杭州市電力局市區(qū)配電網(wǎng)調(diào)度大屏幕系統(tǒng).doc

杭州市電力局市區(qū)配電網(wǎng)調(diào)度大屏幕系統(tǒng)杭州市電力局于1998年9月16日成功地將大屏幕顯示系統(tǒng)應(yīng)用于市區(qū)配電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)度。該市區(qū)配電網(wǎng)調(diào)度大屏幕顯示系統(tǒng)涉及到大屏幕投影機(jī)、大屏幕拼接系統(tǒng)、市區(qū)配電網(wǎng)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)以及自動(dòng)化系統(tǒng)的接入等各個(gè)方面。在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，杭州市電力局和供貨廠家密切配合，特別是在軟件功能的實(shí)現(xiàn)上，杭州市電力局與上海大道計(jì)算機(jī)公司共同設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)，圓滿地完成了這個(gè)項(xiàng)目。1概況模擬屏顯示是我國(guó)電力系統(tǒng)調(diào)度部門(mén)采用的傳統(tǒng)顯示方式。這種顯示方式只能顯示固定的內(nèi)容，提供的信息量少，不能進(jìn)行交互式操作。隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，系統(tǒng)中的線路和廠站設(shè)備不斷地變化和擴(kuò)充，就需要人工改變模擬圖板的接線結(jié)構(gòu)以適應(yīng)這種變化。由于模擬屏的空間有限，不能無(wú)限制地增加新的線路和新的廠站；而且日常的電網(wǎng)運(yùn)行中，為適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行方式的調(diào)整也需要人工去修改模擬屏。特別是對(duì)城市配電網(wǎng)的日常調(diào)度來(lái)說(shuō)，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷修改以及運(yùn)行方式的頻繁變動(dòng)，使更改模擬屏的工作更加繁重，模擬屏顯示的固有缺點(diǎn)也就表現(xiàn)得更為突出，極大地影響了系統(tǒng)的靈活性。截止1998年底，杭州市區(qū)配電網(wǎng)由城南與城北供電局所轄線路組成，共有變電所30座，10kV開(kāi)關(guān)站156座，出線390條，桿上聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)約250臺(tái)。隨著今后幾年配電網(wǎng)的大發(fā)展，顯然傳統(tǒng)的模擬盤(pán)將無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代化電網(wǎng)的調(diào)度工作。大屏幕顯示系統(tǒng)是模擬屏的一種很好的替代產(chǎn)品，它提供了一個(gè)動(dòng)態(tài)的主動(dòng)的交互式的靈活的系統(tǒng)。它把多個(gè)投影機(jī)的圖像拼成一個(gè)單一的、無(wú)縫的、高分辨率的和清晰的圖像，使全體操作人員可以同時(shí)在反映最新信息的同一大屏幕上工作。根據(jù)需要，它能同時(shí)用多窗口顯示所需的信息，這是小屏和模擬屏所做不到的。大屏幕顯示系統(tǒng)可以不受電網(wǎng)發(fā)展的限制，具有占地面積小、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，電力系統(tǒng)使用大屏幕投影系統(tǒng)將是一種趨勢(shì)。然而，大屏幕系統(tǒng)應(yīng)用于配電網(wǎng)調(diào)度國(guó)內(nèi)還缺少成功的經(jīng)驗(yàn)。因而只能采用模擬圖板來(lái)反映配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及配電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。一方面為了現(xiàn)今杭州市區(qū)配電網(wǎng)調(diào)度的需要，另一方面也是為了配合將來(lái)引進(jìn)配電管理信息系統(tǒng)(DMS)，杭州市電力局配電網(wǎng)調(diào)度實(shí)施了大屏幕顯示工程。2大屏幕系統(tǒng)的選型在大屏幕顯示系統(tǒng)的選型中，筆者主要考慮了軟件方面的選擇，因?yàn)榻A段的應(yīng)用需開(kāi)發(fā)配電網(wǎng)應(yīng)用軟件和電力模擬調(diào)度軟件，遠(yuǎn)期目標(biāo)需接入配電管理信息系統(tǒng)（DMS）。因此選用了加拿大M3i公司的XWorld/XWall系統(tǒng)進(jìn)行配電網(wǎng)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)和多屏拼接、投影顯示。M3i公司的XWorld/XWall系統(tǒng)軟件平臺(tái)具有開(kāi)放性和先進(jìn)性，能滿足杭州市電力局對(duì)大屏幕系統(tǒng)的近期和遠(yuǎn)期功能需求。投影機(jī)的顯示主要有3種顯示技術(shù)，即CRT投影技術(shù)、LCD投影技術(shù)及DLP投影技術(shù)。CRT技術(shù)較成熟，顯示的圖像色彩豐富，還原性好，具有豐富的幾何失真調(diào)整能力，但其重要技術(shù)指標(biāo)圖像分辨率與亮度相互制約，直接影響CRT投影機(jī)的亮度值，只適合安裝在環(huán)境光較弱、相對(duì)固定的場(chǎng)所。市場(chǎng)上CRT投影機(jī)著名品牌有BACRO、NEC等。LCD投影機(jī)可分為液晶光閥和液晶板兩種。液晶光閥投影機(jī)，采用CRT管和液晶光閥作為成像器件，是CRT投影機(jī)與液晶光閥相結(jié)合的產(chǎn)物。為了解決圖像分辨率與亮度間的矛盾，它采用外光源，也叫被動(dòng)式投影方式。它是目前亮度、分辨率最高的投影機(jī)。但其價(jià)格高，體積大，光閥不易維修。主要品牌有JVC和Ampro。液晶板投影機(jī)，它的成像器件是液晶板，也是一種被動(dòng)式的投影方式。利用外光源金屬鹵素?zé)簦ㄟ^(guò)分光鏡形成R、G、B三束光，分別通過(guò)R、G、B三塊液晶板。它的亮度高，但光源壽命短，分辨率較低。西門(mén)子公司專(zhuān)門(mén)為電力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的SINAUT大屏幕投影系統(tǒng)屬于這種類(lèi)型。DLP技術(shù)以DMD數(shù)字微反射器作為光閥成像器件，采用數(shù)字光處理技術(shù)調(diào)制視頻信號(hào)，驅(qū)動(dòng)DMD光路系統(tǒng)，通過(guò)投射透鏡獲取大屏幕圖像。它有數(shù)字優(yōu)勢(shì)、反射優(yōu)勢(shì)及無(wú)縫優(yōu)勢(shì)。DLP的投影機(jī)清晰度高，畫(huà)面均勻，色彩銳利，只是分辨率不高。在當(dāng)時(shí)的技術(shù)發(fā)展水平下，從分辨率等技術(shù)指標(biāo)和投影機(jī)價(jià)格、維護(hù)費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)綜合考慮，我們選用了CRT三槍投影機(jī)。投影方式采用背投方式。投影屏幕采用了丹麥產(chǎn)的DNP 84英寸寬視角（WA）屏幕。屏幕之間采用最新無(wú)拼接鑲條技術(shù)拼接，達(dá)到了更好的視覺(jué)效果。整個(gè)大屏幕顯示墻由8塊84英寸的屏幕組成，高2.6m，寬6.8m。3大屏幕系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組成及應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)3.1網(wǎng)絡(luò)組成大屏幕系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由服務(wù)器、SCADA網(wǎng)橋、圖形編輯工作站、掛牌工作站組成，如圖1所示。圖1大屏幕顯示系統(tǒng)的組成Fig.1Configuration of large screen display system大屏幕投影顯示系統(tǒng)的服務(wù)器為Sun Ultra工作站，M3i的VSA/Xwall系統(tǒng)就在這臺(tái)工作站上運(yùn)行。它是一個(gè)符合X11R5、R6標(biāo)準(zhǔn)的X服務(wù)器，所有X-Windows應(yīng)用軟件都可以在大屏幕墻上被顯示和操作。它一方面通過(guò)高速圖形卡驅(qū)動(dòng)大屏幕陣列，使之成為分辨率倍加的大屏幕墻，另一方面通過(guò)以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議與以太網(wǎng)相連。它采用軟件方法拼接圖像，可十分靈活地對(duì)圖像進(jìn)行控制，如可在任意位置開(kāi)窗口；任意放大、縮??；利用鼠標(biāo)即可對(duì)所開(kāi)窗口任意拖動(dòng)?？梢栽诙鄠€(gè)控制臺(tái)上控制屏幕墻。圖形編輯工作站一方面生成和維護(hù)配電網(wǎng)絡(luò)接線圖，另一方面把有關(guān)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫(kù)。掛牌工作站實(shí)現(xiàn)生成配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系及配電應(yīng)用軟件。在掛牌機(jī)上，調(diào)度員可以進(jìn)行調(diào)度的日常運(yùn)行操作。SCADA網(wǎng)橋一方面實(shí)現(xiàn)與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的通信與數(shù)據(jù)交換，另一方面，在該工作站上還裝有多鼠標(biāo)支持模塊，可同時(shí)操作大屏幕顯示窗口。3.2配電網(wǎng)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)配電網(wǎng)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)是基于M3i的XWorld系統(tǒng)。在此平臺(tái)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的圖形編輯，數(shù)據(jù)庫(kù)建模，生成配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系、配網(wǎng)應(yīng)用軟件以及接入SCADA實(shí)時(shí)系統(tǒng)。XWorld的功能模塊的分解如圖2所示。圖2XWorld的功能模塊Fig.2The fuutional modules of XWorld(1)圖形編輯M3i的XWorld系統(tǒng)提供了AIM接口模塊。AIM以脫機(jī)的工作方式用AutoCAD生成顯示配電網(wǎng)接線圖形的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)圖象單元，并把這些單元連接到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信號(hào)源。用該軟件系統(tǒng)來(lái)生成和維護(hù)配電網(wǎng)接線圖，并將原始數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)杭州市配電網(wǎng)情況，采用分層的概念來(lái)顯示配電網(wǎng)的接線拓?fù)?，繪制城南、城北總圖各一幅，顯示了市區(qū)各變電所之間的聯(lián)絡(luò)線路。第二層為變電所的出線圖，是以某個(gè)變電所為中心的所有出線圖，顯示該變電所對(duì)應(yīng)的供電范圍。第三層為變電所、開(kāi)關(guān)站的站內(nèi)主接線圖。對(duì)配電開(kāi)關(guān)等設(shè)備，按一定的編碼規(guī)則進(jìn)行定義，并將原始數(shù)據(jù)輸入相應(yīng)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)。(2)數(shù)據(jù)庫(kù)建模與配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系的生成數(shù)據(jù)庫(kù)建模與配電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)系是配電網(wǎng)應(yīng)用軟件的核心。筆者選用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型，并相應(yīng)地建立配電設(shè)備的名稱(chēng)庫(kù)，與圖形編輯時(shí)形成的動(dòng)態(tài)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。對(duì)配電設(shè)備的編碼按層次樹(shù)狀進(jìn)行，整個(gè)市區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)以樹(shù)狀結(jié)構(gòu)描述，如圖3所示。圖3配電網(wǎng)絡(luò)的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)Fig.3Radial structure of distributiou network(3)電力調(diào)度應(yīng)用軟件配電網(wǎng)調(diào)度應(yīng)用軟件是建立在配電網(wǎng)絡(luò)建?；A(chǔ)上的?？煞奖愕剡M(jìn)行調(diào)度員的日常操作，并能存檔記錄。調(diào)度員可以人為設(shè)置配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，可以掛接地線，可以設(shè)置有人工作、停用重合閘等掛牌工作。大屏幕顯示系統(tǒng)用于電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)度時(shí)，必須堅(jiān)持安全第一。為了備份配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，在電力調(diào)度微機(jī)上留有一個(gè)實(shí)時(shí)庫(kù)的備份。此外，還開(kāi)發(fā)了打印模塊，萬(wàn)一大屏幕系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可打印出有實(shí)時(shí)狀態(tài)的配網(wǎng)接線圖，輔助調(diào)度員進(jìn)行調(diào)度。(4)SCADA系統(tǒng)的接入杭州市電力局現(xiàn)有的調(diào)度自動(dòng)化SCADA系統(tǒng)是上海申貝公司研制的，是基于Windows NT微機(jī)平臺(tái)的局域網(wǎng)。因?yàn)槠洳痪邆鋱D形放大縮小功能，圖形格式是位圖格式，圖形分辨率不夠，顯然不適用于大屏幕投影顯示。因此考慮用數(shù)據(jù)交換方式，實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動(dòng)化SCADA系統(tǒng)的接入。M3i的Xworld系統(tǒng)提供的SCADAlink 接口模塊被設(shè)計(jì)成可從各種各樣的外部系統(tǒng)將實(shí)時(shí)信息輸入Xworld以便動(dòng)態(tài)顯示圖象，使控制中心的操作員可以連接外部的應(yīng)用系統(tǒng)。它實(shí)際上是一個(gè)通信軟件，提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP通信接口與外部應(yīng)用系統(tǒng)相連接。外部的應(yīng)用系統(tǒng)可以用TCP/IP Sockets和M3i的雙向信息流通信接口協(xié)議來(lái)與SCADAlink接口模塊相連接。在該項(xiàng)目中，通過(guò)一臺(tái)網(wǎng)橋計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了通信和數(shù)據(jù)交換。一方面，在該網(wǎng)橋上建立了一常駐內(nèi)存的數(shù)據(jù)庫(kù)，其中保存著對(duì)應(yīng)于SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的點(diǎn)名定義和大屏幕系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)之間建立的映射對(duì)應(yīng)關(guān)系，還開(kāi)發(fā)出了通信軟件，以實(shí)現(xiàn)與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換。這樣，市區(qū)配電網(wǎng)有關(guān)變電所的自動(dòng)化實(shí)時(shí)信息就能反映到大屏幕顯示墻上。4實(shí)現(xiàn)的功能經(jīng)過(guò)供貨商和杭州電力局雙方的共同努力，杭州市區(qū)配電網(wǎng)調(diào)度大屏幕顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了下述主要功能，滿足了杭州市電力局市區(qū)配電網(wǎng)調(diào)度的近期和遠(yuǎn)期需求。(1)總體分辨率為40962560，配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)圖形清晰可見(jiàn)。整個(gè)市區(qū)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接線圖形能有效地分層分區(qū)顯示，反映的網(wǎng)絡(luò)接線直觀、準(zhǔn)確，畫(huà)面調(diào)用和切換十分方便，極大地方便了調(diào)度員進(jìn)行調(diào)度；(2)多屏拼接，多窗口顯示?？梢栽谄聊坏娜我馕恢瞄_(kāi)窗口，任意放大、縮小、漫游，可同時(shí)顯示多個(gè)窗口，以便同時(shí)顯示多個(gè)區(qū)域配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接線圖和監(jiān)視多個(gè)變電所的運(yùn)行狀況。(3)調(diào)度實(shí)時(shí)模擬操作和配電網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)修改簡(jiǎn)單、方便。進(jìn)一步提高了調(diào)度操作和事故處理的準(zhǔn)確可靠率。(4)安全性好。萬(wàn)一大屏幕系統(tǒng)出故障，配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)不會(huì)丟失，此時(shí)可打印出有實(shí)時(shí)狀態(tài)的配電網(wǎng)接線圖，以供調(diào)度員進(jìn)行調(diào)度。(5)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)。為了有效地延長(zhǎng)CRT投影機(jī)投影管的壽命，大屏幕顯示系統(tǒng)可在8塊投影顯示墻與一個(gè)工作站顯示屏幕進(jìn)行切換。這樣，在大屏幕顯示系統(tǒng)操作不多的情況下，可關(guān)掉投影機(jī)，利用工作站屏幕進(jìn)行調(diào)度。更好地保護(hù)了設(shè)備，能更有效地利用大屏幕系統(tǒng)。(6)實(shí)時(shí)信息的顯示，能與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換。市區(qū)無(wú)人值班變電所的主接線和潮流實(shí)時(shí)信息均可在投影墻上反映出來(lái)，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人值班變電所的遙控操作。(7)支持調(diào)度員的日常配電網(wǎng)運(yùn)行模擬操作，每次的掛牌、倒閘操作，均有存檔記錄。(8)多鼠標(biāo)支持。最多可有6個(gè)計(jì)算機(jī)工作站同時(shí)對(duì)大屏幕進(jìn)行操作。(9)支持杭州市電力局將來(lái)的配電管理信息系統(tǒng)（DMS）的接入，支持符合TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，X11R5、R6窗口標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用接入。5結(jié)語(yǔ)杭州市電力局新調(diào)度室于1998年9月16日建成，取消了模擬圖板，市區(qū)配電網(wǎng)調(diào)度采用了大屏幕系統(tǒng)。該系統(tǒng)自投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行良好。大屏幕系統(tǒng)的運(yùn)用，使調(diào)度員擺脫了常規(guī)的模擬屏調(diào)度模式，能夠更直觀、準(zhǔn)確地進(jìn)行調(diào)度，因此該系統(tǒng)