电网实时监控可视化技术研究与分析_赵林

第38卷第2期 2014年2月电网技术 Power System Technology Vol. 38 No. 2 Feb. 2014

文章编号：1000-3673（2014）02-0538-06 中图分类号：TM 734 文献标志码：A 学科代码：470·4054

电网实时监控可视化技术研究与分析

赵林，王丽丽，刘艳，孙湃，张亮

（国网电力科学研究院，北京市海淀区 100192）

Research and Analysis on Visualization Technology for Power Grid Real-Time Monitoring

ZHAO Lin, WANG Lili, LIU Yan, SUN Pai, ZHANG Liang

(State Grid Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China)

ABSTRACT: To make full use of intelligent and visualization technology to process massive data generated in large-scale power grid rapidly and effectively, the visualization approach for power grid dispatching automation system to carry out real-time monitoring of main types of data is discussed, and a set of complete visualization solution scheme for power grid real-time monitoring is proposed. Following components are included in the proposed solution: the geographic map of power flow realized by 3-dimensional virtual reality technology and the power flow chart of the whole grid realized by splicing technology; the visualization of maintenance schedule based on the thinking of Gantt chart; load curves in power grid based on the thinking of K-line; the visualization of synthetic alarm realized by full 3-dimensional graphics; the visualization of data related to low-frequency oscillation occurred in power grid realized by full 3-dimensional graphics. The proposed solution scheme has been put into use in provincial and above dispatching and control centers and it operates steadily and reliably. The proposed solution scheme provides dispatchers more visual and intuitionistic manner and can find abnormal conditions in time during power grid operation and provide convenience for effective control and auxiliary decision-making.

KEY WORDS: visualization; load flow map; alarm; intelligent dispatching; power system

摘要：为充分利用智能化、可视化技术快速有效地处理大规模电网所产生的海量数据，论述了电网调度自动化系统实时监控各主要类型数据的可视化方法，提出一套完整的电网实时监控可视化解决方案，包括：三维虚拟现实技术实现的地理潮流图，采用拼接技术实现的全网电气潮流图；基于甘特图思想的检修计划可视化；基于K线思想的电网负荷曲线；全三维图形技术实现的综合告警可视化；全三维图形技术实现的电网低频振荡过程相关数据可视化。该套方案已在省级以上调控中心稳定、可靠运行，为调控人员提供了更加形象、直观的可视化手段，对及时发现系统运行中的异常并进行有效的控制和辅助决策提供了方便。

关键词：可视化；潮流图；告警；智能调度；电力系统

DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2014.02.041

0 引言

我国电网已进入大电网、特高压、远距离、交直流并联输电的发展阶段，调度人员所面对的数据量越来越多，调度人员借助具有高级可视化功能的能量管理系统(energy management system，EMS)能够从海量数据中获得有价值的关键信息，及时洞察已存在的异常和潜在的事故隐患，减少反应时间，从而更好地监视控制大电网[1-3]。

电网调度自动化系统实时监控可视化技术经过多年的发展，目前已取得一些研究成果：实现了灵活布局的人机交互平台，基于地理背景的动态潮流图、电压等高线等功能[4]；实现了电网运行信息从静态、二维平面、孤立数据的展示方式到动态、但尚未三维立体、连续图形的展示方式的转变[5-9]。从数据类型的角度对可视化方法进行系统的分析总结，并采用相应的对策进行处理。本文依据多年的可视化研发经验，系统论述了电网调度自动化系统实时监控各主要类型数据的可视化方法，形成一套较完整的电网实时监控可视化解决方案。

本文设计并实现的电网实时监控可视化遵循以下几点设计思路：1）对主要调度类型的数据进行了分类，并针对主要类型的数据采用适当的图形化表达方法。2）对报警、预警这些关键性的异常信息设计特殊方式进行突出展现，与报警、预警信息相关的能够辅助调度人员做出决策的数据进行联合展示。3）最后提供一些分析工具用于观察数据的趋势变化。

1 主要类型数据的可视化方法

1.1 电网实时数据的分类

可视化是利用计算机图形学和图像处理技术，

将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。可视化工作离不

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开数据，调度自动化系统实时监控功能的可视化也是如此。因此，在设计监控系统可视化功能时，首先要分析清楚电网实时监控中所需的主要类型的数据。本文设计并实现的电网实时监控可视化主要关注了以下类型数据：

1）电网模型数据。指发电厂、变电站、线路等电器元件的设备信息及拓扑信息等。

2）遥信、遥测数据。遥信是开关、刀闸、保护等的状态信息。遥测是有功、无功、电压、电流等各种电气量信息。

3）计算点。狭义的计算点可认为是由基础的遥测数据经过一些数学计算公式处理后得到的结果，如负荷总加、各种设备的负载率等，广义的计算点还可以包括各类应用经过复杂计算后得到的分析统计结果，如状态估计合格率、稳定裕度、有害开断的个数等。

4）告警、预警信息。即关于电力系统运行的行为和状态异常的信息，包括电力设备状态变化、模拟量越限、特别的操作员操作、监视系统中的非正常运行状态等。

从时间上讲以上数据都有其过去时、现在时，有些数据还存在将来时。从空间上讲以上数据都有其发生的地理位置。为实现电网实时监控的可视化，首先要实现适合以上类型数据的图形化表达手段。 1.2 数据的图形化表达手段 1.2.1 电网模型数据图形化

我们所熟知的潮流图是一种主要的电网模型的图形化表达方法，在可视化作为一个概念引入到调度自动化领域后，潮流图

[10-11]

和三维立体俯视显示。地理潮流图在利用三维俯视图显示后如果将地理背景三维化，并对电网中的各种设备用建立三维模型并进行显示，即利用三维虚拟现实技术实现的地理潮流图。这种潮流图展示效果更加逼真并能与调度自动化系统的实时数据有效结合，展示电网设备的实时运行状态，使调度、监控人员既可了解电力系统实时状态也可了解电力设备构造等其他方面知识，可作为调控人员的辅助监控手段。图3为三维潮流图的全景图。图4所示为三维潮流图的局部放大图。

图3 三维潮流图全局图 Fig. 3 Global 3D flow map

图4 三维潮流图局部放大图 Fig. 4 Part of 3D power flow map

上述潮流图中通常只包括代表厂站的图元和代表线路的直线或折线。而电网模型中的厂站内变压器、发电机、母线等设备无法利用图形很好地展示。如果采用厂站图与潮流图的拼接技术，则可以更好地展示电网模型。

本文采用的基于拼接技术的潮流图实现将潮流图放大到一定的倍数，在厂站之间留有足够大的空间，在此空间内调出简化处理的厂站图代替厂站图元，同时将厂站图中的线路利用连接线与潮流图上原有的线路相连。这样利用足够大的空间可将整个电网模型利用图形化的方法展示。如图5所示，

上边为放大倍数较小时的传统潮流图，下边为放大倍数较大时利用拼接技术实现的潮流图。 1.2.2 遥测、遥信数据可视化

潮流图是电网模型的一种表达方法，它不仅可以形象地表现电网的框架，而且遥信、遥测、计算点和各类应用的计算结果都可找到适当的可视化

手段结合潮流图进行显示。遥信数据在潮流图上可抽象成填充的圆点或矩形，遥测数据的有功、无功和电流可利用流动的箭头表达，电压由于具有连续

的绘制发生了若干

种变化，传统的潮流图可称为电气潮流图，结合地理背景的潮流图称为地理潮流图，如图1、2所示。

潮流图的每一种模式都可进行平面二维显示

图1 传统潮流图

Fig. 1 Traditional power flow map

图2 基于地理背景的潮流图

Fig. 2 Power flow map based on geographical background

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图7 旋转备用突变的显示

Fig. 7

Display of a sudden change of spinning reserve

图5 拼接潮流图

Fig. 5 Power flow map pieced together

图8 网络分析结果

Fig. 8 Network analysis results

分布特征可利用等高线表示，这些基本的可视化手段已在其它文献中有大量论述，本文不详细阐述。

值得注意的是这些量测值结合三维空间俯视图显示时，可利用椎体或者棒图显示数值的大小，这实际上是二维坐标系中显示标量的问题，在二维坐标系中对比标量的大小最常用的方式就是将二维坐标系利用俯视图的方式展示，利用高度显示这些标量。因此利用如下显示方式可以使标量的大小对比清晰可见，如图6所示。

图元显示网络分析结果，从左到右依次为分区遥测合格率雷达图、状态估计计算结果表计显示、安全分析计算结果表计和稳定裕度评估半径雷达图。如图9所示，通过表格式画面展示电网预警信息。如图10所示，采用甘特图展示变压器和线路的检修计划和实施情况。当图元代表的数据发生某种异常需要重点警示用户时，可以在图元上利用闪烁和变色等特效进行突出显示提醒用户注意。

图9 表格画面 Fig. 9 Table picture

图6 量测值在三维空间俯视显示

Fig. 6 The measured values are displayed in the 3D space