杭州市電力局市區配電網調度大屏幕系統杭州市電力局于1998年9月16日成功地將大屏幕顯示系統應用于市區配電網實時調度。該市區配電網調度大屏幕顯示系統涉及到大屏幕投影機、大屏幕拼接系統、市區配電網應用軟件的開發以及自動化系統的接入等各個方面。在項目的實施過程中，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現上，杭州市電力局與上海大道計算機公司共同設計、開發，圓滿地完成了這個項目。1概況模擬屏顯示是我國電力系統調度部門采用的傳統顯示方式。這種顯示方式只能顯示固定的內容，提供的信息量少，不能進行交互式操作。隨著電網建設的發展，系統中的線路和廠站設備不斷地變化和擴充，就需要人工改變模擬圖板的接線結構以適應這種變化。由于模擬屏的空間有限，不能無限制地增加新的線路和新的廠站；而且日常的電網運行中，為適應電網運行方式的調整也需要人工去修改模擬屏。特別是對城市配電網的日常調度來說，配電網結構的不斷修改以及運行方式的頻繁變動，使更改模擬屏的工作更加繁重，模擬屏顯示的固有缺點也就表現得更為突出，極大地影響了系統的靈活性。截止1998年底，杭州市區配電網由城南與城北供電局所轄線路組成，共有變電所30座，10kV開關站156座，出線390條，桿上聯絡開關約250臺。隨著今后幾年配電網的大發展，顯然傳統的模擬盤將無法適應現代化電網的調度工作。大屏幕顯示系統是模擬屏的一種很好的替代產品，它提供了一個動態的主動的交互式的靈活的系統。它把多個投影機的圖像拼成一個單一的、無縫的、高分辨率的和清晰的圖像，使全體操作人員可以同時在反映最新信息的同一大屏幕上工作。根據需要，它能同時用多窗口顯示所需的信息，這是小屏和模擬屏所做不到的。大屏幕顯示系統可以不受電網發展的限制，具有占地面積小、維護方便等優點，電力系統使用大屏幕投影系統將是一種趨勢。然而，大屏幕系統應用于配電網調度國內還缺少成功的經驗。因而只能采用模擬圖板來反映配電網網絡拓撲結構以及配電設備的運行狀態。一方面為了現今杭州市區配電網調度的需要，另一方面也是為了配合將來引進配電管理信息系統(DMS)，杭州市電力局配電網調度實施了大屏幕顯示工程。2大屏幕系統的選型在大屏幕顯示系統的選型中，筆者主要考慮了軟件方面的選擇，因為近階段的應用需開發配電網應用軟件和電力模擬調度軟件，遠期目標需接入配電管理信息系統（DMS）。因此選用了加拿大M3i公司的XWorld/XWall系統進行配電網應用軟件的開發和多屏拼接、投影顯示。M3i公司的XWorld/XWall系統軟件平臺具有開放性和先進性，能滿足杭州市電力局對大屏幕系統的近期和遠期功能需求。投影機的顯示主要有3種顯示技術，即CRT投影技術、LCD投影技術及DLP投影技術。CRT技術較成熟，顯示的圖像色彩豐富，還原性好，具有豐富的幾何失真調整能力，但其重要技術指標圖像分辨率與亮度相互制約，直接影響CRT投影機的亮度值，只適合安裝在環境光較弱、相對固定的場所。市場上CRT投影機著名品牌有BACRO、NEC等。LCD投影機可分為液晶光閥和液晶板兩種。液晶光閥投影機，采用CRT管和液晶光閥作為成像器件，是CRT投影機與液晶光閥相結合的產物。為了解決圖像分辨率與亮度間的矛盾，它采用外光源，也叫被動式投影方式。它是目前亮度、分辨率最高的投影機。但其價格高，體積大，光閥不易維修。主要品牌有JVC和Ampro。液晶板投影機，它的成像器件是液晶板，也是一種被動式的投影方式。利用外光源金屬鹵素燈，通過分光鏡形成R、G、B三束光，分別通過R、G、B三塊液晶板。它的亮度高，但光源壽命短，分辨率較低。西門子公司專門為電力系統開發的SINAUT大屏幕投影系統屬于這種類型。DLP技術以DMD數字微反射器作為光閥成像器件，采用數字光處理技術調制視頻信號，驅動DMD光路系統，通過投射透鏡獲取大屏幕圖像。它有數字優勢、反射優勢及無縫優勢。DLP的投影機清晰度高，畫面均勻，色彩銳利，只是分辨率不高。在當時的技術發展水平下，從分辨率等技術指標和投影機價格、維護費用等經濟指標綜合考慮，我們選用了CRT三槍投影機。投影方式采用背投方式。投影屏幕采用了丹麥產的DNP 84英寸寬視角（WA）屏幕。屏幕之間采用最新無拼接鑲條技術拼接，達到了更好的視覺效果。整個大屏幕顯示墻由8塊84英寸的屏幕組成，高2.6m，寬6.8m。3大屏幕系統的網絡組成及應用軟件開發3.1網絡組成大屏幕系統網絡由服務器、SCADA網橋、圖形編輯工作站、掛牌工作站組成，如圖1所示。圖1大屏幕顯示系統的組成Fig.1Configuration of large screen display system大屏幕投影顯示系統的服務器為Sun Ultra工作站，M3i的VSA/Xwall系統就在這臺工作站上運行。它是一個符合X11R5、R6標準的X服務器，所有X-Windows應用軟件都可以在大屏幕墻上被顯示和操作。它一方面通過高速圖形卡驅動大屏幕陣列，使之成為分辨率倍加的大屏幕墻，另一方面通過以太網TCP/IP協議與以太網相連。它采用軟件方法拼接圖像，可十分靈活地對圖像進行控制，如可在任意位置開窗口；任意放大、縮小；利用鼠標即可對所開窗口任意拖動。可以在多個控制臺上控制屏幕墻。圖形編輯工作站一方面生成和維護配電網絡接線圖，另一方面把有關實時動態點的原始數據輸入數據庫。掛牌工作站實現生成配電網絡拓撲關系及配電應用軟件。在掛牌機上，調度員可以進行調度的日常運行操作。SCADA網橋一方面實現與調度自動化系統的通信與數據交換，另一方面，在該工作站上還裝有多鼠標支持模塊，可同時操作大屏幕顯示窗口。3.2配電網應用軟件的開發配電網應用軟件的開發是基于M3i的XWorld系統。在此平臺基礎上，實現配電網的圖形編輯，數據庫建模，生成配電網網絡拓撲關系、配網應用軟件以及接入SCADA實時系統。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系統提供了AIM接口模塊。AIM以脫機的工作方式用AutoCAD生成顯示配電網接線圖形的靜態和動態圖象單元，并把這些單元連接到關系數據庫和實時動態信號源。用該軟件系統來生成和維護配電網接線圖，并將原始數據輸入數據庫。根據杭州市配電網情況，采用分層的概念來顯示配電網的接線拓撲，繪制城南、城北總圖各一幅，顯示了市區各變電所之間的聯絡線路。第二層為變電所的出線圖，是以某個變電所為中心的所有出線圖，顯示該變電所對應的供電范圍。第三層為變電所、開關站的站內主接線圖。對配電開關等設備，按一定的編碼規則進行定義，并將原始數據輸入相應的動態點數據庫。(2)數據庫建模與配電網絡拓撲關系的生成數據庫建模與配電網絡的拓撲關系是配電網應用軟件的核心。筆者選用關系數據庫模型，并相應地建立配電設備的名稱庫，與圖形編輯時形成的動態點數據庫進行關聯。對配電設備的編碼按層次樹狀進行，整個市區配電網絡以樹狀結構描述，如圖3所示。圖3配電網絡的樹狀結構Fig.3Radial structure of distributiou network(3)電力調度應用軟件配電網調度應用軟件是建立在配電網絡建模基礎上的。可方便地進行調度員的日常操作，并能存檔記錄。調度員可以人為設置配電網絡設備的運行狀態，可以掛接地線，可以設置有人工作、停用重合閘等掛牌工作。大屏幕顯示系統用于電力系統實時調度時，必須堅持安全第一。為了備份配電網絡設備的實時運行狀態，在電力調度微機上留有一個實時庫的備份。此外，還開發了打印模塊，萬一大屏幕系統出現故障時，可打印出有實時狀態的配網接線圖，輔助調度員進行調度。(4)SCADA系統的接入杭州市電力局現有的調度自動化SCADA系統是上海申貝公司研制的，是基于Windows NT微機平臺的局域網。因為其不具備圖形放大縮小功能，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。因此考慮用數據交換方式，實現調度自動化SCADA系統的接入。M3i的Xworld系統提供的SCADAlink 接口模塊被設計成可從各種各樣的外部系統將實時信息輸入Xworld以便動態顯示圖象，使控制中心的操作員可以連接外部的應用系統。它實際上是一個通信軟件，提供一個標準的TCP/IP通信接口與外部應用系統相連接。外部的應用系統可以用TCP/IP Sockets和M3i的雙向信息流通信接口協議來與SCADAlink接口模塊相連接。在該項目中，通過一臺網橋計算機實現了通信和數據交換。一方面，在該網橋上建立了一常駐內存的數據庫，其中保存著對應于SCADA系統數據庫的點名定義和大屏幕系統數據庫之間建立的映射對應關系，還開發出了通信軟件，以實現與調度自動化系統進行通信和數據交換。這樣，市區配電網有關變電所的自動化實時信息就能反映到大屏幕顯示墻上。4實現的功能經過供貨商和杭州電力局雙方的共同努力，杭州市區配電網調度大屏幕顯示系統實現了下述主要功能，滿足了杭州市電力局市區配電網調度的近期和遠期需求。(1)總體分辨率為40962560，配電網網絡圖形清晰可見。整個市區配電網網絡接線圖形能有效地分層分區顯示，反映的網絡接線直觀、準確，畫面調用和切換十分方便，極大地方便了調度員進行調度；(2)多屏拼接，多窗口顯示。可以在屏幕的任意位置開窗口，任意放大、縮小、漫游，可同時顯示多個窗口，以便同時顯示多個區域配電網的網絡接線圖和監視多個變電所的運行狀況。(3)調度實時模擬操作和配電網絡的維護修改簡單、方便。進一步提高了調度操作和事故處理的準確可靠率。(4)安全性好。萬一大屏幕系統出故障，配電網的實時運行狀態不會丟失，此時可打印出有實時狀態的配電網接線圖，以供調度員進行調度。(5)運行經濟。為了有效地延長CRT投影機投影管的壽命，大屏幕顯示系統可在8塊投影顯示墻與一個工作站顯示屏幕進行切換。這樣，在大屏幕顯示系統操作不多的情況下，可關掉投影機，利用工作站屏幕進行調度。更好地保護了設備，能更有效地利用大屏幕系統。(6)實時信息的顯示，能與調度自動化系統進行通信和數據交換。市區無人值班變電所的主接線和潮流實時信息均可在投影墻上反映出來，并可實現對無人值班變電所的遙控操作。(7)支持調度員的日常配電網運行模擬操作，每次的掛牌、倒閘操作，均有存檔記錄。(8)多鼠標支持。最多可有6個計算機工作站同時對大屏幕進行操作。(9)支持杭州市電力局將來的配電管理信息系統（DMS）的接入，支持符合TCP/IP網絡協議，X11R5、R6窗口標準的應用接入。5結語杭州市電力局新調度室于1998年9月16日建成，取消了模擬圖板，市區配電網調度采用了大屏幕系統。該系統自投運以來，運行良好。大屏幕系統的運用，使調度員擺脫了常規的模擬屏調度模式，能夠更直觀、準確地進行調度，因此該系統