CN102496881A - 一种面向配电网运行负载状态监控的可视化实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向配电网运行负载状态监控的可视化实现方法，包括步骤：(1)设置配电网的线路状态监测限值和负载水平颜色配置；(2)选择所要监测的线路，获取要显示的线路个数和线路名称，对初始圆形按线路个数进行扇形分区；(3)对配电网进行拓扑分析，形成配电网的树状网络；(4)对线路进行广度深度拓扑搜索，形成树状结构层次记录；(5)根据树状结构层级记录，绘制线路层次关系图形；(6)根据线路的量测数据，计算线路的负载率；(7)根据负载率，按照负载水平颜色配置，填充线路所在的扇形区域。本发明所生成的可视化图形与配电网的特点相适应，表达简单直观、信息高度浓缩，可以显著提升配电网实时监控系统的负载监控能力。

Description

一种面向配电网运行负载状态监控的可视化实现方法

技术领域

本发明涉及一种配电网监控方法，尤其涉及一种面向配电网运行负载状态监控的可视化实现方法，属于配电自动化技术领域。

背景技术

配电网实时监控系统主要通过分布在不同地点的监控终端采集配电网设备的运行状态数据，并在配电主站监控系统中进行汇集，实现对配电网运行状况的整体监视。它是配电系统安全、经济、可靠运行的重要支柱之一。

配电网的负载状态(即负载率)是配网安全的重要指标，也是配电网实时监控系统的重要监视对象。负载状态(即负载率)是指电网中载流设备内实际电流占额定电流的比例。当配电设备中实际电流大于额定电流时，负载率大于1.0，则电网设备处于危险状态。若在一段时间内未加处理，将导致配电设备因为过热而损坏，而且还将造成停电事故，带来更大的经济损失和社会影响。

目前，配电网实时监控系统对线路负载状态的显示方式主要有两种：

一.在监控接线图或地理图上对过载设备进行标记

若配电网中的某设备发生负载越限，则在监控接线图或地理图上采用特殊的标记标出负载水平。例如用颜色深浅表示负载率的大小，并在负载越限时进行闪烁等。这种方式的优点在于将设备运行的状态与电网网络结构和地理关系结合起来，表达自然。但由于配电网的规模很大，配电网实时监控系统中的显示设备无法通过一幅画面监视全部配电设备的负载状态。

二.通过列表动态监视载流设备的负载状态

这种方式可以实现按照电流绝对值大小和负载率大小的排序，但该方式不能表达配电网络分层、分区的运行特点，电网调度人员只能感知到单个设备的运行状态，不能一目了然地把握配电设备上下游负载率的关联情况。

在申请号为201010614993.3的中国发明专利申请中，公开了一种配电线路供电范围的显示方法。该方法包括以下步骤：通过软件把多种不同的单一的数字信息转为图形信息；根据计量监测设备与配电变压器、配电线路的关联管理和计量监测设备的地理位置分布信息，展示单条配电线路或某个管理区域内供电的地理范围情况；计量监测设备安装在配电变压器旁边，因此能在软件系统WEB窗口页面上直观地显示配电变压器的安装地理位置、地域分布密度、所属供电线路供电范围分布、当前运行状态信息和相关信息，使监控人员能够准确地显示、了解控制区域的地理指引和情况。通过该显示方法，能够准确快速地了解、控制对应选定区域将要发生或发生了的情况，以便通知相关人员及时做出对应的处理。但是，该显示方法并不能直接应用到配电网的运行负载状态监控中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种面向配电网运行负载状态监控的可视化实现方法。该方法可以提供精炼、直观的配电网负载水平图形化表达方式，方便实现对配电网运行状况的整体监视。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种面向配电网运行负载状态监控的可视化实现方法，其特征在于：

(1)设置配电网的线路状态监测限值和负载水平颜色配置；

(2)选择所要监测的线路，获取要显示的线路个数和线路名称，对初始圆形按所述线路个数进行扇形分区；

(3)对配电网进行拓扑分析，形成所述配电网的树状网络；

(4)对线路进行广度深度拓扑搜索，形成树状结构层次记录；

(5)根据所述树状结构层级记录，绘制线路层次关系图形；

(6)根据线路的量测数据，计算线路的负载率；

(7)根据所述负载率，按照所述负载水平颜色配置，填充线路所在的扇形区域。

与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：

1.显示全面、集中

本发明所生成的可视化图形可以集中显示配电网中各线路的负载水平，线路显示齐全。

2.能够反映出线路的层次结构

通过扇形图的绘制，线路的拓扑层次结构一目了然。

3.负载水平监视简单

通过不同颜色表示不同的负载水平，使电网调度人员的监控工作简单直观。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1为本发明所提供的可视化实现方法的整体流程图；

图2为本可视化实现方法所生成的配电网可视化图形的一个示例；

图3为某条线路经过拓扑分析形成的树状连接关系示意图。

具体实施方式

由于配电网具有网架结构巨大、监视信息量大、覆盖范围广、运行操作频繁等特点，相应的运行监控工作对电网调度人员来说任务艰巨。为此，有必要为配电网的运行监控提供一种精炼、直观的图形化表达方式，以方便电网调度人员对配电网的负载水平进行实时监控。

经过发明人的深入研究，认为不宜采用基于电网网络结构和地理关系的图形化表达方式。这种图形化表达方式存在无法完整反映配电网整体规模的缺陷。为此，发明人提出用一个多圆环、多分区、多色块的可视化图形来实现对配电网的负载状况监视。在图2所示的该可视化图形的一个示例中，用多圆环分区反映配电网的拓扑连接层次，多色块反映配电网的负载水平。

下面结合图1具体说明该可视化图形的生成方法。该生成方法包括如下的步骤：

(1)设置配电网的线路状态监测限值和负载水平颜色配置。

为了反映配电网线路的负载水平，在监控后台录入配电网线路的监测限值数据。对用于监测的负载水平区段配置不同的颜色显示。参见图2的示例，可以将负载水平分成四类，0＜负载率＜30％，认为是负荷较轻，用蓝色表示；30％＜负载率＜60％为负载水平正常，用绿色表示，60％＜负载率＜90％为较重水平，用黄色表示，负载率＞90％为严重水平，用红色表示。

(2)选择所要监测的线路，获取要显示的线路个数LN和线路名称；对初始圆形按线路个数进行扇形分区(简称扇区)，每个扇区所占的角度δ＝360/LN。

根据运行调度的需要，可以人为配置配电网中需要监测的配电线路。例如可以按照变电站出线配置配电线路，也可以按照监控接线图配置线路。在一个监视画面中可以配置多个要显示的线路，线路个数用LN表示(LN为自然数)。例如对变电站的一条10kV母线所带的出线线路进行监测，配置该母线所带的出线个数为6条，则每条出线所表述的区域为从圆心出发，角度为δ＝360/6＝60度的扇形区域。

(3)对配电网进行拓扑分析，形成配电网所具有的树状网络。

根据实时量测信息和线路连接状况，分析形成配电网的拓扑连接关系。例如图3显示了某条线路经过拓扑分析形成的树状连接关系。

(4)对线路进行广度深度拓扑搜索，形成树状结构层次记录。

从变电站出线开始进行广度深度搜索，直至其供电范围的最末端。记录该线路供电范围搜索过程中，每次深度搜索所包含的设备名称和设备个数。

例如对变电站的出线线路进行下接分支搜索，若有两个分支线路，则记录出线线路的分支线个数为2，分支线路名称，层数为1，继续对每条分支线路进行搜索，形成分支线路1、2的下接分支线路个数m、n，下分支线名称，层数为2，继续对下分支线进行搜索，依次类推，直至搜索至该供电范围的最末端。

又如从出线线路A1，沿供电方向下进行深度为1的搜索，获得两个下接分支线路F1和F2，其所在的层数为2，继续对分支线路F1向下进行深度为1的搜索，获得CF1、CF2、CF3三条分支线路，其所在的层数为3，对分支线路F2向下进行深度为1的搜索，获得DF1、DF2两条分支线路，其所在的层数为3。再继续对CF1、CF2、CF3、DF1、DF2进行深度为1的搜索，其中CF1、CF2、CF3、DF1无下接分支线路，DF2有EF1、EF2两条下接分支线路，其所在层数为4。对EF1、EF2继续搜索无下接分支线路，至此该线路区域全部搜索完成。

(5)根据形成的树状结构层级记录，绘制线路层次关系图形。

在该步骤中，根据步骤(4)所形成的树状结构层次记录，用一种多扇形多分区的图形表征该支路关系。具体而言，从线路出线线段开始，每新增一层搜索，则在该线段区外侧新增一个同心的扇形区域。这种从内到外的扇形区域，表征该线路所有支路的层次关系。继续搜索直至该线路的最末端则该线路绘制完成。依次类推，完成所有线路搜索绘制。若分支线所在扇形的角度为δ，该分支线下接支线的个数为m，则下接分支线的表示区域为将新增扇形区沿圆心方向平分角度所形成的新的扇形区，其同心角度为ψ＝δ/m。

参考图2所示的示例，假设线路出线线路A1所在层数为1，其在图形上为圆所分获得的扇形区域。线路F1和F2所在层数为2，在A1扇形区沿同心向外侧新增一个扇形区域用于显示新的层数，其线路F1和F2分别占据的角度为δ＝A1的角度/2＝60度/2＝30度。即将扇形区沿圆心方向2等分。线路F1的下接分支线有CF1、CF2、CF3三条，在线路F1的区域外侧增加一个扇形区域表征该三条线段。其每条的弧度为δ＝F1的角度/3＝30度/3＝10度。依次，绘制至4层EF1和EF2所示区域。

(6)根据线路的量测数据，计算线路的负载率。

假设线路的负载电流为C，线路限值为Tmax，则线路负载率为：ψ＝C/Tmax。

(7)根据线路的负载率，按照步骤(1)中确定的负载水平颜色配置，填充线路所在的扇形区域。

通过上述的步骤，可以以精炼、直观的图形化表达方式反映配电网的运行负载状态，便于电网调度人员对配电网的网络结构和负载水平进行实时分析。该方法所生成的可视化图形与配电网规模庞大，并具有分区、分层的特点相适应，表达简单直观、信息高度浓缩，可以显著提升配电网实时监控系统的负载监控能力。

以上对本发明所提供的面向配电网运行负载状态监控的可视化实现方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (5)

1.一种面向配电网运行负载状态监控的可视化实现方法，其特征在于：

(1)设置配电网的线路状态监测限值和负载水平颜色配置；

(2)选择所要监测的线路，获取要显示的线路个数和线路名称，对初始圆形按所述线路个数进行扇形分区；

(3)对配电网进行拓扑分析，形成所述配电网的树状网络；

(4)对线路进行广度深度拓扑搜索，形成树状结构层次记录；

(5)根据所述树状结构层级记录，绘制线路层次关系图形；

(6)根据线路的量测数据，计算线路的负载率；

(7)根据所述负载率，按照所述负载水平颜色配置，填充线路所在的扇形区域。

2.如权利要求1所述的面向配电网运行负载状态监控的可视化实现方法，其特征在于：

所述步骤(1)中，用不同颜色表示不同的负载水平。

3.如权利要求1所述的面向配电网运行负载状态监控的可视化实现方法，其特征在于：

所述步骤(2)中，每个扇形分区所占的角度δ＝360/LN，其中LN为所述线路个数。

4.如权利要求1所述的面向配电网运行负载状态监控的可视化实现方法，其特征在于：

所述步骤(4)中，从变电站出线开始进行广度深度搜索，直至供电范围的最末端；记录供电范围搜索过程中，每次深度搜索所包含的设备名称和设备个数。

5.如权利要求1所述的面向配电网运行负载状态监控的可视化实现方法，其特征在于：

所述步骤(5)中，从线路出线线段开始，每新增一层搜索，则在该线段区外侧新增一个同心的扇形区域。

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