CN103699960A - 一种中压配电网运行态势可视化方法 - Google Patents

Abstract

一种中压配电网运行态势可视化方法，中压配电网运行态势感知与可视化领域。目前，现有的可视化流程，没有有效的来实现中压配电网运行态势的可视化，人机互动差，可选的余地少，使用不灵活。本发明包括以下步骤：1)选择态势底图；2）选择态势表现图类型；3）依需要生成当前时刻的态势表现图并展示、生成选定时间区间内的历史态势图并展示；生成所选未来时刻的态势图并展示。本技术方案提高了人机互动性，可以产生不同态势底图与态势表现图，组合形成合适的态势图，使用方便，提高决策的准确性。

Description

一种中压配电网运行态势可视化方法

技术领域

本发明涉及中压配电网运行态势感知与可视化领域。

背景技术

智能电网是两大人造网络即电网和通信及信息网的高度融合。受气象及气候变化的随机性，自然灾害（如雷电等）的不确定性，人类用电随机性，通信系统延时、丢包等信息不确定性，电力及通信系统设备及网络健康状态的不确定性等众多因素的影响，导致尚无任何合适的数学模型可能完整、准确地描述这个大型复杂动态系统。

态势可视化技术是指适合人机协同来进行复杂动态系统判断、决策一种的理论与技术，被视为是提高智能电网态势分析能力的有效手段和电网智能化的关键技术之一而得到全球电力系统的高度重视。而一种适用于态势感知的智能电网态势可视化系统设计方法尤其重要。

目前，现有的可视化流程，如图1所示，其没有有效的来实现中压配电网运行态势的可视化，人机互动差，可选的余地少，使用不灵活。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种中压配电网运行态势可视化方法，以达到提高人机互动性，使用灵活性好的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种中压配电网运行态势可视化方法，其特征在于包括以下步骤：

1) 选择态势底图，态势底图包括：研究对象及资源图、地理信息图、参数空间，根据需要选择对应的态势底图；

2）选择态势表现图类型，态势表现图包括：点线态势图、二维面等高线图、二维管道等高线图、三维地貌图；

3）当需要实时态态势可视化时：

a)生成或寻找小于当前时刻的最新时刻的态势底图；当拓扑结构发生变化时，生成新的态势底图，若拓扑结构无变化时，则寻找之前的态势底图；态势底图根据配网拓扑、线路开关、线路技术参数、配变技术参数、地理信息、当前开关状态生成；

b）获取当前变电站出线关口有功、无功、电压参数、配变终端的计量或测量位置、配变的有功、无功、电压参数，根据获取的信息计算获得配电网节点的电压参数、线路的电流参数，以对当前时刻进行状态和潮流分析；

c）获取当前时刻的态势底图及配电网每个节点和每条线路在态势底图上的坐标，生成当前时刻的态势表现图；

d)将当前时刻的态势表现图与当前时刻的态势底图合成，形成当前时刻的态势图并展示；

4）当需要历史态的态势可视化时：

a)选择历史时间区间，寻找所选时间区间内的态势表现图和态势底图；

b )将寻找的态势表现图和态势底图合成，生成选定时间区间内的历史态势图并展示；

4）当需要未来态的态势可视化时：

a)选择未来时刻，生成或寻找小于所选未来时刻的最新时态的未来态势底图；

b )当所选未来时刻存在配网设备扩建、改造或退役信息时，获取变更信息及配网线路信息，配网线路信息包括地理信息、线路技术参数、配变技术参数，获取馈线开关状态，检查拓扑结构是否发生变化，若发生变化，则生成所选时刻的未来态态势底图；

c)获取所选未来时刻的控制率，配变的有功、无功预测负荷，根据获取的数据进行状态估计及潮流计算，获得所选未来时刻的配电网每个节点的电压参数、每条线段的电流参数；

 d)根据未来态势底图、获取配电网每个节点和每条线路在态势底图上的坐标，生成所选未来时刻的未来态势表现图；

e)将未来态势底图与未来态势表现图合成，生成所选未来时刻的态势图并展示。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

还包括未来态多时段的态势可视化；未来态多时段的态势可视化包括以下步骤：

a)选定未来时间区间；

b) 寻找所选时间区间内的未来态态势表现图,寻找小于等于所选时间区间上限的未来态势底图，若找不到，则在历史态态势底图中寻找最近的态势底图；

c)态势表现图片与态势底图图片进行合成，形成所选时间区间的未来态势图并展示；未来态势图为时段态势图。

有益效果：本技术方案将智能电网态势图形的构成分为态势底图与态势表现图；针对支持中压配电网运行态势感知的数据源、数据进行了定义，提出了实时态运行态势可视化的核心模块、模块之间的关系，以及运行这些模块实现态势底图生成、态势表现图生成，以及合并态势图及最后的实时态运行态势图展现；实时态运行态势可视化，随着时间的推移，将产生大量的带有时标的态势底图、态势表现图，将作为历史图形；而历史态态势可视化，主要就是对这些历史态势底图、态势表现图进行组装，生成可动画播放的图形；未来某一时刻的态势可视化，就是基于对未来的开关状态、拓扑变化、负荷变化的状态估计和潮流计算后，可生成未来态的态势底图和态势表现图；未来某一时段的所有时刻点，均进行类似的计算和图形生成后，将生成一系列的未来态势底图和未来态势表现图，对这些图片进行组装，将构成未来某一时段的运行态势图动画播放，即实现未来态势的可视化。本技术方案提高了人机互动性，可以产生不同态势底图与态势表现图，组合形成合适的态势图，使用方便，提高决策的准确性。

附图说明

图1为现有技术的流程结构图。

图2为本发明的实时态态势可视化流程结构示意图。

图3为本发明的历史多时段态势可视化流程结构示意图。

图4为本发明的未来单时刻的态势可视化流程结构示意图。

图5为本发明的未来多时段的态势可视化的流程结构示意图。

图6为本发明的一种地理接线图。

图7为本方法的案例的以地理接线图为态势底图的电压等高线着色的播放画面。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

随着公变终端、专变终端全覆盖，中压配电网末梢的稳态电气量测就基本齐全了；同时中压网络中的开闭所、环网柜、电缆分支箱的远方采集也逐渐建立,因此中压配电网运行的态势感知与态势可视化已逐步具备了条件。利用这些量测数据进行每个时间断面的配电网的潮流计算，可以获取网络所有节点及线段的电气量，可以制作即时态势图片，并进行在线实时态势可视化展现。这些即时态势图片进行带时标的图片存储，或利用历史量测数据及潮流计算制作历史态势图片，通过历史给定时段内的态势图片的合成，可进行态势可视化播放或历史态势反演，以了解和解析历史态势形成的原因；对于未来给定时段（如1天），如已知计划停电等与配网运行方式相关的预计操作，并进行给定时间间隔（如15分钟）的负荷预测，则可进行潮流计算，并制作未来各时段预测态势图片，再将它们合成，则可进行未来态势图播放，以预测未来态势的发展。具体实施方式如下：

第一、实时态态势可视化,如图2所示，

步骤1.确定态势底图。态势底图为研究对象的物理特征或物理特征加载地理空间信息的图形。在智能电网的应用中具体可分为：1)研究对象及资源图，主要绘制研究对象的功能特性、静态特性、资源特性等；所谓功能特性，一般采用标准图形标识，如电力系统图里的变压器、断路器等；静态特性，即设备的设计参数（额定值）、开关的设备态位置、电气参数的上下限等；资源特性，主要是设备成组，表现为间隔、电压等级、变电站等，可以以虚框或颜色以示区别。2)地理信息图，如果底图引入地理信息，则所有研究对象的位置坐标均需引入地理坐标，以与地理图对应；3)参数空间：有一些研究对象是某一对象或系统的参数运动轨迹，此时其态势底图主要以参数空间形式出现，不同维度的参数空间可以引入2维、3维乃至可多维的罗盘图等。

步骤2.确定态势表现图类型。态势表现图为在态势底图上，对某一时刻某一参数或指标的形势进行其图形绘制的渲染图层。应用在智能电网中大致可分为：1)点线态势图：主要是态势底图的研究对象的点（如电网节点）、线（如电网支线）为态势渲染目标，点渲染包括在节点上展示该节点的颜色、越限点闪络或增设柱形标志、圆饼标志等方式，线渲染包括在线的中部位置加载动画箭头、线颜色、线粗细方式或增设柱形、圆饼等标志展示。2)2维面等高线图、2维管道等高线图：前者在整个态势底图上进行等高线绘制和着色，后者仅在线路两侧形成一定宽度的区域进行等高线绘制和着色。3)3维地貌图：3维地貌图与等高线有类似，但2维等高线没有3维地貌图有遮挡的问题，为解决3维地貌图的遮挡问题，必须引入图形旋转，因此3维地貌图尽管可为立体和直观化，但制作成本更为巨大，因此应用比较少；同时2维等高线，可以结合点线态势渲染，因此应用效果更好。

步骤3.对某一时刻t，生成或寻找小于时刻t的最新时刻的态势底图。从信息源②即电网生产管理信息系统获取配电网CIM文件，其中应包含配网拓扑、线路开关、线路技术参数、配变技术参数，地理信息等。从信息源②即配调自动化系统（SCADA），获取时刻t的开关状态；首先调用功能模块A1拓扑分析，检查拓扑结构是否发生变化，若发生变化，则调用功能模块A2生成时刻t的态势底图图片。

步骤4.对某一时刻t，进行状态估计和潮流分析。对步骤4中经过模块A1拓扑分析的配网拓扑，根据从信息源②获取的时刻t的变电站10kV出线关口有功、无功、电压参数，以及从信息源③④获取的时刻t配变终端的计量或测量位置（高压侧或低压侧）、配变的有功、无功、电压等参数，进行功能模块A3状态估计，然后进行功能模块A4潮流计算，获得配电网每个节点的电压等参数、每条线段的电流等参数。

步骤5. 对某一时刻t，生成态势表现图；根据功能模块A5寻找小于等于时刻t的最近时刻的态势底图图片，获取配电网每个节点和每条线路在态势底图上的坐标，调用功能模块A5生成时刻t的态势表现图。

步骤6. 对某一时刻t，合成t时刻的态势图；根据功能模块A5寻找小于等于时刻t的最近时刻的态势底图图片，使其与步骤5生成的时刻t的态势表现图进行合成。

步骤7. 对某一时刻t，进行态势图展示；对步骤6合成的t时刻态势图进行展示。

第二、历史态的态势可视化，如图3所示。

历史态的态势可视化是对[t1，t2]时段内的历史态势底图和历史态势表现图进行组装和动画显示。

步骤8. 调用模块A9输入查询起始时段t1，t2；t1=t2，表明只对历史某时刻t1的态势进行分析。

步骤9. 调用模块A10寻找[t1,t2]间内的态势表现图图片,调用模块A11寻找小于等于t2的态势底图图片。

步骤10.调用模块A12合成时段态势图，对步骤9获得的态势表现图片与态势底图图片进行合成组装成历史态势图。

步骤11.调用模块A13进行历史态势图动画展示。

第三、未来态某时刻t的态势可视化，如图4所示，

未来态某时刻t的态势可视化，与实时态态势可视化类似，只是依据的数据有所改变：

步骤12. 对某一时刻t，生成或寻找小于时刻t的最新时刻的态势底图。从信息源②即电网生产管理信息系统的未来配网设备扩建、改造、退役等计划，获知未来 t时刻的配网线路CIM文件，含地理信息，线路技术参数、配变技术参数等。从信息源②即配调自动化系统，获知未来配网t时刻的运行方式，即时刻t馈线开关状态；先调用功能模块A1拓扑分析，检查拓扑结构是否发生变化，若发生变化，则调用功能模块A2生成未来时刻t的未来态态势底图图片。

步骤13.对未来时刻t，进行状态估计和潮流分析。对步骤12中经过模块A1拓扑分析的未来配网拓扑，根据从信息源②获取的时刻t的控制率如变电站10kV保持某一电压等，以及从信息源③④获取的时刻t配变的有功、无功预测负荷，经过功能模块A3的状态估计，然后进行功能模块A4潮流计算，获得未来时刻t的配电网每个节点的电压等参数、每条线段的电流等参数。

步骤14. 对未来时刻t，生成态势表现图；根据功能模块A5寻找小于或等于时刻t的最新生成的未来态态势底图，如果寻找不到，则在历史态势底图中寻找最近时刻的态势底图图片，获取配电网每个节点和每条线路在态势底图上的坐标，调用功能模块A5生成未来时刻t的态势表现图。

步骤15. 对未来时刻t，合成t时刻的态势图；根据功能模块A5寻找小于或等于时刻t的最新生成的未来态态势底图，如果寻找不到，则在历史态势底图中寻找最近时刻的态势底图图片，使其与步骤14生成的未来时刻t的态势表现图进行合成。

步骤16. 对未来时刻t，进行态势图展示；对步骤15合成的未来t时刻态势图进行展示。

第四、未来态多时段[t1，t2]的态势可视化，如图5所示。

未来态态势可视化与历史态态势可视化的模块可以复用。未来态的态势可视化是对[t1，t2]时段内的未来态势底图和未来态势表现图进行组装和动画显示。

步骤17. 调用模块A9输入查询起始时段t1，t2；t1=t2，表明只对未来某时刻t1的态势进行分析。

步骤18. 调用模块A10寻找[t1,t2]间内的未来态态势表现图图片,调用模块A11寻找小于等于t2的未来态势底图图片，若找不到，则在历史态态势底图图片中，寻找最近的态势底图图片。

步骤19.调用模块A12合成时段态势图，对步骤18获得的态势表现图片与态势底图图片进行合成组装成未来态势图。

步骤20.调用模块A13进行未来态势图动画展示。

例：选取浙江省某县级配电网对其进行态势图形集的设计以做范例。该配电网含原始时刻供电负荷732个，馈线15条，线路分支731条，其地理接线图如图6所示。态势底图和态势表现图，以及组装后的态势图，均采用可扩展矢量图形（Scalable Vector Graphics, SVG）格式，经本方法处理后，形成如图7所示，以地理接线图为态势底图的电压等高线着色的播放画面。

以上图2-7所示的一种中压配电网运行态势可视化方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (2)

1.一种中压配电网运行态势可视化方法，其特征在于包括以下步骤：

1) 选择态势底图，态势底图包括：研究对象及资源图、地理信息图、参数空间，根据需要选择对应的态势底图；

2）选择态势表现图类型，态势表现图包括：点线态势图、二维面等高线图、二维管道等高线图、三维地貌图；

3）当需要实时态态势可视化时：

a)生成或寻找小于当前时刻的最新时刻的态势底图；当拓扑结构发生变化时，生成新的态势底图，若拓扑结构无变化时，则寻找之前的态势底图；态势底图根据配网拓扑、线路开关、线路技术参数、配变技术参数、地理信息、当前开关状态生成；

b）获取当前变电站出线关口有功、无功、电压参数、配变终端的计量或测量位置、配变的有功、无功、电压参数，根据获取的信息计算获得配电网节点的电压参数、线路的电流参数，以对当前时刻进行状态和潮流分析；

c）获取当前时刻的态势底图及配电网每个节点和每条线路在态势底图上的坐标，生成当前时刻的态势表现图；

d)将当前时刻的态势表现图与当前时刻的态势底图合成，形成当前时刻的态势图并展示；

4）当需要历史态的态势可视化时：

a)选择历史时间区间，寻找所选时间区间内的态势表现图和态势底图；

b )将寻找的态势表现图和态势底图合成，生成选定时间区间内的历史态势图并展示；

4）当需要未来态的态势可视化时：

a)选择未来时刻，生成或寻找小于所选未来时刻的最新时态的未来态势底图；

b )当所选未来时刻存在配网设备扩建、改造或退役信息时，获取变更信息及配网线路信息，配网线路信息包括地理信息、线路技术参数、配变技术参数，获取馈线开关状态，检查拓扑结构是否发生变化，若发生变化，则生成所选时刻的未来态态势底图；

c)获取所选未来时刻的控制率，配变的有功、无功预测负荷，根据获取的数据进行状态估计及潮流计算，获得所选未来时刻的配电网每个节点的电压参数、每条线段的电流参数；

 d)根据未来态势底图、获取配电网每个节点和每条线路在态势底图上的坐标，生成所选未来时刻的未来态势表现图；

e)将未来态势底图与未来态势表现图合成，生成所选未来时刻的态势图并展示。

2.根据权利要求1所述的一种中压配电网运行态势可视化方法，其特征在于：还包括未来态多时段的态势可视化；未来态多时段的态势可视化包括以下步骤：

a)选定未来时间区间；

b) 寻找所选时间区间内的未来态态势表现图,寻找小于等于所选时间区间上限的未来态势底图，若找不到，则在历史态态势底图中寻找最近的态势底图；

c)态势表现图片与态势底图图片进行合成，形成所选时间区间的未来态势图并展示；未来态势图为时段态势图。

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