CN105929770A - 一种基于cim模型的变电站运行工况可视化方法 - Google Patents

一种基于cim模型的变电站运行工况可视化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，涉及电力系统可视化领域，具有实时性、真实性和全局性；能够实现变电站各生产系统以及生产子系统的运行工况监测，应用范围广；能够进行报警及特效演示，便于及时抢修。方案要点：根据变电站地理坐标系建立三维仿真模型，通过各监测节点逻辑结构，建立CIM模型和消息总线，采集各监测节点的实时工况数据，通过监听器和可视化管理器对其进行分析处理，下发并激活各虚拟对象，各虚拟对象从CIM模型和消息总线获取各自对应的状态结果和运算结果，分别进行判断并模拟演示，当运算结果超出虚拟对象预设阈值时，进行报警及特效模拟演示。本发明主要用于变电站运行工况监测中。

Description

一种基于 CIM 模型的变电站运行工况可视化方法
技术领域
本发明涉及电力系统可视化技术领域，尤其涉及一种基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法。
背景技术
变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力流向和调整电压的电力设施，通过变压器将各级电压的电网联系起来，是电力系统中的重要环节。由此可见，变电站良好的运行状态是保证电力系统正常供电的重要因素。
随着计算机硬件设备的更新换代，尤其是各种专业图形卡的相继问世，三维可视化技术开始应用于变电站运行工况的监测。
上述通过三维可视化技术对变电站实现运行工况监测，目前仍处于初期阶段，存在诸多问题：第一，其仅仅侧重于示意性工况的展示，例如：预先制作变电站运行工况动画视频展示各类变电设备的运行工况，该预先制作的运行工况动画视频与当前变电站实际运行工况不匹配，不具备真实性和实时性；第二，现有三维管控软件只具有部分运行工况可视化的功能，其中有些偏向GIS系统，仅具有部分且单个设备的运行工况展示功能，全局性差，有些偏向组态软件，缺乏直观性和逼真性；第三，无法实现系统级别的运行工况可视化，应用范围小；第四，当变电站运行工况出现问题时，无法实现报警或特效显示，不便于工作人员及时抢修相关问题。
发明内容
本发明提供一种基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，能够对变电站运行工况进行实时监测，具有实时性和真实性；建立与变电站地理坐标一一对应的三维仿真模型，具有全局性；且能够实现变电站各生产系统以及生产子系统的运行工况监测，应用范围广；当变电站运行工况出现问题时，能够进行报警并特效演示，能够使工作人员及时获知相关问题，便于及时抢修。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明提供一种基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，包括：
在变电站各设备、各线路和各生产子系统的监测节点分别安装数据采集器。
各所述数据采集器采集各所述监测节点实时工况数据，将各所述监测节点实时工况数据和对应所述监测节点标识发送给数据服务器，以便所述数据服务器进行实时工况数据广播。
依据所述变电站中各所述设备、各所述线路和各所述生产子系统的地理坐标系对应建立所述变电站的三维仿真模型。
从所述数据服务器获取各所述监测节点所述实时工况数据和对应所述监测节点标识信息，建立各所述监测节点与所述三维仿真模型中各虚拟对象之间的映射关系，得到映射表。
根据各所述监测节点逻辑结构建立CIM模型和消息总线；所述CIM模型和消息总线描述各所述虚拟对象之间的联系、数据传递路径和数据运算法则。
建立可视化管理器。
所述三维仿真模型向所述可视化管理器进行注册。
建立并启动监听器，所述监听器监听所述实时工况数据广播，并将所述实时工况数据广播转发给所述可视化管理器。
所述可视化管理器提取所述实时工况数据广播中的所述监测节点标识，对照所述映射表，将所述实时工况数据分发给对应的所述虚拟对象。
各所述虚拟对象接收各自的所述实时工况数据并激活。
所述CIM模型和消息总线对激活后各所述虚拟对象进行状态判断和逻辑运算，获得各所述虚拟对象的状态结果和运算结果。
各所述虚拟对象从所述CIM模型和消息总线获取各自对应的所述状态结果和所述运算结果，分别进行判断：
若某一所述虚拟对象当前状态与所述状态结果不同，则该所述虚拟对象状态改变，实时渲染该所述虚拟对象的动作，进行模拟演示。
若某一所述虚拟对象当前显示数据与所述运算结果数据不同，则该所述虚拟对象数据改变，根据预设阈值判断所述运算结果是否超出该所述虚拟对象的所述预设阈值：
若所述运算结果未超出该所述虚拟对象的所述预设阈值，则根据所述运算结果修改该所述虚拟对象的显示数据。
若所述运算结果超出该所述虚拟对象的所述预设阈值，进行报警，并对该所述虚拟对象进行特效模拟演示。
结合上述，所述的基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，包括：
当某一所述虚拟对象状态改变时，该所述虚拟对象将自身状态改变的消息通过消息树传递给上级所述虚拟对象。
结合上述，各所述设备、各所述线路和各所述生产子系统均包含一个或多个所述检测节点。
结合上述，所述的基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，包括：
从所述数据服务器获取各所述监测节点所述实时工况数据和对应所述监测节点标识信息，交互式地建立各所述监测节点与所述三维仿真模型中各虚拟对象之间的映射关系，得到映射表。
结合上述，所述三维仿真模型向所述可视化管理器进行注册，包括：
所述三维仿真模型中各所述虚拟对象向所述可视化管理器进行所述监测节点标识注册。
结合上述，所述的基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，包括：
当某一所述虚拟对象状态改变，调用动画管理器向三维图形引擎发送指令，实时渲染该所述虚拟对象的动作，进行实时工况模拟演示。
结合上述，所述的基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，包括：
当某一所述虚拟对象的所述运算结果超出其所述预设阈值，调用声音引擎驱动声卡，进行语音报警。
结合上述，所述的基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，包括：
当某一所述虚拟对象的所述运算结果超出其所述预设阈值，调用声音引擎驱动声卡，进行语音报警；与此同时，调用特效管理器向所述三维图形引擎发送指令，实时渲染该所述虚拟对象的报警动作，进行报警特效模拟演示。
结合上述，所述数据服务器对所述实时工况数据按照预设的广播周期进行广播。
本发明提供的一种基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，包括：根据变电站地理坐标系建立三维仿真模型，通过各监测节点逻辑结构，建立CIM模型和消息总线，采集各监测节点的实时工况数据，通过监听器和可视化管理器对实时工况数据进行分析处理，下发并激活各虚拟对象，各虚拟对象从CIM模型和消息总线获取各自对应的状态结果和所述运算结果，分别进行判断和直观地模拟演示，当运算结果超出虚拟对象所述预设阈值时，进行报警，并进行特效模拟演示，相比于现有技术，本发明能够对变电站运行工况进行实时监测，具有实时性和真实性；建立与变电站地理坐标一一对应的三维仿真模型，具有全局性；且能够实现变电站各生产系统以及生产子系统的运行工况监测，应用范围广；当变电站运行工况出现问题时，能够进行报警并特效演示，能够使工作人员及时获知相关问题，便于及时抢修。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例1中一种基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法流程示意图；
图2为本发明实施例1中一种变电站双母线运行工况示意图；
图3为本发明实施例1中CIM模型和消息总线示意图；
图4为本发明实施例2中一种基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例 1
本发明实施例提供一种基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，如图1所示，包括：
101、在变电站各设备、各线路和各生产子系统的监测节点分别安装数据采集器。
其中，变电站各设备、各线路和各生产子系统均包含一个或多个监测节点，对应地，变电站各设备、各线路和各生产子系统均安装一个或多个数据采集器。
102、各所述数据采集器采集各所述监测节点实时工况数据，将各所述监测节点实时工况数据和对应所述监测节点标识发送给数据服务器，以便所述数据服务器进行实时工况数据广播。
其中，实时工况数据包含监测节点的环境监测值，设备开关状态等实时信息。数据服务器对实时工况数据按照预设的广播周期进行广播，其中广播周期可根据实际需要进行设置更改。
103、依据所述变电站中各所述设备、各所述线路和各所述生产子系统的地理坐标系对应建立所述变电站的三维仿真模型。
其中，三维仿真模型是指按照对象的真实尺寸、外观和行为建立的三维几何模型，可以通过软件在计算机中存储、浏览和操作。本实施例中依据变电站地理坐标系、变电站所地形图、变电站工程平面图和电气接线图等原始资料对应建立变电站的三维仿真模型，是具有变电站真实地理坐标系的三维模型的集合，包含变电站所处地理要素三维仿真模型、变电站工程建筑的三维仿真模型、各生产区域中各设备、各线路的三维仿真模型，是实际变电站中各设备、各线路和各生产子系统的化身。变电站中各设备、各线路和各生产子系统一一对应三维仿真模型中的虚拟对象，其中，生产子系统是生产系统中若干个相互关联的设备的集合，在三维仿真模型中简化为一个虚拟对象来表示。
104、从所述数据服务器获取各所述监测节点所述实时工况数据和对应所述监测节点标识信息，建立各所述监测节点与所述三维仿真模型中各虚拟对象之间的映射关系，得到映射表。
105、根据各所述监测节点逻辑结构建立CIM模型和消息总线；所述CIM模型和消息总线描述各所述虚拟对象之间的联系、数据传递路径和数据运算法则。
其中，CIM模型和消息总线描述各虚拟对象之间的联系、数据传递路径和数据运算法则，以下将结合图2和图3，以变电站中的一种双母线运行系统(变电站内用母线间切换)为例，对CIM模型和消息总线进行简单举例说明：
图2中DO和Dl是两台母线开关，SO和Sl是开断传感器，D2—D4是电磁阀控制器，PO—P4是四段母线，现要求表现整个双母线运行系统的实时工况：母线开关的开断状态、电磁阀开关状态和每段母线的电流状态。图3中箭头表示消息传递方向，其中，CIM模型和消息总线包含4种类型的节点：虚线方框表示虚拟根节点，代表一个生产系统或者子系统（若干个关联设备的集合）；方框表示要表现实时工况的设备或子系统对应的虚拟对象节点，虚拟对象包含了一个消息表（消息值用0和1表示），其具有2种行为：一是获取或计算自身状态（用0和1表示）；二是传递状态变化消息；圆圈表示虚拟对象节点；椭圆表示消息运算节点，描述消息传递过程中的运算法则；椭圆内的汉字是消息运算符，如：“空”表示对消息不作处理，“与”表示对消息进行“逻辑与”运算，“或”表示对消息进行“逻辑或”运算。
106、建立可视化管理器。
107、所述三维仿真模型向所述可视化管理器进行注册。
其中，三维仿真模型中各虚拟对象向可视化管理器进行所述监测节点标识注册。
108、建立并启动监听器，所述监听器监听所述实时工况数据广播，并将所述实时工况数据广播转发给所述可视化管理器。
109、所述可视化管理器提取所述实时工况数据广播中的所述监测节点标识，对照所述映射表，将所述实时工况数据分发给对应的所述虚拟对象。
110、各所述虚拟对象接收各自的所述实时工况数据并激活。
111、所述CIM模型和消息总线对激活后各所述虚拟对象进行状态判断和逻辑运算，获得各所述虚拟对象的状态结果和运算结果。
其中，如图3所示，当某设备开断传感器对应的虚拟对象（SO和S1 ）状态改变时，会发出消息，消息进入设备DO和Dl消息表，通过经过“空”运算后确定DO和Dl的自身状态，同理确定PO和Pl的状态，PO、Pl和D2的消息都会进入P2的消息表，运算时PO和Pl消息先进行“或”运算，然后再与D2的消息进行“与”运算，最后结果是P2的状态，同理可确定P3和P4的状态。由此可见，CIM模型和消息总线对激活后各虚拟对象进行状态判断和逻辑运算，获得各虚拟对象的状态结果和运算结果。
112、各所述虚拟对象从所述CIM模型和消息总线获取各自对应的所述状态结果和所述运算结果，分别进行判断：
1121、若某一所述虚拟对象当前状态与所述状态结果不同，则该所述虚拟对象状态改变，实时渲染该所述虚拟对象的动作，进行模拟演示。
其中，例如：虚拟对象A的当前状态为“开”，CIM模型和消息总线判断的虚拟对象A状态结果为“关”，则在三维仿真模型中实时渲染虚拟对象A“关”动作，进行模拟演示。
1122、若某一所述虚拟对象当前显示数据与所述运算结果数据不同，则该所述虚拟对象数据改变，根据预设阈值判断所述运算结果是否超出该所述虚拟对象的所述预设阈值：
11221、若所述运算结果未超出该所述虚拟对象的所述预设阈值，则根据所述运算结果修改该所述虚拟对象的显示数据。
11222、若所述运算结果超出该所述虚拟对象的所述预设阈值，进行报警，并对该所述虚拟对象进行特效模拟演示。
其中，例如：虚拟对象B的当前显示数据为“50”，且其预设阈值为“30——80”，若某一运算结果为“65”，未超出虚拟对象B的预设阈值“30——80”，则修改虚拟对象B的显示数据为“65”。
若另一运算结果为“100”，超出虚拟对象B的预设阈值“30——80”，则进行报警，并对虚拟对象B进行特效（光环、爆炸等）模拟演示。
本发明提供的一种基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，包括：根据变电站地理坐标系建立三维仿真模型，通过各监测节点逻辑结构，建立CIM模型和消息总线，采集各监测节点的实时工况数据，通过监听器和可视化管理器对实时工况数据进行分析处理，下发并激活各虚拟对象，各虚拟对象从CIM模型和消息总线获取各自对应的状态结果和所述运算结果，分别进行判断和直观地模拟演示，当运算结果超出虚拟对象所述预设阈值时，进行报警，并进行特效模拟演示，相比于现有技术，本发明能够对变电站运行工况进行实时监测，具有实时性和真实性；建立与变电站地理坐标一一对应的三维仿真模型，具有全局性；且能够实现变电站各生产系统以及生产子系统的运行工况监测，应用范围广；当变电站运行工况出现问题时，能够进行报警并特效演示，能够使工作人员及时获知相关问题，便于及时抢修。
实施例 2
本发明实施例提供一种基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，如图4所示，包括：
201、在变电站各设备、各线路和各生产子系统的监测节点分别安装数据采集器。
202、各所述数据采集器采集各所述监测节点实时工况数据，将各所述监测节点实时工况数据和对应所述监测节点标识发送给数据服务器，以便所述数据服务器进行实时工况数据广播。
203、依据所述变电站中各所述设备、各所述线路和各所述生产子系统的地理坐标系对应建立所述变电站的三维仿真模型。
204、从所述数据服务器获取各所述监测节点所述实时工况数据和对应所述监测节点标识信息，交互式地建立各所述监测节点与所述三维仿真模型中各虚拟对象之间的映射关系，得到映射表。
205、根据各所述监测节点逻辑结构建立CIM模型和消息总线；所述CIM模型和消息总线描述各所述虚拟对象之间的联系、数据传递路径和数据运算法则。
206、建立可视化管理器。
207、所述三维仿真模型向所述可视化管理器进行注册。
208、建立并启动监听器，所述监听器监听所述实时工况数据广播，并将所述实时工况数据广播转发给所述可视化管理器。
209、所述可视化管理器提取所述实时工况数据广播中的所述监测节点标识，对照所述映射表，将所述实时工况数据分发给对应的所述虚拟对象。
210、各所述虚拟对象接收各自的所述实时工况数据并激活。
211、所述CIM模型和消息总线对激活后各所述虚拟对象进行状态判断和逻辑运算，获得各所述虚拟对象的状态结果和运算结果。
212、各所述虚拟对象从所述CIM模型和消息总线获取各自对应的所述状态结果和所述运算结果，分别进行判断：
2121、若某一所述虚拟对象当前状态与所述状态结果不同，则该所述虚拟对象状态改变，调用动画管理器向三维图形引擎发送指令，实时渲染该所述虚拟对象的动作，进行实时工况模拟演示。
其中，动画管理器利用相关动画算法完成对应动画效果，如：骨骼动画和纹理动画等，三维图形引擎绘制对应三维仿真图像，并表达。
21211、当某一所述虚拟对象状态改变时，该所述虚拟对象将自身状态改变的消息通过消息树传递给上级所述虚拟对象。
2122若某一所述虚拟对象当前显示数据与所述运算结果数据不同，则该所述虚拟对象数据改变，根据预设阈值判断所述运算结果是否超出该所述虚拟对象的所述预设阈值：
21221、若所述运算结果未超出该所述虚拟对象的所述预设阈值，则根据所述运算结果修改该所述虚拟对象的显示数据。
21222、若所述运算结果超出该所述虚拟对象的所述预设阈值，调用声音引擎驱动声卡，进行语音报警。
其中，声音引擎驱动、控制声片产生报警语音。
21223、当所述虚拟对象的所述运算结果超出其所述预设阈值，调用特效管理器向所述三维图形引擎发送指令，实时渲染该所述虚拟对象的报警动作，进行报警特效模拟演示。
其中，特效管理器是一种支持多种三维粒子特效算法的特效管理对象，它利用这些算法实现各种特殊效果动画，如光环、爆炸等，三维图形引擎绘制对应特殊效果动画的三维仿真图像，并表达。
本发明提供的一种基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，包括：根据变电站地理坐标系建立三维仿真模型，通过各监测节点逻辑结构，建立CIM模型和消息总线，采集各监测节点的实时工况数据，通过监听器和可视化管理器对实时工况数据进行分析处理，下发并激活各虚拟对象，各虚拟对象从CIM模型和消息总线获取各自对应的状态结果和所述运算结果，分别进行判断和直观地模拟演示，当运算结果超出虚拟对象所述预设阈值时，进行报警，并进行特效模拟演示，相比于现有技术，本发明能够对变电站运行工况进行实时监测，具有实时性和真实性；建立与变电站地理坐标一一对应的三维仿真模型，具有全局性；且能够实现变电站各生产系统以及生产子系统的运行工况监测，应用范围广；当变电站运行工况出现问题时，能够进行报警并特效演示，能够使工作人员及时获知相关问题，便于及时抢修。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，其特征在于，包括：
在变电站各设备、各线路和各生产子系统的监测节点分别安装数据采集器；
各所述数据采集器采集各所述监测节点实时工况数据，将各所述监测节点实时工况数据和对应所述监测节点标识发送给数据服务器，以便所述数据服务器进行实时工况数据广播；
依据所述变电站中各所述设备、各所述线路和各所述生产子系统的地理坐标系对应建立所述变电站的三维仿真模型；
从所述数据服务器获取各所述监测节点所述实时工况数据和对应所述监测节点标识信息，建立各所述监测节点与所述三维仿真模型中各虚拟对象之间的映射关系，得到映射表；
根据各所述监测节点逻辑结构建立CIM模型和消息总线；所述CIM模型和所述消息总线描述各所述虚拟对象之间的联系、数据传递路径和数据运算法则；
建立可视化管理器；
所述三维仿真模型向所述可视化管理器进行注册；
建立并启动监听器，所述监听器监听所述实时工况数据广播，并将所述实时工况数据广播转发给所述可视化管理器；
所述可视化管理器提取所述实时工况数据广播中的所述监测节点标识，对照所述映射表，将所述实时工况数据分发给对应的所述虚拟对象；
各所述虚拟对象接收各自的所述实时工况数据并激活；
所述CIM模型和所述消息总线对激活后各所述虚拟对象进行状态判断和逻辑运算，获得各所述虚拟对象的状态结果和运算结果；
各所述虚拟对象从所述CIM模型和所述消息总线获取各自对应的所述状态结果和所述运算结果，分别进行判断：
若某一所述虚拟对象当前状态与所述状态结果不同，则该所述虚拟对象状态改变，实时渲染该所述虚拟对象的动作，进行模拟演示；
若某一所述虚拟对象当前显示数据与所述运算结果数据不同，则该所述虚拟对象数据改变，根据预设阈值判断所述运算结果是否超出该所述虚拟对象的所述预设阈值：
若所述运算结果未超出该所述虚拟对象的所述预设阈值，则根据所述运算结果修改该所述虚拟对象的显示数据；
若所述运算结果超出该所述虚拟对象的所述预设阈值，进行报警，并对该所述虚拟对象进行特效模拟演示。
2.根据权利要求1所述的基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，其特征在于，包括：
当某一所述虚拟对象状态改变时，该所述虚拟对象将自身状态改变的消息通过消息树传递给上级所述虚拟对象。
3.根据权利要求1所述的基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，其特征在于，包括：
各所述设备、各所述线路和各所述生产子系统均包含一个或多个所述检测节点。
4.根据权利要求1所述的基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，其特征在于，包括：
从所述数据服务器获取各所述监测节点所述实时工况数据和对应所述监测节点标识信息，交互式地建立各所述监测节点与所述三维仿真模型中各虚拟对象之间的映射关系，得到映射表。
5.根据权利要求1所述的基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，其特征在于，所述三维仿真模型向所述可视化管理器进行注册，包括：
所述三维仿真模型中各所述虚拟对象向所述可视化管理器进行所述监测节点标识注册。
6. 根据权利要求1所述的基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，其特征在于，包括：
当某一所述虚拟对象状态改变，调用动画管理器向三维图形引擎发送指令，实时渲染该所述虚拟对象的动作，进行实时工况模拟演示。
7.根据权利要求1所述的基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，其特征在于，包括：
当某一所述虚拟对象的所述运算结果超出其所述预设阈值，调用声音引擎驱动声卡，进行语音报警。
8.根据权利要求1所述的基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，其特征在于，包括：
当某一所述虚拟对象的所述运算结果超出其所述预设阈值，调用声音引擎驱动声卡，进行语音报警；与此同时，调用特效管理器向所述三维图形引擎发送指令，实时渲染该所述虚拟对象的报警动作，进行报警特效模拟演示。
9.根据权利要求1所述的基于CIM模型的变电站运行工况可视化方法，其特征在于，包括：
所述数据服务器对所述实时工况数据按照预设的广播周期进行广播。
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