基于SVG的电力系统图形互操作研究

　　摘要：可缩放矢量图形（SVG）作为IEC61970标准推荐采用的公共图形交换的文件格式。提出要实现不同开发商开发的图形文件信息的相互识别和交换，以及实现电力系统图形的互操作的关键是要建立基于SVG格式所组成的电力系统图形文件各元素的语义表达格式标准和电力系统图形文件的组成结构标准,并按照IEC61970描述电力系统资源的标准，形成电力系统图形文件格式标准。各厂商开发的图形系统按照标准文件格式导出生成用于交互的SVG格式的图形文件，通过解析标准格式的图形文件并结合各图形系统的专用定义又可导入生成各图形系统内部各自格式的图形文件，从而实现电力系统图形的互操作。

　　关键词：电力系统；交互图形；标准化；SVG；图形文件格式；互操作

　　电网自动化系统发展的目标是标准化和开放性。IEC第57技术委员会第13工作组推出了IEC61970标准系列是电网调度自动化系统集成、异构和互操作的基础标准。其核心内容有：公用信息模型（CIM），提供电网模型的一个综合逻辑视图；组件接口规范（CIS），定义了访问电网的CIM的组件化接口规范；图形交换方案草案，定义了采用基于XML的SVG图形格式，用于调度自动化系统的图形交换。

　　通过遵循IEC61970系列的CIM标准，采用XML作为数据载体，可以解决电网数据模型的互操作问题。图形的交互和标准化也是系统开放性的重要组成部分。然而对于当前电力自动化系统中的图形界面，如厂站图、潮流图等，大部分厂商采取了专用格式存储图形，文件格式不能形成标准化，图形互不通用。同样的厂站图在不同的应用系统中需要重复绘制，浪费了大量的资源。

　　对于电力图形和电网之间的图像互操作的研究才刚开始，图形交换格式还没有成熟的国际标准。IEC61970仅推荐采用可缩放矢量图形SV（ScalableVectorGraphics）作为图形文件基本格式，但对图形文件的具体格式并未做规定。

　　1、SVG简介

　　SVG是W3C推出的最新一代矢量图形标准，是一种开放标准的文本式矢量图形描述语言。它允许3种形式的图形对象存在，分别是矢量图形、点阵图形和文本。各种图像对象能够组合、变换，并且能修改其样式，也能够定义成预处理对象，文本是XML名字空间的有效字符，这些字符能被作为SVG图像的关键字而存留在搜索引擎中。使用SVG可显示出各种各样的高质量矢量图形，包括图像处理中常见的许多功能，如图形、文字、动画、色彩、滤镜效果灯。最关键的是：SVG完全用普通文本来描述，是一种基于文本的图像格式，并且SVG是基于XML的语言，所以可扩展性很强，并能够描述任意复杂的图像。

　　SVG的优点是：

　　a.基于XML标准；

　　b.矢量图形可以形成高质量的图像；

　　c.图形小，保存和显示方便；

　　d.文件格式灵活易用；

　　e.支持互动和动画。

　　SVG建立在纯文字格式的XML之上，直接继承了XML的特性，简化了异构系统间的信息交流，方便数据库的存取。SVG从根本上说就是基于XML的图形技术的应用，所以可扩展性很强，能够描述任意复杂的图像，并且可以充分利用XML作为数据载体的优点和许多成熟技术。

　　2、基于SVG的标准化图形文件格式实现

　　为了能实现异构不同应用系统之间的图形交互，必须先建立能够在不同应用系统之间交互的图形文件标准格式。实现图形系统的互操作必须先将各应用的专用图形文件格式转换成以SVG格式存储，并且遵守国家电网公司制定的《基于SVG的公共图形交换格式》标准的图形文件，只有各应用系统均遵守图形文件交互的语义，才能在不同系统之间进行图形文件的自由交换。

　　2.1电力系统图形文件组成

　　IEC61970标准推荐SVG作为电力系统图形交互的标准格式。SVG只是一种图形格式，其不涉及任何电力系统的内容或背景，要将其使用到电力系统中，必须将其和电力系统的设备关联起来，即电力SVG电力自动化设备图形必须满足SVG文档的特征，同时又要和电力设备关联，从而代表具有一定物理意义的电力资源设备。

　　2.1.1图元

　　电力系统画面主要由图元组成，图元是图形系统的基本单位，也是图形系统所操作的直接对象。图元模块就是系统所支持的一系列图元的集合，它是公共图形包的基础和核心，具有相对的独立性。因此，图形的互操作性是建立在图元的基础之上的。

　　系统对图元的定义是具有一定形状、且可能带有动态属性和连接信息的一个相对独立的个体对象。根据电力系统图元的定义和用途，将图元分为静态图元、动态图元和综合图元3种类型。

　　静态图元是只有形状属性而不具有动态属性、在线画面运行时不会动态变化的图元或图符，由直线、矩形、圆形、折线、文本等最基本的元素组成，任何复杂的静态图元都是这些最基本的元素在画面上不同层次、不同位置的组合，因此所有的静态图元都可以通过SVG基本可视化元素的一种或多种元素的组合来准确地描述。电力系统画面上的静态图元主要有标题名、设备名、设备编号、标签、图符以及一些不会动态变化的线条、箭头、矩形框等。由一些基本元素组成的复杂静态图元可先在图元模板中进行定义再通过引用的方式进行实例化，对于简单的图元如中文标签等可在图元实例化中直接描述。

　　动态图元是具有一定的形状，并具有动态属性，画面在线运行时能反映其对应电力资源设备实际的实时运行工况及量测量的大小的图元。动态图元主要由3个部分组成，即图元的形状、图元的动态属性和图元的连接属性。图元的形状是代表各电力设备的动态图元在电力系统图形中的外在表现形式，而图元的动态属性则是图元和应用数据的一个内在链接以及该内在数据状态变化时对应图元的动态表现形式，图元的连接信息则反映了图元间的相互联系，它对图形的外在表现形式和内在动态属性都起着极其重要的作用。系统中图形与应用相分离，而动态属性则是图形中唯一保存的标识图元数据来源的标志。电力系统画面上的动态图元主要有开关、刀闸、线路、母线、变压器、发电机、负荷等。

　　综合类图元是以特定的形式表现某些动态属性的统计趋势的复杂图元，如饼图、棒图、曲线、表格等。实际电力系统中，一幅图形常常由大量的图元对象组成，而同一类型的图元其几何形状和大部分属性相同。若首先定义好系统中各种类型的图元模板，就可以在SVG文件中的任意位置引用该图元模板，而不必在图元实例化时重复描述相同的属性，仅需要将与图元模板定义中不同的属性列出，从而可使图元对象得到最大限度的重用，降低了数据流量。在SVG文件中将一种类型的图元定义为一个〈symbol〉，并通过〈use〉元素来引用已定义好的图元模板。电力系统画面就是部分基本图符元素和各种图元模板实例化的组合。

　　2.1.2公共样式