可视化技术在电力调度自动化系统中的应用

潘健龙

广东威泰电力工程有限公司，广东 佛山 528315

0 引言

可视化技术作为当前我国电力系统中自动化技术的重要组成部分，在整个电力自动化系统中占据重要地位[1]。可视化技术在当前的电力调度系统中是必不可少的，能够帮助人们更好地了解自动化技术。为此，需要使人们了解可视化技术在电力调度自动化系统中的重要作用，并在电力调度自动化系统中灵活、科学地使用可视化技术，在不断优化与完善可视化技术的同时，为电力调度系统的实践操作提供良好的指导，给予相关人员更全面、可信的技术理论支持[2]。

1 可视化技术概述

1.1 可视化技术的基本内涵

在时代不断发展、技术不断进步的大背景下，可视化技术作为电力调度系统中的一种新型高新技术，具有较高的先进性，可以在很大程度上实现电力系统的自动化。可视化技术作为一种综合性的高新技术，指的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[3]。其充分利用视觉表征的方式直观地展示繁杂冗多的数据之间的关系，保证人们在观察数据时能够更加清晰地了解数据内容，进而实现良好的传播效果。

可视化技术具有较高的技术含量，其涉及的较关键的技术有信息采集、图像处理及控制等技术[4]。可视化技术可以通过清晰、直观的方式展现数据之间的关系，使电力系统变得更具体。目前，可视化技术得到了较大的发展，日渐完善和成熟，在我国很多行业和领域中都得到了重视，为我国的产业发展奠定了良好的基础。

1.2 可视化技术的作业流程

在电力调度系统和其他行业、领域中使用可视化技术时，往往需要经历以下主要流程。

（1）完成基础原始数据的采集与汇总工作之后，进行数据处理，过滤和剔除没有价值的数据、噪声等，并利用可视化技术对不同数据进行统一化处理。

（2）将筛选过滤后的数据映射为以点、线、面为代表的几何元素，或将其映射成三维化或多维化的元素图形。结合映射得到的具体几何元素绘制最终结果图像。

（3）将数据带入反馈环节，将绘制出的最终结果图像直接显示在显示屏中，保证工作人员能够直接、清晰地看到显示屏中的各项数据[5]。

2 在电力调度自动化系统中应用可视化技术的意义

在电力调度自动化系统中应用可视化技术，可以利用可视化技术的相关算法处理各种电力调度系统的数据、属性等，将其转化成图片、图像，进而保证人们能够直接地看到相关数据[6]。可视化技术的应用可以最大限度地提高电力调度系统的自动化程度。在电力调度自动化系统中，相关工作人员应科学合理地使用可视化技术，以更加精准、及时地掌握电力调度系统数据，更加准确地掌握系统的状态。当系统发生问题时，能够第一时间发现问题，将事故的不良影响降至最低，避免错过最佳解决时机，造成损失。

此外，可视化技术还可以结合计算机等技术更快、更准确地处理电力数据，利用图形与图像相结合的方法，将数据信息进行简单化处理之后直观地展现在人们面前，帮助工作人员充分理解电力数据，及时找到电力调度系统运行中的问题，并及时采取措施，确保电力系统的顺利、高效运行。

由此可见，可视化技术在电力调度自动化系统中的全方位应用，能够最大限度地确保电力系统的高效工作，在为工作人员提供参考数据的同时，提升电力系统的自动化程度。研究可视化技术在电力调度自动化系统中的应用具有重要意义。

3 电力调度自动化系统中可视化技术的研究现状

从20世纪90年代开始，电力系统发生了很大的变化，无论是技术、系统的升级，还是系统内部结构发展趋势的更新，都呈现出了明显的市场化趋势，这也导致电力系统的内部结构和相关数据越来越复杂。如今，通过应用可视化技术，电力工作人员能够更为直观且清楚地了解电力系统的实际运行情况，实现电力系统运行过程中的精准控制与科学调度。

3.1 欧美等发达国家的研究现状

为了保障可视化技术在电力系统中的应用效果，欧美等发达国家在可视化技术的研究中投入了较多的精力与资源，利用专业的计算方法对采集的电压、电价等数据信息进行筛选和过滤处理，再利用显示器与计算机技术将处理后的数据信息以图形、图像的形式显示，确保工作人员最后看到的数据是最直观、最简单的数据信息。例如，英国伦敦的电力公司为减少投资，仅在对供电可靠性指标影响较大的伦敦郊区辐射性线路上建设了可视化系统，系统覆盖伦敦郊区的所有中压辐射性线路（共861条），惠及约180万用户。

3.2 我国的研究现状

随着可视化技术的进步和电力系统规模的扩大，国内的相关研究人员也加大了对各个领域中可视化技术的研发力度。经过多次尝试之后，研究人员将多种专业的软件与可视化技术结合起来，能够保证现阶段的电力系统中形成生动、形象的三维立体图形，在人与机器的相互融合中保证相关工作人员在最短的时间内掌握电力系统中的各项数据信息。2019年，我国的国网上海虚拟电厂系统投入试运行；同年12月5日，国网上海市电力公司组织开展“迎峰度冬需求响应暨虚拟电厂运营项目”试点工作，共226位客户、8.7×104kW的负荷资源直接参与大电网调度，从而推动城市用能向更高效、经济的方向发展。

结合计算机技术和其他先进的科学技术，工作人员可以充分利用电力信息数据资源，从而促进我国电力调度系统自动化水平的提升。电力调度系统示意图如图1所示。

图1 电力调度系统示意图

4 可视化技术在电力调度自动化系统中的具体应用

4.1 颜色映射法

在新时期，我国的电力事业逐渐朝着效率化、自动化的方向发展。在此过程中，使用率较高的可视化方法是颜色映射法。此方法是使用不同的颜色直观地展示电力数据信息场中的数据大小。颜色映射法利用颜色和电力数据的相互衔接，保证二者之间存在完整的映射关系，确保不同的数据能够映射成不同的颜色。

当使用颜色映射法绘制可视化图像时，可以结合数据场中的数据确定点，或者直接根据数据颜色反映数据的类型、大小、数据之间的关系等。待处理的数据信息为网格数据时，可以利用插值法将点数据转化为面数据。在使用可视化技术时，模块的绘制往往不会对网格数据产生影响。可以利用计算机自带的硬件和计算功能，通过插值计算方法确定颜色的RGB基色值，进而在一定程度上提升绘制速度[7]。

但是，因为大多数颜色映射模块都使用非线性映射法，通过插值计算确定颜色的RGB基色值时，需要插值计算非线性数据，很容易出现数据错误、误差大等问题，导致颜色出现偏差。因此，在颜色映射法的实际使用中，工作人员应利用颜色表反映数据与颜色之间的映射关系，以避免产生插值误差，从而保证可视化系统能够直观、准确地反映信息数据。

4.2 二维可视化技术

（1）动态潮流。在电力调度自动化系统中使用二维可视化技术时，要注重动态潮流功能的使用。动态潮流是将系统各个电力线路的流动以放线型三角形的形式展示，三角形的方向应与系统潮流的方向相同，大小也要与负荷大小相同。若是三角形的大小不一致，潮流流动的速度与负荷将会产生大小不一的变动[8]。在实际绘制过程中，因为三角形自身的流动并不涉及方向，电力调度系统在绘制动态潮流图时，往往需要将一条较完整的折线分为若干个小线段进行展示，并需要对这些小线段进行规划和处理，确保每一条小线段都具备自身的独立性与互相的联系性。可以通过控制具体的流动步长控制三角形的速度，三角形的步长逐渐变大时，其流速也较快。在此过程中，系统工作人员要选择合适的动画绘制软件，结合当前数据的大小控制三角形的大小及流速，明确三角形的具体颜色。参考线段的长度、三角形的流动步长，确认三角形的数量及具体位置，在明确所有因素之后，完成三角形的绘制。

（2）反时限曲线。在电力调度系统的二维可视化中，反时限曲线可视化功能主要是指在反时限监视电力变压器时，运用反时限曲线直观地显示变压器的负载率等数据及其变化情况。在电力调度自动化系统中，变压器具备瞬时过载的功能，根据我国相关规定，此功能需要与过载时的反时限曲线吻合。相关人员需要在电力系统内部进行比对、分析，界定主变压器（主变）反时限曲线和主变的实际情况，并对具体时间进行动态化的计算，然后利用主变过载能力对电力系统进行全方位的调度，确保电网能够安全地运行。利用系统中展示的主变过载曲线，工作人员可以掌握主变的实际荷载情况，了解主变负载与负载时间之间的联系。

4.3 三维可视化技术

二维可视化技术虽然可以在各种平面中使用，对电力系统中的复杂数据进行简单化处理并使其直观地展示在人们眼前，帮助人们作出正确决策[9]。但是二维平面的可视化图形和图像缺少立体化的效果，工作人员只能了解局部电力系统的运行情况。

对此，可以利用三维可视化技术，通过单棒图的方式，将电力系统中的电容器、变压器的无功备用情况以及安全分析结果等直观、立体地展示在工作人员眼前。其中，在电容器的无功备用单棒图中，各个厂站内部的无功设备有且只有一个单棒图与之对应，可以利用总高度与实际高度来表示设备的实际情况。

5 结论

总之，可视化技术在我国电力调度自动化系统中的应用有重要意义，可以提升我国电力系统的自动化程度。应用可视化技术，工作人员能够直接看到电力数据信息，可以通过图像、图表的形式清晰地展示电力系统中的各项数据，进而帮助工作人员更好地完成电力调度工作。除此之外，工作人员要正确认识可视化技术的使用优势，结合电力调度自动化的实际情况，提升电力调度工作效率，灵活使用二维可视化、三维可视化等技术，在提升工作质量的同时，为我国电力系统的发展奠定良好基础。