基于通用模型的电力图形软件开发平台

2018-04-24 09:22:19

0 引言

图形平台作为 EMS / DTS / DMS 等多种电力自动 化系统的核心技术必须满足电力系统软件一体化[1-3] 、 智能化[4] 和标准化[5-9] 的发展方向。 为此,笔者以通用 图模库一体化模型为核心,以分层设计为手段,对图 形平台进行重构,提出并设计了统一架构的通用电力 软件图形软件开发平台——Sophic 图形软件开发平 台,并以此为基础,完成监控、调度、稳控、配网等多 种电力产品图形平台的快速构建和功能开发。

1 图形软件开发平台的整体架构

1.1 概述

电力应用软件产品类型众多,每个系统均有各自 的图形界面。 在整个电力系统自动化软件的设计体 系中,图形平台始终处于一个比较特殊的位置。 一方 面图形界面作为表示层,与最终用户打交道,各应用 产品的图形平台可以根据实际用途设计特定的表现 形式,并可以设计成不同的风格和功能。 另一方面, 各应用产品的图形平台也具有许多共性,功能需求 时有交叉,需要充分考虑重用的必要性,避免某种单 一设计所导致的重复开发[10] 。

为满足这些看似矛盾的需求,目前还没有哪个厂 家能提供统一的解决方案。 南瑞继保在总结各系统 的不同特点和图形共性需求的基础上,提出了大平 台的概念,就是提供针对电力应用系统的通用图形 支持包,并允许各电力应用系统根据各自的特点在 图形支持包上构建具有各自特点的不同的图形应用 和交互界面[11] 。 对于监控、调度、电量计费系统等规 模或模型差异度比较大的系统,完全基于这个通用 的图形支持包来开发,既缩短系统的开发周期,提高 系统的稳定性,又方便系统交换信息,实现信息共享。

基于上述思路分析,监控、调度等系统的需求相 似度很高,面向的是一个电力系统的不同局部或不 同侧面。 因此,改变常规的电力系统软件开发模式, 将各种图形平台的底层共性部分抽象为统一的开发 框架和开发资源,建立同构的电力图形软件开发平 台,如图 1 所示。



与常规一体化系统相比,该开发方式所获得的最 大好处在于,既可以获得公共平台的共性支持,又可 以根据各自特点独立创建窗体框架,开发特殊功能。

1.2 多层体系

为获得最大程度的扩展性,将整个图形平台划 分为 3 个层次,如图 2 所示。



a. 基础层:适用于所有图形类产品开发需求,以 连接为例,笔者认为连接特性是属于基础层的通用 定义,并设计了连接点、连接线以及连接形等基础图 形元素。

b. 领域层:适用于所有电力图形类产品的开发需 求,仍以连接为例,本层提供了电网中连接线路的设 计,连接线路就是以连接线的物理属性和电力设备 的电力属性合并在一起的图模库一体化的对象。

c. 应用层:提供对应某种特定需求的电力图形产品,例如调度图形工具、潮流图形分析工具等。 根据 领域层提供的连接线路的特性和功能,在应用层实 现了根据数据库中的网络模型,半自动生成潮流图 的工作界面和工作流程。

从上述层次看,基础层和领域层构成图形软件开 发平台,用于图形工具自身的开发;而应用层提供的 是应用图形平台,用于应用界面的开发和工程界面的 实现,也就是各种图形编辑器、图形浏览器、曲线工 具等各种界面工具。

1.3 模块关系

Sophic 图形软件开发平台,就其产物而言,就是 一系列通过类库扩展和组件封装,提供具有特定产 品特性的标准 C++ 框架。 其主要模块如图 3 所示。

2 通用图模库一体化的设备模型

图模库一体化[12-14] 使维护人员利用直观的主接 线图来生成模型,在当前的电力图形系统中广泛使 用,成为图形系统的一项基础功能。 在上文中,明确定位 Sophic 图形软件开发平台 是用于开发各种电力系统应用软件的图形平台的开 发平台。为此,提出通用图模库一体化模型的设计, 充 分 利 用 Sophic 电力支撑平台体系的支持,在 提 取模型最大程度共性的同时,满足各系统中模 型 的 差异性,使图形软件开发平台真正适用于不同应用 系统中。

2.1 Sophic 电力应用支撑平台体系

Sophic 图形软件开发平台是 Sophic 电力应用支 撑平台体系的一个重要组成部分。 Sophic 平台包括 图形平台、数据平台、网络平台等各种底层支持,见 图 4。 这些松散的平台可支持在各种环境下独立使 用,但是在构建大型分布式电力应用系统的时候,这 些平台支持通过内部关联设计形成一个整体性的平 台,充分满足实时性和扩展性的需求。

2.2 Sophic数据库平台中的对象描述

Sophic 数据库平台是完全面向对象的实时数据 库平台,支持类之间的继承、聚合关系,能够构造复 杂的结构模型,可直接定义和存储 IEC61970 中的公 共信息模型(CIM)的类及其关系[15-16] 。 在这个面向对 象的数据模型中,每个对象都存在一个对象标识和对 象描述。 以开关设备为例,在 Sophic 数据库中,这个 设备的对象描述为 / Substation,name=′测试站′ / VoltageLevel,name =′220′ / Bay,name =′203′ / Breaker,name =′203′ 进一步用标识变量进行泛化处理,这个设备的 模型描述可用下面方式表述: / Substation,name =′?st′ / VoltageLevel,name =′?v′ / Bay,name =′?bay′ / Breaker,name =′?dev′

2.3 通用图模库一体化的设备模型

设备图元是图模库一体化的基础单元,设备图 元定义包括了图元的形态定义和模型定义,图形软件 开发平台中的模型定义并不设定任何具体的模型如 IEC61970 CIM 模型,或者是 IEC61850 一次设备模 型,而是通过可配置项形式的模型模板来进行设置。 对于图形软件开发平台中的设备而言,设备的 模型是一个变量。 到了产品开发层,以调度为例,一 次设备模型以 CIM 标准在数据库中建模,这个变量 通过配置定义工具用上文中的模型描述来定义,因 此在调度画面工具中,图元对应的就是 CIM 的模型 定义。 以开关为例,其定义包括 2 个方面内容,一个是 图元形态,记录了在图元工具中所绘制的多种形态、 端点等信息,另一方面是图元应用,记录图元在各种 应用系统中的模型对应关系,这种对应关系,例如, 在 SCADA 模型中,其对应描述为 / Substation,name=′?st′ / VoltageLevel,name = ′?v′ / Bay,name = ′?bay′ / Breaker,name =′?dev′ 在 PAS 模型中,其对应描述为 / substation,name =′?st′ / voltageLevel,name =′?v′ / breaker,name =′?dev′ 根据各应用模型数据库路径定义,将厂站、电压 等级等实际参数带入变量,可明确定位该设备。 这 种不同应用的设备模型差异性处理方式也可以应用 于不同系统的模型差异中。 通用图模库一体化设备模型的设计使设备拓 扑、模型创建成为通用功能,也是电力图形软件开发 平台的领域层在基础层上的重要扩展。 2.4 图模库一体化的开发体系 在 Sophic 图形软件开发平台的开发体系中,不 同的开发层次,图形模型和模型层次也存在对应关 系,如图 5 所示。