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图形支撑平台的设计应遵循以下原则。
(1)一致性。DTS系统能够提供一个与实际控制中心相同或相近的培训监视/操作环境，使学员有身临其境的感觉，以取得良好的培训效果。
(2)开放性。系统提供图形元件库的编辑工具，允许用户增加新元件以扩充功能。
(3)独立性。减少于其它模块的耦合度，便于系统的开发与维护。
(4)容错性。允许用户画图和编辑过程中出现操作失误，如误删除等。提供操作步骤的单步可逆。界画友好，操作简便，反馈快捷。
3功能模块的开发
3.1图形编辑模块
3.1.1图形的组成
DTS中使用的图形由基本图符和电力元件组成。基本图符包括点、线、圆(圆弧)、折线、文本、矩形等，由于其不具备电力系统的任何特点，因而可用于形成省网中的行区、地理图等图形。电力元件是利用基本图符表示的设备元件，并被赋予相应动态和静态属性。其静态属性表示设备的铭牌性质等，支持录入和查询；动态属性包括对应的数据库变量名、首尾连接的点名和状态改变时的设置(如遥测量越限时变色闪烁)。电力元件的设计决定了整个系统的扩展能力，它应该是允许用户根据需要进行扩展的。系统的可扩展性要求图形编辑器为用户提供图元的编辑工具，利用这一工具用户可以根据需要定制元件的表示形式，并保存在二进制形式的图元库中。编辑和显示图形时将图元库加载入内存。
3.1.2矢量字的应用
为了实现图形的无级缩放，图形上的文本宜采用矢量字。矢量字库与图元库相同，使用时需要载入内存。矢量字库一般按照GB2312-80标准组织，共有6763个汉字，电力仿真系统中实际使用的只是其中一小部分。从运行效率角度考虑，系统应设计可扩展的汉字管理程序，允许用户按拼音或其他方式输入汉字，建立一个不重复的专用小字库供图形的编辑和显示使用。
3.1.3图元的面向对象设计
图形编辑器设计中采用面向对象的方法，将各个图元和图符以类的形式进行封装，并充分利用面向对象的多态性等特点，使各个类有统一的方法接口和一致的数据组织形式。这样可以方便的进行功能扩展，并有利于输出的图形方便的存入数据库供网络拓扑模块分析使用。图形编辑器中的类结构见图2。
3.1.4图形分层机制
复杂图形的分层显示是电力仿真系统图形平台的要求，一般将图上不同类型的数据(如有功、无功数据)放在不同的图层中。图形编辑器中利用分层机制支持绘制复杂的图形并可以有选择的查看。编辑器中设置测试和编辑2种工作模式。编辑模式下可以任意绘制和更改图形。测试模式用于测试动态数据等前景图图元的位置、范围显示是否正常，图形整体布局是否合理，并且测试模式下可以预览图层的分布情况。每个图层有各自的范围，这样保证了缩放等功能更加灵活。教员机/学员机的显示中同样支持培训画面的分层显示和切换。
3.1.5厂站图接线状态检查
人工编辑厂站接线图时，开关、刀闸、连络线、母线等元件的动态属性是用户输入的，这些构成了该厂站的拓扑关系。为了防止人工输入产生的错误影响拓扑分析和模型的计算，图形编辑模块支持厂站图接线状态的检查，即对于用户输入的首尾点名等信息进行初步检查排除明显的错误信息，发现错误立即提示用户更改，否则禁止图形数据的存储。利用这种模块检错机制，减少了因人为失误造成的程序运行失败，方便了整个系统的调试。
3.1.6位图图象的嵌入
由基本的图符组成画面虽然可以满足仿真系统的基本要求，但画面比较单调。从仿真的真实性要求出发，图形系统应提供位图图象的嵌入和平滑缩放功能。这些图象如现场设备照片扫描等，格式可以是GIF、BMP、PCX等常用图象。在UNIX环境中需要针对每种图象文件开发单独的接口函数。
3.2图形数据管理模块
图形数据的存储和管理关系到图形显示更新模块和网络拓扑分析模块的效率，考虑到数据的安全性和管理的高效性，设计中采用大型商用关系数据库如ORACLE等。图形编辑过程中各个图元、图层的数据存储在链表中，用户存盘时链表中的数据入库。在图元合理分类的基础上，每个厂站建立一个数据表，所有的图形数据均存储在对应厂站的表。这种数据组织方法便于适应厂站及全网的拓扑变化，新建厂站时增加对应的图形数据表即可。表的结构见图3。
上表中图元库偏移量用于在图元库(二进制文件)中定位组成图元的各个笔画数据；范围起点x、范围起点y、范围宽度、范围高度确定图元的范围用于图上的拾取判断；连接起点名、连接终点名用于网络拓扑的检查和拓扑数据的生成；数据点名称用于图形显示和更新时从实时数据库取得状态值。对于图层的信息，上表中编号、名称、范围起点x、范围起点y、范围宽度、范围高度、颜色、可见否等字段有效。
全网图形数据形成后，在各个厂站接线检查的前提下，以厂站为节点，以厂站间的联络线为对象进行全网线检查，并在此基础上进行拓扑分析。
3.3图形的显示和动态更新模块
支持实时应用是电网仿真软件的基本要求，图形的显示和更新是图形支撑平台的核心。
3.3.1动态数据的更新
经过图形编辑器处理过的图形只是待驱动的静态图形，只有按照设计好的数据绑定访问数据库并及时改变图元的显示形式才能得到所需要的动态画面。DTS中的动态数据包括系统频率、有功、无功、总加、开关刀闸状态量及潮流方向箭头。当培训系统连接实时数据库时，画面按照SCADA/EMS的实时断面数据传送频率来更新；当培训系统连接计算库时，画面接受到电力系统模型计算完成的信号后更新。动态数据的显示还包括以下一些内容。
(1)遥信量报警时闪烁、遥测量越限时显示非正常颜色以提示用户进行处理。
(2)遥测量数据为无效数据时显示星号等特殊符号。
(3)潮流箭头根据流向调整指示方向。
(4)线路处于特殊状态时显示特殊标记提示操作人员(如有人工作时显示人形图标)。
3.3.2图形画面的切换
一般电网系统中包含潮流图、地理图、总加图、各个厂站图等多种图形。仿真过程中用户需要频繁查看各个厂站的接线图和其它图形，因此调图及图形切换效果直接影响人机界面的可操作性。一般DTS中提供以下的调图及图形的切换策略。
(1)用队列数据结构存储打开过的图形文件名，用户通过主界面上的工具按钮可实现当前图形的向前和向后转换。
(2)各个厂站接线图中表示线路名称的文字可调用对端画面显示。
(3)系统初启时进入厂站总控画面，点击厂站名文字即可进入该厂站，每幅图中都有用矢量图绘制的工具条和按钮，用这些按钮可以方便的切换到厂站总控画面、系统潮流图、地理图等。
3.3.3图形的缩放
图形的缩放功能也是任何图形平台所必须的。局部放大时用户在主窗口拖动一个矩形框(视口)，被选中的图元将在子窗口按设定的倍数放大显示。用户可以用鼠标或键盘移动主窗口中的视口，此时子窗口中的显示同时变化。全图的放大和缩小按照固定比例进行。
3.3.4图上的操作
允许用户进行图上的操作是仿真培训系统的主要任务之一。系统中可操作的元件主要是遥信量和遥测量。遥信量的操作内容有改变当前状态、确认报警、输入报警限值、查看点信息等；遥测量的操作内容有改变当前值、输入各种越限限值、是否进行越限判断、查看点信息等。
3.3.5开关的组操作和拓扑着色检查
尽管单个开关、刀闸可进行操作，但从执行效率角度考虑对多个开关、刀闸的统一投切操作是非常必要的，如培训开始前的设置初始条件时可以利用这一功能方便地进行图形化的设置。拓扑着色检查是为了培训过程中监测某些故障发生时特定的连接关系，如母线故障时启动该功能即可加亮显示与该母线相连接的开关、刀闸等元件。这样可以更有效地支持在线培训评估，并可检查某些情况下电力模型模块的计算结果是否正常。
3.4图形打印模块
打印功能对任何图形平台而言都是必须的。Unix环境下输出矢量图形可以用以下几种方式。
(1)编写转换程序将矢量图形转换为postScript格式的文件直接送打印机输出。
(2)利用X Window的实用工具xwd将图形窗口转换为X Window Dump文件(在系统文件 XWDFile.h中定义)，然后用 xpr命令输出到打印机。
(3)一般DTS系统通过局域网与SCADA/EMS互联以共享NAS数据，若将矢量图形转换为Windows bmp位图然后送到局域网的PC机打印输出，可以利用Windows操作系统的图形工具进行处理(如反色等)，从而获得更理想的打印效果。
4应用开发实例
根据以上的设计思想，作者在Unix平台上开发了河南电网调度仿真培训系统(DTS)的图形支撑平台，软件环境为Digital Unix4.0F、C++、X Window/Motif系统和ORACLE805数据库，硬件环境为Compaq xp1000工作站和Compaq ds20服务器。DTS项目提出时，出于培训真实性和系统维护性的考虑，用户要求DTS系统共享SCADA/EMS系统所有画面。SCADA/EMS系统中使用的是国外公司自定义的文件格式，直接恢复这些图形困难很大。在不改变其他模块的前提下，笔者开发了从SCADA/EMS到DTS的图形数据转换，从而使两个系统的图形画面保持一致，避免了DTS系统中重新绘制厂站图形。
图形数据的管理保障DTS和SCADA/EMS系统图形数据的高度一致是十分重要的，因此图形数据管理模块编写了从SCADA/EMS图形文件到DTS图形数据表的数据装载程序，以确保DTS图形数据的正确性和数据表的易维护性。
湖南DTS系统与SCADA/EMS互连，系统打印功能采用上面的第3种方法。Window bmp位图文件［2］包含文件头(BITMAPFILEHEADER数据结构)、位图信息数据块(BITMAPRIFOHEADER数据结构和颜色表)及图象数据组成。DTS系统的图形是绘制在pixmap(屏幕的内存映像)上的，因而要将矢量图形转换为位图，需要填充bmp的文件头结构体，并获取Xlib的函数［3］获得屏幕上图形点阵的象素值，然后转换为bmp的图象数据。系统开发了针对Windowbmp位图文件的接口函数库，支持图形打印功能同时也支撑绘图区bmp位图的嵌入功能。今后功能扩展时可增加GIF等其它图形的接口库。
5结论
电网仿真培训系统通用图形支撑平台具有以下特点。
(1)图形编辑器按照面向对象方法设计，具有良好的可扩展性的开放性，图形数据可以支持生成网络拓扑结构和拓扑检查。
(2)培训中可以取SCADA/EMS的实时数据或DTS的计算数据显示，并可进行图上的仿真操作。
(3)提供灵活的图形打印功能。
(4)功能模块化，便于开发组织和功能升级。
该平台显示方便、操作灵活、功能完备，并在河南DTS系统的实际开发中取得了较好的效果。
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