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第44卷第21期2016年11月1日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControl、,01.44NO.2lNOV.1,2016D0I:10.7667/PSPC151898配电网SVG接线界面的低延迟异步刷新数据引擎技术屈志坚,应康兴,赵亮(华东交通大学电气工程学院,江西南昌330013)摘要:针对分布式监控应用中SVG界面的实时数据交互慢和实时信息处理效率低的问题,研究了一种配电网分布式监控SVG界面刷新的实时Ajax数据引擎技术方案。从实时交互信息、实时Ajax数据引擎和可伸缩矢量图动态刷新的操控,到开关量和模拟量数据结构设计,给出了Ajax数据引擎和SVG图元局部刷新的关键实现方法。以配电网的调度监控界面为算例,进行模拟量和状态量的交互测试,实现了监控界面的SVG局部更新。对图元数据的测试表明,SVG界面刷新延时约为百毫秒级,验证了实时数据引擎在分布式监控界面快速刷新处理中的有效性。关键词:调度监控系统:数据引擎;可伸缩矢量图形;局部刷新;实时交互DataenginetechnologyoflowdelayasynchronousrefreshforSVGwiringdiagraminterfaceofdistributedpowernetworkQUZhijian,Y1NGKangxing,ZHAOLiang(CollegeofElectricalEngineering,EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang330013,China)’Abstract:InordertosolvetheproblemofSVGinterfaceSslowinteractionrateofreal_timedataandlowprocessingefficiencyofreal-timeinformationindistributedmonkofingapplications,anewtechnologyschemefordistributedmonitoringSVGinterfacerefreshmentofdistributednetworkbasedonreal-timeAjaxdataengineisstudied.Fromreal-timeinformationinteraction,real-timeAjaxdataengineanddynamicrefreshcontrolofscalablevectorgraphicstostructuredesignofswitchingdataandanalogdata,thekeyimplementationmethodsforpartialrefreshmentofAjaxdataengineandSVGgraphicelementaregiven.Takethemonitoringinterfaceofdistributionnetworkasanexamplefordoinginteractivetestsofanalogquantityandstatequantity,whichrealizeSVGpartialrefreshmentofmonitoringinterface.TestsresultforgraphicelementdatashowthattherefreshdelayofSVGinterfaceisaboutonehundredmilliseconds,verifyingthefastrefreshprocessingvalidityofrealtimedataengineindistributedmonitoringinterface.ThisworkiSsupportedbyNmiona1Natura1ScienceFoundationofChina(No.51267005andNo.5l567008).Keywords:dispatchmonitoringsystem;dat—aengine;SVG;partialrefreshing;realtimeinteraction0引言随着电力工业发展和配电网智能化的推进,电力系统接线图复杂性增加,为了完整地展示电力系统供电结构,采用可伸缩矢量图形(ScalableVectorGraphics,SVG)的主接线图需包含更多的电气元件及连接关系,而每个电气元件都引用一个SVG图元,使得SVG格式的图形文件日益增大,给网络传输造成压力,影响到调度监控系统的实时l生能【1_2]。有基金项目:国家自然科学基金资助项目(51267005,51567008);江西省自然科学基金资助项目(20161BAB206156);江西省杰出青年人才资助计划学者提出W_eb形式的调度监控界面端架构方案,在拓展性和开放性等方面,对调度自动化系统的发展具有重要意义p。然而,传统的B/S(Browser/Server)模式在监控系统中的运用存在一些缺陷,如页面刷新响应慢、占据空间大、交互效率不高等,严重影响监控界面端和实时数据服务器之间的信息流,为克服监控界面交互数据量大和反应慢等问题,需重点研究支持快速处理监控界面SVG图元的低延迟数据交互方法。文献[5】研究异步调用(AsynchronousJavaScriptandXML,AJAX)的监测界面数据交互,文献[6.7】编写脚本代码,在不刷新全景页面条件下获取SVG图元信息,为多用户并发的局部刷新提供了思路。电力系统保护与控制文献『8.101通过公共信息模型和对象模型的体系结构,研究标准化实时信息的接口方式,设计相应的实时数据结构。若能在监控界面单个图元和实时数据问构建桥梁,将SVG图元与表征设备状态的实时信号关联,将实时数据的比对处理等推进至界面端,在网络上仅传输少量必要的动态变化信息,即可实现配电网数据图形化¨lJ的完整展示。实时Ajax数据引擎,就是一种集Ajax异步通信机制和实时监测数据于一体的界面端图形数据交互技术,为降低网络调用负荷,提高监控图形响应速度提供界面端的数据引擎处理环节。在实时Ajax数据引擎设计基础上,利用Ajax的GWT应用架构作为底层框架,以组件容器作为SVG图形模块集成监控界面,将实时数据库中变化的监测数据载入实时Ajax数据引擎,与SVG图元属性关联,获得了一种实时数据与监控图元动态快速交互的新方法,并以工程应用算例进行了验证。1配电网调度监控系统1.110kV配电网分布式监控系统10kV配电网的分布式监控和管理,主要由监控工作站层、中间层和现场设备层三个部分组成,其构成如图1所示,其中通信网络包括数据服务器、应用服务器和Web服务器等设备之间的局域网络,现场被控配电网络中各种设备级总线,以及应用服务器与现场设备之间通信信道等三个部分。f.作0}f1l1务甲甲回回甲囱囱囱豳囱囱图1配电网监控系统的构成Fig.1Structurediagramofdistributionautomationsystem工作站层为监控应用的人机交互层,利用浏览器以网络直传的方式访问监控界面,避免了客户端繁琐的安装部署。中间层为监控系统的主要部分,负责监控业务的执行和操作处理,采用以太网将数据库服务器、Web服务器和应用服务器等设备互联,并利用通信网络与诸多现场设备进行数据交互,获取配电网实时监测信息,经传递、协议转换和实时数据的管理后,为调度员反应系统的实时状态。现场设备层实现被控配电网络现场设备数据的采集和控制命令的执行,主要由各种监控保护终端组成,其中远方终端单元(RemoteTerminalUnit.RTU)实现四遥功能,配电变压器监测终端(TransformersupervisoryTerminalUnit,TTU)实现对配电变压器的监测,馈线终端装置(FeederTerminalUnit,FTU)实现对路线故障的监测和控制等。1.2公共信息模型公共信息模型(CommonInformationModel,CIM)以对象类、属性和关系表示电力系统资源的标准化定义,为电力系统应用问信息标准化和数据交互提供了模型基础。采用统一建模语言(UnifiedModelingLanguage,UML)为配电网监控应用信息建模,设计状态类和模拟类等主要用于实时信息交互的信息模型,以实时状态量测类为例,根据应用需求建立状态量测业务信息流如图2所示。图2状态量测类信息交互Fig.2Statemeasurementinformationinteraction由通信接口程序经规约报文解析站地址和信号地址,通过状态量测类对量测对象定位,然后关联到数据服务器中动态量测值,将实时采集得到新值与原值比较和处理,若有变化则替换原值,并记录时间,并由Web服务器的监控任务程序将实时状态返回到浏览器界面,监控界面显示程序接收新的状态数据后实现断路器和隔离开关等图元刷新。公共信息模型的类逻辑关系较复杂,各类间存在继承、关联和聚集的关系,若调度监控系统中监控画面图元较多时,实时访问和交互处理所产生庞大的信息量就可能使服务器产生延时甚至阻塞,影响系统的实时性能。因此,需考虑从标准信息模型中提取出高实时性和调用频繁的业务属性整合,在图元和实时数据之间,建立适合配电网界面端应用的实时数据引擎模型。屈志坚,等配电网SVG接线界面的低延迟异步刷新数据引擎技术—.1252配电网实时数据引擎模型2.1实时数据与图元的关联在配电网监控应用系统中,为获得监控端快速响应能力,实时数据不断传输到监控界面端,若数据量过大,在高频率的轮询响应中,容易造成数据响应阻塞,影响系统的实时性能。因此,应对系统实时传输数据进行提取整合,将传输过程中必要的开关量、模拟量等动态信息保留,以减少通信量,达到提高响应能力的目的,如图3所示为低压断路器状态量的动态数据表和图元关联配置表。NumI—王DStationAddrDiscription,Realvalue……状态量测值表一一IDSvglDDiscriptionShowlDlsControl图元关联配置表图3状态量测的关联表Fig.3Relatedtableofstatusmeasurement状态量测值表定义了实时图元信息及其实时数据量,图元关联配置表定义了SVG界面图元的配置数据,并可通过ID字段与状态量测值表相关联,如图3中低压断路器的SVG图元标识(SvglD)为“”“”svgO1,利用实时标识(ID)0101关联到实时“”数据表,从Realvalue字段即可获得低压断路器的实时状态量。配电网调度监控界面实时交互的量测对象,是监控界面与实时数据库交互的信息载体,担任信息传递的功能,为提高界面响应速度,应在包含必要的基本信息的基础上尽可能减少数据量,需利用Ajax数据引擎的异步通信机制进行实时交互。2.2实时Ajax数据引擎Ajax数据引擎的异步刷新机制,建立在不刷新界面的基础上,而是仅传输系统必要的实时交互数据,利用界面图元与Ajax缓存、数据引擎与数据服务间的双向异步调用与回调机制,为大幅减少界面请求及数据服务间响应数据量提供技术手段,如图4所示为配电网中站所主接线图的开关图元异步刷新的过程。配电网监控的SVG界面,以线程轮询方式,通过Ajax引擎以异步方式分时发出监测数据请求,大量请求有序发送且互不干扰,在监控网络服务器端,调用Servlet容器的实时数据服务与实时数据库进行通信,在图元关联配置表中通过状态量标识SvglD图4监控界面的异步交互过程Fig.4Asynchronousinteractionprocessofmonitoringinterface获得实时关联信息,从而访问到实时状态量表获得开关状态数据,返回Ajax数据引擎,使传送的数据仅包括实时状态值及标识,确保监控界面端以尽可能少的通信数据量,识别相应的图元信息,经缓存对比后,若开关设备状态有变化,则执行回调函数将遥信信息传递给界面显示模块,对监控界面的SVG画面图元进行动态渲染和刷新。3监控SVG界面动态局部刷新3.1可伸缩矢量图形文档的生成可伸缩矢量图形通过可拓展标记语言(ExtensibleMarkupLanguage,XML)定义图元,利用AdobeIllustrator(AI)的图符库、Inkscape和Sketch等专门绘图工具,可按需定制图元库,生成矢量图形文档。电力变压器、断路器、隔离开关和互感器等设备图元id标识、位置等基本属性由绘图工具设置,设备图元填充、渲染等显示属性由层叠样式表(CascadingStyleSheets。css)定义,不同CSS文件描述不同设备图元,故可按设备显示的应用需求定制出不同状态时的呈现风格,将设备图元和引用的CSS存入AI图符库即可形成设备图元库,绘制主接线图时直接拖拉图符,可快速生成监控图形界面。设备图元的监控业务属性通过设备属性定义,如图5所示。可由SVG的<use>元素实例化设备图元,图元业务信息的交互,通过id属性关联到设备属性中定义的业务属性域,从而将图元基本属性、显示属性与设备属性相连接,据此向图元传递监控业务中的实时状态值,实现图元数据动态交互。-126-电力系统保护与控制SVG文代码优化ink ̄capei—gk—etch『lAdobeIIlustratoriI矧村J4创建!八、0j::雷断蹄器受¨、器●∈-}J档隔离l艽L感器~二,断持器的CSSt】1ll样式:Recton{fill:red;stroke:red}Rectoff{fill:green:stroke:g_ecn}Rect/io{fill:gray;s ̄oke:gmy}辎离开走的CSS现样式:Circleon{fill:red;stroke:red}Circleoff{fig:green;stroke:green}Circleno{fill:gray;stroke:grayj一__f毫三¨!j0㈨css样式啦备属性(XML)…^引用设备性t一一~一一一1……n【l●mlmn【l;~IIdehdeB29870I删I1…“ym蛆IItI.symbol蹄JI.1avcr2{jxl■■■_layerl_{10II’1011删1012}I【lIre2IIII2121图5电力设备的SVG图形文档Fig.5SVGgraphicdocumentofpowerdevice3.2SVG局部刷新利用文档对象模型(DocumentObjectModel,DOM)操作SVG监控界面图元的局部刷新,以部分主接线SVG文档中低压母线#1出线的DL001断路器和降压变压器BY001图元为例,通过DOM解析器,将调度机界面的SVG文档解析为DOM模型,调用解析功能函数对文档对象图元的标记和属性进行解析,获得Document类型的监控主接线SVG文档根节点对象,通过图元标识ID,即可获得对应的设备图元对象,对设备图元进行动态刷新操作,其流程如图6所示。图6SVGDOM操作过程Fig.6SVGDOMmanipulationprocess文档对象模型提供了动态操作监控图元的接口,为实现监控图元动态刷新,引入开源SVG组件包Batik。Batik利用面向对象语言Java提供了一套处理SVG界面程序接口,通过解析器、文档对象模型和画布组件等组件,实现对SVG图元刷新操作。仍以上述低压母线1出线的断路器和变压器图元刷新处理为例,如图7所示。图7SVG界面局部刷新Fig.7PartialrefreshingofSVGinterface配电网接线图画布组件是一个面向应用层UI组件,通过资源地址可引入主接线文档,作为在主界面上显示配电网图形界面的主窗口。SVGDOM是Batik的核心组件,封装了底层DOM解析器组件,用于对SVG文档对象进行操作和处理。当画面组件对象引入静态文档时,首先调用解析器在内存中形成对应DOM树,根据文档树根节点对象,利用图元标识DL001和BY001即可获得断路器和变压器节点对象句柄。当监控界面进程接收到系统设备变化的实时数据,触发断路器及变压器图元更新的监听事件。一旦监听到图元业务属性变化,调用SVGDOM方法更新文档对象属性,对图元进行动态渲染显示,如图7中断路器DL001和变压器BY001图元状态变化。4测试4.1算例测试代码及界面以石德线铁路10kV配电网SCADA监控工程系统中的良村站为算例,利用GWT框架设计Ajax数据引擎量测类信息流的实时交互接口,进行实时信息交互传输,启动调度监控系统界面,结合Batik组件进行主接线SVG动态刷新。采用Ajax平台的GWT框架,作为配电网调度监控界面端应用的SVG图元与实时数据之间数据引擎的实现手段,给出相应异步通信的配电网调度监控的典型关键测试代码。如配电网调度监控界面端的量测类信息异步交互的测试代码如下:””@RemoteServiceRelativePath(hmiService)publicinterfaceHmiServiceextendsRemoteService;一一一一一一.6Y一班一.~峙~~一~://GWT远程训J1jIj接ll’SdatagetSdatas(Sttingstationid);1,publicinterfaceHmiSerViceAsync//GWTlI动创建・个刈Jn,J务拔IJvoidgetSdatas(StringstationldAsyI1cCa1Ihack<Sdata>callback);1IjLiIistationld为1IiiO"J,,0新的站所5,Sdata炎刈缘为少ii-.wI612 ̄,Z) ̄)f输I测数{=Jl:合,包.IiifJ『卜f设桥I冬if、,【itjlI0成了洲J1'19itljib!lJ试,延『III8所,j图8GWT框架的良村站sV(接线界面lig.8SVGrnonitoringinterfaceor"I_iangcunstation4.2图元局部刷新测试刈.JJ奠1接线Illljlfj进fJ;l=lISVGI冬l几操测,从l1教服务t㈨iiJI-:2 ̄+t+2J,的I断路的Jl:火Ji队念, ̄'2-J以变化n勺遥测、遥数,测模拟秆i4X念冬lJCPI ̄念变化,1z1寸3-4『』¨…9叭的4图9SVG监测信息的界面响应’Fig9InterfaceresponsetoSVGmonitoringinformationitI19:1峡lflf数ti的测技变‘…‘化fl、J,州艘ilSc.t7._ ̄i关联的}殳J儿,JJ(If状念也随之4<1f变化。利川能伶测’DynattaceAjaxEdition埘GWTSVGiI+i进行测"uL,id-RSVG助念儿教皆・Ii刷的延时tt,L!IJ从Yf-Ifu4:7I11J技}t{…I术,剑Jj}{务J数Ajax数It逃}j缓仃比刈的,所过的州J迈。通过‘DynatraceAjaxEdition】1勺NetworkI冬IJi】J,…返}l,J徘个步水仃务』I仆造作II,』l'llJ,他J『 ̄f;ii,jJ、仃/秀总托H、f、络化输fIl:}0、lj牦的『I、fII等,,测试结如l0所,J。图10SVG界面数据刷新延迟‘Fig.10DelayofdatarefreshinginSV(intelthce‘从10川,SVGl-q/已Irl数删‘…mlt,秒级,远,J、J1.}卜JIJ-I,2-3sIT,.I【分刊:年:jf,J:,仙3hiJiIxIx认q瞍ll,SVGlJJffi操f1:‘nJ火YI-,lIj&r地满址ligD,V.川fl'9*求..5结论l1川iAjax数jIj丈lI、f数进仃交,脱冬『儿变化性}f0l『、I埘啄n,J欠Ij定,验IJiSVG1接线的态效I他川SVG几逃IU酬』曼Iflf-'7)j念息快述交1fI'iqi『什2)JiJSVG几的艾llq教fJl处J:'ttT ̄;s『j,+01-究JJJ。丈fI、fAjax数据,』J的I-J测I[i川IJ新1_、j叶,结农lUj,SVGIIi1几删’‘’新延lJf『iiJ处JI『苫秒级,埘火-I-变化n,J心数i:HIhJh\i怏,1Z、l,tj-.0n《]‘Ulfi]) ̄'Zlf,J远优J】J、川术。参考文献-川水,bJTi,;,徐曲、.WebiJ,馊系统Ii9父-…冗.IJ系统{『Il,201I,39t15).128一电力系统保护与控制l32-l36.ZENGJianyong,BIANRuixiang,XUZhanqiang,eta1.ResearchonkeyissuesforimplementingaWebdispatchingsystem[J].PowerSystemProtectionandControl,2011,—39(15):132136.[2]赖晓文,陈启鑫,夏清,等.基于SVG技术的电力系统可视化平台集成与方法库开发[J].电力系统自动化,2012,36(16):76-81.LAIXiaowen,CHENQixin,XIAQing,eta1.Developmentofpowersystemvisualizationplatformandme ̄odslibrarybasedonSVGtechnology[J].Automationof—ElectricPowerSystems,2012,36(16):7681.[3]周特军,邱建,王春艺,等.基于SVG的可视化技术在继电保护定值在线校核系统中的应用[J].电力系统保护与控制,2015,43(16):112.117.ZHOUTejun,QIUJian,WANGChunyi,eta1.ApplicationofvisualizationtechnologybasedonSVGinon-linerelayse 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