探索G语言在嵌入式智能电子装置中应用

论文导读：尺寸、单色更换彩色等，只需要更改公共部分的配置文件即可，而软件本身不需要做额外改动。3.G语言中图形对象的分类显示和隐藏易于工程部分个性化的要求G语言规定了图层元素，其主要用于描述图形对象的分类显示和隐藏。对于某些工程应用上，如母线保护多间隔，在工程的当前的规模与将来的扩展规模的变化上，运转方式变化上
摘要：变电站内的嵌入式智能电子装置（尤其是间隔层装置），其一般都有图形显示的需求：如母线保护的主接线图、测控装置的断路器接线图等。以往多数厂家对于该部分的实现在图形描述上一般均为内部自定义数据格式，在具体设计方案上也各不相同。把主要用于调度主站及变电站站控层的G语言引入到一般为嵌入式的智能电子装置中，对于实现各不同厂家装置的界面一致性及提高装置的易维护性有一定的推动作用。
关键词：G语言；智能电子装置（IED）；嵌入式
中图分类号：TM774
0引言
G语言[1]是基于IEC 61970的CIM模型[2]以及SVG[3]的公共图形交换格式发展而来的，主要用于调度主站、变电站内监控后台等；但对于带有LCD显示的智能电子装置（尤其是间隔层），其也要显示如母线保护的接线图、测控装置的断路器制约图等。在以往的解决方案中，该图形也可能是程序直接实现，也可能有厂家自定义的配置文件格式，而G语言的产生对于该理由则是一个完美的解决策略。其统一了主站、变电站站控层、间隔层的图形语言，对于当前智能变电站所提倡的互操作性又是增加了新的亮点。
SVG本身已经在电力系统得到了较为广泛的应用[4]，另一方面，SVG标准的Tiny版本[5]身即考虑到小型设备的需求（如手机等），这点对于电力系统嵌入式智能电子装置提供了很好的参考标准。在这个方面，也已经有部分电力系统的工程师做了相应的研究工作 [6]。而G语言又是在结合了电力系统本身的优点，对SVG进行了适当的借用、提取后而产生的，其实用性有了进一步的提升。
1 G语言特点
首先，作为G语言的的主要参考标准SVG，从名称上解释如下：
可放缩（S-scalable）：该特点意味着无论放大还是缩写均为相同的。在图形方面，即意味着其不受限于固定的像素尺寸。
矢量化（V-vector）：该点是相对于位图图像而言的。位图图像的存储单位是图像上每一点的像素值，而矢量图像用点和线来描述图形的。位图图形本身就已经完成了点阵化过程，其不再存在可变化性，而矢量图像的点阵化制约则留给了最终应用，其存在再次变化过程。
图形化（G-graphics）：多数已有的XML语法描述提供的仅为文本或简单的图形信息，而SVG则提供的是很丰富的图形描述能力。
G语言吸收了SVG的主要特点，其可放缩性与矢量化的特点对于嵌入式应用尤为重要：可放缩性使得其更适应于嵌入式智能电子装置的LCD一般相对较小的应用情况；而矢量化带来的文件存储空间较小也适应于嵌入式应用一般文件空间较小的情况。
其次，同SVG一样，G语言严格遵从XML语法，并用文本格式的描述性语言来描述图像内容。由于在智能变电站内，IEC 61850目前应用已经是非常广泛了。而IEC 61850其所基于的变电站配置语言（SCL）也是基于XML格式的，这也使得其剖析与分析工具都也节省了二次开发成本。
再次，G语言是消除了SVG语言本身无法直接表达电力系统图形和模型一体化等不足；并且是在IEC 61970-453[7]基于CIM的图形交换基础上，发展起来的、应用于电力系统的一种新型的图形描述语言。SVG本身的出发点决定了其并没有对于某个具体的应用领域做出更加详细的定义规范，IEC 61970-453在为了保证调度主站端的各个应用间的图形数据产生与交换定义了指导性的原则，其本应在IEC 61970-553-4中给出具体的映射，但到目前为止，IEC 61970-553-4一直没有正式发布。G语言恰恰是在这些工作的基础上，针对于电力系统应用，详细化给出了具体图形格式与规范，该规范是一个可操作、可具体应用的语言规范。
2 G语言引入智能电子装置的优点
和传统的智能电子装置的图形显示实现策略相比，使用G语言实现有以下优势：

1.实现图形的数据来源统一性

由于在变电站的站控层需要做主接线图的图形编辑工作，如果能够做到站控层的图形通过直接剪裁后直接给间隔层甚至于过程从的智能电子装置应用，那么就可实现类似于在智能变电站应用中所强调的源端维护：只要维护了一个矢量图形，那么由于来源相同，各个单装置的图形将与站控层图形完全一致。由于SVG本身所具有的可伸缩性（Scalable），其可以做到单装置的图形开放性，由此则可以支持实现间隔层图形的源端维护。

2.提高智能电子设备在图形显示方面的易维护性

由于G语言的图形文件将描述图形自身的文件和描述系统中的中图元、 间隔、 字体和颜色等公用部分的文件分离开来，当智能电子装置硬件升级后，如LCD更换尺寸、单色更换彩色等，只需要更改公共部分的配置文件即可，而软件本身不需要做额外改动。

3.G语言中图形对象的分类显示和隐藏易于工程部分个性化的要求

G语言规定了图层元素，其主要用于描述图形对象的分类显示和隐藏。对于某些工程应用上，如母线保护多间隔，在工程的当前的规模与将来的扩展规模的变化上，运转方式变化上等，可以将某个间隔动态隐藏，以符合现场相应场景的应用需求。

4.G语言的矢量缩放不失真性结合上述的可隐藏性易于实现准航海图功能

在一般调度或后台监控软件中，由于很多工程全站间隔较多，图形全部显示后在一屏内不能全部显示，一般后台软件均通过航海图的方式来解决该理由，即通过制约航海图中的图形显示位置来准确定位实际电气间隔位置。在间隔层的智能电子装置中，由于受LCD像素尺寸的限制，有些应用（如母差保护）基本上不可能同后台软件一样全图显示，但如果引入G语G语言在嵌入式智能电子装置中的应用由提供海量免费论文范文的www.7ctime.com,希望对您的论文写作有帮助.言，结合其可隐藏性特点，则可以实现全图时显示基本信息（隐藏部分），具体关心到某个间隔时，则显示该间隔的详细信息（把隐藏部分外露），即实现相对作用的航海图功能。该点对于母线保护、发变组保护等都有很强的实际使用作用。5.G语言的电网图形元素由于可以扩展特定私有属性，为智能电子装置的嵌入式应用提供了各个厂家私有部分实现的接口
G语言本身是作为一种开放性的语言标准，论文导读：线保护的实际有效间隔数。此时不仅仅是靠G语言的可隐藏属性就能够完全解决的，此时需要有些显示像素位置是相对的和可以重新定位的。如母差保护的某个间隔不运转，则此时LCD主接线图上是不显示该间隔信息的，同时也不能够在LCD上显示空白，需要后续间隔依次向前递进，以保证图形的连续性。D.对于编码方式的兼容处理在目前
其作用也是为各级（调度、变电站监控）软件以及各软件内部模块间的图形数据交换提供标准。考虑不同厂家实现技术方案的差异，G语言本身对于电网图形元素也保留了可以灵活扩展的私有属性部分。这样的好处就是G语言在嵌入式智能电子装置中的应用相关范文由写论文的好帮手www.7ctime.com提供,转载请保留.私有部分一般不对模块外开放，而标准定义公共部分则用于实现各个模块间接口，使得接口一致性与厂家实现灵活性得到了统一。
3 G语言间隔层需要做的额外工作
由于智能电子装置像素显示大小限制，在引入G语言后，其需要做部分扩展以满足实际需求。
A.图形颜色的二次映射
多数厂家目前为单色LCD，当使用站控层剪裁移植来的文件中关于颜色的部分，需要额外增加映射关系。当然，目前许多LCD支持多级灰度，此时转换后就完全类似于彩片到黑白图片的转换，其可能需要的立体感仍然可以保留。
B.图形显示像素位置二次镜像映射
由于G语言描述的是基于图形本身，其整体尺寸一般大于智能电子装置中LCD像素尺寸。从实际现场运转经验以及实际的用户管理来看，由于保护装置一般由保护人员进行维护和操作，而运转人员一般不允许操作保护装置本身的按键等。这样就要求其LCD画面尽量显示的为最能反应本装置最关键的信息。因此在后台引入的G语言描述的图形文件则需要进行缩小处理或能够部分剪裁。此时则需要原始图形进行像素显示位置的二次映射。
C.图形按间隔的二次动态组合
在许多智能电子装置中，有些LCD图形显示需要依据不同的工程、不同的运转方式动态变化。如变压器保护的各侧分支数、母线保护的实际有效间隔数。此时不仅仅是靠G语言的可隐藏属性就能够完全解决的，此时需要有些显示像素位置是相对的和可以重新定位的。如母差保护的某个间隔不运转，则此时LCD主接线图上是不显示该间隔信息的，同时也不能够在LCD上显示空白，需要后续间隔依次向前递进，以保证图形的连续性。
D.对于编码方式的兼容处理
在目前智能变电站内IEC61850使用较多的情况下，其主要使用的相关配置文件均以UTF-8为编码格式。而G语言本身则虽没有强制指定编码格式，但其给出的所有示例均以GBK为其编码格式。此时就要求智能电子装置需要实现对这二者编码的兼容处理。
E.厂家私有部分扩展
由于
4 G语言在母线保护装置中的具体应用
在间隔层及过程层智能电子装置中，母线保护由于其间隔数多、同时每个间隔需要显示的信息多而显得最为复杂。大部分厂家也都以滚动方式完成多间隔的显示信息切换，同时在各个间隔上也仅显示刀闸位置、潮流方向等。对于各个间隔的具体电流值、间隔名称等由于受限于LCD像素大小一般都不再给出。
以G语言描述的母线间隔信息，可以给出母线电压、间隔电流、间隔刀闸、间隔名称、潮流方向等全部信息，并根据其可隐藏的属性，在全间隔接线图与单间隔接线图之间灵活切换。
G语言描述中，在根元素中做了scroll的属性名扩展，以表明本图形是否需要滚动显示。
G语言效果图
5 结语
本文对于G语言的特点及其在间隔层应用的优点给出了阐述，并且通过母差保护给出了具体应用实例。在智能变电站的推广日益广泛的条件下，XML格式在变电站内的各个智能电子装置中也有了更加普及的应用，基于XML格式的G语言在图形描述方面在智能电子装置中就是一种空白的填补。本策略在有关智能电子装置中已经得到实现和验证，有着很好的使用效果。
参考文献
[1] Q/GDW 624—2011 电力系统图形描述规范[S]， 2011.
Q/GDW 624—2011 Graphic Description Specification for Electric Power System， 2011
[2] DL/T 890.301-2004 能量管理系统应用程序接口（EMS-API） 第301部分：公共信息模型（CIM）基础[S]. 北京：中国电力出版社，2005.
[3] Scalable Vector Graphics （SVG） 1.1 （Second Edition）[S]， W3C Recommendation 16 August 2011
[4] 沈国辉，佘东香等。SVG技术在电网调度自动化中的应用[J]，电网技术，2006，10（30）89-92.
SHEN Guohui， SHE Dongxiang et al. Scalable Vector Graphics Application in Electric Power Dispatching Automation. Power System Technology， 2006，10（30）89-92.
[5] Scalable Vector Graphics （SVG） Tiny 1.2 Speci?cation W3C Recommendation 22 December 2008
[6] 余娟，王皓。基于SVG的变电站嵌入式设备图形界面的开发[J]，安徽电力，2012，29（1）64-67.
YU Juan， WANG Hao. Development of Graphical User Interface Embedded Devices in Substation. AnHui Electric Power， 2012，29（1）64-67.
[7] IEC 61970-453， Energy management system application program interface （EMS-API） – Part 453： CIM based graphics exchange， Edition

1.0 2008-06

徐广辉（1976-），男，硕士，工程师，主要研究方向为微机继电保护、数字化变电站技术、IEC61850及其支撑协议。E-mail：xghll00@sina.com.
张宏波（1975-），男，硕士，工程师，从事嵌入式软件在电力系统内应用，智能变电站应用的相关研究与开发工作。E-mail：zhang-hongbo@263.net