電網(wǎng)調(diào)度可視化預(yù)警系統(tǒng)研究

康鑫 劉文穎

【摘 要】 為了對(duì)電網(wǎng)調(diào)度可視化預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行研究，本文首先介紹了電網(wǎng)調(diào)度可視化預(yù)警系統(tǒng)概述，然后以某電網(wǎng)的實(shí)際情況為基礎(chǔ)介紹了電網(wǎng)調(diào)度可視化預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括：電網(wǎng)調(diào)度可視化預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。然后介紹了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與測(cè)試。通過(guò)測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種系統(tǒng)很好的實(shí)現(xiàn)了各個(gè)方面的要求。本文的研究可以作為電網(wǎng)調(diào)度可視化預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的參考。

【關(guān)鍵詞】 電網(wǎng)調(diào)度 ?可視化 ?預(yù)警系統(tǒng)

調(diào)度人員在電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控的過(guò)程中需要花費(fèi)大量的時(shí)間檢測(cè)調(diào)度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而大量的數(shù)據(jù)會(huì)使長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)的調(diào)度人員產(chǎn)生視覺(jué)上的疲勞，這樣就會(huì)在一定程度上降低電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)的敏感度，進(jìn)而減弱了掌控電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的能力。傳統(tǒng)的電力調(diào)度軟件主要通過(guò)表格或者圖形將數(shù)據(jù)展現(xiàn)給調(diào)度人員，但是這種數(shù)據(jù)推送方式缺乏相應(yīng)的概括性和提示性，無(wú)法有效的提升電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控人員的信息敏感度。

1 電網(wǎng)調(diào)度可視化預(yù)警系統(tǒng)概述

專(zhuān)門(mén)為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化而設(shè)計(jì)的監(jiān)視程序就是電網(wǎng)可視化系統(tǒng)，電網(wǎng)調(diào)度的運(yùn)行參數(shù)能夠通過(guò)可視化的手段展現(xiàn)出來(lái)，調(diào)度員在調(diào)度的過(guò)程中能夠以直觀的可視化圖形為參考，在對(duì)計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)充分應(yīng)用的基礎(chǔ)上運(yùn)用靈活的、實(shí)物化的以及動(dòng)態(tài)的方式將枯燥的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，將人腦的模糊識(shí)別功能充分的發(fā)揮了出來(lái)，能夠?yàn)檎{(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)提供有效的技術(shù)支持。在電力系統(tǒng)不斷發(fā)展的過(guò)程中可視化技術(shù)也在不斷的進(jìn)步，最初的電網(wǎng)單線(xiàn)圖數(shù)據(jù)已經(jīng)逐漸被淘汰，逐漸的將顏色、動(dòng)畫(huà)、地理位置等因素充分的考慮在內(nèi)，在這個(gè)過(guò)程中逐漸形成了一系列的可視化表達(dá)方式。本文中介紹的電網(wǎng)可視化分析預(yù)警系統(tǒng)能夠有效的實(shí)現(xiàn)預(yù)警分析的自動(dòng)化，在對(duì)自動(dòng)預(yù)警模型進(jìn)行建立的基礎(chǔ)上運(yùn)行可視化的分析預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)施該系統(tǒng)能夠在建立電網(wǎng)運(yùn)行預(yù)警機(jī)制的基礎(chǔ)上保證數(shù)據(jù)的快速獲取、精確分析以及可視化的結(jié)果展示，能夠有效的提升電網(wǎng)調(diào)度效率。下面將對(duì)電網(wǎng)調(diào)度可視化預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)和相應(yīng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的研究。

2 電網(wǎng)調(diào)度可視化預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 電網(wǎng)調(diào)度可視化預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文中涉及電網(wǎng)的調(diào)度可視化預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)圖1所示。

從上圖的電網(wǎng)調(diào)度可視化預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中可以看出整個(gè)系統(tǒng)主要分為計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)應(yīng)用分析三個(gè)部分，在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中存放系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理部分能夠有效的進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算分析以及可視化展示。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

首先進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的總體設(shè)計(jì)，本文涉及的電網(wǎng)中可視化分析預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)主要分為兩個(gè)部分。即一般的數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)性是這種數(shù)據(jù)庫(kù)最主要的特點(diǎn)。因此這種數(shù)據(jù)庫(kù)主要具備以下幾種數(shù)據(jù)庫(kù)的基本要求：能夠?qū)镜臄?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)存取和數(shù)據(jù)維護(hù);數(shù)據(jù)查詢(xún)、數(shù)據(jù)一致性檢查等各種操作可以通過(guò)該數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)完成;具有相應(yīng)的數(shù)據(jù)調(diào)度以及數(shù)據(jù)并發(fā)控制功能;能夠?qū)?shù)據(jù)存取過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行安全性方面的檢查;具有相應(yīng)的數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)功能。為了達(dá)到以上幾種要求，采用集成的方法設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。另外一方面，這種數(shù)據(jù)庫(kù)還具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)的高效處理事物。

然后確定數(shù)據(jù)庫(kù)字典，本文中涉及的可視化電力系統(tǒng)主要應(yīng)用公司內(nèi)部研發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存，相應(yīng)的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)接口和數(shù)據(jù)建模工具主要包括：PT數(shù)據(jù)表、發(fā)電機(jī)、開(kāi)關(guān)刀閘、負(fù)荷、電容、電抗、繞組變壓器、母線(xiàn)。

最后進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)，在對(duì)系統(tǒng)模塊進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上將圖形化編輯、靈敏度分析、節(jié)點(diǎn)等高線(xiàn)可視化、實(shí)施狀態(tài)下電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)及虛擬表達(dá)、N-1故障預(yù)警評(píng)估及其可視化作為系統(tǒng)分析的主要內(nèi)容。在圖形化編輯的過(guò)程中首先進(jìn)行圖元的繪制，其次進(jìn)行組合圖元的繪制，再次進(jìn)行地理接線(xiàn)圖的繪制。最后進(jìn)行設(shè)備的關(guān)聯(lián)，通過(guò)圖形和設(shè)備的關(guān)聯(lián)能夠有效的對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行讀取，動(dòng)態(tài)直觀的將圖形內(nèi)容顯示出來(lái)。在潮流計(jì)算的過(guò)程中，首先要確定負(fù)荷母線(xiàn)電壓矢量和發(fā)電機(jī)母線(xiàn)電壓矢量之間靈敏度關(guān)系，這里可以根據(jù)相關(guān)的公式理論計(jì)算。

在可視化顯示方面，要在確定基本原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行流程的設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行三角形網(wǎng)的構(gòu)建以及三角形網(wǎng)的優(yōu)化并內(nèi)插等值點(diǎn)，在對(duì)等值點(diǎn)進(jìn)行搜索和追蹤的過(guò)程中進(jìn)行等高線(xiàn)的擬合。

3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

3.1 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中首先進(jìn)行圖形化的編輯，圖形化編輯是這種可視化分析預(yù)警系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能，通過(guò)圖形編輯技術(shù)能夠建立起電網(wǎng)內(nèi)的主接線(xiàn)圖和地理接線(xiàn)圖。其中組合圖元定制、各種線(xiàn)路和目前的專(zhuān)用圖形都可以通過(guò)圖形化編輯功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。

下面介紹主接線(xiàn)圖的實(shí)現(xiàn)過(guò)程：第一，將接線(xiàn)圖分為多個(gè)圖層，按照?qǐng)D層的順序依次為畫(huà)布、圖元以及設(shè)備參數(shù)信息、其中設(shè)備參數(shù)信息在最上層。第二，利用圖形化工作創(chuàng)建一個(gè)畫(huà)布。第三，在用戶(hù)拖放單元的過(guò)程中將畫(huà)布的左上角作為坐標(biāo)零點(diǎn)，在讀取所拖放位置坐標(biāo)的過(guò)程中將像素點(diǎn)作為拖放單位。第四，采用坐標(biāo)位置的方式記錄圖元之間的連線(xiàn)，對(duì)于直線(xiàn)將直線(xiàn)的起點(diǎn)和重點(diǎn)的坐標(biāo)記錄下來(lái)，將折線(xiàn)的起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)以及折點(diǎn)的位置坐標(biāo)都要記錄下來(lái)。第五，在數(shù)據(jù)庫(kù)中將讀取單元的設(shè)備技術(shù)參數(shù)惡化名稱(chēng)等信息記錄下來(lái)，同時(shí)在圖元的上一個(gè)圖層中將這些信息顯示出來(lái)。

然后進(jìn)行設(shè)備的參數(shù)管理，設(shè)備參數(shù)的錄入圖如圖2所示。

從上圖中的電網(wǎng)主界面圖中我們可以看出能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)方面的功能，例如地理接線(xiàn)圖和電壓等高線(xiàn)等。母線(xiàn)電壓通過(guò)電壓等高線(xiàn)來(lái)顯示，其中非母線(xiàn)處的電壓值可以通過(guò)距離加權(quán)的方法進(jìn)行計(jì)算，這樣能夠利用連續(xù)的電壓著色來(lái)替代離散的電壓著色，這樣能夠非常準(zhǔn)確的顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)還能夠?qū)?shù)據(jù)的地理分布情況清晰的表達(dá)出來(lái)。

其中無(wú)功出力及備用監(jiān)視主要采用以下的實(shí)現(xiàn)過(guò)程：首先繪制主接線(xiàn)圖、其次對(duì)無(wú)功備用信息進(jìn)行計(jì)算。再次，利用圖形的旋轉(zhuǎn)功能將接線(xiàn)圖轉(zhuǎn)到斜向俯視的角度。最后以無(wú)功和備用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行藍(lán)色備用的繪制以及紅色無(wú)功出力柱狀圖的繪制。

3.2 系統(tǒng)的測(cè)試

在系統(tǒng)測(cè)試的過(guò)程中首先要確定要測(cè)試的項(xiàng)目，應(yīng)當(dāng)以系統(tǒng)的需求和設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)對(duì)電網(wǎng)可視化分析系統(tǒng)的可視化功能進(jìn)行測(cè)試，對(duì)等高線(xiàn)計(jì)算算法進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)還應(yīng)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)預(yù)警機(jī)制的有效性進(jìn)行測(cè)試。在系統(tǒng)測(cè)試的過(guò)程中采用下面的服務(wù)器環(huán)境。

然后合理的確定測(cè)試內(nèi)容，其中測(cè)試內(nèi)容包含18個(gè)方面。例如，測(cè)試服務(wù)器的安裝，在確定服務(wù)端軟件安裝、配置數(shù)據(jù)庫(kù)、啟動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)和初始數(shù)據(jù)導(dǎo)入的基礎(chǔ)上期待輸出完成數(shù)據(jù)庫(kù)的導(dǎo)入以及服務(wù)端成功的啟動(dòng)。圖形化編輯工具測(cè)試方面，在確定坐標(biāo)部件、表格部件、文本、位圖等的基礎(chǔ)上期待繪制成功的數(shù)據(jù)結(jié)果;在打開(kāi)與保存、刪除位圖、參數(shù)設(shè)置等測(cè)試方面期待成功的輸出結(jié)果。在測(cè)試的過(guò)程中盡管出現(xiàn)了一些BUG，但是設(shè)計(jì)人員在對(duì)這些BUG進(jìn)行分析的過(guò)程中逐漸的彌補(bǔ)的這些系統(tǒng)的缺陷，系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

本文中的電網(wǎng)調(diào)度可視化預(yù)警系統(tǒng)能夠有效的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，在根據(jù)可視化預(yù)警分析算法建立自動(dòng)預(yù)警模型的基礎(chǔ)上對(duì)電網(wǎng)可視化分析預(yù)警系統(tǒng)自主的運(yùn)行，本文中的電網(wǎng)調(diào)度可視化預(yù)警系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)的多維度分析，在電網(wǎng)運(yùn)行預(yù)警分析額輔助決策上可以應(yīng)用到整個(gè)電網(wǎng)，使用動(dòng)態(tài)分析預(yù)警替代了原有的EMS系統(tǒng)靜態(tài)分析監(jiān)測(cè)，這種系統(tǒng)比較重視數(shù)據(jù)的綜合分析和預(yù)警決策。在對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)施的過(guò)程中能夠建立相應(yīng)的電網(wǎng)運(yùn)行預(yù)警機(jī)制。利用該系統(tǒng)的平臺(tái)能夠快速準(zhǔn)確的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠有效的提升電網(wǎng)調(diào)度策略以及挖掘調(diào)度數(shù)據(jù)。同時(shí)這種系統(tǒng)采用了電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分層機(jī)制，在分層的過(guò)程中充分的參考運(yùn)行人員對(duì)數(shù)據(jù)的關(guān)注程度以及調(diào)度監(jiān)控的重要性，這樣能夠提供給運(yùn)行人員必要、可靠和關(guān)鍵的信息。第一層顯示界面可以將系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀態(tài)顯示出來(lái)。第二層顯示界面能夠?qū)⑦\(yùn)行人員關(guān)注的數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示出來(lái)。第三個(gè)界面能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)信息的具體數(shù)值展示出來(lái)，在展示的過(guò)程中能夠充分的利用可視化的圖形界面。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，本文中的電網(wǎng)調(diào)度可視化預(yù)警系統(tǒng)在提升電網(wǎng)調(diào)度可視化分析水平的基礎(chǔ)上改變了原有的傳統(tǒng)分析方法，提高了工作人員的工作效率，后續(xù)還應(yīng)當(dāng)對(duì)電網(wǎng)調(diào)度可視化預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行更加深入的研究。

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