基于地理信息系統的電網(wǎng)運行監控技術(shù)

中心議題：
* WebGIS電網(wǎng)運行監控系統構成原理介紹
* 系統組成原理以及關(guān)鍵技術(shù)介紹
解決方案：
* GIS 接受SCADA中電網(wǎng)各測量點(diǎn)的實(shí)時(shí)信息
* GIS 系統接收信息后，進(jìn)行相應的解包處理

摘要：本文提出了一種 WebGIS 中監控電網(wǎng)實(shí)時(shí)運行的解決方案。介紹了基于WebGIS的電網(wǎng)運行監控系統構成原理，對WebGIS中實(shí)時(shí)數據的獲取、顯示以及頁(yè)面實(shí)時(shí)刷新等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入分析，并詳細闡述了關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現方法。

1、前言

地理信息系統（GIS）在電力系統的應用近年來(lái)取得了長(cháng)足進(jìn)展，深受廣大電力企業(yè)的歡迎。隨著(zhù)企業(yè)各類(lèi)信息系統的不斷擴大，傳統的GIS由于固有的封閉性使得其難以和電力企業(yè)其他計算機系統集成應用，耗資巨大的GIS系統不過(guò)是企業(yè)計算機信息孤島中的又一個(gè)應用系統而已。電力企業(yè)希望GIS系統是一個(gè)開(kāi)放的、整合的、能夠成為與企業(yè)主流信息技術(shù)完全集成的空間資源管理（GRM）系統，以便滿(mǎn)足企業(yè)的信息化管理高層次要求。本文探討的就是GIS系統和SCADA系統的整合應用以及如何實(shí)現WEB方式下的GIS中進(jìn)行電網(wǎng)運行的實(shí)時(shí)監控，從而將電力GIS提升為一個(gè)在線(xiàn)的系統，賦于GIS系統新的生命力。該系統的設計實(shí)現使得用戶(hù)在任何地方、任何時(shí)間能夠隨意瀏覽GIS信息以及相應的電網(wǎng)運行狀態(tài)參數，同時(shí)也為電力網(wǎng)的高級計算以及其他深入分析提供了準確、完整的信息。

2、技術(shù)前提

目前市面上流行的GIS開(kāi)發(fā)平臺有MAPINFO、ARCINFO、G/TECHNOLOGY等，其中G/Technology 是美國INTERGRAPH公司積累其30 多年在公用事業(yè)、通訊領(lǐng)域實(shí)施AM/FM/GIS 系統的經(jīng)驗，結合最新的開(kāi)放圖形和數據庫技術(shù)開(kāi)發(fā)的新一代的管網(wǎng)企業(yè)地理空間資源管理解決方案平臺。該平臺套件中的G/Electric為電力企業(yè)提供了全球最開(kāi)放、速度最快、功能最強大的全實(shí)時(shí)AM/FM/GIS解決方案。G/Electric 將地理設施管理、運維支持、和服務(wù)傳遞應用等無(wú)縫地集成在一起，用于管理一個(gè)電力事業(yè)的規劃、設計、建設、運行、維護、以及緊急事件的響應等。它完全結合了企業(yè)地理設施數據的配置。G/Electric 的關(guān)鍵組件是一個(gè)預置的電力設施網(wǎng)絡(luò )模型和數據庫，保證了工程的快速、正確的執行。G/Electric強大的電力系統技術(shù)支持使其成為開(kāi)發(fā)大型電力GIS的首選開(kāi)發(fā)平臺。該平臺的標準模塊之一的G/NetViewer 是GIS在面向Internet /Intranet應用的實(shí)現工具，在WEB方式時(shí)采用流行的三層結構，可通過(guò)瀏覽器，將所有的用戶(hù)界面邏輯移至Web 服務(wù)器，將業(yè)務(wù)處理和地理空間設施網(wǎng)絡(luò )模型充分結合起來(lái)，解決分布數據訪(fǎng)問(wèn)，而且支持最新的Microsoft .Net 技術(shù)。本文所論述的正是基于GIS平臺G/Electric及其重要組成模塊G/NetViewer來(lái)實(shí)現電網(wǎng)GIS中監控實(shí)時(shí)運行的Web解決方案。

3、系統組成原理以及關(guān)鍵技術(shù)

由于G/Electric是一個(gè)功能強大的AM/FM/GIS平臺，平臺并不直接提供表示電網(wǎng)運行的動(dòng)態(tài)數據集成方案，也不能直接進(jìn)行Web發(fā)布，必須對平臺進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)來(lái)實(shí)現Web方式下在電網(wǎng)GIS中監控實(shí)時(shí)運行。而且在實(shí)際調研過(guò)程我們發(fā)現，在WebGIS中監控電力系統運行狀態(tài)時(shí)，用戶(hù)總是希望能夠在web頁(yè)面實(shí)現對全網(wǎng)或者任意感興趣的線(xiàn)路、變電站的結構信息以及運行狀態(tài)進(jìn)行瀏覽監測，進(jìn)而希望能夠進(jìn)行某種在線(xiàn)的電網(wǎng)計算分析。因此基于瀏覽器GIS應用系統中實(shí)現電網(wǎng)運行監控的關(guān)鍵技術(shù)首先是如何實(shí)現地圖以及實(shí)時(shí)運行狀態(tài)數據的web發(fā)布，然后是實(shí)時(shí)運行數據顯示的web頁(yè)面能夠按照用戶(hù)指定的時(shí)間間隔進(jìn)行刷新，從而使得企業(yè)用戶(hù)能夠在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)能夠根據自己意愿查詢(xún)、瀏覽電力網(wǎng)GIS中的相關(guān)地圖以及相應的實(shí)時(shí)運行數據。

于是有如圖1的系統結構：

因為在G/ELECTRIC平臺下構建的GIS中顯示的任何對象都是作為一種“設備對象”存在的。G/ELECTRIC提供預定義的電力網(wǎng)相關(guān)“設備對象”有：變電站（包括母線(xiàn)、變壓器、互感器……）、桿塔、線(xiàn)路、絕緣子、刀閘、開(kāi)關(guān)等等。由G/ELECTRIC提供的電網(wǎng)模型“設備” 并且嚴格按照電力系統的規則，就完全可以建立起一個(gè)標準的電力網(wǎng)GIS系統。為了在GIS系統中顯示電網(wǎng)的運行數據，我們設計實(shí)時(shí)數據顯示設備作為G/ELECTRIC的一種用戶(hù)自定義“設備對象”。在定義完畢描述電網(wǎng)的基本設備之后，定義新的設備“實(shí)時(shí)數據”，用來(lái)顯示電網(wǎng)運行狀態(tài)參數。運行過(guò)程中，實(shí)時(shí)通信模塊對SCADA發(fā)送的數據進(jìn)行解碼，根據當前數據包的數據代碼確定實(shí)時(shí)數據填充的GIS數據顯示對象的實(shí)時(shí)數據字段，作為改設備顯示的內容。“實(shí)時(shí)數據”設備定義的主要結構參數如表1:


由于實(shí)時(shí)數據源自電網(wǎng)調度部門(mén)的SCADA系統，，經(jīng)協(xié)商約定SCADA系統以UDP/IP協(xié)議組包定時(shí)向GIS應用服務(wù)器發(fā)送實(shí)時(shí)數據，GIS應用服務(wù)器對數據包進(jìn)行解碼，并將解碼得到的實(shí)時(shí)數據按照數據代碼分別存貯在對應的實(shí)時(shí)數據顯示設備對象相應的字段中。SCADA系統按照表2格式組包發(fā)送實(shí)時(shí)數據：



其中DM（數據代碼）描述的是對應SCADA數據的物理意義，實(shí)時(shí)數據“設備”中的SCADA_DM與其唯一對應，以便實(shí)現對實(shí)時(shí)數據庫中實(shí)時(shí)數據的檢索。

這樣一來(lái)，基于G/ELECTRIC的電力網(wǎng)GIS在WEB方式下進(jìn)行實(shí)時(shí)運行狀態(tài)監控就可以分為數據通信（基于UDP/IP協(xié)議實(shí)現GIS 中SCADA的數據獲?。?、數據顯示（G/NETVIEWER數據顯示）、WEB頁(yè)面的定時(shí)刷新。因此系統由四個(gè)邏輯層組成：網(wǎng)絡(luò )層、數據層、業(yè)務(wù)對象層和用戶(hù)界面層。網(wǎng)絡(luò )層是采用UDP/IP協(xié)議實(shí)現GIS和SCADA系統通信，對SCADA數據進(jìn)行解碼，存貯在本地數據服務(wù)器。數據層是 Oracle數據庫系統，管理GIS系統各類(lèi)數據。業(yè)務(wù)對象層處理如何訪(fǎng)問(wèn)數據以及如何將數據分發(fā)到客戶(hù)端。在這一層使用G/ELECTRIC提供的web解決方案G/NETVIEWER模塊，實(shí)現web方式下G/ELECTRIC地圖信息的連接、查詢(xún)、瀏覽以及數據刷新。用戶(hù)界面層由基于 Web 的應用程序組成。這一部分完成用戶(hù)交互界面設計，并且完成如何使得頁(yè)面按照用戶(hù)指定時(shí)間間隔進(jìn)行刷新。在頁(yè)面刷新的同時(shí)，調用G/NETVIEWER提供的地圖刷新API函數，從而達到web瀏覽器端地圖以及實(shí)時(shí)數據的刷新顯示。程序中使用文檔模型對象中window的方法window.setInterval以及window.clearInterval實(shí)現頁(yè)面的定時(shí)事件的觸發(fā)。

3、實(shí)現方法

GIS 接受SCADA中以報文方式發(fā)送來(lái)的電網(wǎng)各測量點(diǎn)的實(shí)時(shí)信息，包括：電壓、電流、有功、無(wú)功、電度的實(shí)時(shí)（各測量點(diǎn)）測量數據。GIS系統接受到信息后，按照定義的通訊格式，進(jìn)行相應的解包處理，解包處理時(shí)，判斷當前數據包的scada代碼，根據此代碼，決定當前接受到的數據寫(xiě)入哪一個(gè)實(shí)時(shí)數據圖形對象的數據字段。這樣一來(lái)，即可實(shí)現調度SCADA系統數據信息的在GIS系統中實(shí)時(shí)刷新。

獲取實(shí)時(shí)數據后剩下的就是如何在web方式下實(shí)現頁(yè)面的實(shí)時(shí)更新，從而實(shí)現web頁(yè)面中進(jìn)行電網(wǎng)地理信息系統以及實(shí)時(shí)運行狀態(tài)的監視。由于電力系統時(shí)典型的緩變系統，理論和實(shí)踐證明，15min的scada數據已經(jīng)可以代表電網(wǎng)的運行方式，而實(shí)際上實(shí)時(shí)數據的接收已經(jīng)達到4s的更新速率，所以本系統中監視頁(yè)面的刷新應該由用戶(hù)按照需要實(shí)現5s～15min可任意指定的刷新速率，滿(mǎn)足電網(wǎng)運行情況的web監視的需要。具體實(shí)現時(shí)關(guān)鍵技術(shù)就是如何實(shí)現監視頁(yè)面按照指定時(shí)間間隔進(jìn)行刷新，實(shí)現原理以及具體方法如下所述。

首先實(shí)現GIS地圖基礎信息的web顯示，這里利用G/ELECTRIC的G/NETVIEWER應用工具來(lái)實(shí)現GIS的web顯示，在web頁(yè)面上放置該工具提供的地圖顯示空間

NetViewerMap Control，然后編寫(xiě)相關(guān)數據庫連接的前臺腳本代碼，實(shí)現該控件的GIS數據庫訪(fǎng)問(wèn)，獲取顯示圖例，實(shí)現GIS圖例的web顯示。關(guān)鍵代碼如下：

sub window_onload（） ‘頁(yè)面載入時(shí)調用

Dim sConnectInfo, sServerName ‘定義數據庫連接相關(guān)屬性信息

sServerName = #quot;HTTP://DLGIS#quot;

sConnectInfo = #quot;ConfigurationName=#quot; PROD_ #quot;;UserName=#quot; PROD #quot;;Password=#quot;PROD_

NetViewerMap1.Connect sServerName, sConnectInfo‘連接數據庫

Dim oMetadata, oLegendRS, oOption, sLgndName

Set oMetaData = NetViewerMap1.Metadata

Set oLegendRS = oMetaData.GetLegends（）

獲取GIS圖例信息

With NetViewerMap1‘GIS圖例顯示

.ViewLegend mainform.legends.value

.Map.Fit

.Map.Refresh

End With

end sub

然后是如何實(shí)現頁(yè)面的指定時(shí)間間隔定時(shí)刷新，這部分使用javascript實(shí)現，由于web頁(yè)面的無(wú)狀態(tài)性，也就是說(shuō)，當頁(yè)面第一次按照指定時(shí)間刷新后，重新進(jìn)入該頁(yè)面時(shí)，原來(lái)指定的刷新頁(yè)面的時(shí)間間隔參數并不能得到保留，幸運的是cookie為Web應用程序保存用戶(hù)相關(guān)信息提供了一種有用的方法。Cookie 是一小段文本信息，伴隨著(zhù)用戶(hù)請求和頁(yè)面在 Web 服務(wù)器和瀏覽器之間傳遞。用戶(hù)每次訪(fǎng)問(wèn)站點(diǎn)時(shí)，Web 應用程序都可以讀取 Cookie 包含的信息。其最根本的用途是一種保持 Web 應用程序連續性（即執行“狀態(tài)管理”）的方法。這里可以利用 Cookie 保存時(shí)間參數，這樣，當再次進(jìn)入頁(yè)面時(shí)，應用程序就可以檢索相應的cookie從而以前保存的時(shí)間間隔參數，并按照該參數進(jìn)行頁(yè)面刷新，進(jìn)而調用NetViewerMap Control的刷新函數，從而實(shí)現地圖以及SCADA數據的實(shí)時(shí)顯示。

關(guān)鍵代碼如下：

function monitor_onclick（）

｛//開(kāi)始實(shí)施監控

var value = document.Form1.TextBox1.value;

//輸入監視時(shí)間間隔（秒）

var Then = new Date（） ;

var mytime;

Then.setTime（Then.getTime（） 1000 ＊ 60 ＊ 60 ＊ 24 ）;//設置cookie有效期

document.cookie = #quot;alerting=#quot; value #quot;;expires=#quot; Then.toGMTString（） ;//保存cookie

value＝value＊1000

window.clearInterval（timeId） ;//清楚當前定時(shí)事件

timeID = window.setInterval（#quot;refresh#quot;, value）;//按照輸入時(shí)間間隔觸發(fā)refresh函數

｝

function window_onload（） ｛//載入頁(yè)面時(shí)調用該函數

var timeid;

var mytime=getcookie（#quot;alerting#quot;）;

//讀取上次保存的時(shí)間參數

if（!mytime）

mytime=0//停止實(shí)時(shí)監控

else｛

var Then = new Date（） ;

Then.setTime（Then.getTime（） 1000 ＊ 60 ＊ 60 ＊ 24 ）; //設置cookie有效期

mytime = mytime ＊ 1000;

window.clearInterval（timeId） ;

document.cookie = #quot;alerting=#quot; mytime #quot;;expires=#quot; Then.toGMTString（） ; //保存cookie

timeID = window.setInterval（#quot;refresh#quot;, mytime）;

//按cookie中讀取的時(shí)間間隔參數觸發(fā)refresh函數

｝

function getcookie（name）

//cookie讀取函數，參數name為保存參數的名稱(chēng)，本文中為alerting

｛ var prefix = name #quot;=#quot;

var cookieStartIndex=document.cookie.indexOf（prefix）

//取得參數數值的起點(diǎn)位置

if （cookieStartIndex == -1）//沒(méi)有找到該參數

return null

var cookieEndIndex = document.cookie.indexOf（#quot;;#quot;, cookieStartIndex prefix.length）

//取參數數值終點(diǎn)位置

if （cookieEndIndex == -1）

cookieEndIndex = document.cookie.length

return unescape（document.cookie.substring（cookieStartIndex prefix.length, cookieEndIndex））

//返回參數名稱(chēng)name所對應的參數數值｝

上述javascript代碼實(shí)現事件refresh的定時(shí)觸發(fā)，刷新時(shí)間間隔可以根據用戶(hù)需要任意指定，只需要按照G/ELECTRIC的web解決方案中提供的vbscript方法編寫(xiě)地圖以及相關(guān)數據的刷新相應函數refresh如下，即可實(shí)現GIS地圖信息以及SCADA數據的web顯示。

刷新函數refresh代碼如下：

sub refresh（）

Public oGNV ‘定義顯示圖形對象

set objshell = CreateObject（#quot;Shell.Application#quot;）

objshell.shellexecute #quot;net#quot;, #quot; use dlgismapfiles guest /user:guest#quot;,0,0,0‘讀gis數據庫，連接地圖

oGNV = document.all（#quot;GNV#quot;）‘獲取顯示圖例

oGNV.BroadcastDatabaseChanges=True

oGNV.Map.Refresh=True

’地圖顯示控件的刷新屬性使之為true，

‘refresh（）執行時(shí)側地圖自動(dòng)刷新。

end sub

實(shí)際顯示效果如圖2所示：



4、結論

基于WebGIS的電網(wǎng)運行實(shí)時(shí)監控系統的實(shí)現，使得用戶(hù)不但可以上網(wǎng)查詢(xún)、瀏覽電網(wǎng)結構以及電力設備的有關(guān)屬性信息，還可以隨時(shí)隨地根據需要對電網(wǎng)運行參數進(jìn)行監視，可以方便、直觀(guān)地監控全局運行情況，實(shí)現總體控制。GIS以及SCADA數據的web顯示技術(shù)的突破，為電力系統計算機管理自動(dòng)、準確、及時(shí)地提供更為詳盡、豐富的數據，對于提高供電質(zhì)量、用電可靠性和提高電力企業(yè)自身水平必將產(chǎn)生較大影響，同時(shí)也為基于電力網(wǎng)GIS和SCADA系統的電網(wǎng)在線(xiàn)分析計算提供了一種新的思路，奠定了一定的基礎。文中有關(guān)技術(shù)同樣可以用于其它基于web的工業(yè)現場(chǎng)數據監控。