電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的Web展示設(shè)計

黃海文

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局，廣東 東莞 523000）

圖形作為電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)重要組成部分，是實現(xiàn)電網(wǎng)運行狀態(tài)實時監(jiān)測的關(guān)鍵。隨著國家電網(wǎng)的快速發(fā)展與建設(shè)，系統(tǒng)圖形功能一方面須完成I區(qū)電網(wǎng)監(jiān)測與設(shè)備監(jiān)控，另一方面須具備Ⅲ區(qū)設(shè)備巡檢功能，設(shè)備維護人員須通過Web瀏覽器實時了解設(shè)備運行情況，這對Ⅲ區(qū)圖形展示提出了更高要求。I區(qū)通過C/S構(gòu)架完成圖形展示，Ⅲ區(qū)通過B/S構(gòu)架實現(xiàn)電網(wǎng)及設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控。Web技術(shù)的不斷完善為Ⅲ區(qū)圖形展示提供了良好基礎(chǔ)。

電網(wǎng)圖形標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，采用CIM/G語言完成圖形的交換與儲存，實現(xiàn)電力設(shè)備與電網(wǎng)信息的圖形化，通過CIM/G中電力設(shè)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(xiàn)了CIM/G格式儲存，I區(qū)通過CIM/G文件進行展示，Ⅲ區(qū)通過CIM/G文件向SVG文件轉(zhuǎn)換，利用Web瀏覽器SVG控件進行展示，完成Ⅲ區(qū)Web圖形瀏覽。由于轉(zhuǎn)換過程存在轉(zhuǎn)換損失，致使I區(qū)及Ⅲ區(qū)圖形展示不同。Web通信中，通信方式向雙全工通信發(fā)展。前端異步通信技術(shù)主要為Ajax技術(shù)，其無法將數(shù)據(jù)由服務(wù)器向Web瀏覽器進行推送。使用Comet技術(shù)，其可以以異步方式主動向Web瀏覽器進行數(shù)據(jù)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(dāng)前電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)采用Ajax技術(shù)進行Web畫面刷新，電網(wǎng)運行變化情況無法由Web服務(wù)器向瀏覽器推送，導(dǎo)致畫面數(shù)據(jù)刷新慢，且系統(tǒng)訪問性差。

本文基于CIM/G文件和Comet技術(shù)對CIM/GWeb總體架構(gòu)及操作等核心技術(shù)進行分析研究，實現(xiàn)了系統(tǒng)CIM/G圖形在Web瀏覽器的高質(zhì)量顯示。

1 CIM/G-Web總體架構(gòu)

基于B/S架構(gòu)，完成系統(tǒng)Web圖形展示，B/S構(gòu)架由前端展示層及后臺服務(wù)層構(gòu)成，利用Web瀏覽器技術(shù)，前端展示層實時展示監(jiān)測畫面；后臺服務(wù)層以邏輯計算為基礎(chǔ)，完成平臺底層服務(wù)接口調(diào)用，為圖形顯示提供數(shù)據(jù)支撐。CIM/G-Web總體架構(gòu)可完成數(shù)據(jù)前端和后臺的互相通信，系統(tǒng)總體構(gòu)架圖如圖1所示。

圖1 Web圖形展示系統(tǒng)總體構(gòu)架圖

1.1 前端展示

前端展示分為表現(xiàn)層及邏輯層。表現(xiàn)層為主窗口、菜單欄、工具欄及狀態(tài)欄等，工具欄和菜單欄主要實現(xiàn)圖形畫面操作，畫面主窗口顯示系統(tǒng)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(gòu)成，實現(xiàn)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(diào)用普通對象繪制方法生成電氣設(shè)備圖形畫面；根據(jù)數(shù)據(jù)變化信息，圖像刷新模塊對圖形局部刷新。

1.2 后臺服務(wù)

后臺服務(wù)基于開放式網(wǎng)關(guān)協(xié)議，采用動態(tài)模塊化和微服務(wù)完成數(shù)據(jù)實時處理。后臺服務(wù)主要功能為拓撲著色、圖形文件解析及數(shù)據(jù)查詢等。根據(jù)系統(tǒng)圖形著色機制，拓撲著色服務(wù)進行著色計算，得出當(dāng)前著色信息，并通過后臺推送服務(wù)器向前端實時推送刷新。

底層服務(wù)為基礎(chǔ)系統(tǒng)服務(wù)，包含數(shù)據(jù)庫及權(quán)限，通過訪問，獲取圖形服務(wù)所需系統(tǒng)配置、電網(wǎng)數(shù)據(jù)，為Web圖形展示提供參數(shù)支撐。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

CIM/G-Web通過數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)刷新、圖形繪制及應(yīng)用操作。

2.1 Web圖形解析

CIM/G以電力系統(tǒng)為對象，針對圖形描述制定相應(yīng)規(guī)范。Web圖形解析中，根據(jù)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(wù)端發(fā)出訪問請求，服務(wù)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(shù)據(jù)并著色，著色時基于系統(tǒng)著色機制進行計算，獲得著色數(shù)據(jù)。圖形服務(wù)將著色數(shù)據(jù)計算結(jié)果和圖形文件解析結(jié)果儲存于圖元集合緩存池，作為前端圖形繪制依據(jù)。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(tǒng)圖形解析過程中，前端根據(jù)解析結(jié)果繪制圖形，并根據(jù)圖形服務(wù)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(yōu)化，由后端一次性進行文件解析、實時數(shù)據(jù)、著色數(shù)據(jù)處理，根據(jù)結(jié)果前端繪制圖形，提高效率。

2.2 Web圖形數(shù)據(jù)刷新

CIM/G-Web推送為：建立電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)通信鏈路，在前端和后臺完成圖形畫面展示設(shè)備ID注冊。后臺服務(wù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)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(shù)，圖形數(shù)據(jù)推送實現(xiàn)了前端、后臺間雙向通信，提高Ⅲ區(qū)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(fā)送指令與后臺，后臺將鏈路信息注銷，關(guān)閉服務(wù)。

通信鏈路管理器將前端畫面信息、鏈路狀態(tài)信息注冊，服務(wù)端對鏈路狀態(tài)進行監(jiān)測，若30 s內(nèi)服務(wù)器無前端信息，則標(biāo)記鏈路為“斷開”，同時推送停止；若90 s內(nèi)服務(wù)器無前端信息，則清除注冊表中該鏈路信息；若90 s內(nèi)再次接收前端信息，則標(biāo)記為“正常”，且推送信息。

2.2.2 Web圖形數(shù)據(jù)推送

Web前端訪問CIM/G文件，獲取信息，并根據(jù)后臺著色信息和數(shù)據(jù)信息繪制監(jiān)測畫面。前端數(shù)據(jù)刷新管理器生成數(shù)據(jù)訪問集合，注冊于前端，并向服務(wù)器端發(fā)送數(shù)據(jù)請求，服務(wù)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(shù)據(jù)對象集合，并對比上一幀，若變化，則找尋與變化數(shù)據(jù)相關(guān)前端數(shù)據(jù)鏈路，將變化信息向前端圖形模塊進行推送。Web前端根據(jù)注冊信息找尋與之關(guān)聯(lián)設(shè)備圖元，并對其數(shù)據(jù)、顏色進行更新。Web圖形畫面數(shù)據(jù)推送服務(wù)流程如圖3所示。

圖3 Web圖形畫面數(shù)據(jù)推送服務(wù)流程

2.3 Web圖形繪制

采用對象化管理技術(shù)實現(xiàn)Web前端繪制。圖元庫由圖元管理器統(tǒng)一管理調(diào)用。對象管理器技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)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(shè)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(fā)內(nèi)部事件并回調(diào)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(qū)Web畫面操作提供菜單配置及接口，完成了系統(tǒng)應(yīng)用與Web圖形的匹配。通過配置函數(shù)邏輯程序，實現(xiàn)右鍵菜單操控。菜單配置文件可實現(xiàn)斷路器設(shè)備參數(shù)檢索，“app_no”、“app_disp”、“menuitem”分別代表圖形畫面操作應(yīng)用號、應(yīng)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(shè)備詳細信息。

通過右鍵菜單操作功能可完成設(shè)備圖元菜單操作，實現(xiàn)了應(yīng)用操作接口與現(xiàn)實之間相分離，確保了畫面應(yīng)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(shù)據(jù)推送，CIM/G-Web確保了系統(tǒng)I區(qū)、Ⅲ區(qū)圖形畫面一致性，提升圖形顯示效率。某省220 kV電網(wǎng)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(xiàn)了刷新計算邏輯由前端到后臺轉(zhuǎn)移，有效降低了前端壓力，通過異步推送技術(shù)保證了畫面刷新效率。該技術(shù)的應(yīng)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(shù)據(jù)刷新周期明顯縮短，可更好地滿足電網(wǎng)和終端設(shè)備的監(jiān)控需求。30 s內(nèi)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(jié)束語

本文通過分析傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)不足，基于CIM/G提出電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)Web圖形展示技術(shù)，該技術(shù)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(shù)的兼容，須對圖形繪制技術(shù)進一步研究，為系統(tǒng)在Ⅲ區(qū)的圖形維護提供技術(shù)支持。本文所介紹的Web圖形展示技術(shù)已投入實踐運行，運行結(jié)果表明，該技術(shù)在實際應(yīng)用過程中可滿足設(shè)備監(jiān)視和巡檢需求，擴大了電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用范圍。