電力調度運行過程中的可視化研究

（四川省電力公司巴中電業局，四川 巴中 636000）

傳統SCADA/EMS系統主要是通過曲線、表格和數字等方式作以數據展示，由于電網規模不斷擴大，運行的數據量也在不斷提高。一方面來講，調度員所需關注及分析的數據發生了成倍增長，所以必然造成調度員工作量的增加，導致在電網局部上耗費大量的精力，反而弱化了對于系統整體的全方位了解和掌握；而從另一方面看，傳統SCADA/EMS系統存在著展示方法單一、抽象以及數據間關聯性較弱等弊端，無法實現全面揭示電網運行狀態的功效，尤其是在電網發生事故時，數據量將會呈現幾何級的爆發式增長，面對這樣的海量數據，傳統的數據展示方法所暴露出的局限性愈加明顯。因此，出于傳統技術本身的弊端和多方面的考慮，對于電力調度過程中可視化技術的研究迫在眉睫。本文將從可視化技術的分類和應用、功能效果以及可能會存在的問題幾個方面對可視化技術在電力調度領域的應用作以較為詳盡的探討研究。

一、可視化技術的分類及應用

可視化技術主要包括3方面應用：第一類，科學數據的可視化，其目的主要在于快速的獲取海量數據之中的整體特征以及蘊含模式，這也是“可視化”技術最為接受的含義，其具體的應用包含有全網潮流走向以及電壓分布等方面；其次為應用系統中人機界面上的可視化技術，它的目的主要在于能夠實現更有效的人機交互接口，以實現應用系統操作的方便快捷，具體的應用目前包括擬寫電氣操作票方面的點圖成票等等；第三類即信息檢索的可視化，它的目的是利用圖形來集成大量信息索引，具體的應用包含了設備信息、保護定值、穩定限額的可視化等方面。

二、可視化技術在調度領域的應用功效

利用可視化技術以實現對于電力調度運行的決策支持以及全面監控，從而起到形成統一電力調度運行過程中的監控、電力調度的分析決策以及輔助服務等全流程的可視化應用的功能。

（一）電力調度中地理接線圖對于可視化技術的應用

電力調度中的地理接線圖是將地理信息系統和電力系統相結合，通過地理圖真實反映出電力調度過程中的運行狀況，含有線路走向和廠站位置等。電力調度中的地理接線圖作為可視化應用技術的基礎，其很多應用都是以電力調度系統地理接線圖作為底版然后再進行分層信息的展示。

（二）實時運行狀態監視的可視化

在實時運行中的可視化監視可以分為電壓監控的可視化技術、潮流監控方面的可視化應用、旋轉備用方面的可視化應用以及其他運行狀態監視的可視化應用技術，本文將從這幾方面逐一作以論述。

首先是電壓監控方面的可視化應用技術。它又包括廠、站節點的電壓可視化應用以及系統電壓中的可視化應用兩方面。一方面，在廠、站節點電壓的可視化應用中，電壓方面的高低及其分布，都是衡量電網能否安全運行的重要依據。根據國內外新聞中關于大停電方面的相關報道，電力系統的電壓異常通常是很多大停電事故可能發生的先行性指標，這一異常有著十分重要的意義。通常母線電壓的監控可以按電壓的大小范圍進行劃分：預警電壓、正常電壓以及考核電壓這3類。廠站的電壓情況主要以這3種類型電壓作為基準值，依據不同電壓值來采用不同顏色的量杯進行顯示，其選定一個中心位置進行向上或向下的填充，填充量的大小以及顏色都能夠直觀反映出節點電壓的越限情況以及裕度；另一方面，從系統電壓的可視化應用來看，節點的電壓情況只能反映出電力調度系統中電壓的局部特征，但是在很多的情況下，調度員可能更加需要對全網的電壓狀況作一個全面詳細的了解。所以，尋找到一種可以使調度員對電力系統電壓的整體狀況隨時獲得全面了解的手段是非常重要的，也是十分必要的。另外，云圖和等高線，都在連續數據對于連續空間進行分布分析領域得以廣泛的應用。應用云圖和等高線，有助于迅速的掌握連續數據在空間分布上的整體情況，也有利于快速的定位特點的數據點及數據塊，這兩個方面的優勢恰好適于電力電壓的整體狀況分析。

其次，在潮流監控的可視化應用方面，潮流監控采用可視化技術不僅可以實現潮流走向的動態展示，而且能夠清晰展現潮流的限額裕度，從而幫助調度員進行快速且直觀地判斷，這能夠極大的提高潮流監控的有效性實施。

另外，在旋轉備用的可視化應用的角度來看，旋轉備用是電力調度系統運行的重要指標，電力系統會保有一定旋轉備用容量，當電網發生運行故障而導致停運的時候，能夠及時的發出旋轉備用機組產生的出力，從而避免因頻率過低而造成的拉限電。旋轉備用的可視化技術應用主要包括全電力系統、省市、220kv分區以及電廠方面的旋轉備用，旋轉備用的可視化應用可以采用餅圖來進行展示。

除了電壓、潮流及備用這些和電力系統運行所密切相關的參數之外，實時監控的可視化應用主要還包括：短路電流的可視化、變壓器負載的3D展示、發電機有功無功的出力展示、廠站中無功備用監控的可視化等，其中的短路電流可以采用餅圖來進行展示，其他的運行參數主要用三維柱狀圖來進行展示。

（三）預防、緊急以及恢復控制方面的可視化應用

所謂預防控制，是指實時的對電力系統進行故障掃描并且進行潮流計算，即實時事故預想。可視化是指將預防控制方面的計算及分析結果作出直觀的展示；而緊急控制與恢復控制則是指在事故和異常的情況下對系統的運行方式進行調整的輔助性分析方法。事故與異常處理中進行的緊急控制與恢復控制，是在調度運行過程中對時效要求最強的業務，而可視化技術的應用恰好可以幫調度員在第一時間采用最快且最直觀的方法作出輔助決策。

EMS系統中高級應用軟件主要可包括：SA（靜態安全分析）；DFP(調度員潮流)；NS（靈敏度分析）；SCD(安全約束調度）。這些高級的應用軟件都具有很高的計算分析能力，但因為人機界面的不太友好，調度員通常要耗費大量的時間對分析結果進行查找及比對。可視化應用的目的在于把這些高級應用軟件生成的分析結果進行可視化展示。包括SA越限可視化展示、SCD輔助決策可視化展示、NS可視化展示等等。

（四）WAMAP可視化應用展示

WAMAP系統運用PMU動態數據來進行在線系統穩定分析，重點用于解決包括電壓穩定、暫態穩定和低頻振蕩等在內的安全穩定性方面的實時預警、在線監視及在線的輔助優化決策。WAMAP的可視化應用率先在電力調度運行過程中的動態控制及監視領域取得了重要性突破。

（五）調度操作方面的可視化應用

調度操作主要包括電氣相關的操作及非電氣相關的操作。在電氣相關的操作中，主要的需求有：操作票的編寫、發布和電氣操作執行。而在非電氣相關的操作中，其主要的需求有：機爐的啟停、電能計劃的修改、電能交易的輸入和執行等。可視化技術的應用是為調度操作所提供的可視化應用界面，主要包括點圖成票等等，并且可以提供穩定、現場設備、通信、繼保、調度操作規定及注意點等的可視化展示。

三、可視化技術在電力調度過程中可能存在的問題

可視化技術在電力調度運行過程中不可避免地會存在一些問題，本文將從以下四個方面作以簡要論述：首先，在數據基礎方面，可視化技術只是一種數據的展示、圖形化的操作或信息檢索方面的技術。雖然對于此技術的應用，國內外已有大量文獻與軟件系統可以作為參考，但這些應用還需要具備其必要的數據基礎。電力調度中可視化應用技術的開展，對數據本身提出了較高的要求。數據范圍的要求大幅增加，除系統頻率、潮流、電壓等電力調度運行的實時數據之外，仍需穩定限額、運行操作提示、各種設備參數、保護定值等方面的信息數據。另外，對于這些數據組織的要求也在大幅增加，例如對各類數據的完備性、一致性、時效性等的保持；其次，在可視化的界面組織方面，調度可視化的數據種類很多，為了盡量方便快捷地進行信息檢索，可以建議盡量將信息集成在電氣接線的界面，大屏接線可以運用地理接線圖或者準地理接線圖等，或者同一接線圖的信息可以進行分層控制；第三，從可視化固有缺陷角度出發，可視化技術主要得益于人類對圖形與圖像數據的高效性處理，它可以幫助調度員極大的提高對電力運行整體情況的把握能力，也有助于調度員更迅速、更精確地作出分析與判斷。這些都是可視化應用技術的優勢，但長期的使用可視化技術也會不可避免地產生對細節關注趨于弱化的傾向。所以，在可視化的設計上必須保持整體與局部的關注度平衡；最后，在可視化應用的靈活性方面來看，隨著外圍環境發生變化，調度業務也可能會作出相應調整，特別是數據的統計和分析需求，在不同的階段會提出不同的要求。所以，可視化系統除了會提供固有可視化手段之外，還需提供必要性的可視化工具，以此來保證足夠的靈活性與適應性。

結語

通過本文的探討研究可以了解到，可視化技術在電力調度運行過程中有著十分重要的地位和作用。隨著科技的發展，可視化技術的應用也將得以不斷的完善、擴展和延伸。在看到技術本身優越性的同時，本文也對可視化技術在電力調度運行過程中可能存在的問題進行簡要的探討，這些問題也終將隨著可視化技術的不斷發展而得以解決，電力調度系統也將不斷得以優化與完善。

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