电力运行状态可视化技术研究

李寒兵

摘要：在电力规模不断扩大的趋势下，电力运行系统的实时动态可视化技术应用成为时代必然，它以直观、形象而生动的图形立体地呈现和展示电力运行状态数据，帮助电力调度工作人员快速准确地获悉电力运行的实时变化状态，实现对电力运行系统的数据采集、同步测量、监管和分析，减少电力运行系统的事故，增强电力运行系统的安全性、可靠性、经济性。基于此，本文主要对电力运行状态可视化技术进行分析探讨。

关键词：配电网;电力运行状态;可视化技术

1、前言

随着国家经济的不断发展，为满足对社会电力的供应，配电网的规模越来越大，结构也越来越复杂，配电网运行的数据量比以前有了巨大的增加。在如此庞大的数据量下，调度人员有可能会遗漏重要的数据而导致出错。为了能够将配电网中复杂的数据，直观的以图片形式表示出来，提高电网运行人员决定的准确性，帮助电网运行人员迅速找出关键运行指标，配电网参数运行可视化技术应运而生。

2、电力运行状态中的实时动态可视化技术分析

（1）SVG可视化技术。也即可伸缩矢量图像，它主要用于对电力运行状态模型图形的描述，以可扩展标记语言进行图形的描述和表达，并主要是采用矢量化图形表达的方式，具有良好的开放性、可扩展性的特点，广泛应用于电力运行网络体系之中，实现对网络的有效监控。借助于SVG可视化技术减少失真现象，实现数据在网络中的有效传输。同时，运用SVG可视化技术可以描述电力运行系统中的三相变压器的图元构成。

（2）OpenGL可视化技术。这是一种广泛应用于电力运行系统中的三维可视化技术，包括OpenGL、VRML、Direct3D、Java3D等技术，具有良好的透视效果、光照效果和纹理贴图功能，并且能够生成动画效果，帮助电力运行调度工作人员快速准确地把握电力运行状态，电力运行工作人员可以运用OpenGL可视化技术的平移、缩放、旋转等操作方式，实时动态地了解电力运行状态信息。

（3）快速动态可视化技术。这是一种可以快速有效地应用于电力运行系统的可视化技术，能够使电力运行调度工作人员实时了解和掌握电力运行系统中的异常故障，快速准确地找寻到电力运行系统中的故障部位及原因，实现对电力运行故障的高效解决和处理。

（4）实时内存

数据库技术。原有的电力运行系统中的磁盘数据库难以满足电力运行发展的需求，由于磁盘数据库无法实现对大量电力运行数据的实时采集、分析和处理，显示出实际应用的迟滞性。为此，要将实时内存数据库技术引入到电力运行系统之中，通过将实时数据存储在数据库之中，利用PMU的高效率、大数据量的优势，实现对电力运行状态信息数据的实时、高效访问，较好地提升电力运行系统的在线分析能力和可视化效率。

3、实例设计

采用某县的城区配电网线路、配电变压器以及电力用户负荷数据.为配电网运行状态的实时监测设计可视化方案。配电网运行状态监测数据来自调度的SCADA（supen，isorycontml蚰ddataacquisition，数据采集与监视控制系统）、负荷预测系统;生产/运检的PMS（productionmanagemenlsysfem，生产管理系统）、中压GIS;营销的用电信息采集、低压GIS和95598客服系统。将各系统数据融合.可以实现从高压变压器到电网主干线路、支线、配电变压器.一直到终端电力用户的配电网运行状态的实时全景监控。因此，根据实际需求，配电网运行状态实时监控数据可视化方案需按照“以系统明细数据为信息来源，通过关联查询及有效信息诊断，明确并向干系人传递信息”的思路进行设计，思路的框架如图1所示。

按照方案設计思路.可视化设计需要满足对配电网全景监测的需求，同时能够进行故障诊断和明细查询。在诊断信息确定后，进行信息传递，将配电网运行状态及设备故障信息传递给终端用户、客服人员和检修人员。在数据可视化监控过程中，在“故障诊断”阶段需要对大量信息系统数据进行融合和关联查询，即将来源于不同信息系统（主要包括用电信息采集系统、PMS、调度SCADA）的检修文本记录及结构化数据按照统一主键进行关联匹配，以综合各信息系统数据及内置故障规则或参数，诊断出故障所在，并提取相应明细数据：需要通过不同业务系统间的数据融合完成在线可视化监测。

为满足可视化方案需求，后台数据需要先梳理字段格式、类型及数据来源，对调度系统、PMS和中压GIS、用电信息采集系统中的数据进行溯源和接入策略、数据更新策略确定.将城区配电网数据、用户负荷数据、运检调度数据及配电变压器数据以设备编码、用户编码等主键匹配为可交互查询的融合数据.奠定明细数据基础，以支撑可视化在线监测方案设计。

将融合数据作为后台明细支撑，总结可视化需求.实现全景检测;并了解数据体量，在明确数据结构和需求的基础上，按照数据可视化的设计原则和展示形式设计可视化方案。经过调研，发现当地存在以下情况：对一条线路或一个配电变压器进行计划检修。电力公司不能准确知道将会影响哪些用户.也不能通过短信等便捷方式及时通知用户：电网故障停电反应速度慢、成本高：如果一台配电变压器因雷击出现故障停止运行，最先做出反应的是受影响的用户，用户拨打95598客服电话，电力公司才能得知停电情况，但仍然不知道故障点和原因，为了能尽快恢复供电，会同时出动几辆检修车，带着不同的检修设备（备用变压器、各式开关、断路器等）赶赴现场进行排查，耗时费力。

为满足用户需求，同时使系统达到可用和易用的效果，满足增强用户控制感、减少信息量、整合关注点的设计原则，采用地图作为数据标识载体，按照电网线路铺着路径，以实现对故障点的观测.电网运行状态实时全景监控可视化设计效果如图3所示。

为监测电网运行状态，首先，应用增强用户控制感的设计原则.选择电网线路关键阶段的负荷数据为监测对象，按照业务规则、调研工作人员对各配电设备标识的识别习惯.设计杆塔、专用变压器、公共变压器、用户等图标，根据实际线路标识在地图上，使工作人员在监测时，能潜意识地识别出沿线设备类别.并增强用户控制感。

其次，应用减少信息量的设计原则，接人配电设备数据，结合人脑对颜色和警戒常识的认知，使用绿、蓝、黄、红灯颜色标识配电设备的实时负荷，在工作人员进行监测时，可以第一时间关注红色警戒.同时识别配电设备的类型和地理位置。界面需要设计为动态效果，满足实时数据监测的需要，同时还需要诊断故障原因，因此，需要可视化界面实现对明细数据的查询的观测，即将数据的关联反映在界面的调转上。

最后，应用整合关注点的设计原则，面对多样的数据结构和明细数据种类所反映的多种故障原因.数据可视化界面设计时采用智能功能表盘的形式，进行各种可能故障原因下的关联数据调转，使工作人员能快速查询并诊断故障原因。

在实际应用时，夏季由于雷电等原因造成某条线路突发故障，造成大范围用户停电。全景监控工作人员通过可视化界面。完成了对故障点的快速确定，并根据负荷数据诊断出故障原因（大曲线X01开关损坏），将智能功能表盘列出的详细故障信息发送给检修人员，使其携带必要的维修工具赶赴现场，并将这些信息及时通知给95598客服人员.并发送短信通知受影响的用户。

4、结语

该数据可视化方案的实施直接提升了工作人员的监测效率，降低了检修人员的工作难度，实现了数据价值和需求信息的提取，并从用户体验的角度降低了对监测人员的要求，提升了客服响应速度。设计方案基于设计心理学和交互设计的理论内涵，按照需求分析选择数据提取办法。按照数据结构和所需信息焦点选择数据呈现方式，实践了增强用户控制感、减少信息量、整合关注点的设计原则.具有可拓展性和普适性，能够为其他数据可视化设计方案提供借鉴和案例参考。

参考文献：

[1]张莉莎.基于SVG/OpenGL的电力系统可视化技术及其应用[D].济南：山东大学，2011.

[2]孙建伟.基于SVG技术和CIM模型的电力系统可视化研究[D].天津：天津大学，2010.