地縣電力調控一體化系統的人機界面設計

陳家乾，錢海峰，盧 冰，沈曉東，魏 亮

（湖州電力局，浙江 湖州 313000）

0 引言

湖州電力局現役的EMS（能量管理系統）為清大高科研發的TH2100平臺。近年來隨著湖州地區電網規模不斷擴大，網架結構日益復雜，對電能質量和供電可靠性的要求也不斷提高，該系統已經越來越難以滿足不斷增長的需求。

為此湖州電力局建設了1套基于國電南瑞OPEN3000平臺的地縣電力調控一體化系統。在功能定位上，地縣電力調控一體化系統不僅要服務于湖州地區調度（簡稱地調）和長興、安吉、德清3個縣級調度（簡稱縣調），并在地區和縣局兩個層面上分別將監控功能涵蓋其中，需要滿足調度、運方、監控和自動化等多個專業的工作需求。由于地縣電力調控一體化系統面向的用戶分工不同、需求各異，設計合理的人機交互界面，使各類用戶都能高效地開展工作顯得尤其重要。由此提出1種基于LCF-DV模型的設計方法，以數據庫和視圖為目標，將各類用戶需求細分為管轄、分工和功能3個部分，通過與OPEN3000平臺融合，實現了良好的人機交互。

1 OPEN3000概述

OPEN3000平臺遵循IEC 61970，IEC 61968等技術規范，采用CIM/CIS（公共信息模型/企業形象識別系統）數據總線技術，在人機接口方面具有良好的開放性，實時庫是用戶和數據庫的主要交互接口。圖形界面分為應用和業務兩大類，總控臺等應用界面提供了調用各種業務界面的功能，圖形編輯器、告警窗口、公式編輯等業務界面為用戶提供業務信息和交互服務。OPEN3000采用圖模庫一體化技術，并提供權限管理和責任分區功能，便于界定操作權限和范圍。

地縣電力調控一體化系統要在1個平臺上聯接地縣兩級電力調度機構，橫跨調度、監控、運行方式（以下簡稱運方）等多類業務，集多種應用、維護工作于一體，需求的復雜性和多樣化增加了人機界面設計的難度。盡管OPEN3000平臺有許多先進技術作為支撐，但優良的人機界面仍必須與應用需求緊密結合。

2 LCF-DV模型

將數據和視圖分離，使底層數據組織方式對用戶透明，讓用戶關注的焦點呈現于交互界面，提升用戶交互體驗，提高信息交互效率[1，2]，這些是人機界面設計的核心。除了滿足上述指標，地縣電力調控一體化系統人機界面設計還有其自身特點。一方面，該系統屬于多用戶系統，各類用戶操作習慣的區別，關注信息類型的不同、數量的差異等因素，在設計時都需要充分考慮，必要時根據用戶需求定制個性化交互界面。另一方面，該系統人機界面設計還必須考慮電網的安全性。這種安全性根源于數據正確、完整，操作嚴格授權[3]，在人機界面層次表現為數據及操作入口的可見性。

LCF-DV模型以數據（Data）為核心，以視圖（View）為目標，在保證數據操作安全基礎上，綜合考量各類用戶的不同需求設計人機界面。對訪問、更改、刪除等操作，采用權限控制機制，在根本上保證數據的安全性，并確保無權限人員在視圖層面上無法查看數據。以需求為導向，基于最小耦合原則，模型劃分為LCF 3個部分。

第1部分描述了管轄定義L（Layer）。電網的多級調度特性將地區級和縣級人員進行天然劃分，地區級人員與220 kV，110 kV及本地區35 kV電網和設備的運行維護相聯系，而縣級人員則與所在縣35 kV電網和設備相關。

第2部分描述了分工定義C（Character）。根據系統建設要求，必須能為調度、監控、運方等專業提供電網實時運行數據，并實現對電力設備的操作和控制。調度、監控、運方以及自動化專業技術人員都是該系統的最終用戶，整個人機界面的設計必須考慮上述專業分工的使用需求和使用習慣。

第3部分描述了職能定義F（Function）。不同的分工會有不同的智能需求，即使同一個工種也會有多方面的職能需求。調度員既需要關注電網的拓撲結構、有功無功潮流、關口力率等，還要根據實際情況下達調度指令，改變電網的運行方式；監控人員一方面需要看到告警窗內各種告警信息、光字牌信息，另一方面還要根據調度員指令進行遙控操作等；自動化人員則需要編輯廠站主接線圖，還要及時根據現場設備變更情況更改遙測信息的滿度值、TA（電流互感器）變比參數等。LCF結構如圖1所示。

圖1 LCF結構

LCF-DV模型整體架構如圖2所示。整個模型始于D端，終結于V端，通過LCF 3個部分將兩者聯系貫通。由于結合了調度系統的實際需求和工作職能定義，地縣電力調度一體化系統的任何1種需求都可以用上述模型進行描述，最重要的是這種描述方式可以將其與其他需求進行完全區分，保證了需求描述的完整性和唯一性。

圖2 LCF-DV模型

3 系統人機界面設計

將LCF-DV模型與OPEN3000平臺融合，是實現地縣電力調控一體化系統人機界面設計的關鍵。OPEN3000設定的用戶通過權限定義和責任區分配，對不同資源具有不同的使用權限，是融合的技術基礎。

3.1 數據訪問控制

在LCF-DV模型中，數據訪問模式存在視圖界面操作和數據庫直接操作2種方式。OPEN3000系統的歷史數據庫基于UNIX系統上的ORACLE數據庫，能在數據庫直接操作模式中對訪問實現完善的權限控制。

對于需要維護數據庫的地調自動化維護人員和縣調自動化維護人員，為其創建訪問專用賬號，并定義各自的訪問數據區域。除了自動化維護人員，其他人員對數據大多只需讀取，因而可以利用OPEN3000提供的圖模庫一體化技術將數據顯示于交互圖形界面。除了歷史數據庫，OPEN3000還提供了SCADA（數據采集與監控系統）實時庫的訪問界面。對于該種方式的訪問控制，在OPEN3000平臺層面上定義用戶賬號責任區的特殊屬性，將對實時庫的訪問控制精確到了“域”級。

3.2 管轄權限定義

LCF-DV模型從用戶需求出發，管轄定義L明確了用戶所處的調度等級。從設備管理角度可知，調度等級的實質是對不同等級變電站及其設備的管轄權和操作權，因而可以用權限管理進行定義。OPEN3000提供的責任區工具以設備為單元，并在其上構建了間隔、變電站等不同層次的設備集合。根據不同的管轄范圍，將設備或者設備集合選擇到相應責任區，實現對這些設備操作權限的控制。

3.3 分工及功能設定

地縣電力調控一體化技術支持系統涵蓋調度、運方、監控、自動化等多個專業。在地區調度管轄層面（或者縣調），各專業的分工及功能設定如下：

（1）調度人員關注本區域電網的整體信息，包括運行方式、潮流分布等，向監控人員和運行人員下達調度指令，對某些設備進行操作。其功能主要涉及監視對電網運行有重大影響的告警信息，各類應用畫面的調閱與相關設備的操作等。

（2）運方人員關注地區電網的潮流分布，對電網架構和運行方式的安全性進行評估，針對薄弱點編制應急預案。其分工與功能僅限于對電網潮流分布信息的調閱及調度員潮流等模塊的使用。

（3）監控人員執行對設備的監視控制任務，通過監視告警信息窗的各類告警信號、變電站間隔和設備的保護信號以及斷路器開合、刀閘開合位置信息等，并根據值班調度員指令進行設備遙控操作，其功能涉及告警窗內告警信號的監視、變電站內各間隔告警信息的查閱分析、變電站設備的監視和控制等。

（4）自動化人員致力于維護整個調度自動化技術支持系統，包括系統平臺的運行維護，廠站接線圖的新增與修改，遙信、遙測、遙控點號的錄入等工作，其功能包括平臺各應用功能的配置與維護、電網模型的構建與維護、電網參數的錄入與修改、數據庫的維護、應用畫面的制作等。

在OPEN3000平臺中利用圖模庫一體化、責任區、畫面編輯等技術，實現上述功能。在相應責任區分配相關的變電站和設備，以實現對設備進行置數、遙控操作功能；在OPEN3000總控臺配置畫面瀏覽功能，并設置相關畫面的超鏈接，實現應用畫面的調閱功能；配置平臺賬號權限，實現對告警窗內管轄信息的確認；配置數據庫賬號權限，實現對數據庫中電網模型、參數、三遙點號的錄入維護。

3.4 視圖布局

在地縣電力調控一體化技術支持系統中，視圖布局應充分考慮調度、監控、運方和自動化人員等多類用戶的共同需求，如對各變電站一次接線圖信息上的斷路器、開關、刀閘位置信息的調閱功能，同時也要注意上述各類用戶關注焦點的不同。在視圖布局和設置環節以統一為原則，以差異化需求為目標，最大限度地實現視圖層面的管轄、分工和功能定義的解耦合。

OPEN3000主控臺是各項應用功能激活的根節點，各類用戶登錄后自動根據主控臺參數配置文件o2000e_console.ini，對主控臺提供的各項應用功能進行定制組合顯示。合理配置o2000e_console.ini，將應用功能接口顯示提供給各類用戶。如果除了自動化人員，其他用戶無需對數據庫進行操作，則可以在主控臺上不顯示數據庫調閱程序。圖形瀏覽界面是所有用戶都需要使用的公共功能，統一配置在o2000e_console.ini文件中。

制作統一的圖形瀏覽登錄界面，如圖3所示。第一級是應用模塊類，包含了SCADA，FES（前置信息）， PAS（高級軟件應用）， AVC（無功控制優化）等。監控人員只需關注SCADA模塊信息，而PAS模塊對調度、運方人員關注電網的整體運行信息非常有效。每個模塊又針對各類分工及其功能設定需求定制了多種應用，以SCADA為例，該模塊中各應用所對應的用戶如表1所示。

圖3 統一的圖形瀏覽界面

表1 分工和功能與部分應用對應關系

在視圖層次和結構設計方面以調度和監控兩大專業需求為原則，建立以SCADA模塊畫面為始發點、變電站廠站接線圖及其間隔接線圖為終結點，以地理接線圖和一次接線圖為雙核心的輻射狀鏈接關系。

變電站廠站接線圖及其間隔接線圖是電網模型的基礎，也是調度、監控和運方人員經常需要關注的畫面，圖形和設備名稱符合標準化、規范化要求。與地理接線圖相關的地區關口、市區關口、主變壓器（簡稱主變）限額視圖等都是調度和運方人員所關注的焦點，監控主畫面則包含了監控人員所關心的直流一覽表、主變不平衡一覽表、站內不平衡一覽表等應用畫面。整個SCADA模塊中各類應用的鏈接關系如圖4所示。此外，還利用OPEN3000平臺的告警窗為監控人員提供定制的告警信息服務，并按照規范要求將告警信息劃分為事故、異常、變位、越限、告知五大類。

圖4 SCADA應用鏈接關系

4 結語

地縣電力調控一體化系統的用戶包括調度、運方、監控、自動化等專業人員，系統需求具有多樣化和復雜性的特點。為了使各類用戶都能夠可靠、高效地使用系統，提出1種基于LCF-DV模型的人機界面設計方法，以數據庫和視圖為目標，把需求細分為管轄、分工和功能3個部分，實現了各類用戶不同需求的解耦合，并與OPEN3000平臺的緊密融合，在滿足各類應用基礎上達到了良好的人機交互效果。

[1]施奈德曼.用戶界面設計——有效地人機交互策略[M].3版.張國印，譯.北京：電子工業出版社，2004.

[2]黃艷群，黎旭，李榮麗.設計人機界面[M].北京：北京理工大學出版社，2007.

[3]董建明.人機交互：以用戶為中心的設計和評價[M].2版.北京：清華大學出版社，2007.