湖南电网调度可视化系统的设计与实现

● 国网湖南省电力有限公司 路建明 邹 鑫 贺鹏程

随着社会经济的发展，交直流混联、特高压远距离输电的大型互联电网已成为电力系统发展的必然趋势，电网规模不断扩大、运行特性日趋复杂，导致电网调度运行呈现出数据海量化、监控画面日益增多的特点。传统的调度监视画面和数据表格已难以满足现时电网调度运行中大量实时信息的浏览及监视需要，传统图形表达方式也已经无法满足值班调度员对电网静态、动态信息的可阅性、提示性和概括性的展示要求。缺少全景展示电网运行关键数据的可视化手段，调度员难以快速判断电网的运行情况。

可视化技术的发展及调度场所大屏幕的广泛配置为调度运行可视化系统的研究及开发提供了可靠基础。本文以可视化系统配置为基础，着重介绍了湖南电网调度可视化系统内容设计及展示手段。

1 电网调度运行特点

电网调度机构负责对电网进行组织、指挥、指导和协调，按照电力系统运行的客观规律和有关规定，保障电力系统安全、稳定、连续、正常运行，并按照“公平、公正、公开”的原则和电力市场规则（即有关合同或协议），维护发、供、用电等各方的合法权益。

值班调度员是电力系统运行、操作和故障处置的指挥者，需要掌握电网所有的运行信息，包括电网频率、厂站母线电压、断面潮流等实时信息，进而保障电网的安全稳定、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动运行。因此需要采用更先进、高效的调度运行管理机制和调度技术支持系统以支撑大型互联电网环境下调度业务的发展要求，满足调度信息化、自动化、互动化要求。如何组合不同的展示画面，如何利用调度场所大屏幕进行展示是本文重点介绍的内容。

2 可视化系统功能设计

湖南电网调度可视化系统是专门针对调度运行各项业务集中可视化而开发的，其实时数据来源于D5000、OMS、雷电管理系统、融冰管理系统等相关系统，通过标准数据库进行数据交换和集成，并以独立数据对象为单位，采用面向对象的设计理念，借助于计算机图形理论和技术，形象生动地展示电网实时运行数据，使调度员更直观地掌控电网实时运行情况。

2.1 系统整体架构

可视化系统以各种基础生产系统为依托，挖掘海量电网运行数据，以标准接口方式利用ESB数据服务总线，通过系统接口层配置的模型/数据/图形适配器接入系统，并对接入系统的数据进行存储、维护、挖掘、整合、管理以及发布，形成关系型数据库及实时库。将数据库中的原始数据按时间流、能量流、业务流、事件流等主线获得再加工，包括数据分析、图形服务、报表服务以及平台管理类服务等。最终将处理好的数据信息在大屏、移动终端、桌面终端上按业务主题用可视化技术展现。

2.2 数据接入、映射及存储

可视化系统运行数据采集方式采用E语言文件、DL476报文解析、IEC60870-102/104等多种方式，模型数据采用CIM模型等符合国网安全规范的标准方式，图形数据采用SVG、G格式的标准格式。系统可根据需要接入实时、准实时、非实时等各类信息，并将这些数据按照一定的规则关联起来，使之可以组成完备的业务信息链。对于来自D5000的数据信息，以E文件的方式采集。对于从其它系统采集的数据，采用 JMS、WebService、FTP、HTTP、SQL等方式得到，并提供给各个应用服务使用。来自不同系统的同设备数据的唯一性通过统一资源标识符（URI）明确。对于基础数据系统私有的数据模型，将其转换为IEC 61970 CIM模型，可直接导出CIM/XML模型文件，供第三方使用。

为了充分保证数据的实时性，可视化系统采用了TrendDB实时数据库来对变化频率非常高的数据进行存储。TrendDB实时数据库是专门为有效处理和存储实时数据而设计的数据管理平台，可对具有时间序列特性的实时数据提供海量存储和快速访问，数据规模扩展自如，可准确、一致地在线存储系统运行数据。

3 电网调度运行的关键数据

调度可视化系统主要供调度员日常值班使用，具体可分为正常运行值班和事故处理两部分模块。根据当前湖南电网调度运行的特点，总结出调度可视化系统核心数据主要包含电网概况、电网实时运行情况、电网安全分析、特高压协同监控等内容，也可分为日前、实时和预警数据等。

4 电网调度运行的数据展示

可视化系统建设于安全Ⅲ区，基础数据系统中D5000处于安全I/Ⅱ区，其他数据系统如：省公司数据中心、山火预警系统、GIS系统等基本都处于Ⅲ/Ⅳ区。可视化系统对处于Ⅲ/Ⅳ区系统的数据集成比较方便，但由于D5000系统处于安全I/Ⅱ区,无法直接获取数据。为了不影响生产控制Ⅰ区的数据安全性，通过在Ⅲ区部署一套D5000平台的镜像数据库来获取D5000系统的运行数据，如图1所示。

图1 调度可视化系统数据获取图

针对调度运行关键数据，主要采用曲线、动态表格、动态柱状图、全景潮流图等可视化方式进行展示，满足调度员对电网调度运行展示和日常监控的需求，实现对电网运行及安全情况的监视。

4.1 全景潮流图可视化

全景潮流图基于全网地理接线图进行设计，将湖南电网按实际位置分布划分为长株潭、衡郴永、娄邵、怀吉、常益张及岳阳共六大区域电网，重点突出500kV主网架结构及区域间重要220kV联络输电通道，并对重要供电区如洞庭湖区供电区、艾家冲供电区等按实际地理位置突出显示其对外联络通道潮流情况等实时运行信息。

同时，通过全景潮流图实时展示全网停运及检修设备信息、电厂出力、线路潮流信息、主变负载信息、全网电压信息等。如线路停运，则在潮流图上将线路置为虚线；若变电站内有母线检修，则将变电站边框置为黄色，使调度员对电网运行情况“一目了然”。

4.2 实时运行可视化

对于全网日负荷、特高压直流线路功率、省间交流联络线功率、分中心直调发电厂出力和风电出力等采用曲线形式进行展示，便于调度员日常监视，也利于各级领导快速了解电网运行整体情况。

可视化动态柱状图在电力系统可视化界面中被广泛使用，尤其在装机容量结构、地区负荷等展示方面具有先天优势。湖南调度可视化系统采用动态柱状图展示湖南电网电源结构组成，包括水、火、风、光、抽蓄、综合及生物质等统调装机容量、实时出力，采用电池形状柱状图展示各类电源的发电比例，进行展现不同季节湖南电网的运行特性。

动态表格具有显示信息较多、可自动排序等优势，湖南调度可视化系统采用动态表格展示统调水、火电开机、发电情况，包括所有水、火电机组的运行、停运、检修状态，并对湖南电网统调水、火电等情况进行统计，展示当前各类容量机组的总台数、开机台数、检修台数等信息，并计算当前系统水、火电的上、下限备用及电网当前最大可调出力、最小可调出力等。

通过实时曲线、动态柱状图及动态表格等可视化手段，组合成一个动态的实时运行可视化界面，有助于调度员对电网运行关键信息的实时监视。

4.3 实时分析可视化

利用动态柱状图展示超过稳定限额90%的重要断面稳定限额、断面实时值。同时，采用动态表格展示湖南电网所有调度管辖监视变电站任一组220kV及以上母线电压值、日波动幅值等信息。根据断面负载率、电压幅值、日电压波动相对值进行自动排序，形成一个动态的实时分析可视化界面，便于调度员对电网运行薄弱环节进行监视及调整。

4.4 预测预警可视化

通过对电网在线安全分析进行可视化展示，提高电网的智能调度水平，在线安全可视化分析指标有暂态稳定分析、静态安全分析、静态电压告警、小干扰告警、短路电流越限及稳定裕度评估等，通过在线计算模块将分析结果及辅助决策展示给调度员，以提示调度员进行相应的调节与控制。

5 结束语

电网调度的特点决定了调度员需要掌握电网运行中的众多数据，本文对当前调度值班需要掌控的电网运行关键数据进行挖掘、提炼和总结，采用全景潮流图、动态状状图、动态表格及实时曲线等形式开发了电网调度可视化系统，将电网运行关键信息全景化呈现给调度员，提升了调度人员的工作效率，有利于调度人员及时发现和处理电网运行隐患，更好地掌控电网运行情况。随着特高压直流的接入，电网运行特性日趋复杂，如何采用可视化手段对电网运行关键数据进行深入分析，为调度员提供更多电网运行决策，需要在调度可视化系统后续设计中多加关注。