107、WEB調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)關(guān)鍵問題研究

1、.：.；WEB調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)關(guān)鍵問題研討卞瑞祥1，曾堅(jiān)永2，王炎初1，徐展強(qiáng)2，唐曉莉1，謝善益21南京南瑞繼保電氣，江蘇省南京市 2111022廣東電網(wǎng)公司電力調(diào)度通訊中心，廣東省廣州市 510600摘要：本文引見了WEB電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，對實(shí)際中存在的關(guān)鍵問題進(jìn)展了深化研討。本文描畫了WEB子系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，對主要技術(shù)SVG和AJAX的合理運(yùn)用進(jìn)展了分析，分析了WEB子系統(tǒng)在畫面導(dǎo)出和數(shù)據(jù)刷新時(shí)遇到的性能瓶頸問題，并對WEB畫面的用戶交互性和動(dòng)畫效果這兩個(gè)實(shí)際性問題進(jìn)展了研討。關(guān)鍵詞：WEB調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)； SVG優(yōu)化； AJAX引言網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)提供了方便快

2、捷的手段，同時(shí)也是當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的開展方向。為了確保電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的平安和穩(wěn)定，電力部門需求及時(shí)了解電網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，掌握當(dāng)前電力負(fù)荷分布，發(fā)現(xiàn)潛在的平安隱患，加快缺點(diǎn)信息的獲取和分析。目前，電力調(diào)度部門需求一種經(jīng)過辦公網(wǎng)絡(luò)就能直接監(jiān)測電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)情況的系統(tǒng)，但同時(shí)該系統(tǒng)必需不能影響到電力系統(tǒng)的平安性。以WEB閱讀方式獲取電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過閱讀器直接呈現(xiàn)廠站等畫面的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，這樣的方案比較好的滿足了快捷性和平安性兩大要求1。由此，一種將傳統(tǒng)任務(wù)站環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)移植到WEB環(huán)境的方案應(yīng)運(yùn)而生。在結(jié)合廣東備調(diào)WEB子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)根底上，本文概述了一個(gè)WEB電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，引見了

3、實(shí)現(xiàn)時(shí)采用的主要技術(shù)，重點(diǎn)論述了實(shí)際過程中遇到的有關(guān)SVG性能的優(yōu)化、用戶交互的處置和動(dòng)畫效果的實(shí)現(xiàn)等關(guān)鍵問題，并給出理處理方案。調(diào)度系統(tǒng)WEB化的必要性能量管理系統(tǒng)EMS在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化方面發(fā)揚(yáng)了重要作用。調(diào)度員登錄實(shí)時(shí)控制區(qū)即平安區(qū)的任務(wù)站就能全面了解電網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。為確保平安性，區(qū)與辦公網(wǎng)所處的消費(fèi)管理區(qū)即平安區(qū)之間設(shè)置了隔離安裝。這樣做一方面保證了區(qū)不會(huì)蒙受外部環(huán)境的非法侵入，另一方面也極大的限制了辦公網(wǎng)用戶及時(shí)掌握電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)信息。另外，即使普通用戶可以訪問區(qū)，由于EMS系統(tǒng)功能過于復(fù)雜，操作時(shí)難免存在誤操作，影響電網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。除此之外，雖然EMS系統(tǒng)可以在多種操作系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)轉(zhuǎn)，但是

4、為辦公網(wǎng)內(nèi)多臺(tái)機(jī)器部署EMS系統(tǒng)的任務(wù)量比較大，實(shí)際中不可行。由于EMS系統(tǒng)存在上述固有問題，因此本文提出了一種基于B/S架構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，借助目前比較成熟的可縮放矢量圖形2Scalable Vector Graphics，SVG和AJAX3Asynchronous JavaScript and XML技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)畫面呈現(xiàn)與EMS系統(tǒng)堅(jiān)持一致、經(jīng)過閱讀器即可訪問、無需開放額外網(wǎng)絡(luò)端口的WEB子系統(tǒng)，從而將EMS系統(tǒng)中的畫面閱讀、離線潮流計(jì)算等功能移植到WEB環(huán)境。WEB調(diào)度子系統(tǒng)是對原有EMS系統(tǒng)的一個(gè)有力補(bǔ)充，并非完全替代原有系統(tǒng)。針對當(dāng)前電力系統(tǒng)辦公環(huán)境的多元化，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的

5、WEB化是必要的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)WEB電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，防止在客戶端安裝額外的軟件。用戶經(jīng)過閱讀器即可訪問廠站圖、曲線圖和潮流圖等畫面。閱讀器中所呈現(xiàn)的畫面效果與EMS系統(tǒng)中堅(jiān)持一致。系統(tǒng)的根本架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1。圖 SEQ 圖 * ARABIC 1 WEB子系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)由兩部分組成：WEB客戶端和WEB效力端?？蛻舳酥荒芙?jīng)過效力器提供的WEB頁面和效力端口訪問WEB效力，其他有能夠要挾到系統(tǒng)平安的網(wǎng)絡(luò)端口一概不向外開放，杜絕了系統(tǒng)平安隱患，但這也使傳統(tǒng)的Java Applet4和Active X5方式不能順應(yīng)這種運(yùn)用前提。WEB客戶端采用SVG/AJAX方式，SVG擔(dān)任畫面渲染，AJA

6、X擔(dān)任數(shù)據(jù)更新、畫面刷新和交互事件處置。借助AJAX技術(shù)，客戶端發(fā)送HTTP懇求即可訪問WEB效力器所提供的效力。根據(jù)效力器反響的XML格式數(shù)據(jù)，客戶端就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新和SVG畫面的渲染。WEB效力器采用多進(jìn)程方式為客戶端提供一對一的效力，這樣實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是：某一效力進(jìn)程出現(xiàn)異常不會(huì)影響其他用戶的正常訪問。圖1中虛線框表示效力進(jìn)程管理器，它擔(dān)任效力進(jìn)程的啟動(dòng)和終止。效力進(jìn)程正常啟動(dòng)后加載畫面，在客戶端的驅(qū)動(dòng)下定時(shí)刷新畫面，并將畫面上產(chǎn)生更新的設(shè)備或前景形狀反響給客戶端。主要技術(shù)本文的設(shè)計(jì)方案采用了SVG+AJAX技術(shù)，充分發(fā)揚(yáng)了閱讀器的優(yōu)勢，在保證系統(tǒng)平安的前提下，為運(yùn)用者提供與EMS一致的用戶

7、體驗(yàn)。SVG可縮放矢量圖形Scalable Vector Graphics， SVG是基于可擴(kuò)展標(biāo)志言語Extensible Markup Language, XML，用于描畫二維矢量圖形的一種圖形格式。SVG是由W3C制定的開放規(guī)范。在過去幾年里，曾經(jīng)有很多研討者努力于將SVG用于EMS/SCADA系統(tǒng)間的系統(tǒng)圖和一次接線圖的圖形交互，以及EMS/SCADA系統(tǒng)與GIS系統(tǒng)等其它運(yùn)用系統(tǒng)的圖形交互。WEB子系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初參考了CIM-SVG圖形交換格式6，分析了該格式與現(xiàn)有圖形監(jiān)控系統(tǒng)的不完全匹配性，結(jié)合工程的實(shí)踐需求，對生成SVG畫面的方案進(jìn)展了重新設(shè)計(jì)。新方案著重思索了以下幾個(gè)要素：WE

8、B子系統(tǒng)需求一個(gè)可以呈現(xiàn)廠站運(yùn)轉(zhuǎn)情況的畫面，而不是圖形和數(shù)據(jù)的交換中介。換句話說，效力程序所導(dǎo)出的SVG畫面僅用于WEB畫面的實(shí)時(shí)顯示和交互，而非用于與其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。因此，相對冗余的電力系統(tǒng)方面的信息并沒有導(dǎo)出到SVG中。CIM-SVG格式定義中大量運(yùn)用了元素。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是使SVG文檔更具構(gòu)造性，而缺陷就是SVG畫面在渲染時(shí)的性能會(huì)打折扣。從技術(shù)層面分析，元素在閱讀器上渲染時(shí)是需求對定義的原始圖元進(jìn)展深拷貝的。關(guān)注SVG優(yōu)化的研討者也建議盡量少用元素7。雖然CIM-SVG交換格式定義了一套電力系統(tǒng)中的相關(guān)圖元，但是現(xiàn)有EMS系統(tǒng)中有很多圖元卻不是電力系統(tǒng)所特有的比如二維表、Tab頁、柱

9、狀圖等，并且CIM-SVG中也沒有定義。因此完全采用CIM-SVG格式進(jìn)展實(shí)現(xiàn)是不完備的。鑒于以上要素，結(jié)合現(xiàn)有EMS系統(tǒng)在圖形表示上的特點(diǎn)，本文給出以下幾點(diǎn)在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中遵照的方向：畫面中恣意一個(gè)圖元，大到復(fù)雜控件、變壓器圖元和開關(guān)圖元，小到線段、矩形和圓，都有呈現(xiàn)本人的接口實(shí)現(xiàn)。每一個(gè)圖元都擁有獨(dú)一標(biāo)識(shí)ID。圖元的位置、旋轉(zhuǎn)和縮放參數(shù)以包含該圖元的父圖元所建立的坐標(biāo)系為參照。圖元在導(dǎo)出成SVG節(jié)點(diǎn)時(shí)只導(dǎo)出當(dāng)前的顯示款式，而不需求導(dǎo)出一切形狀下的款式。例如：開關(guān)有分合形狀，假設(shè)當(dāng)前開關(guān)為分形狀，那么只導(dǎo)出分形狀下的款式。對于電力設(shè)備圖元，需求可以提供本身實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)用于實(shí)現(xiàn)用戶交互和離線潮流計(jì)

10、算等功能。導(dǎo)出圖元要思索閱讀器渲染的效率，盡量簡化導(dǎo)出方案，在保證顯示效果可以接受的情況下減少復(fù)雜效果如漸變、裁減等的運(yùn)用。AJAXAJAX曾經(jīng)成為WEB富客戶端運(yùn)用的首選技術(shù)其它技術(shù)如Java Applet、ActiveX等。傳統(tǒng)WEB運(yùn)用在發(fā)生數(shù)據(jù)更新時(shí)頁面需求完全重刷，而AJAX的出現(xiàn)從根本上改動(dòng)了WEB運(yùn)用方式。AJAX只向WEB效力器發(fā)送并獲取必需的數(shù)據(jù)。它運(yùn)用SOAP或其它基于XML的效力接口，并在客戶端采用JavaScript處置效力器的反響。由于效力器和閱讀器之間交換的數(shù)據(jù)大量減少大約只需原來的5%，從而WEB端的反響時(shí)間大大縮短，并且很多處置任務(wù)都可以在閱讀器中完成。經(jīng)過AJ

11、AX技術(shù)，用戶在查看畫面時(shí)無需強(qiáng)迫畫面全部重刷。閱讀器中的JS腳本會(huì)定期向WEB效力器發(fā)送HTTP懇求，獲取畫面上的更新數(shù)據(jù)，并在客戶端做增量更新，這樣得到的用戶體驗(yàn)與現(xiàn)有的EMS系統(tǒng)根本堅(jiān)持一致。采用AJAX技術(shù)對于傳統(tǒng)的Java Applet和ActiveX方式有如下一些優(yōu)點(diǎn)：無需建立額外的Socket銜接。HTTP懇求經(jīng)過WEB效力端口如80或8080即可獲得更新數(shù)據(jù)，效力器無需開放其它端口，在一定程度上保證了效力器的平安性?？蛻舳艘膊恍枨笞鲱~外的端口設(shè)置。HTTP懇求是異步的，數(shù)據(jù)刷新在后臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)，減少了對用戶操作的干擾。用戶可以在客戶端修正刷新周期，從而調(diào)整閱讀器的資源占用率。Java

12、Script在處置SVG的加載、更新和用戶交互方面擁有與生俱來的優(yōu)勢。SVG技術(shù)本身基于XML規(guī)范，因此在更新畫面時(shí)比較方便快捷，防止了節(jié)點(diǎn)和屬性的映射、轉(zhuǎn)換等操作。關(guān)鍵問題及處理方案WEB子系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)過程中碰到了許多問題，其中有三個(gè)屬于比較關(guān)鍵的問題。本文就這三個(gè)關(guān)鍵問題在工程中的出現(xiàn)進(jìn)展了深化的分析和研討，并給出了相對簡約的處理方案。SVG性能雖然SVG技術(shù)在圖形的顯示效果，尤其是圖形在經(jīng)過放大之后的效果要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的圖像技術(shù)，但是目前它在運(yùn)用中普遍存在性能上的問題。呵斥該問題的緣由主要有三個(gè)方面：1、XML解析和SVG渲染的速度；2、畫面規(guī)模；3、數(shù)據(jù)刷新和畫面渲染頻率。采用SVG技術(shù)

13、展現(xiàn)的畫面在閱讀器上呈現(xiàn)要經(jīng)過XML解析和SVG渲染兩個(gè)過程。由于解析XML需求依賴閱讀器的JavaScript實(shí)現(xiàn)。JavaScript實(shí)現(xiàn)效率越高、運(yùn)轉(zhuǎn)速度越快，XML解析速度也就越快。目前幾大閱讀器陣營正日趨注重對JavaScript的支持，并大幅度革新腳本引擎的實(shí)現(xiàn)，所以盡量運(yùn)用最新版本的閱讀器如IE8、Firefox3等可以獲得比較大的性能提升。IE本身不支持SVG的渲染，在IE環(huán)境下渲染SVG需求Adobe公司的SVG Viewer組件8。在工程的實(shí)際過程中我們發(fā)現(xiàn)Adobe SVG Viewer在渲染中小規(guī)模SVG文件大小600KB左右的SVG畫面時(shí)比較順暢。假設(shè)畫面的SVG文件

14、進(jìn)一步增大，那么在閱讀器中的渲染和以后的用戶交互將變得異常困難。雖然在實(shí)現(xiàn)過程中我們竭力防止生成過大的SVG文件，也想盡方法減少SVG文件中DOM節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，但是畫面規(guī)模卻是一個(gè)無法躲避的妨礙。在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，各種規(guī)模的畫面都存在，小到一張普通的畫面索引圖，大到系統(tǒng)潮流圖。SVG技術(shù)在呈現(xiàn)中小規(guī)模的畫面時(shí)綽綽有余，但在渲染大規(guī)模的畫面如潮流圖等時(shí)往往顯得力不從心。一張500KV的廠站圖中包含數(shù)值量約為150個(gè)，刀閘約為200個(gè)。但是，一張系統(tǒng)潮流圖上包含的數(shù)值量卻有約1500個(gè)，聯(lián)絡(luò)線約700個(gè)。如此大規(guī)模的畫面渲染和更新會(huì)直接導(dǎo)致閱讀器的僵死，用戶根本無法操作。如何在性能和效果之間獲

15、得一個(gè)平衡點(diǎn)成為實(shí)現(xiàn)該WEB子系統(tǒng)所面臨的重要問題。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩套SVG更新方案：整體更新和部分更新。中小規(guī)模的畫面采用整體更新，而大規(guī)模的畫面那么采用整體+部分更新。整體更新不對圖元做取舍，一切圖元在翻開畫面時(shí)做全面刷新和渲染，后續(xù)過程只做增量刷新和渲染；部分更新會(huì)選取畫面中跨度范圍小、數(shù)量眾多并且更新頻繁的圖元比如數(shù)值前景作為目的，并僅在用戶察看區(qū)域內(nèi)做刷新和渲染。潮流圖上數(shù)值前景和形狀前景數(shù)量眾多，更新頻繁；聯(lián)絡(luò)線跨度范圍較大，更新不頻繁，數(shù)量可以接受。因此，WEB子系統(tǒng)采用了部分渲染數(shù)值前景和形狀前景的戰(zhàn)略。經(jīng)過這樣處置，潮流圖的渲染性能和用戶操作性已根本可以接受。電網(wǎng)數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)更新

16、的。假設(shè)要在WEB上看到最新數(shù)據(jù)，周期性刷新數(shù)據(jù)是必要的。但是，假設(shè)刷新周期過長，更新就不會(huì)很及時(shí)；假設(shè)刷新周期過短，閱讀器的CPU占用率又會(huì)很高，效力器的壓力也會(huì)很大。WEB子系統(tǒng)在客戶端提供了可調(diào)理的刷新周期，滿足用戶的不同需求。默許情況下，刷新周期在性能和效果上做了折衷。用戶交互SVG規(guī)范支持用戶交互特性。原有EMS系統(tǒng)在用戶交互方面主要表現(xiàn)為鼠標(biāo)的左擊和右擊。為了與現(xiàn)有系統(tǒng)堅(jiān)持操作上的一致性，WEB端對鼠標(biāo)事件進(jìn)展分別處置。左擊主要觸發(fā)復(fù)雜控件的形狀變化，如二維表樹形構(gòu)造的展開與恢復(fù)，光敏點(diǎn)的切換畫面，Tab頁的切換等；右擊那么需求根據(jù)點(diǎn)擊的對象動(dòng)態(tài)生成操作菜單項(xiàng)，并且菜單項(xiàng)都對應(yīng)各自

17、的事件處置函數(shù)。經(jīng)過對原有EMS系統(tǒng)的分析研討，從中提取生成操作菜單的邏輯，并根據(jù)動(dòng)態(tài)獲取的設(shè)備對象參數(shù)，在WEB子系統(tǒng)的畫面上呈現(xiàn)經(jīng)過過濾后得到的操作菜單。SVG渲染控件ASV具有特殊的右鍵菜單配置方式9，配置菜單經(jīng)過一個(gè)XML文件實(shí)現(xiàn)。該文件根本格式如下：The Header菜單工程名經(jīng)過將默許的右鍵菜單配置文件動(dòng)態(tài)交換成根據(jù)設(shè)備對象的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)參數(shù)過濾得到XML文件，即可動(dòng)態(tài)生成對應(yīng)的操作菜單。用戶在點(diǎn)擊菜單項(xiàng)后，將會(huì)觸發(fā)func事件處置函數(shù)，根據(jù)輸入?yún)?shù)param_list執(zhí)行已定義的處置邏輯，從而實(shí)現(xiàn)用戶交互。動(dòng)畫效果EMS系統(tǒng)提供動(dòng)畫效果，如流動(dòng)效果和閃爍效果。在WEB子系統(tǒng)中，假設(shè)要

18、實(shí)現(xiàn)類似功能需求處理兩個(gè)問題：什么時(shí)候渲染動(dòng)畫和如何渲染動(dòng)畫的當(dāng)前幀。第一個(gè)問題容易處理，但第二個(gè)問題卻不容易處理。根據(jù)之前的設(shè)計(jì)方案，WEB畫面只擔(dān)任渲染圖元的當(dāng)前形狀，下一個(gè)形狀的圖元款式是未知的。除此之外，設(shè)備圖元的動(dòng)畫效果跟設(shè)備的形狀和配置的顏色決策參數(shù)相關(guān)。如此多的與動(dòng)畫效果有關(guān)的參數(shù)假設(shè)都交由客戶端處置，那勢必呵斥客戶端懇求過多、SVG增大和腳本實(shí)現(xiàn)過于復(fù)雜等問題。WEB子系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果時(shí)采用動(dòng)畫與數(shù)據(jù)刷新相結(jié)合的方式，將具有動(dòng)畫效果的設(shè)備圖元?dú)w為形狀發(fā)生變化的特殊圖元。增量更新數(shù)據(jù)中既包含實(shí)踐形狀發(fā)生變化的圖元，也包含這些特殊圖元。每一次數(shù)據(jù)刷新周期內(nèi)，在畫面上設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)參

19、數(shù)更新完成之后，調(diào)整具有動(dòng)畫效果的設(shè)備的形狀，使其進(jìn)入新的動(dòng)畫周期。經(jīng)過上述的一致處置之后，在以增量方式渲染畫面更新節(jié)點(diǎn)時(shí)，畫面上設(shè)備圖元的動(dòng)畫效果在延續(xù)的更新周期間得以呈現(xiàn)。系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)展現(xiàn)目前，本文所引見的WEB調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)曾經(jīng)完成編碼實(shí)現(xiàn)，并在廣東備調(diào)工程中投入運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2和圖3分別為系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)截圖。圖 SEQ 圖 * ARABIC 2廠站圖圖 SEQ 圖 * ARABIC 3潮流圖總結(jié)本文引見了一個(gè)利用SVG/AJAX技術(shù)實(shí)現(xiàn)的WEB電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，提出了系統(tǒng)的整體架構(gòu)，分析了主要技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和如何合理運(yùn)用這些技術(shù)，著重描畫了在實(shí)踐開發(fā)過程中遇到的三個(gè)關(guān)鍵性問題，并為這三個(gè)問題給出了相對簡便的處