電力運行狀態可視化技術研究

李寒兵

摘要：在電力規模不斷擴大的趨勢下，電力運行系統的實時動態可視化技術應用成為時代必然，它以直觀、形象而生動的圖形立體地呈現和展示電力運行狀態數據，幫助電力調度工作人員快速準確地獲悉電力運行的實時變化狀態，實現對電力運行系統的數據采集、同步測量、監管和分析，減少電力運行系統的事故，增強電力運行系統的安全性、可靠性、經濟性。基于此，本文主要對電力運行狀態可視化技術進行分析探討。

關鍵詞：配電網;電力運行狀態;可視化技術

1、前言

隨著國家經濟的不斷發展，為滿足對社會電力的供應，配電網的規模越來越大，結構也越來越復雜，配電網運行的數據量比以前有了巨大的增加。在如此龐大的數據量下，調度人員有可能會遺漏重要的數據而導致出錯。為了能夠將配電網中復雜的數據，直觀的以圖片形式表示出來，提高電網運行人員決定的準確性，幫助電網運行人員迅速找出關鍵運行指標，配電網參數運行可視化技術應運而生。

2、電力運行狀態中的實時動態可視化技術分析

（1）SVG可視化技術。也即可伸縮矢量圖像，它主要用于對電力運行狀態模型圖形的描述，以可擴展標記語言進行圖形的描述和表達，并主要是采用矢量化圖形表達的方式，具有良好的開放性、可擴展性的特點，廣泛應用于電力運行網絡體系之中，實現對網絡的有效監控。借助于SVG可視化技術減少失真現象，實現數據在網絡中的有效傳輸。同時，運用SVG可視化技術可以描述電力運行系統中的三相變壓器的圖元構成。

（2）OpenGL可視化技術。這是一種廣泛應用于電力運行系統中的三維可視化技術，包括OpenGL、VRML、Direct3D、Java3D等技術，具有良好的透視效果、光照效果和紋理貼圖功能，并且能夠生成動畫效果，幫助電力運行調度工作人員快速準確地把握電力運行狀態，電力運行工作人員可以運用OpenGL可視化技術的平移、縮放、旋轉等操作方式，實時動態地了解電力運行狀態信息。

（3）快速動態可視化技術。這是一種可以快速有效地應用于電力運行系統的可視化技術，能夠使電力運行調度工作人員實時了解和掌握電力運行系統中的異常故障，快速準確地找尋到電力運行系統中的故障部位及原因，實現對電力運行故障的高效解決和處理。

（4）實時內存

數據庫技術。原有的電力運行系統中的磁盤數據庫難以滿足電力運行發展的需求，由于磁盤數據庫無法實現對大量電力運行數據的實時采集、分析和處理，顯示出實際應用的遲滯性。為此，要將實時內存數據庫技術引入到電力運行系統之中，通過將實時數據存儲在數據庫之中，利用PMU的高效率、大數據量的優勢，實現對電力運行狀態信息數據的實時、高效訪問，較好地提升電力運行系統的在線分析能力和可視化效率。

3、實例設計

采用某縣的城區配電網線路、配電變壓器以及電力用戶負荷數據.為配電網運行狀態的實時監測設計可視化方案。配電網運行狀態監測數據來自調度的SCADA（supen，isorycontml蚰ddataacquisition，數據采集與監視控制系統）、負荷預測系統;生產/運檢的PMS（productionmanagemenlsysfem，生產管理系統）、中壓GIS;營銷的用電信息采集、低壓GIS和95598客服系統。將各系統數據融合.可以實現從高壓變壓器到電網主干線路、支線、配電變壓器.一直到終端電力用戶的配電網運行狀態的實時全景監控。因此，根據實際需求，配電網運行狀態實時監控數據可視化方案需按照“以系統明細數據為信息來源，通過關聯查詢及有效信息診斷，明確并向干系人傳遞信息”的思路進行設計，思路的框架如圖1所示。

按照方案設計思路.可視化設計需要滿足對配電網全景監測的需求，同時能夠進行故障診斷和明細查詢。在診斷信息確定后，進行信息傳遞，將配電網運行狀態及設備故障信息傳遞給終端用戶、客服人員和檢修人員。在數據可視化監控過程中，在“故障診斷”階段需要對大量信息系統數據進行融合和關聯查詢，即將來源于不同信息系統（主要包括用電信息采集系統、PMS、調度SCADA）的檢修文本記錄及結構化數據按照統一主鍵進行關聯匹配，以綜合各信息系統數據及內置故障規則或參數，診斷出故障所在，并提取相應明細數據：需要通過不同業務系統間的數據融合完成在線可視化監測。

為滿足可視化方案需求，后臺數據需要先梳理字段格式、類型及數據來源，對調度系統、PMS和中壓GIS、用電信息采集系統中的數據進行溯源和接入策略、數據更新策略確定.將城區配電網數據、用戶負荷數據、運檢調度數據及配電變壓器數據以設備編碼、用戶編碼等主鍵匹配為可交互查詢的融合數據.奠定明細數據基礎，以支撐可視化在線監測方案設計。

將融合數據作為后臺明細支撐，總結可視化需求.實現全景檢測;并了解數據體量，在明確數據結構和需求的基礎上，按照數據可視化的設計原則和展示形式設計可視化方案。經過調研，發現當地存在以下情況：對一條線路或一個配電變壓器進行計劃檢修。電力公司不能準確知道將會影響哪些用戶.也不能通過短信等便捷方式及時通知用戶：電網故障停電反應速度慢、成本高：如果一臺配電變壓器因雷擊出現故障停止運行，最先做出反應的是受影響的用戶，用戶撥打95598客服電話，電力公司才能得知停電情況，但仍然不知道故障點和原因，為了能盡快恢復供電，會同時出動幾輛檢修車，帶著不同的檢修設備（備用變壓器、各式開關、斷路器等）趕赴現場進行排查，耗時費力。

為滿足用戶需求，同時使系統達到可用和易用的效果，滿足增強用戶控制感、減少信息量、整合關注點的設計原則，采用地圖作為數據標識載體，按照電網線路鋪著路徑，以實現對故障點的觀測.電網運行狀態實時全景監控可視化設計效果如圖3所示。

為監測電網運行狀態，首先，應用增強用戶控制感的設計原則.選擇電網線路關鍵階段的負荷數據為監測對象，按照業務規則、調研工作人員對各配電設備標識的識別習慣.設計桿塔、專用變壓器、公共變壓器、用戶等圖標，根據實際線路標識在地圖上，使工作人員在監測時，能潛意識地識別出沿線設備類別.并增強用戶控制感。

其次，應用減少信息量的設計原則，接人配電設備數據，結合人腦對顏色和警戒常識的認知，使用綠、藍、黃、紅燈顏色標識配電設備的實時負荷，在工作人員進行監測時，可以第一時間關注紅色警戒.同時識別配電設備的類型和地理位置。界面需要設計為動態效果，滿足實時數據監測的需要，同時還需要診斷故障原因，因此，需要可視化界面實現對明細數據的查詢的觀測，即將數據的關聯反映在界面的調轉上。

最后，應用整合關注點的設計原則，面對多樣的數據結構和明細數據種類所反映的多種故障原因.數據可視化界面設計時采用智能功能表盤的形式，進行各種可能故障原因下的關聯數據調轉，使工作人員能快速查詢并診斷故障原因。

在實際應用時，夏季由于雷電等原因造成某條線路突發故障，造成大范圍用戶停電。全景監控工作人員通過可視化界面。完成了對故障點的快速確定，并根據負荷數據診斷出故障原因（大曲線X01開關損壞），將智能功能表盤列出的詳細故障信息發送給檢修人員，使其攜帶必要的維修工具趕赴現場，并將這些信息及時通知給95598客服人員.并發送短信通知受影響的用戶。

4、結語

該數據可視化方案的實施直接提升了工作人員的監測效率，降低了檢修人員的工作難度，實現了數據價值和需求信息的提取，并從用戶體驗的角度降低了對監測人員的要求，提升了客服響應速度。設計方案基于設計心理學和交互設計的理論內涵，按照需求分析選擇數據提取辦法。按照數據結構和所需信息焦點選擇數據呈現方式，實踐了增強用戶控制感、減少信息量、整合關注點的設計原則.具有可拓展性和普適性，能夠為其他數據可視化設計方案提供借鑒和案例參考。

參考文獻：

[1]張莉莎.基于SVG/OpenGL的電力系統可視化技術及其應用[D].濟南：山東大學，2011.

[2]孫建偉.基于SVG技術和CIM模型的電力系統可視化研究[D].天津：天津大學，2010.