可视化技术在电力调度自动化系统中的应用

明洪开，周思成，黄桂雪，杨继党，董玉山

云南电网有限责任公司保山供电局，云南 保山 678000

0 引言

可视化技术是我国电力系统中，最为重要的一种自动化技术，在提高电力自动化系统运行效率与运行质量方面发挥着十分重要的作用。同时，可视化技术在电力调度系统中的应用也非常关键，可以帮助更全面、准确地了解和应用自动化技术。但是，只有对可视化技术的内涵、作业流程以及应用重要性有一个全面的了解，才能够将其灵活、科学地应用到电力调度自动化系统当中，从技术层面为工作人员电力调度工作的开展提供支持。

1 可视化技术的相关概述

1.1 可视化技术的基本内涵

随着时代的不断发展，科学技术的不断进步，可视化技术作为一种新型科学技术，在电力调度系统中得到了广泛的应用。这种新型科学技术的应用，具有较强的先进性，明显提高了电力系统的自动化水平。所谓可视化技术，其实就是一种综合性的科学技术，即借助计算机图形学和图像处理技术，对数据进行转换，使之以图形或者图像的方式显示在屏幕上，并得到交互处理的科学技术。可视化技术对视觉表征方式进行了充分的应用，将冗余繁杂的数据之间的关系直观地呈现在工作人员面前，让工作人员在对数据进行观察的过程中，对数据内容有一个清晰而全面的了解，为后续的数据传播打好基础。

可视化技术的应用技术含量非常高，涉及了很多先进技术，例如信息采集技术、图像处理技术和控制技术等。对可视化技术加以应用，可以将数据之间的关系直观而清晰地呈现出来，让电力系统具体化。现阶段，可视化技术的应用与发展速度越来越快，已经渗透到了我国各个行业领域当中，为我国产业的稳定发展提供了有力保障。

1.2 可视化技术的作业流程

在电力调度系统当中，可视化技术的应用，需要经过以下三大作业流程。①对基础原始数据进行采集、汇总以及处理，将没有价值的数据过滤掉，再将噪声剔除掉。之后，再利用可视化数据，对这些数据进行统一化处理[1]。②将经过筛选与过滤的数据映射成以点线面为代表的几何元素，或者将这些数据映射成三维化元素图形或多维化元素图形，然后结合这些几何图形进行最终结果图像的绘制。③将这些数据带入反馈环节，利用显示屏将最终的结果图像显示出来，让工作人员进行直观的观看。

2 可视化技术在电力调度自动化系统中的应用重要性

在电力调度自动化系统中，可视化技术的应用，主要是计算机图形可视化技术与语音技术的有机结合。电力调度自动化系统先从电力系统当中进行各种数据信息的收集，然后再利用可视化技术对这些数据信息进行模拟，构建二维图形或者三维图形，并利用可视化屏幕播放出来，让工作人员对数据信息内容进行直观的观看，帮助工作人员了解整个电力系统网络的运行情况。在电力调度自动化系统的运行过程中，可视化技术的应用主要包含两个步骤：数据图形显示和实时观察等。可视化技术的应用重要性主要体现在以下几方面。

2.1 提高工作人员工作的高效性

数据图形主要包含两种：一种是二维图形，另一种是三维图形。其中，二维图形，是先对电网点、线和平面的数据信息进行收集，然后再利用计算机技术生成二维图形。针对二维图形的标识，主要有两种方式，一种是利用动态功率流程图进行表示，另一种是利用等距线进行表示。利用可视化技术进行二维图形的生成，可以帮助工作人员对点、线和面的数据信息进行直观的了解，进而对总体的电源计划有一个快速而准确的把握。二维图形还可以以一种相对精确、简单的方式进行信息点的创建，不仅可以为电力调度自动化系统的运行提供保证，还可以帮助工作人员更好地了解自己的工作任务与工作责任。对二维图形进行演变，就形成了三维图形。换句话说，三维图形，其实是大量二维图形数据与信息的组合体。三维图形的表示形式是三维图像旋转。与二维图形相比，三维图形的应用，需要工作人员在图形创建之初就绘制出来，保证数据信息的全面性、完整性以及直观性。

2.2 提高监督工作的开展质量

对二维图形和三维图形进行分析，可以让工作人员对特定的电源情况有一个更加直观地了解。另外，工作人员对这些图像信息的真实性进行分析，还可以帮助管理部门对线路的实际功率和电厂的实际电源有一个及时而全面的了解。工作人员对发电机的自动通知结果与电压自动控制结果进行观察、监控与分析，然后利用计算机技术将这些数据效果图显示出来，可以对电网状况有一个准确的了解，并在此基础上对电网的整体情况进行有效的控制。

2.3 提高整个电网系统的稳定性

对于电力自动化系统来说，综合智能警报是最重要的警报机制，可以将各种电力自动化警报信息进行汇总分析，并结合相应的监控系统信息，生产相应的图像，并显示出来，为工作人员进行精确的计算打好基础。当电网系统出现运行故障的时候，警报系统就会被触发，并发出特定的警报信息[2]。工作人员利用计算机设备或者可视化技术，将整个配电自动化系统调用出来，并以图像的方式呈现出来，加以分析，就可以对故障的所在位置、引起原因等进行准确而快速地了解，进而采取针对性的紧急维修措施，提高整个电网系统运行的稳定性。

2.4 为用户提供更为便捷优质的服务

要想提升整个电力系统的运行质量，让用户获得一个便捷、高效的用电服务体验，工作人员就必须要结合实际情况，对整个电力系统进行协调管理。而在电力调度自动化系统中，应用可视化技术，则可以让电网系统在相对安全、稳定的环境中运行，减少安全事故的发生概率，提高电网系统的运行效率，延长电力设备的使用时间。这样一来，不仅可以最大限度地维持电网系统的正常运营状态，还可以为用户提供优质的供电服务，减少电力系统崩溃或者停电问题的出现。

3 可视化技术在电力调度自动化系统中的应用

美国和欧洲等发达国家，对于可视化技术的研究与应用时间最早，已经可以对节点电压数据、电价数据等进行有效的采集与处理，并经这些数据以图形的方式显示出来。在可视化技术不断发展的形势下，科研人员已经开始为可视化技术匹配其他附加阮家宝和集成化处理技术[3]。目前，可视化技术已经可以将数据信息呈现出三维图形的效果。人机交互模式的应用，还可以帮助工作人员对电力系统的运行状态进行准确的判断，并排除其中的安全隐患。

3.1 二维可视化

3.1.1 动态潮流

所谓动态潮流，指的是在电力调度自动化系统中，三角形线路以相同的方向进行动态化流动的状态。在这样的运行状态下，三角形内部的箭头方向与线路方向相同，负荷大小与流动速度之间的匹配度非常高。如果三角形面积大，说明负荷大、流动速度快。反之，如果三角形面积小，则说明负荷小，流动速度慢。在动态潮流图绘制的时候，要想将电力系统的状态直观地展现出来，需要对线段进行精准的把握。即先将一条完整的线段折线拆分成多个小线段，每一个小线段虽然都是一个独立的个体，但是彼此之间又有着极为紧密的联系。利用流动步长就可以对三角形内部的流速进行控制。系统技术人员选择出最适宜的动画绘制软件，然后对三角形数值和流动速度数值进行展现，并利用颜色予以标注。对线段的长度、流动步长进行参考，就可以对三角形的位置与数量进行确定，三角形的绘制也就可以顺利地完成。

3.1.2 等值线法

等值线法也是电力调度自动化系统中最为常用的一种可视化方法，可以在规定的数值范围与特定的图形区域内将一个颜色值映射出来[4]。这样一来，根据着色类型就可以将着色区域范围进行精确化的计算，根据计算结果就可以在屏幕中显示出氛围图像。绝大多数情况下，等值线的差值计算需要参照陡崖崖高等参数，即（n-1）d≤（n+1）d。针对数据异常繁杂的情况，可以直接利用等值线法中的图像反馈功能，快速地将系统数据异常点找出来，并确定电力系统运行过程中存在的潜在故障。所以，等值线法的应用，可以将线路的数据变化、节点电压的数据变化、变压器负载率的数据变化等完整地呈现出来，帮助技术人员全面而精准地把握电力系统运行状况，提高电力调度工作效率。需要注意的是，等值线法在实际应用中具有一定的复杂性，容易出现操作过度等问题，降低最终结果的准确性。所以，为了保证工作精度，工作人员会提前进行网络图法的简单绘制，以达到降低操作难度的目的。

3.1.3 反时限曲线

可视化技术在电力调度自动化系统中的应用，依赖于可视化技术中的反时限曲线。一般情况下，电力调度自动化系统的运行过程中，变压器会出现瞬间电量过载现象，进而超出反时限曲线范围。所以，利用反时限曲线，可以对电力调度自动化系统的运行状态进行实时监测，了解电力调度系统的运行状态。将反时限曲线与主要变化的状态对比度进行预设，然后再动态化监督超载时间，分析超载能力，就可以通过计算来调整变压器的运行状态，避免变压器出现较长时间的超载问题，对电力调度自动化系统的正常运行产生影响[5]。需要注意的是，反时限曲线和极限值的变化幅度比较大，工作人员在描述报警范围的时候，还需要对曲线点、曲线坐标或者其他形式进行合理的应用。

3.1.4 单变量饼图

在电力调度自动化系统的运行过程中，绘制单变量饼图，还可以帮助工作人员更加直观、清晰地了解线路、变压器负载率等关键参数的实际情况，并准确地判断出电力系统的运行情况，进而为电力调度自动化系统的有序运行提供保证。在绘制单变量饼图的过程中，可以对颜色映射法进行合理的应用，即利用不同的颜色将不同大小的数值标注出来，将颜色与数据之间形成映射关系，用纯数字形式的电力数据将各种颜色映射出来。如果电力数据超出允许范围，颜色就会发生相应的变化，图形面积也会逐渐增大。需要注意的是，在绘制单变量饼图的过程中，经常出现负债率超出允许范围的数值。工作人员需要对这些数值的填充颜色进行预先设定。

3.2 三维可视化

3.2.1 单棒图

单棒图的应用，可以与平面图像结合在一起，将电力调度自动化系统中的关键数据展示出来，帮助工作人员对电力系统的运行状态有一个更加直观地了解，进而进行精准化电力调度策略的制定。需要注意的是，单棒图只能将二维平面效果展示出来，而不能呈现出立体化的图像，无法帮助工作人员全方位地掌握电力系统的运行信息[6]。对此，可以对二维可视化技术进行升级，对三维可视化技术进行应用。首先，利用单棒图将电力系统中的关键技术指标展现出来。其次，利用单棒图将各个厂的无功备用状态展现出来，根据总高度与中间高度等参数，对装置的最大容载量和使用情况进行判断。

在绘制单棒图的时候，虽然有棒图的图元结构，但却可以省略图元类型的各种繁琐步骤，绘制流程更加简化，电力调度工作的可视化效率也明显提高。单棒图中，要有一个主棒和一个副棒。主棒的作用是将实际运行数据显示出来。副棒的作用是将最大数据显示出来。与单变量饼图的绘制相同的是，单棒图的绘制同样需要进行数值最大值颜色的设置。在绘制单棒图的时候，需要对实际情况与透视角度进行分析，并在此基础上进行图形坐标的确定，确保其他棒图是否能够将坐标遮挡住。如果不能将坐标遮挡住，则需要结合预测数值进行副棒的设置，并对副棒数值与实际数值进行对比，借此明确主棒的坐标、大小以及颜色。这样一来，就可以完成整个单棒图的绘制。

3.2.2 图形三维旋转

在可视化技术发展水平不断提高的形势下，电力图也从二维图形转换到了三维图形。立体化的三维图像可以对电力调度的实际情况进行有效的标识和反映，保证电力信息的全面性与准确性。图形三维旋转的原理是利用计算机图形学知识对三维图形进行平移和旋转。面对三维图形的几何变化，要想提高图形变化的准确性，可以以坐标原点和坐标轴为基础进行图形的变化[7]。即在变换前，对图形的各个坐标点进行分析，然后以此为依据进行图形的变化，在获取变换后图形的坐标后，进行相应图形的绘制，就可以成功获取旋转后的三维图形，为工作人员高质量、高效率地分析电力调度情况提供保证。

4 结语

综上所述，要想持续提高我国的电力调度水平，需要不断地将最先进的科学技术应用到电力调度工作当中。虽然我国的绝大部分地区已经使用了电力调度自动化系统，但却面临着系统故障维修难度大、维修不及时等问题。在这种情况下，非常有必要将可视化技术应用到电力调度自动化系统当中，为技术人员更好地进行电力调度和解决电力调度自动化系统故障提供支持。