可视化技术在电力调度自动化系统中的应用分析

冯 平

(广东电网河源连平供电局，广东 河源 517100)

可视化技术在电力调度自动化系统中的应用分析

冯 平

(广东电网河源连平供电局，广东 河源 517100)

电力系统规模的不断扩大使得电网的调度工作变得越来越重要。目前，南方电网在调度自动化方面已经达到一定水平，但在发生故障时大量信息的瞬间加载仍会使得操作人员操作难度陡然增大。可视化技术是计算机图形学的重要分支，其将大量数据用直观方式展示出来，与电力调度自动化系统结合能为操作人员减少繁重的工作。现阐述了可视化技术的相关概念和实践意义，简要介绍了实现可视化技术的一般方法，并在此基础上详细分析了可视化技术在电力调度自动化系统中的实现。

可视化；电力调度自动化系统；数据信息

0 引言

电力系统中存在着海量的信息，例如状态信息、警报信息和故障信息等，操作人员必须对这些数据进行相应的处理，从大量的数据信息中快速搜索到感兴趣的部分是电力调度自动化系统所需要具备的优势。简洁的工具能够使操作人员及时准确了解故障系统的真实状况，通过简单操作即可判断故障发生地点、严重程度等，便于迅速作出补救措施。基于计算机图形学的可视化技术提供了一种新的数据表示思路，将枯燥的数据转化为图形、图像，表达丰富信息的同时更能够被人们所接受。可视化技术和电力调度自动化系统的结合为电力调度提供了极大便利，也为可视化技术的应用拓展了一个新的方向。国内已在该方面取得了一定的成效，广西电网公司与国外公司合作，在几个应用现场试行了可视化系统，取得了较好的效果。

1 可视化相关概念和意义

可视化技术实际是数据的图示化，该技术利用了人类视觉信息处理的高速度、大容量和并行工作特点。电力系统调度数据的取得是在一定时间或空间范围内，数据分布在一定的数据场之中，常见的有二维数据场和三维数据场等等，分布状况呈现离散特征，帮助人们找出这些离散数据的特征是可视化技术的任务。总体而言，可视化技术具备如下意义：(1) 极大提高数据的利用效率和利用速率，在当今的大数据时代下不会产生数据浪费现象。(2) 使得人机之间的图像交互变得可能，人和人之间的图像通讯可以实现。现今的文字和数字通讯使得隐藏在数据之下的规律更加容易被发现。(3) 操作人员改变了以往的被动接受解算结果的形式，清楚知道计算的整个过程，能够通过改变参数来对计算过程实现引导和控制。(4) 借助于计算机辅助手段实现可视化技术，能够进一步实现分布式环境下的调度协同设计。

2 可视化过程和可视化方法

对于从自然现象到模拟现象的过程，可视化技术需要经过以下几个步骤：(1) 预处理：对于原始现场采集到的数据进行预先处理，变换数据格式，滤除噪声，放大感兴趣的部分等。(2) 映射：将预处理之后的数据按照一定映射关系映射成几何元素，常见几何形式包括点、线、立体图甚至更高维次的特征向量等。(3) 绘图：将几何元素绘制成图。(4) 反馈：展示图像，进行可视化分析。以上4个环节处于周而复始的迭代之中，不同的具体应用场景有着不同的侧重方向，实际操作过程需要进行反复求精。

二维平面数据场、三维空间数据场以及动画可视方法等是科学计算领域的可视化方法，其中颜色映射方法和等值线法主要运用在二维平面数据场中，直接绘制法和信息抽取算法则是三维空间数据场的主要处理手段。

以颜色映射方法为例，不同的颜色表示不同数值的大小，映射关系的两边分别是数据和颜色，利用计算机硬件提供的RGB基色值直接进行插值，能够提高绘图速度。对于颜色映射模型中的非线性映射所带来的误差可以用颜色表的方式来解决，在颜色表和数据之间建立索引，可以避免插值误差。另外的常见处理方法是等值线法，在采用网格序列法生成网格单元矩形时，先逐步计算网格单元和等值线的交点，连接交点得到等值线段，再连接单元内的等值线段，即可构成该网格的等值线。空间插值是可视化等值线法中最主要的过程，常见的空间插值算法有反距离加权法、最小曲率法、多元回归法、径向基本函数法、自然邻点插值法等。

3 可视化技术在电力调度自动化系统中的实现

3.1 二维可视化应用

3.1.1 单变量饼图的应用

电力调度自动化系统中，线路和变压器的负载是很重要的参数，可以用单变量饼图来表示，饼图可以改变的参数有颜色、面积，这2个变量的组合可以直观展示出所要表示的负载的大小，具有简单清晰的特点，同时方便操作人员记忆和分析。相较普通饼图而言，单饼图仅仅只表示某种特定数据的变化走势，并不展示多个数据的比例关系。单饼图的绘制过程需要考虑阈值的设定，合理设置变量的最大值，使得单饼图既能展示出变化，又能充分利用面积和颜色信息，便于理解。具体步骤如下：由最大数值确定饼图的矩形区域；填充背景颜色；由越限与否得出当前单饼图位置区域；由事先设定好的颜色表进行填充；由最大值设定和当前值确定圆形大小和所处位置；由越限与否决定颜色之后绘制扇形。

3.1.2 等值线的应用

电力调度自动化系统中需要表示多个不同的数据，等值线能够恰当表示这些数据。节点电压、线路负载率、变压器负载率等等是等值线表达的对象。网格法是常用的绘制等值线的方法，基本步骤包括离散数据网格化、网格点数值化、等值点计算、等值线追踪、曲线平滑和线图填充等。四边形网格的运用使得该种方法过程复杂，不便于用计算机实现，采用三角形网格也不能彻底解决问题。对比而言，无网格方法具有编程简单、容易实现等优势，没有奇点的确定和等值线的游动，所获得的精度也更高。

3.1.3 动态潮流的应用

电力调度自动化系统经常涉及系统潮流，负荷的大小采用潮流的流动速度和流量来表示，三角形大则流速快。利用可视化技术来实现折线三角形时，需要将折线分割成多段，分别处理。设置流动步长参数来控制三角形流速，步长大则流速快。在定时器中绘制动态帧步骤如下：背景绘制；根据数值确定三角形大小；越限数据决定三角形颜色；数值大小确定步长；根据线段长度和步长绘制三角形数目和方位。

3.2 三维可视化应用

3.2.1 单棒图的应用

电容器的有功功率和无功功率是电力调度自动化系统的重要参量，对于其安全性的分析可以通过单棒图来展示。主棒和对比棒组成了单棒图，分别代表当前数值和理论最大值。根据实际要求不同，对比棒可以选择是否隐藏。越限数值不同，则棒图颜色不同。采用OPENGL技术绘制单棒图时，需要确定当前透视角，然后判断坐标是否被遮挡，确定主棒和对比棒的比例，选择主棒颜色，最后绘制主棒。

3.2.2 图形三维旋转的应用

三维旋转对于操作人员而言可以从多角度进行观察，该技术基于几何变化，将折线和多边形的变换点坐标带入贝塞尔曲线公式，求出新坐标，再进行连接，依次渲染。在变换过程中需要防止变换失准的现象，重新绘制的图形需要考虑操作人员的观察喜好，为操作人员提供多角度的电力图形。

4 结语

电力系统所需处理的庞大信息使得调度自动化系统未来的发展趋势必然是与计算机进行联合。可视化技术有着十分强大的数据分析能力和图形展示能力，目前已广泛运用于各个领域。在电力调度自动化系统中融入可视化技术，采用单棒图、等值线、动态潮流以及图形三维旋转等可视化手段，可以有效提高电力系统调度效率，保证调度自动化系统可靠运行，其进一步的研究方向是3D显示与数据综合。

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[3] 向志红.一体化技术在电力调度自动化系统的应用分析[J].电子制作，2013(12)

[4] 贾书涛，杜珂.关于电力调度自动化主站系统中可视化技术的应用探讨[J].河南科技，2014(10)

2014-09-22

冯平(1984—)，男，广东东源人，电力工程助理工程师，研究方向：电力自动化。