基于地理信息系統(tǒng)的電網(wǎng)運行監(jiān)控技術

中心議題：
* WebGIS電網(wǎng)運行監(jiān)控系統(tǒng)構成原理介紹
* 系統(tǒng)組成原理以及關鍵技術介紹
解決方案：
* GIS 接受SCADA中電網(wǎng)各測量點的實時信息
* GIS 系統(tǒng)接收信息后，進行相應的解包處理

摘要：本文提出了一種 WebGIS 中監(jiān)控電網(wǎng)實時運行的解決方案。介紹了基于WebGIS的電網(wǎng)運行監(jiān)控系統(tǒng)構成原理，對WebGIS中實時數(shù)據(jù)的獲取、顯示以及頁面實時刷新等關鍵技術進行了深入分析，并詳細闡述了關鍵技術的實現(xiàn)方法。

1、前言

地理信息系統(tǒng)（GIS）在電力系統(tǒng)的應用近年來取得了長足進展，深受廣大電力企業(yè)的歡迎。隨著企業(yè)各類信息系統(tǒng)的不斷擴大，傳統(tǒng)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(tǒng)集成應用，耗資巨大的GIS系統(tǒng)不過是企業(yè)計算機信息孤島中的又一個應用系統(tǒng)而已。電力企業(yè)希望GIS系統(tǒng)是一個開放的、整合的、能夠成為與企業(yè)主流信息技術完全集成的空間資源管理（GRM）系統(tǒng)，以便滿足企業(yè)的信息化管理高層次要求。本文探討的就是GIS系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)的整合應用以及如何實現(xiàn)WEB方式下的GIS中進行電網(wǎng)運行的實時監(jiān)控，從而將電力GIS提升為一個在線的系統(tǒng)，賦于GIS系統(tǒng)新的生命力。該系統(tǒng)的設計實現(xiàn)使得用戶在任何地方、任何時間能夠隨意瀏覽GIS信息以及相應的電網(wǎng)運行狀態(tài)參數(shù)，同時也為電力網(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、技術前提

目前市面上流行的GIS開發(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)、通訊領域實施AM/FM/GIS 系統(tǒng)的經(jīng)驗，結合最新的開放圖形和數(shù)據(jù)庫技術開發(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)提供了全球最開放、速度最快、功能最強大的全實時AM/FM/GIS解決方案。G/Electric 將地理設施管理、運維支持、和服務傳遞應用等無縫地集成在一起，用于管理一個電力事業(yè)的規(guī)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(shù)據(jù)的配置。G/Electric 的關鍵組件是一個預置的電力設施網(wǎng)絡模型和數(shù)據(jù)庫，保證了工程的快速、正確的執(zhí)行。G/Electric強大的電力系統(tǒng)技術支持使其成為開發(fā)大型電力GIS的首選開發(fā)平臺。該平臺的標準模塊之一的G/NetViewer 是GIS在面向Internet /Intranet應用的實現(xiàn)工具，在WEB方式時采用流行的三層結構，可通過瀏覽器，將所有的用戶界面邏輯移至Web 服務器，將業(yè)務處理和地理空間設施網(wǎng)絡模型充分結合起來，解決分布數(shù)據(jù)訪問，而且支持最新的Microsoft .Net 技術。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來實現(xiàn)電網(wǎng)GIS中監(jiān)控實時運行的Web解決方案。

3、系統(tǒng)組成原理以及關鍵技術

由于G/Electric是一個功能強大的AM/FM/GIS平臺，平臺并不直接提供表示電網(wǎng)運行的動態(tài)數(shù)據(jù)集成方案，也不能直接進行Web發(fā)布，必須對平臺進行二次開發(fā)來實現(xiàn)Web方式下在電網(wǎng)GIS中監(jiān)控實時運行。而且在實際調研過程我們發(fā)現(xiàn)，在WebGIS中監(jiān)控電力系統(tǒng)運行狀態(tài)時，用戶總是希望能夠在web頁面實現(xiàn)對全網(wǎng)或者任意感興趣的線路、變電站的結構信息以及運行狀態(tài)進行瀏覽監(jiān)測，進而希望能夠進行某種在線的電網(wǎng)計算分析。因此基于瀏覽器GIS應用系統(tǒng)中實現(xiàn)電網(wǎng)運行監(jiān)控的關鍵技術首先是如何實現(xiàn)地圖以及實時運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的web發(fā)布，然后是實時運行數(shù)據(jù)顯示的web頁面能夠按照用戶指定的時間間隔進行刷新，從而使得企業(yè)用戶能夠在任何時間、任何地點能夠根據(jù)自己意愿查詢、瀏覽電力網(wǎng)GIS中的相關地圖以及相應的實時運行數(shù)據(jù)。

于是有如圖1的系統(tǒng)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“設備對象”有：變電站（包括母線、變壓器、互感器……）、桿塔、線路、絕緣子、刀閘、開關等等。由G/ELECTRIC提供的電網(wǎng)模型“設備” 并且嚴格按照電力系統(tǒng)的規(guī)則，就完全可以建立起一個標準的電力網(wǎng)GIS系統(tǒng)。為了在GIS系統(tǒng)中顯示電網(wǎng)的運行數(shù)據(jù)，我們設計實時數(shù)據(jù)顯示設備作為G/ELECTRIC的一種用戶自定義“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“實時數(shù)據(jù)”，用來顯示電網(wǎng)運行狀態(tài)參數(shù)。運行過程中，實時通信模塊對SCADA發(fā)送的數(shù)據(jù)進行解碼，根據(jù)當前數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)代碼確定實時數(shù)據(jù)填充的GIS數(shù)據(jù)顯示對象的實時數(shù)據(jù)字段，作為改設備顯示的內(nèi)容。“實時數(shù)據(jù)”設備定義的主要結構參數(shù)如表1:


由于實時數(shù)據(jù)源自電網(wǎng)調度部門的SCADA系統(tǒng)，，經(jīng)協(xié)商約定SCADA系統(tǒng)以UDP/IP協(xié)議組包定時向GIS應用服務器發(fā)送實時數(shù)據(jù)，GIS應用服務器對數(shù)據(jù)包進行解碼，并將解碼得到的實時數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)代碼分別存貯在對應的實時數(shù)據(jù)顯示設備對象相應的字段中。SCADA系統(tǒng)按照表2格式組包發(fā)送實時數(shù)據(jù)：



其中DM（數(shù)據(jù)代碼）描述的是對應SCADA數(shù)據(jù)的物理意義，實時數(shù)據(jù)“設備”中的SCADA_DM與其唯一對應，以便實現(xiàn)對實時數(shù)據(jù)庫中實時數(shù)據(jù)的檢索。

這樣一來，基于G/ELECTRIC的電力網(wǎng)GIS在WEB方式下進行實時運行狀態(tài)監(jiān)控就可以分為數(shù)據(jù)通信（基于UDP/IP協(xié)議實現(xiàn)GIS 中SCADA的數(shù)據(jù)獲?。?、數(shù)據(jù)顯示（G/NETVIEWER數(shù)據(jù)顯示）、WEB頁面的定時刷新。因此系統(tǒng)由四個邏輯層組成：網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務對象層和用戶界面層。網(wǎng)絡層是采用UDP/IP協(xié)議實現(xiàn)GIS和SCADA系統(tǒng)通信，對SCADA數(shù)據(jù)進行解碼，存貯在本地數(shù)據(jù)服務器。數(shù)據(jù)層是 Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，管理GIS系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)。業(yè)務對象層處理如何訪問數(shù)據(jù)以及如何將數(shù)據(jù)分發(fā)到客戶端。在這一層使用G/ELECTRIC提供的web解決方案G/NETVIEWER模塊，實現(xiàn)web方式下G/ELECTRIC地圖信息的連接、查詢、瀏覽以及數(shù)據(jù)刷新。用戶界面層由基于 Web 的應用程序組成。這一部分完成用戶交互界面設計，并且完成如何使得頁面按照用戶指定時間間隔進行刷新。在頁面刷新的同時，調用G/NETVIEWER提供的地圖刷新API函數(shù)，從而達到web瀏覽器端地圖以及實時數(shù)據(jù)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實現(xiàn)頁面的定時事件的觸發(fā)。

3、實現(xiàn)方法

GIS 接受SCADA中以報文方式發(fā)送來的電網(wǎng)各測量點的實時信息，包括：電壓、電流、有功、無功、電度的實時（各測量點）測量數(shù)據(jù)。GIS系統(tǒng)接受到信息后，按照定義的通訊格式，進行相應的解包處理，解包處理時，判斷當前數(shù)據(jù)包的scada代碼，根據(jù)此代碼，決定當前接受到的數(shù)據(jù)寫入哪一個實時數(shù)據(jù)圖形對象的數(shù)據(jù)字段。這樣一來，即可實現(xiàn)調度SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的在GIS系統(tǒng)中實時刷新。

獲取實時數(shù)據(jù)后剩下的就是如何在web方式下實現(xiàn)頁面的實時更新，從而實現(xiàn)web頁面中進行電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)以及實時運行狀態(tài)的監(jiān)視。由于電力系統(tǒng)時典型的緩變系統(tǒng)，理論和實踐證明，15min的scada數(shù)據(jù)已經(jīng)可以代表電網(wǎng)的運行方式，而實際上實時數(shù)據(jù)的接收已經(jīng)達到4s的更新速率，所以本系統(tǒng)中監(jiān)視頁面的刷新應該由用戶按照需要實現(xiàn)5s～15min可任意指定的刷新速率，滿足電網(wǎng)運行情況的web監(jiān)視的需要。具體實現(xiàn)時關鍵技術就是如何實現(xiàn)監(jiān)視頁面按照指定時間間隔進行刷新，實現(xiàn)原理以及具體方法如下所述。

首先實現(xiàn)GIS地圖基礎信息的web顯示，這里利用G/ELECTRIC的G/NETVIEWER應用工具來實現(xiàn)GIS的web顯示，在web頁面上放置該工具提供的地圖顯示空間

NetViewerMap Control，然后編寫相關數(shù)據(jù)庫連接的前臺腳本代碼，實現(xiàn)該控件的GIS數(shù)據(jù)庫訪問，獲取顯示圖例，實現(xiàn)GIS圖例的web顯示。關鍵代碼如下：

sub window_onload（） ‘頁面載入時調用

Dim sConnectInfo, sServerName ‘定義數(shù)據(jù)庫連接相關屬性信息

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(shù)據(jù)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

然后是如何實現(xiàn)頁面的指定時間間隔定時刷新，這部分使用javascript實現(xiàn)，由于web頁面的無狀態(tài)性，也就是說，當頁面第一次按照指定時間刷新后，重新進入該頁面時，原來指定的刷新頁面的時間間隔參數(shù)并不能得到保留，幸運的是cookie為Web應用程序保存用戶相關信息提供了一種有用的方法。Cookie 是一小段文本信息，伴隨著用戶請求和頁面在 Web 服務器和瀏覽器之間傳遞。用戶每次訪問站點時，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(xù)性（即執(zhí)行“狀態(tài)管理”）的方法。這里可以利用 Cookie 保存時間參數(shù)，這樣，當再次進入頁面時，應用程序就可以檢索相應的cookie從而以前保存的時間間隔參數(shù)，并按照該參數(shù)進行頁面刷新，進而調用NetViewerMap Control的刷新函數(shù)，從而實現(xiàn)地圖以及SCADA數(shù)據(jù)的實時顯示。

關鍵代碼如下：

function monitor_onclick（）

｛//開始實施監(jiān)控

var value = document.Form1.TextBox1.value;

//輸入監(jiān)視時間間隔（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） ;//清楚當前定時事件

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

｝

function window_onload（） ｛//載入頁面時調用該函數(shù)

var timeid;

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

//讀取上次保存的時間參數(shù)

if（!mytime）

mytime=0//停止實時監(jiān)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中讀取的時間間隔參數(shù)觸發(fā)refresh函數(shù)

｝

function getcookie（name）

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

｛ var prefix = name #quot;=#quot;

var cookieStartIndex=document.cookie.indexOf（prefix）

//取得參數(shù)數(shù)值的起點位置

if （cookieStartIndex == -1）//沒有找到該參數(shù)

return null

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

//取參數(shù)數(shù)值終點位置

if （cookieEndIndex == -1）

cookieEndIndex = document.cookie.length

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

//返回參數(shù)名稱name所對應的參數(shù)數(shù)值｝

上述javascript代碼實現(xiàn)事件refresh的定時觸發(fā)，刷新時間間隔可以根據(jù)用戶需要任意指定，只需要按照G/ELECTRIC的web解決方案中提供的vbscript方法編寫地圖以及相關數(shù)據(jù)的刷新相應函數(shù)refresh如下，即可實現(xiàn)GIS地圖信息以及SCADA數(shù)據(jù)的web顯示。

刷新函數(shù)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(shù)據(jù)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(zhí)行時側地圖自動刷新。

end sub

實際顯示效果如圖2所示：



4、結論

基于WebGIS的電網(wǎng)運行實時監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)，使得用戶不但可以上網(wǎng)查詢、瀏覽電網(wǎng)結構以及電力設備的有關屬性信息，還可以隨時隨地根據(jù)需要對電網(wǎng)運行參數(shù)進行監(jiān)視，可以方便、直觀地監(jiān)控全局運行情況，實現(xiàn)總體控制。GIS以及SCADA數(shù)據(jù)的web顯示技術的突破，為電力系統(tǒng)計算機管理自動、準確、及時地提供更為詳盡、豐富的數(shù)據(jù)，對于提高供電質量、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，同時也為基于電力網(wǎng)GIS和SCADA系統(tǒng)的電網(wǎng)在線分析計算提供了一種新的思路，奠定了一定的基礎。文中有關技術同樣可以用于其它基于web的工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)監(jiān)控。