可視化技術(shù)在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

潘健龍

廣東威泰電力工程有限公司，廣東 佛山 528315

0 引言

可視化技術(shù)作為當(dāng)前我國(guó)電力系統(tǒng)中自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分，在整個(gè)電力自動(dòng)化系統(tǒng)中占據(jù)重要地位[1]。可視化技術(shù)在當(dāng)前的電力調(diào)度系統(tǒng)中是必不可少的，能夠幫助人們更好地了解自動(dòng)化技術(shù)。為此，需要使人們了解可視化技術(shù)在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的重要作用，并在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中靈活、科學(xué)地使用可視化技術(shù)，在不斷優(yōu)化與完善可視化技術(shù)的同時(shí)，為電力調(diào)度系統(tǒng)的實(shí)踐操作提供良好的指導(dǎo)，給予相關(guān)人員更全面、可信的技術(shù)理論支持[2]。

1 可視化技術(shù)概述

1.1 可視化技術(shù)的基本內(nèi)涵

在時(shí)代不斷發(fā)展、技術(shù)不斷進(jìn)步的大背景下，可視化技術(shù)作為電力調(diào)度系統(tǒng)中的一種新型高新技術(shù)，具有較高的先進(jìn)性，可以在很大程度上實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化。可視化技術(shù)作為一種綜合性的高新技術(shù)，指的是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來(lái)，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)[3]。其充分利用視覺表征的方式直觀地展示繁雜冗多的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，保證人們?cè)谟^察數(shù)據(jù)時(shí)能夠更加清晰地了解數(shù)據(jù)內(nèi)容，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)良好的傳播效果。

可視化技術(shù)具有較高的技術(shù)含量，其涉及的較關(guān)鍵的技術(shù)有信息采集、圖像處理及控制等技術(shù)[4]。可視化技術(shù)可以通過(guò)清晰、直觀的方式展現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，使電力系統(tǒng)變得更具體。目前，可視化技術(shù)得到了較大的發(fā)展，日漸完善和成熟，在我國(guó)很多行業(yè)和領(lǐng)域中都得到了重視，為我國(guó)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

1.2 可視化技術(shù)的作業(yè)流程

在電力調(diào)度系統(tǒng)和其他行業(yè)、領(lǐng)域中使用可視化技術(shù)時(shí)，往往需要經(jīng)歷以下主要流程。

（1）完成基礎(chǔ)原始數(shù)據(jù)的采集與匯總工作之后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，過(guò)濾和剔除沒有價(jià)值的數(shù)據(jù)、噪聲等，并利用可視化技術(shù)對(duì)不同數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一化處理。

（2）將篩選過(guò)濾后的數(shù)據(jù)映射為以點(diǎn)、線、面為代表的幾何元素，或?qū)⑵溆成涑扇S化或多維化的元素圖形。結(jié)合映射得到的具體幾何元素繪制最終結(jié)果圖像。

（3）將數(shù)據(jù)帶入反饋環(huán)節(jié)，將繪制出的最終結(jié)果圖像直接顯示在顯示屏中，保證工作人員能夠直接、清晰地看到顯示屏中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)[5]。

2 在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用可視化技術(shù)的意義

在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用可視化技術(shù)，可以利用可視化技術(shù)的相關(guān)算法處理各種電力調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、屬性等，將其轉(zhuǎn)化成圖片、圖像，進(jìn)而保證人們能夠直接地看到相關(guān)數(shù)據(jù)[6]。可視化技術(shù)的應(yīng)用可以最大限度地提高電力調(diào)度系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，相關(guān)工作人員應(yīng)科學(xué)合理地使用可視化技術(shù)，以更加精準(zhǔn)、及時(shí)地掌握電力調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)，更加準(zhǔn)確地掌握系統(tǒng)的狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生問題時(shí)，能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題，將事故的不良影響降至最低，避免錯(cuò)過(guò)最佳解決時(shí)機(jī)，造成損失。

此外，可視化技術(shù)還可以結(jié)合計(jì)算機(jī)等技術(shù)更快、更準(zhǔn)確地處理電力數(shù)據(jù)，利用圖形與圖像相結(jié)合的方法，將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行簡(jiǎn)單化處理之后直觀地展現(xiàn)在人們面前，幫助工作人員充分理解電力數(shù)據(jù)，及時(shí)找到電力調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行中的問題，并及時(shí)采取措施，確保電力系統(tǒng)的順利、高效運(yùn)行。

由此可見，可視化技術(shù)在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的全方位應(yīng)用，能夠最大限度地確保電力系統(tǒng)的高效工作，在為工作人員提供參考數(shù)據(jù)的同時(shí)，提升電力系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。研究可視化技術(shù)在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用具有重要意義。

3 電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中可視化技術(shù)的研究現(xiàn)狀

從20世紀(jì)90年代開始，電力系統(tǒng)發(fā)生了很大的變化，無(wú)論是技術(shù)、系統(tǒng)的升級(jí)，還是系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)的更新，都呈現(xiàn)出了明顯的市場(chǎng)化趨勢(shì)，這也導(dǎo)致電力系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相關(guān)數(shù)據(jù)越來(lái)越復(fù)雜。如今，通過(guò)應(yīng)用可視化技術(shù)，電力工作人員能夠更為直觀且清楚地了解電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的精準(zhǔn)控制與科學(xué)調(diào)度。

3.1 歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的研究現(xiàn)狀

為了保障可視化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用效果，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在可視化技術(shù)的研究中投入了較多的精力與資源，利用專業(yè)的計(jì)算方法對(duì)采集的電壓、電價(jià)等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行篩選和過(guò)濾處理，再利用顯示器與計(jì)算機(jī)技術(shù)將處理后的數(shù)據(jù)信息以圖形、圖像的形式顯示，確保工作人員最后看到的數(shù)據(jù)是最直觀、最簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)信息。例如，英國(guó)倫敦的電力公司為減少投資，僅在對(duì)供電可靠性指標(biāo)影響較大的倫敦郊區(qū)輻射性線路上建設(shè)了可視化系統(tǒng)，系統(tǒng)覆蓋倫敦郊區(qū)的所有中壓輻射性線路（共861條），惠及約180萬(wàn)用戶。

3.2 我國(guó)的研究現(xiàn)狀

隨著可視化技術(shù)的進(jìn)步和電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究人員也加大了對(duì)各個(gè)領(lǐng)域中可視化技術(shù)的研發(fā)力度。經(jīng)過(guò)多次嘗試之后，研究人員將多種專業(yè)的軟件與可視化技術(shù)結(jié)合起來(lái)，能夠保證現(xiàn)階段的電力系統(tǒng)中形成生動(dòng)、形象的三維立體圖形，在人與機(jī)器的相互融合中保證相關(guān)工作人員在最短的時(shí)間內(nèi)掌握電力系統(tǒng)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息。2019年，我國(guó)的國(guó)網(wǎng)上海虛擬電廠系統(tǒng)投入試運(yùn)行；同年12月5日，國(guó)網(wǎng)上海市電力公司組織開展“迎峰度冬需求響應(yīng)暨虛擬電廠運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目”試點(diǎn)工作，共226位客戶、8.7×104kW的負(fù)荷資源直接參與大電網(wǎng)調(diào)度，從而推動(dòng)城市用能向更高效、經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。

結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)和其他先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，工作人員可以充分利用電力信息數(shù)據(jù)資源，從而促進(jìn)我國(guó)電力調(diào)度系統(tǒng)自動(dòng)化水平的提升。電力調(diào)度系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 電力調(diào)度系統(tǒng)示意圖

4 可視化技術(shù)在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

4.1 顏色映射法

在新時(shí)期，我國(guó)的電力事業(yè)逐漸朝著效率化、自動(dòng)化的方向發(fā)展。在此過(guò)程中，使用率較高的可視化方法是顏色映射法。此方法是使用不同的顏色直觀地展示電力數(shù)據(jù)信息場(chǎng)中的數(shù)據(jù)大小。顏色映射法利用顏色和電力數(shù)據(jù)的相互銜接，保證二者之間存在完整的映射關(guān)系，確保不同的數(shù)據(jù)能夠映射成不同的顏色。

當(dāng)使用顏色映射法繪制可視化圖像時(shí)，可以結(jié)合數(shù)據(jù)場(chǎng)中的數(shù)據(jù)確定點(diǎn)，或者直接根據(jù)數(shù)據(jù)顏色反映數(shù)據(jù)的類型、大小、數(shù)據(jù)之間的關(guān)系等。待處理的數(shù)據(jù)信息為網(wǎng)格數(shù)據(jù)時(shí)，可以利用插值法將點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為面數(shù)據(jù)。在使用可視化技術(shù)時(shí)，模塊的繪制往往不會(huì)對(duì)網(wǎng)格數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。可以利用計(jì)算機(jī)自帶的硬件和計(jì)算功能，通過(guò)插值計(jì)算方法確定顏色的RGB基色值，進(jìn)而在一定程度上提升繪制速度[7]。

但是，因?yàn)榇蠖鄶?shù)顏色映射模塊都使用非線性映射法，通過(guò)插值計(jì)算確定顏色的RGB基色值時(shí)，需要插值計(jì)算非線性數(shù)據(jù)，很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、誤差大等問題，導(dǎo)致顏色出現(xiàn)偏差。因此，在顏色映射法的實(shí)際使用中，工作人員應(yīng)利用顏色表反映數(shù)據(jù)與顏色之間的映射關(guān)系，以避免產(chǎn)生插值誤差，從而保證可視化系統(tǒng)能夠直觀、準(zhǔn)確地反映信息數(shù)據(jù)。

4.2 二維可視化技術(shù)

（1）動(dòng)態(tài)潮流。在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中使用二維可視化技術(shù)時(shí)，要注重動(dòng)態(tài)潮流功能的使用。動(dòng)態(tài)潮流是將系統(tǒng)各個(gè)電力線路的流動(dòng)以放線型三角形的形式展示，三角形的方向應(yīng)與系統(tǒng)潮流的方向相同，大小也要與負(fù)荷大小相同。若是三角形的大小不一致，潮流流動(dòng)的速度與負(fù)荷將會(huì)產(chǎn)生大小不一的變動(dòng)[8]。在實(shí)際繪制過(guò)程中，因?yàn)槿切巫陨淼牧鲃?dòng)并不涉及方向，電力調(diào)度系統(tǒng)在繪制動(dòng)態(tài)潮流圖時(shí)，往往需要將一條較完整的折線分為若干個(gè)小線段進(jìn)行展示，并需要對(duì)這些小線段進(jìn)行規(guī)劃和處理，確保每一條小線段都具備自身的獨(dú)立性與互相的聯(lián)系性。可以通過(guò)控制具體的流動(dòng)步長(zhǎng)控制三角形的速度，三角形的步長(zhǎng)逐漸變大時(shí)，其流速也較快。在此過(guò)程中，系統(tǒng)工作人員要選擇合適的動(dòng)畫繪制軟件，結(jié)合當(dāng)前數(shù)據(jù)的大小控制三角形的大小及流速，明確三角形的具體顏色。參考線段的長(zhǎng)度、三角形的流動(dòng)步長(zhǎng)，確認(rèn)三角形的數(shù)量及具體位置，在明確所有因素之后，完成三角形的繪制。

（2）反時(shí)限曲線。在電力調(diào)度系統(tǒng)的二維可視化中，反時(shí)限曲線可視化功能主要是指在反時(shí)限監(jiān)視電力變壓器時(shí)，運(yùn)用反時(shí)限曲線直觀地顯示變壓器的負(fù)載率等數(shù)據(jù)及其變化情況。在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，變壓器具備瞬時(shí)過(guò)載的功能，根據(jù)我國(guó)相關(guān)規(guī)定，此功能需要與過(guò)載時(shí)的反時(shí)限曲線吻合。相關(guān)人員需要在電力系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行比對(duì)、分析，界定主變壓器（主變）反時(shí)限曲線和主變的實(shí)際情況，并對(duì)具體時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的計(jì)算，然后利用主變過(guò)載能力對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行全方位的調(diào)度，確保電網(wǎng)能夠安全地運(yùn)行。利用系統(tǒng)中展示的主變過(guò)載曲線，工作人員可以掌握主變的實(shí)際荷載情況，了解主變負(fù)載與負(fù)載時(shí)間之間的聯(lián)系。

4.3 三維可視化技術(shù)

二維可視化技術(shù)雖然可以在各種平面中使用，對(duì)電力系統(tǒng)中的復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單化處理并使其直觀地展示在人們眼前，幫助人們作出正確決策[9]。但是二維平面的可視化圖形和圖像缺少立體化的效果，工作人員只能了解局部電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

對(duì)此，可以利用三維可視化技術(shù)，通過(guò)單棒圖的方式，將電力系統(tǒng)中的電容器、變壓器的無(wú)功備用情況以及安全分析結(jié)果等直觀、立體地展示在工作人員眼前。其中，在電容器的無(wú)功備用單棒圖中，各個(gè)廠站內(nèi)部的無(wú)功設(shè)備有且只有一個(gè)單棒圖與之對(duì)應(yīng)，可以利用總高度與實(shí)際高度來(lái)表示設(shè)備的實(shí)際情況。

5 結(jié)論

總之，可視化技術(shù)在我國(guó)電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用有重要意義，可以提升我國(guó)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。應(yīng)用可視化技術(shù)，工作人員能夠直接看到電力數(shù)據(jù)信息，可以通過(guò)圖像、圖表的形式清晰地展示電力系統(tǒng)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，進(jìn)而幫助工作人員更好地完成電力調(diào)度工作。除此之外，工作人員要正確認(rèn)識(shí)可視化技術(shù)的使用優(yōu)勢(shì)，結(jié)合電力調(diào)度自動(dòng)化的實(shí)際情況，提升電力調(diào)度工作效率，靈活使用二維可視化、三維可視化等技術(shù)，在提升工作質(zhì)量的同時(shí)，為我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。