杭州市电力局于1998年9月16日成功地将大屏幕显示系统应用于市区配电网实时调度。
　　该市区配电网调度大屏幕显示系统涉及到大屏幕投影机、大屏幕拼接系统、市区配电网应用软件的开发以及自动化系统的接入等各个方面。在项目的实施过程中，杭州市电力局和供货厂家密切配合，特别是在软件功能的实现上，杭州市电力局与上海大道计算机公司共同设计、开发，圆满地完成了这个项目。

1　概况
　　模拟屏显示是我国电力系统调度部门采用的传统显示方式。这种显示方式只能显示固定的内容，提供的信息量少，不能进行交互式操作。随着电网建设的发展，系统中的线路和厂站设备不断地变化和扩充，就需要人工改变模拟图板的接线结构以适应这种变化。由于模拟屏的空间有限，不能无限制地增加新的线路和新的厂站；而且日常的电网运行中，为适应电网运行方式的调整也需要人工去修改模拟屏。特别是对城市配电网的日常调度来说，配电网结构的不断修改以及运行方式的频繁变动，使更改模拟屏的工作更加繁重，模拟屏显示的固有缺点也就表现得更为突出，极大地影响了系统的灵活性。
　　截止1998年底，杭州市区配电网由城南与城北供电局所辖线路组成，共有变电所30座，10kV开关站156座，出线390条，杆上联络开关约250台。随着今后几年配电网的大发展，显然传统的模拟盘将无法适应现代化电网的调度工作。
　　大屏幕显示系统是模拟屏的一种很好的替代产品，它提供了一个动态的主动的交互式的灵活的系统。它把多个投影机的图像拼成一个单一的、无缝的、高分辨率的和清晰的图像，使全体操作人员可以同时在反映最新信息的同一大屏幕上工作。根据需要，它能同时用多窗口显示所需的信息，这是小屏和模拟屏所做不到的。大屏幕显示系统可以不受电网发展的限制，具有占地面积小、维护方便等优点，电力系统使用大屏幕投影系统将是一种趋势。
　　然而，大屏幕系统应用于配电网调度国内还缺少成功的经验。因而只能采用模拟图板来反映配电网网络拓扑结构以及配电设备的运行状态。一方面为了现今杭州市区配电网调度的需要，另一方面也是为了配合将来引进配电管理信息系统(DMS)，杭州市电力局配电网调度实施了大屏幕显示工程。

2　大屏幕系统的选型
　　在大屏幕显示系统的选型中，笔者主要考虑了软件方面的选择，因为近阶段的应用需开发配电网应用软件和电力模拟调度软件，远期目标需接入配电管理信息系统（DMS）。因此选用了加拿大M3i公司的XWorld/XWall系统进行配电网应用软件的开发和多屏拼接、投影显示。M3i公司的XWorld/XWall系统软件平台具有开放性和先进性，能满足杭州市电力局对大屏幕系统的近期和远期功能需求。
　　投影机的显示主要有3种显示技术，即CRT投影技术、LCD投影技术及DLP投影技术。
　　CRT技术较成熟，显示的图像色彩丰富，还原性好，具有丰富的几何失真调整能力，但其重要技术指标图像分辨率与亮度相互制约，直接影响CRT投影机的亮度值，只适合安装在环境光较弱、相对固定的场所。市场上CRT投影机著名品牌有BACRO、NEC等。
　　LCD投影机可分为液晶光阀和液晶板两种。
　　液晶光阀投影机，采用CRT管和液晶光阀作为成像器件，是CRT投影机与液晶光阀相结合的产物。为了解决图像分辨率与亮度间的矛盾，它采用外光源，也叫被动式投影方式。它是目前亮度、分辨率最高的投影机。但其价格高，体积大，光阀不易维修。主要品牌有JVC和Ampro。
　　液晶板投影机，它的成像器件是液晶板，也是一种被动式的投影方式。利用外光源金属卤素灯，通过分光镜形成R、G、B三束光，分别通过R、G、B三块液晶板。它的亮度高，但光源寿命短，分辨率较低。西门子公司专门为电力系统开发的SINAUT大屏幕投影系统属于这种类型。
　　DLP技术以DMD数字微反射器作为光阀成像器件，采用数字光处理技术调制视频信号，驱动DMD光路系统，通过投射透镜获取大屏幕图像。它有数字优势、反射优势及无缝优势。DLP的投影机清晰度高，画面均匀，色彩锐利，只是分辨率不高。
　　在当时的技术发展水平下，从分辨率等技术指标和投影机价格、维护费用等经济指标综合考虑，我们选用了CRT三枪投影机。投影方式采用背投方式。投影屏幕采用了丹麦产的DNP 84英寸宽视角（WA）屏幕。屏幕之间采用最新无拼接镶条技术拼接，达到了更好的视觉效果。整个大屏幕显示墙由8块84英寸的屏幕组成，高2.6m，宽6.8m。

3　大屏幕系统的网络组成及应用软件开发
3.1　网络组成
　　大屏幕系统网络由服务器、SCADA网桥、图形编辑工作站、挂牌工作站组成，如图1所示。

图1　大屏幕显示系统的组成
Fig.1　Configuration of large screen display system

　　大屏幕投影显示系统的服务器为Sun Ultra工作站，M3i的VSA/Xwall系统就在这台工作站上运行。它是一个符合X11R5、R6标准的X服务器，所有X-Windows应用软件都可以在大屏幕墙上被显示和操作。它一方面通过高速图形卡驱动大屏幕阵列，使之成为分辨率倍加的大屏幕墙，另一方面通过以太网TCP/IP协议与以太网相连。它采用软件方法拼接图像，可十分灵活地对图像进行控制，如可在任意位置开窗口；任意放大、缩小；利用鼠标即可对所开窗口任意拖动。可以在多个控制台上控制屏幕墙。
　　图形编辑工作站一方面生成和维护配电网络接线图，另一方面把有关实时动态点的原始数据输入数据库。
　　挂牌工作站实现生成配电网络拓扑关系及配电应用软件。在挂牌机上，调度员可以进行调度的日常运行操作。
　　SCADA网桥一方面实现与调度自动化系统的通信与数据交换，另一方面，在该工作站上还装有多鼠标支持模块，可同时操作大屏幕显示窗口。
3.2　配电网应用软件的开发
　　配电网应用软件的开发是基于M3i的XWorld系统。在此平台基础上，实现配电网的图形编辑，数据库建模，生成配电网网络拓扑关系、配网应用软件以及接入SCADA实时系统。XWorld的功能模块的分解如图2所示。

图2　XWorld的功能模块
Fig.2　The fuutional modules of XWorld

　　(1)图形编辑
　　M3i的XWorld系统提供了AIM接口模块。AIM以脱机的工作方式用AutoCAD生成显示配电网接线图形的静态和动态图象单元，并把这些单元连接到关系数据库和实时动态信号源。用该软件系统来生成和维护配电网接线图，并将原始数据输入数据库。
　　根据杭州市配电网情况，采用分层的概念来显示配电网的接线拓扑，绘制城南、城北总图各一幅，显示了市区各变电所之间的联络线路。第二层为变电所的出线图，是以某个变电所为中心的所有出线图，显示该变电所对应的供电范围。第三层为变电所、开关站的站内主接线图。
　　对配电开关等设备，按一定的编码规则进行定义，并将原始数据输入相应的动态点数据库。
　　(2)数据库建模与配电网络拓扑关系的生成
　　数据库建模与配电网络的拓扑关系是配电网应用软件的核心。笔者选用关系数据库模型，并相应地建立配电设备的名称库，与图形编辑时形成的动态点数据库进行关联。对配电设备的编码按层次树状进行，整个市区配电网络以树状结构描述，如图3所示。

图3　配电网络的树状结构
Fig.3　Radial structure of distributiou network

　　(3)电力调度应用软件
　　配电网调度应用软件是建立在配电网络建模基础上的。可方便地进行调度员的日常操作，并能存档记录。调度员可以人为设置配电网络设备的运行状态，可以挂接地线，可以设置有人工作、停用重合闸等挂牌工作。
　　大屏幕显示系统用于电力系统实时调度时，必须坚持安全第一。为了备份配电网络设备的实时运行状态，在电力调度微机上留有一个实时库的备份。此外，还开发了打印模块，万一大屏幕系统出现故障时，可打印出有实时状态的配网接线图，辅助调度员进行调度。
　　(4)SCADA系统的接入
　　杭州市电力局现有的调度自动化SCADA系统是上海申贝公司研制的，是基于Windows NT微机平台的局域网。因为其不具备图形放大缩小功能，图形格式是位图格式，图形分辨率不够，显然不适用于大屏幕投影显示。因此考虑用数据交换方式，实现调度自动化SCADA系统的接入。
　　M3i的Xworld系统提供的SCADAlink 接口模块被设计成可从各种各样的外部系统将实时信息输入Xworld以便动态显示图象，使控制中心的操作员可以连接外部的应用系统。它实际上是一个通信软件，提供一个标准的TCP/IP通信接口与外部应用系统相连接。外部的应用系统可以用TCP/IP Sockets和M3i的双向信息流通信接口协议来与SCADAlink接口模块相连接。
　　在该项目中，通过一台网桥计算机实现了通信和数据交换。一方面，在该网桥上建立了一常驻内存的数据库，其中保存着对应于SCADA系统数据库的点名定义和大屏幕系统数据库之间建立的映射对应关系，还开发出了通信软件，以实现与调度自动化系统进行通信和数据交换。这样，市区配电网有关变电所的自动化实时信息就能反映到大屏幕显示墙上。

4　实现的功能
　　经过供货商和杭州电力局双方的共同努力，杭州市区配电网调度大屏幕显示系统实现了下述主要功能，满足了杭州市电力局市区配电网调度的近期和远期需求。
　　(1)总体分辨率为4096×2560，配电网网络图形清晰可见。整个市区配电网网络接线图形能有效地分层分区显示，反映的网络接线直观、准确，画面调用和切换十分方便，极大地方便了调度员进行调度；
　　(2)多屏拼接，多窗口显示。可以在屏幕的任意位置开窗口，任意放大、缩小、漫游，可同时显示多个窗口，以便同时显示多个区域配电网的网络接线图和监视多个变电所的运行状况。
　　(3)调度实时模拟操作和配电网络的维护修改简单、方便。进一步提高了调度操作和事故处理的准确可靠率。
　　(4)安全性好。万一大屏幕系统出故障，配电网的实时运行状态不会丢失，此时可打印出有实时状态的配电网接线图，以供调度员进行调度。
　　(5)运行经济。为了有效地延长CRT投影机投影管的寿命，大屏幕显示系统可在8块投影显示墙与一个工作站显示屏幕进行切换。这样，在大屏幕显示系统操作不多的情况下，可关掉投影机，利用工作站屏幕进行调度。更好地保护了设备，能更有效地利用大屏幕系统。
　　(6)实时信息的显示，能与调度自动化系统进行通信和数据交换。市区无人值班变电所的主接线和潮流实时信息均可在投影墙上反映出来，并可实现对无人值班变电所的遥控操作。
　　(7)支持调度员的日常配电网运行模拟操作，每次的挂牌、倒闸操作，均有存档记录。
　　(8)多鼠标支持。最多可有6个计算机工作站同时对大屏幕进行操作。
　　(9)支持杭州市电力局将来的配电管理信息系统（DMS）的接入，支持符合TCP/IP网络协议，X11R5、R6窗口标准的应用接入。

5　结语
　　杭州市电力局新调度室于1998年9月16日建成，取消了模拟图板，市区配电网调度采用了大屏幕系统。该系统自投运以来，运行良好。大屏幕系统的运用，使调度员摆脱了常规的模拟屏调度模式，能够更直观、准确地进行调度，因此该系统很快获得调度员的认同。而且，此项大屏幕显示系统工程的完成，为实施杭州市电力局的世行贷款项目——配电管理信息系统（DMS）工程项累了一定的工程经验。
　　随着配网自动化（DA）的发展，配电网的自动化信息也将能显示在大屏幕显示墙上，为调度员科学决策提供方便。随着配电管理信息系统（DMS）的建成，将会开发出一个功能强大的配电应用基础平台，在现在的大屏幕显示系统上，将可以显示带有地理信息系统（GIS）背景的配电网图形。这些又将使大屏幕显示系统应用水平提高一个层次，使其发挥更大的作用。