電網調度控制系統的Web展示設計

黃海文

（廣東電網有限責任公司東莞供電局，廣東 東莞 523000）

圖形作為電網調度控制系統重要組成部分，是實現電網運行狀態實時監測的關鍵。隨著國家電網的快速發展與建設，系統圖形功能一方面須完成I區電網監測與設備監控，另一方面須具備Ⅲ區設備巡檢功能，設備維護人員須通過Web瀏覽器實時了解設備運行情況，這對Ⅲ區圖形展示提出了更高要求。I區通過C/S構架完成圖形展示，Ⅲ區通過B/S構架實現電網及設備運行狀態監控。Web技術的不斷完善為Ⅲ區圖形展示提供了良好基礎。

電網圖形標準規范中，采用CIM/G語言完成圖形的交換與儲存，實現電力設備與電網信息的圖形化，通過CIM/G中電力設備圖形繪制及儲存方式的定義，提高了描述效率。Web圖形展示中，實現了CIM/G格式儲存，I區通過CIM/G文件進行展示，Ⅲ區通過CIM/G文件向SVG文件轉換，利用Web瀏覽器SVG控件進行展示，完成Ⅲ區Web圖形瀏覽。由于轉換過程存在轉換損失，致使I區及Ⅲ區圖形展示不同。Web通信中，通信方式向雙全工通信發展。前端異步通信技術主要為Ajax技術，其無法將數據由服務器向Web瀏覽器進行推送。使用Comet技術，其可以以異步方式主動向Web瀏覽器進行數據推送，具有較強的交互性、實時性及兼容性，支持所有常用瀏覽器。當前電網調度控制系統采用Ajax技術進行Web畫面刷新，電網運行變化情況無法由Web服務器向瀏覽器推送，導致畫面數據刷新慢，且系統訪問性差。

本文基于CIM/G文件和Comet技術對CIM/GWeb總體架構及操作等核心技術進行分析研究，實現了系統CIM/G圖形在Web瀏覽器的高質量顯示。

1 CIM/G-Web總體架構

基于B/S架構，完成系統Web圖形展示，B/S構架由前端展示層及后臺服務層構成，利用Web瀏覽器技術，前端展示層實時展示監測畫面；后臺服務層以邏輯計算為基礎，完成平臺底層服務接口調用，為圖形顯示提供數據支撐。CIM/G-Web總體架構可完成數據前端和后臺的互相通信，系統總體構架圖如圖1所示。

圖1 Web圖形展示系統總體構架圖

1.1 前端展示

前端展示分為表現層及邏輯層。表現層為主窗口、菜單欄、工具欄及狀態欄等，工具欄和菜單欄主要實現圖形畫面操作，畫面主窗口顯示系統圖形畫面。前端邏輯層由圖元解析器、圖元組件包、圖形刷新等模塊構成，實現Web前端邏輯處理。圖元組件為圖元類集合，將各圖元抽象為單一對象，對各對象進行屬性賦值，圖元解析器通過調用普通對象繪制方法生成電氣設備圖形畫面；根據數據變化信息，圖像刷新模塊對圖形局部刷新。

1.2 后臺服務

后臺服務基于開放式網關協議，采用動態模塊化和微服務完成數據實時處理。后臺服務主要功能為拓撲著色、圖形文件解析及數據查詢等。根據系統圖形著色機制，拓撲著色服務進行著色計算，得出當前著色信息，并通過后臺推送服務器向前端實時推送刷新。

底層服務為基礎系統服務，包含數據庫及權限，通過訪問，獲取圖形服務所需系統配置、電網數據，為Web圖形展示提供參數支撐。

2 關鍵技術分析

CIM/G-Web通過數據訪問、后臺邏輯計算、Web前后端互相作用，共同為Web圖形展示進行支撐。其核心為Web圖形解析、數據刷新、圖形繪制及應用操作。

2.1 Web圖形解析

CIM/G以電力系統為對象，針對圖形描述制定相應規范。Web圖形解析中，根據圖形文件，采用不同策略。

圖形文件在Web瀏覽器展示時，Web前端向服務端發出訪問請求，服務端接收并通過G語言對圖形、圖元文件解析；獲得畫面實時數據并著色，著色時基于系統著色機制進行計算，獲得著色數據。圖形服務將著色數據計算結果和圖形文件解析結果儲存于圖元集合緩存池，作為前端圖形繪制依據。圖形文件解析流程圖如圖2所示。

圖2 圖形文件解析流程圖

傳統圖形解析過程中，前端根據解析結果繪制圖形，并根據圖形服務實時變化信息進行二次繪制。Web圖形解析對解析過程進行優化，由后端一次性進行文件解析、實時數據、著色數據處理，根據結果前端繪制圖形，提高效率。

2.2 Web圖形數據刷新

CIM/G-Web推送為：建立電網調度控制系統通信鏈路，在前端和后臺完成圖形畫面展示設備ID注冊。后臺服務實時監測數據變化，并將變化信息反饋與前端，前端對局部畫面進行更新。通過Comet技術，圖形數據推送實現了前端、后臺間雙向通信，提高Ⅲ區Web刷新效率。

2.2.1 通信鏈路機制

打開CIM/G-Web，建立前端、后臺通信鏈路，通過周期性報文確保鏈路暢通。退出CIM/G-Web時，前臺發送指令與后臺，后臺將鏈路信息注銷，關閉服務。

通信鏈路管理器將前端畫面信息、鏈路狀態信息注冊，服務端對鏈路狀態進行監測，若30 s內服務器無前端信息，則標記鏈路為“斷開”，同時推送停止；若90 s內服務器無前端信息，則清除注冊表中該鏈路信息；若90 s內再次接收前端信息，則標記為“正常”，且推送信息。

2.2.2 Web圖形數據推送

Web前端訪問CIM/G文件，獲取信息，并根據后臺著色信息和數據信息繪制監測畫面。前端數據刷新管理器生成數據訪問集合，注冊于前端，并向服務器端發送數據請求，服務器接收請求信息并反饋注冊成功。通過圖形變化獲得最新數據對象集合，并對比上一幀，若變化，則找尋與變化數據相關前端數據鏈路，將變化信息向前端圖形模塊進行推送。Web前端根據注冊信息找尋與之關聯設備圖元，并對其數據、顏色進行更新。Web圖形畫面數據推送服務流程如圖3所示。

圖3 Web圖形畫面數據推送服務流程

2.3 Web圖形繪制

采用對象化管理技術實現Web前端繪制。圖元庫由圖元管理器統一管理調用。對象管理器技術的應用，實現了圖形刷新時的圖元局部刷新，很大程度上提升了圖形繪制效率。

通過輕量級繪制類完成圖形繪制，繪制方法包含直線、橢圓、圓弧繪制方法等。采用上述繪制方法完成基本圖元和設備圖元繪制。同重量級組件類不同，輕量級繪制類在圖形屬性改變時觸發內部事件并回調重繪，輕量級繪制類通常用于變化圖形繪制，提升效率，降低損耗。

2.4 Web圖形畫面操作

CIM/G-Web為Ⅲ區Web畫面操作提供菜單配置及接口，完成了系統應用與Web圖形的匹配。通過配置函數邏輯程序，實現右鍵菜單操控。菜單配置文件可實現斷路器設備參數檢索，“app_no”、“app_disp”、“menuitem”分別代表圖形畫面操作應用號、應用號名稱及菜單項配置。斷路器配置完成，通過右鍵選擇檢索選項，查看斷路器設備詳細信息。

通過右鍵菜單操作功能可完成設備圖元菜單操作，實現了應用操作接口與現實之間相分離，確保了畫面應用操作的靈活性。

3 性能對比

通過CIM/G文件解析、圖形繪制、實時數據推送，CIM/G-Web確保了系統I區、Ⅲ區圖形畫面一致性，提升圖形顯示效率。某省220 kV電網潮流圖分別通過CIM/G-Web及SVG-Web打開，所需時間對比如表1所示。

表1 圖形畫面打開時間對比表

由圖形畫面打開時間對比可知，CIM/G-Web圖形展示實現了刷新計算邏輯由前端到后臺轉移，有效降低了前端壓力，通過異步推送技術保證了畫面刷新效率。該技術的應用可有效降低前端瀏覽器CPU負載，畫面展示更為流暢。綜合分析訪問效率及訪問負載率等因素，CIM/G-Web畫面數據刷新周期明顯縮短，可更好地滿足電網和終端設備的監控需求。30 s內SVG-Web和CIM/G-Web的CPU使用率如圖4所示。

圖4 畫面刷新CPU使用對比圖

4 結束語

本文通過分析傳統電網調度系統不足，基于CIM/G提出電網調度控制系統Web圖形展示技術，該技術可在瀏覽器中完成圖形文件的解析和展示，提升了圖形展示效率，同時保證了畫面顯示操作的靈活性。伴隨Web瀏覽器對HTML5技術的兼容，須對圖形繪制技術進一步研究，為系統在Ⅲ區的圖形維護提供技術支持。本文所介紹的Web圖形展示技術已投入實踐運行，運行結果表明，該技術在實際應用過程中可滿足設備監視和巡檢需求，擴大了電網調度系統應用范圍。