電力運(yùn)行狀態(tài)可視化技術(shù)研究

李寒兵

摘要：在電力規(guī)模不斷擴(kuò)大的趨勢下，電力運(yùn)行系統(tǒng)的實(shí)時(shí)動態(tài)可視化技術(shù)應(yīng)用成為時(shí)代必然，它以直觀、形象而生動的圖形立體地呈現(xiàn)和展示電力運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，幫助電力調(diào)度工作人員快速準(zhǔn)確地獲悉電力運(yùn)行的實(shí)時(shí)變化狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對電力運(yùn)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、同步測量、監(jiān)管和分析，減少電力運(yùn)行系統(tǒng)的事故，增強(qiáng)電力運(yùn)行系統(tǒng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性?；诖?，本文主要對電力運(yùn)行狀態(tài)可視化技術(shù)進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);電力運(yùn)行狀態(tài);可視化技術(shù)

1、前言

隨著國家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，為滿足對社會電力的供應(yīng)，配電網(wǎng)的規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，配電網(wǎng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)量比以前有了巨大的增加。在如此龐大的數(shù)據(jù)量下，調(diào)度人員有可能會遺漏重要的數(shù)據(jù)而導(dǎo)致出錯(cuò)。為了能夠?qū)⑴潆娋W(wǎng)中復(fù)雜的數(shù)據(jù)，直觀的以圖片形式表示出來，提高電網(wǎng)運(yùn)行人員決定的準(zhǔn)確性，幫助電網(wǎng)運(yùn)行人員迅速找出關(guān)鍵運(yùn)行指標(biāo)，配電網(wǎng)參數(shù)運(yùn)行可視化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2、電力運(yùn)行狀態(tài)中的實(shí)時(shí)動態(tài)可視化技術(shù)分析

（1）SVG可視化技術(shù)。也即可伸縮矢量圖像，它主要用于對電力運(yùn)行狀態(tài)模型圖形的描述，以可擴(kuò)展標(biāo)記語言進(jìn)行圖形的描述和表達(dá)，并主要是采用矢量化圖形表達(dá)的方式，具有良好的開放性、可擴(kuò)展性的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電力運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)體系之中，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的有效監(jiān)控。借助于SVG可視化技術(shù)減少失真現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的有效傳輸。同時(shí)，運(yùn)用SVG可視化技術(shù)可以描述電力運(yùn)行系統(tǒng)中的三相變壓器的圖元構(gòu)成。

（2）OpenGL可視化技術(shù)。這是一種廣泛應(yīng)用于電力運(yùn)行系統(tǒng)中的三維可視化技術(shù)，包括OpenGL、VRML、Direct3D、Java3D等技術(shù)，具有良好的透視效果、光照效果和紋理貼圖功能，并且能夠生成動畫效果，幫助電力運(yùn)行調(diào)度工作人員快速準(zhǔn)確地把握電力運(yùn)行狀態(tài)，電力運(yùn)行工作人員可以運(yùn)用OpenGL可視化技術(shù)的平移、縮放、旋轉(zhuǎn)等操作方式，實(shí)時(shí)動態(tài)地了解電力運(yùn)行狀態(tài)信息。

（3）快速動態(tài)可視化技術(shù)。這是一種可以快速有效地應(yīng)用于電力運(yùn)行系統(tǒng)的可視化技術(shù)，能夠使電力運(yùn)行調(diào)度工作人員實(shí)時(shí)了解和掌握電力運(yùn)行系統(tǒng)中的異常故障，快速準(zhǔn)確地找尋到電力運(yùn)行系統(tǒng)中的故障部位及原因，實(shí)現(xiàn)對電力運(yùn)行故障的高效解決和處理。

（4）實(shí)時(shí)內(nèi)存

數(shù)據(jù)庫技術(shù)。原有的電力運(yùn)行系統(tǒng)中的磁盤數(shù)據(jù)庫難以滿足電力運(yùn)行發(fā)展的需求，由于磁盤數(shù)據(jù)庫無法實(shí)現(xiàn)對大量電力運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、分析和處理，顯示出實(shí)際應(yīng)用的遲滯性。為此，要將實(shí)時(shí)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫技術(shù)引入到電力運(yùn)行系統(tǒng)之中，通過將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫之中，利用PMU的高效率、大數(shù)據(jù)量的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)對電力運(yùn)行狀態(tài)信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、高效訪問，較好地提升電力運(yùn)行系統(tǒng)的在線分析能力和可視化效率。

3、實(shí)例設(shè)計(jì)

采用某縣的城區(qū)配電網(wǎng)線路、配電變壓器以及電力用戶負(fù)荷數(shù)據(jù).為配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)計(jì)可視化方案。配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)來自調(diào)度的SCADA（supen，isorycontml蚰ddataacquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）、負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng);生產(chǎn)/運(yùn)檢的PMS（productionmanagemenlsysfem，生產(chǎn)管理系統(tǒng)）、中壓GIS;營銷的用電信息采集、低壓GIS和95598客服系統(tǒng)。將各系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合.可以實(shí)現(xiàn)從高壓變壓器到電網(wǎng)主干線路、支線、配電變壓器.一直到終端電力用戶的配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)全景監(jiān)控。因此，根據(jù)實(shí)際需求，配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可視化方案需按照“以系統(tǒng)明細(xì)數(shù)據(jù)為信息來源，通過關(guān)聯(lián)查詢及有效信息診斷，明確并向干系人傳遞信息”的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，思路的框架如圖1所示。

按照方案設(shè)計(jì)思路.可視化設(shè)計(jì)需要滿足對配電網(wǎng)全景監(jiān)測的需求，同時(shí)能夠進(jìn)行故障診斷和明細(xì)查詢。在診斷信息確定后，進(jìn)行信息傳遞，將配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)及設(shè)備故障信息傳遞給終端用戶、客服人員和檢修人員。在數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控過程中，在“故障診斷”階段需要對大量信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和關(guān)聯(lián)查詢，即將來源于不同信息系統(tǒng)（主要包括用電信息采集系統(tǒng)、PMS、調(diào)度SCADA）的檢修文本記錄及結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一主鍵進(jìn)行關(guān)聯(lián)匹配，以綜合各信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)及內(nèi)置故障規(guī)則或參數(shù)，診斷出故障所在，并提取相應(yīng)明細(xì)數(shù)據(jù)：需要通過不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)融合完成在線可視化監(jiān)測。

為滿足可視化方案需求，后臺數(shù)據(jù)需要先梳理字段格式、類型及數(shù)據(jù)來源，對調(diào)度系統(tǒng)、PMS和中壓GIS、用電信息采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行溯源和接入策略、數(shù)據(jù)更新策略確定.將城區(qū)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)、用戶負(fù)荷數(shù)據(jù)、運(yùn)檢調(diào)度數(shù)據(jù)及配電變壓器數(shù)據(jù)以設(shè)備編碼、用戶編碼等主鍵匹配為可交互查詢的融合數(shù)據(jù).奠定明細(xì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以支撐可視化在線監(jiān)測方案設(shè)計(jì)。

將融合數(shù)據(jù)作為后臺明細(xì)支撐，總結(jié)可視化需求.實(shí)現(xiàn)全景檢測;并了解數(shù)據(jù)體量，在明確數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和需求的基礎(chǔ)上，按照數(shù)據(jù)可視化的設(shè)計(jì)原則和展示形式設(shè)計(jì)可視化方案。經(jīng)過調(diào)研，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)卮嬖谝韵虑闆r：對一條線路或一個(gè)配電變壓器進(jìn)行計(jì)劃檢修。電力公司不能準(zhǔn)確知道將會影響哪些用戶.也不能通過短信等便捷方式及時(shí)通知用戶：電網(wǎng)故障停電反應(yīng)速度慢、成本高：如果一臺配電變壓器因雷擊出現(xiàn)故障停止運(yùn)行，最先做出反應(yīng)的是受影響的用戶，用戶撥打95598客服電話，電力公司才能得知停電情況，但仍然不知道故障點(diǎn)和原因，為了能盡快恢復(fù)供電，會同時(shí)出動幾輛檢修車，帶著不同的檢修設(shè)備（備用變壓器、各式開關(guān)、斷路器等）趕赴現(xiàn)場進(jìn)行排查，耗時(shí)費(fèi)力。

為滿足用戶需求，同時(shí)使系統(tǒng)達(dá)到可用和易用的效果，滿足增強(qiáng)用戶控制感、減少信息量、整合關(guān)注點(diǎn)的設(shè)計(jì)原則，采用地圖作為數(shù)據(jù)標(biāo)識載體，按照電網(wǎng)線路鋪著路徑，以實(shí)現(xiàn)對故障點(diǎn)的觀測.電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)全景監(jiān)控可視化設(shè)計(jì)效果如圖3所示。

為監(jiān)測電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，首先，應(yīng)用增強(qiáng)用戶控制感的設(shè)計(jì)原則.選擇電網(wǎng)線路關(guān)鍵階段的負(fù)荷數(shù)據(jù)為監(jiān)測對象，按照業(yè)務(wù)規(guī)則、調(diào)研工作人員對各配電設(shè)備標(biāo)識的識別習(xí)慣.設(shè)計(jì)桿塔、專用變壓器、公共變壓器、用戶等圖標(biāo)，根據(jù)實(shí)際線路標(biāo)識在地圖上，使工作人員在監(jiān)測時(shí)，能潛意識地識別出沿線設(shè)備類別.并增強(qiáng)用戶控制感。

其次，應(yīng)用減少信息量的設(shè)計(jì)原則，接人配電設(shè)備數(shù)據(jù)，結(jié)合人腦對顏色和警戒常識的認(rèn)知，使用綠、藍(lán)、黃、紅燈顏色標(biāo)識配電設(shè)備的實(shí)時(shí)負(fù)荷，在工作人員進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，可以第一時(shí)間關(guān)注紅色警戒.同時(shí)識別配電設(shè)備的類型和地理位置。界面需要設(shè)計(jì)為動態(tài)效果，滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測的需要，同時(shí)還需要診斷故障原因，因此，需要可視化界面實(shí)現(xiàn)對明細(xì)數(shù)據(jù)的查詢的觀測，即將數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)反映在界面的調(diào)轉(zhuǎn)上。

最后，應(yīng)用整合關(guān)注點(diǎn)的設(shè)計(jì)原則，面對多樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和明細(xì)數(shù)據(jù)種類所反映的多種故障原因.數(shù)據(jù)可視化界面設(shè)計(jì)時(shí)采用智能功能表盤的形式，進(jìn)行各種可能故障原因下的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)調(diào)轉(zhuǎn)，使工作人員能快速查詢并診斷故障原因。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，夏季由于雷電等原因造成某條線路突發(fā)故障，造成大范圍用戶停電。全景監(jiān)控工作人員通過可視化界面。完成了對故障點(diǎn)的快速確定，并根據(jù)負(fù)荷數(shù)據(jù)診斷出故障原因（大曲線X01開關(guān)損壞），將智能功能表盤列出的詳細(xì)故障信息發(fā)送給檢修人員，使其攜帶必要的維修工具趕赴現(xiàn)場，并將這些信息及時(shí)通知給95598客服人員.并發(fā)送短信通知受影響的用戶。

4、結(jié)語

該數(shù)據(jù)可視化方案的實(shí)施直接提升了工作人員的監(jiān)測效率，降低了檢修人員的工作難度，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)價(jià)值和需求信息的提取，并從用戶體驗(yàn)的角度降低了對監(jiān)測人員的要求，提升了客服響應(yīng)速度。設(shè)計(jì)方案基于設(shè)計(jì)心理學(xué)和交互設(shè)計(jì)的理論內(nèi)涵，按照需求分析選擇數(shù)據(jù)提取辦法。按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和所需信息焦點(diǎn)選擇數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式，實(shí)踐了增強(qiáng)用戶控制感、減少信息量、整合關(guān)注點(diǎn)的設(shè)計(jì)原則.具有可拓展性和普適性，能夠?yàn)槠渌麛?shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)方案提供借鑒和案例參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]張莉莎.基于SVG/OpenGL的電力系統(tǒng)可視化技術(shù)及其應(yīng)用[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2011.

[2]孫建偉.基于SVG技術(shù)和CIM模型的電力系統(tǒng)可視化研究[D].天津：天津大學(xué)，2010.