn)在交互界面中實(shí)時(shí)刷新數(shù)據(jù)。

4　結(jié)語(yǔ)

圖庫(kù)模一體化是電力系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。本文對(duì)圖庫(kù)模一體化系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了研究，重點(diǎn)研究了繪圖功能以及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新的功能。進(jìn)而提出了解決新建SVG圖元和繪制電力圖形并對(duì)其建模入庫(kù)及實(shí)現(xiàn)圖形、數(shù)據(jù)、模型實(shí)時(shí)同步的解決方案。

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Gallery Electric Power System is the Integration of the Research

JIANG Yi，ZHANG Hai1ong，WU Junjie
（State Grid E1ectric Power Research Institute Wuhan Nari Co.，Ltd.，Hubei Wuhan 43000）

ABSTRACT：At1as die integration techno1ogY in Power sYstem research and deve1oPment is sti11 in the PrimarY stage. In this PaPer，the research direction is main1Y based on SVG techno-1ogY and IEC61970 standard，and combined with XML techno-1ogY，Hibernate，etc，the design of the Power sYstem，a gra-Phics and data，mode1 integration so1utions.

文章編號(hào)：1674-3814（2016）04-0085-04中圖分類(lèi)號(hào)：TM64；TM743

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

基金項(xiàng)目：國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目資助（WNZ141-0017）。

收稿日期：2015-12-21。

作者簡(jiǎn)介：

江翼（1985—），工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化。

（編輯黃晶）