CN112612930A - 基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法和系统 - Google Patents
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Abstract
基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法和系统，根据检测对象的关注测点，创建实时检测线程，循环从同步向量测量装置获取电网每个最小观测分析窗口T的实时数据；根据获取的实时数据，计算每个最小观测分析窗口T的关键帧数据，并将所有测点、设备、厂站的时标信息组织报文并发布；将发布的携带时标的关键帧数据包存入数据库；潮流转移可视化界面接收发布的携带时标信息的关键帧数据，或通过历史查询获取数据库存储的携带时标的历史关键帧数据，获取并解析测点、设备和厂站的关键帧数据。本发明解决当前电网潮流转移可视化形式匮乏等问题，为电网调度运行人员快速掌握电网运行态势并进行高效的故障分析提供快捷有力的支撑，提高决策的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统中潮流转移领域，更具体地，涉及基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法和系统。
背景技术
现有的潮流转移计算和可视化展示是基于同步向量测量装置上送的原始高密度数据，一般为100帧、50帧或25帧，日常监视状态时，庞大的数据量增加了计算耗时，难以保证电网潮流转移监视的实时性；离线分析状态时，分析窗口的增大导致数据量成倍增加，计算繁冗，操作复杂；同时，潮流变化存在方向、增减趋势、故障波及范围不确定的特点，现有的可视化展示方式形式单一，以数值、曲线、图表等方式难以将整个电网的潮流转移的情况清晰明确的表现出来，不便于电力系统调度人员及时的了解电网中各个线路、节点、断面以及全景的潮流情况。
随着电网系统结构的日益复杂与新能源的迅猛发展，电网事故日益增多，根据上述分析，现有的潮流转移计算和可视化方式已经完全不能满足电力系统调度人员的需求，因此亟需设计出一种简洁直观的电力系统潮流转移可视化实现方法，使电网调度运行人员能及时地了解和掌握电网的运行情况，从而保障电网的高效运行。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于，提供了一种基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法和系统。使电网调度运行分析人员可以快速掌握电网日常潮流的运行态势，发生电网故障时，能够通过潮流转移可视化界面快速准确的判断故障的波及范围以及影响程度，以及进行快速准确的故障定位，并能方便的进行故障离线分析。
本发明采用如下的技术方案：
基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法，所述电力系统潮流转移可视化实现方法包括以下步骤：
步骤1，根据检测对象的关注测点，创建实时检测线程，循环从同步向量测量装置获取电网每个最小观测分析窗口的实时数据；
步骤2，根据步骤1获取的实时数据，计算每个最小观测分析窗口T的关键帧数据，并将所有测点、设备、厂站的时标信息组织报文并发布；
步骤3，将步骤2中发布的携带时标的关键帧数据包存入数据库；
步骤4，根据步骤2发布的携带时标的关键帧数据，或数据库存储的携带时标的历史关键帧数据，获取并解析测点、设备和厂站的关键帧数据，分别以箭头、气泡、阶梯瀑布图的形式，对线路潮流、节点注入功率、关键断面潮流转移进行可视化渲染。
所述步骤1中每个最小观测分析窗口T为1秒。
所述步骤1中以厂站、机组、交流线段、变压器、换流器、母线和负荷为检测对象，获取所有检测对象的测量位置点，测量位置点的量测数据包括电压幅值、电压相角、频率、有功功率和无功功率，并形成量测数组。
所述步骤4中，当潮流转移可视化界面处于实时监测状态时，潮流转移可视化界面直接利用每个最小观测分析窗口T对应的关键帧数据进行电网潮流可视化渲染。
所述步骤4中，当潮流转移可视化界面处于历史反演态时，设置观测分析窗口大小，当观测分析窗口包含多个最小观测分析窗口T时，利用关键帧数据的合并算法，对获取的多个最小观测分析窗口对应的各关键帧数据进行合并，得到观测分析窗口对应的关键帧数据，用来进行电网潮流可视化渲染，
其中，最小观测分析窗口T为1s，观测分析窗口是根据电网实际分析的需求进行设置。
线路潮流转移可视化渲染的步骤包括：
步骤4.1.1，获取所有线路的关键帧数据，以线路的有功功率的开始值作为线路的潮流值，以观测分析窗口前后两个时间断面线路有功的差值作为线路的潮流变化量；
步骤4.1.2，根据潮流值的大小，按预设比例对线路进行加宽，同时，以线路预设颜色表示潮流值的大小；
步骤4.1.3，根据线路的潮流变化量的大小和方向，以箭头方式，对线路潮流的变化大小和流向进行渲染，以线路的首端流出为正方向，若线路首端有功为正或线路末端有功为负，则潮流流向为由线路首端流向末端，反之，由末端流向首端；
步骤4.1.4，当潮流值增大时，箭头为实心箭头，反之，当潮流值减小时，箭头为空心箭头；
步骤4.1.5，箭头的宽度根据潮流转移值ΔP的大小进行分阶段赋值，计算如下：
箭头的宽度
步骤4.1.6，箭头的位置在线路两端之间以恒定速度移动。
厂站注入功率可视化渲染的步骤包括：
步骤4.2.1，获取所有厂站的关键帧数据，以观测分析窗口前后两个时间断面厂站注入功率的差值作为厂站注入功率变化量；
步骤4.2.2，以气泡的方式，展示单个厂站的注入功率情况；
步骤4.2.3，厂站注入功率变化值越大，气泡越大；
步骤4.2.4，以气泡的颜色，来区分厂站注入功率变化值的方向，厂站注入功率变化值为正。
关键厂站群注入功率可视化渲染的步骤包括：
步骤4.3.1，获取关键厂站群中所有厂站的关键帧数据，以厂站的有功功率的开始值作为厂站的注入功率，以观测分析窗口前后两个时间断面厂站注入功率的差值作为厂站注入功率变化量；
步骤4.3.2，以阶梯瀑布图的方式，展示关键厂站群节点注入功率情况；
其中，阶梯瀑布图的首末柱子分别表征观测分析窗口前后两个时间断面所有关键厂站的注入功率总和，柱子顶端的数值表示潮流变化量的大小；
步骤4.3.3，阶梯瀑布图中的悬空柱子表征每个厂站的注入功率变化情况，柱子顶端的数值表示注入功率变化量的大小；
步骤4.3.4，可根据颜色区分注入功率总和、注入功率增加厂站和注入功率减小厂站。
关键断面潮流转移可视化渲染的步骤包括：
步骤4.4.1，获取关键断面中所有线路的关键帧数据，断面的潮流为断面包含的线路的潮流累加，以断面的有功功率的开始值作为断面的潮流值，以观测分析窗口前后两个时间断面潮流的差值作为断面的潮流变化量；
步骤4.4.2，以阶梯瀑布图的方式，展示关键断面潮流转移情况；
其中，阶梯瀑布图的首末柱子表征观测窗口前后两个时间断面所有断面的潮流总和，柱子顶端的数值表示潮流的大小；
步骤4.4.3，阶梯瀑布图中的悬空柱子表征潮流增加和减小的断面，柱子顶端的数值表示每个断面潮流变化量的大小；
步骤4.4.4，可根据颜色区分注入功率总和、注入功率增加厂站和注入功率减小厂站。
所述基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法的系统，所述系统包括实时数据采集模块、关键帧数据计算模块、关键帧数据包存入模块和潮流转移可视化模块，
所述实时数据采集模块根据检测对象的关注测点，创建实时检测线程，循环从同步向量测量装置获取电网每个最小观测分析窗口的实时数据；
所述关键帧数据计算模块根据获取的实时数据，计算每个最小观测分析窗口的关键帧数据，并将所有测点、设备、厂站的时标信息组织报文并发布；
所述关键帧数据包存入模块将发布的携带时标的关键帧数据包存入数据库；
所述潮流转移可视化模块利用潮流转移可视化界面接收发布的携带时标信息的关键帧数据，或通过历史查询获取数据库存储的携带时标的历史关键帧数据，获取并解析测点、设备和厂站的关键帧数据；以箭头、气泡、阶梯瀑布图的形式，实现线路潮流、节点注入功率、关键断面潮流转移可视化渲染。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
利用关键帧数据实现电网潮流可视化渲染，规避了无用信息的处理流程，很大程度的减小了计算量，提高了潮流转移分析与展示的效率；关键帧数据良好的合并性减小了故障反演态时的数据计算量，达到了复杂问题简单化的目的；同时，以箭头、气泡、阶梯瀑布图等形式对电网线路、厂站和断面进行可视化渲染，能清晰直观的展示出电网在正常和故障状态下的潮流大小、方向和变化趋势，渲染效果符合用户直觉感受，支撑调度运行人员快速掌握电网运行态势并进行高效的故障分析。
附图说明
图1是本发明基于关键帧数据的电力系统潮流转移可视化实现方法工作流程图；
图2是本发明线路潮流转移可视化渲染第一示意图；
图3是本发明线路潮流转移可视化渲染第二示意图；
图4是本发明厂站注入功率可视化渲染第一示意图；
图5是本发明厂站注入功率可视化渲染第二示意图；
图6是本发明关键断面潮流转移阶梯瀑布图示意图；
图7是基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法的系统的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
本发明的基于关键帧数据的电力系统潮流转移可视化实现方法，是通过对同步向量测量装置上送的原始电网数据进行数据挖掘，提取关注的特征值，形成数据量远小于原始电网数据且保存了原始数据关键特性的一组特征数据；基于关键帧数据实现电网线路、厂站及关键断面潮流转移可视化。
如图1所示，本发明基于关键帧数据的电力系统潮流转移可视化实现方法，包括以下步骤：
步骤1，获取电网模型，以厂站、机组、交流线段、变压器、换流器、母线、负荷为检测对象，获取所有检测对象的电压幅值、电压相角、频率、有功功率和无功功率等测量位置点，形成量测数组。创建实时检测线程，循环从同步向量测量装置获取每个上送周期T所有测点的原始实时数据。
步骤2，根据上一步骤获取的测量位置点的实时数据，提取每个最小观测分析窗口T的关键帧数据和时标信息；
根据测点的关键值和时标信息，更新设备的电压幅值、电压相角、频率、有功功率和无功功率关键值；
根据设备的关键值和时标信息，更新厂站的电压幅值、电压相角、频率、有功功率和无功功率等关键帧数据值，其中，厂站电压幅值、电压相角和频率的关键帧数据值为厂站中与厂站电压等级相同的变压器或线路的电压幅值、电压相角和频率的关键帧数据值，厂站的有功关键帧数据值为厂站中的最高电压等级的所有线路有功关键帧数据值的累加。
分别组织包含测点、设备和厂站的携带时标的关键帧数据包并进行发布。
步骤3，将步骤2中发布的携带时标的关键帧数据包存入数据库；
步骤4，潮流转移可视化界面接收到步骤2发布的携带时标的实时关键帧数据，或通过历史查询获取数据库存储的携带时标的历史关键帧数据，解析并获取测点、设备和厂站的关键帧数据；
其中，关键帧数据携带的时标作为可视化时数据同步的依据；
当可视化界面处于实时监测状态时，可视化界面直接利用每个最小观测分析窗口T对应的关键帧数据进行电网潮流可视化渲染，展示出电网潮流随着时间推移的实时动态的潮流情况；
当可视化界面处于历史反演态时，观测分析窗口可根据具体的分析需要进行设置，当观测分析窗口包含多个最小观测分析窗口T时，利用关键帧数据的合并算法，对获取的多个周期T对应的关键帧数据进行合并，得到观测分析窗口对应的关键帧数据，用来进行电网潮流可视化渲染，对于电网事故，可展示出事故前后电网中各个线路、厂站、断面潮流的变化情况；
其中，最小观测分析窗口T为1s，观测分析窗口是根据电网实际分析的需求进行设置。
线路潮流转移可视化渲染，如图2和3所示，其具体步骤包括：
步骤4.1.1，获取所有线路的关键帧数据，以线路的有功功率的开始值作为线路的潮流值，以分析窗口前后两个时间断面线路有功的差值作为线路的潮流变化量；
步骤4.1.2，根据潮流值的大小以及具体情况，按预设比例对线路进行加宽，同时，以线路预设颜色表示潮流值的大小；
步骤4.1.3，根据线路的潮流变化量的大小和方向，以箭头方式，对线路潮流的变化大小和流向进行渲染。规定，以线路的首端流出为正方向，若线路首端有功为正或线路末端有功为负，则潮流流向为由线路首端流向末端，反之，由末端流向首端；
步骤4.1.4，若潮流值增大，箭头为实心箭头，反之为空心箭头；
步骤4.1.5，根据潮流变化量的大小确定箭头的宽度，变化值越大，箭头越宽，
箭头的宽度根据潮流转移值ΔP的大小进行分阶段赋值，计算如下：
箭头的宽度
步骤4.1.6，箭头的位置在线路两端之间每秒均匀移动。
厂站注入功率可视化渲染，如图4和5所示，其具体步骤包括：
步骤4.2.1，获取所有厂站的关键帧数据，以分析窗口前后两个时间断面厂站注入功率的差值作为厂站注入功率变化量；
步骤4.2.2，以气泡的方式，展示单个厂站的注入功率情况；
步骤4.2.3，厂站注入功率变化值越大，气泡越大；
步骤4.2.4，以气泡的颜色，来区分厂站注入功率变化值的方向，厂站注入功率变化值为正，气泡为红色，反之，为蓝色。
关键厂站群注入功率可视化渲染，其具体步骤包括：
步骤4.3.1，获取关键厂站群中所有厂站的关键帧数据，以厂站的有功功率的开始值作为厂站的注入功率，以分析窗口前后两个时间断面厂站注入功率的差值作为厂站注入功率变化量；
步骤4.3.2，以阶梯瀑布图的方式，展示关键厂站群节点注入功率情况；
其中，阶梯瀑布图的首末柱子分别表征观测窗口前后两个时间断面所有关键厂站的注入功率总和，柱子顶端的数值表示潮流变化量的大小；
步骤4.3.3，阶梯瀑布图中的悬空柱子表征每个厂站的注入功率变化情况，柱子顶端的数值表示注入功率变化量的大小；
步骤4.3.4，可根据颜色区分注入功率总和、注入功率增加厂站和注入功率减小厂站。
关键断面潮流转移可视化渲染，如图6所示，其具体步骤包括：
步骤4.4.1，计算出关键断面在观测窗口前后两个时间断面总的潮流变化量，以阶梯瀑布图的方式，展示断面潮流的变化，获取关键断面中所有线路的关键帧数据，断面的潮流为断面包含的线路的潮流累加，以断面的有功功率的开始值作为断面的潮流值，以分析窗口前后两个时间断面潮流的差值作为断面的潮流变化量；
步骤4.4.2，以阶梯瀑布图的方式，展示关键断面潮流转移情况；
其中，阶梯瀑布图的首末柱子表征观测窗口前后两个时间断面所有断面的潮流总和，柱子顶端的数值表示潮流的大小；
步骤4.4.3，阶梯瀑布图中的悬空柱子表征潮流增加和减小的断面，柱子顶端的数值表示每个断面潮流变化量的大小；
步骤4.4.4，可根据颜色区分注入功率总和、注入功率增加厂站和注入功率减小厂站。
本申请还同时公开了一种基于前述基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法的系统，具体工作流程如图7所示。
基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法的系统包括实时数据采集模块、关键帧数据计算模块、关键帧数据包存入模块和潮流转移可视化模块。
实时数据采集模块根据检测对象的关注测点，创建实时检测线程，循环从同步向量测量装置获取电网每个最小观测分析窗口T的实时数据；
关键帧数据计算模块根据获取的实时数据，计算每个最小观测分析窗口T的关键帧数据，并将所有测点、设备、厂站的时标信息组织报文并发布；
关键帧数据包存入模块将发布的携带时标的关键帧数据包存入数据库；
潮流转移可视化模块利用潮流转移可视化界面接收发布的携带时标信息的关键帧数据，或通过历史查询获取数据库存储的携带时标的历史关键帧数据，获取并解析测点、设备和厂站的关键帧数据；以箭头、气泡、阶梯瀑布图的形式，实现线路潮流、节点注入功率、关键断面潮流转移可视化渲染。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法，其特征在于，所述电力系统潮流转移可视化实现方法包括以下步骤：
步骤1，根据检测对象的关注测点，创建实时检测线程，循环从同步向量测量装置获取电网每个最小观测分析窗口的实时数据；
步骤2，根据步骤1获取的实时数据，计算每个最小观测分析窗口T的关键帧数据，并将所有测点、设备、厂站的时标信息组织报文并发布；
步骤3，将步骤2中发布的携带时标的关键帧数据包存入数据库；
步骤4，根据步骤2发布的携带时标的关键帧数据，或数据库存储的携带时标的历史关键帧数据，获取并解析测点、设备和厂站的关键帧数据，分别以箭头、气泡、阶梯瀑布图的形式，对线路潮流、节点注入功率、关键断面潮流转移进行可视化渲染。
2.根据权利要求1所述的基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法，其特征在于：
所述步骤1中每个最小观测分析窗口T为1秒。
3.根据权利要求1所述的基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法，其特征在于：
所述步骤1中以厂站、机组、交流线段、变压器、换流器、母线和负荷为检测对象，获取所有检测对象的测量位置点，测量位置点的量测数据包括电压幅值、电压相角、频率、有功功率和无功功率，并形成量测数组。
4.根据权利要求1所述的基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法，其特征在于：
所述步骤4中，当潮流转移可视化界面处于实时监测状态时，潮流转移可视化界面直接利用每个最小观测分析窗口T对应的关键帧数据进行电网潮流可视化渲染。
5.根据权利要求1所述的基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法，其特征在于：
所述步骤4中，当潮流转移可视化界面处于历史反演态时，设置观测分析窗口大小，当观测分析窗口包含多个最小观测分析窗口T时，利用关键帧数据的合并算法，对获取的多个最小观测分析窗口对应的各关键帧数据进行合并，得到观测分析窗口对应的关键帧数据，用来进行电网潮流可视化渲染，
其中，最小观测分析窗口T为1s，观测分析窗口是根据电网实际分析的需求进行设置。
6.根据权利要求1所述的基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法，其特征在于：
线路潮流转移可视化渲染的步骤包括：
步骤4.1.1，获取所有线路的关键帧数据，以线路的有功功率的开始值作为线路的潮流值，以观测分析窗口前后两个时间断面线路有功的差值作为线路的潮流变化量；
步骤4.1.2，根据潮流值的大小，按预设比例对线路进行加宽，同时，以线路预设颜色表示潮流值的大小；
步骤4.1.3，根据线路的潮流变化量的大小和方向，以箭头方式，对线路潮流的变化大小和流向进行渲染，以线路的首端流出为正方向，若线路首端有功为正或线路末端有功为负，则潮流流向为由线路首端流向末端，反之，由末端流向首端；
步骤4.1.4，当潮流值增大时，箭头为实心箭头，反之，当潮流值减小时，箭头为空心箭头；
步骤4.1.5，箭头的宽度根据潮流转移值ΔP的大小进行分阶段赋值，计算如下：
箭头的宽度
步骤4.1.6，箭头的位置在线路两端之间以恒定速度移动。
7.根据权利要求1所述的基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法，其特征在于：
厂站注入功率可视化渲染的步骤包括：
步骤4.2.1，获取所有厂站的关键帧数据，以观测分析窗口前后两个时间断面厂站注入功率的差值作为厂站注入功率变化量；
步骤4.2.2，以气泡的方式，展示单个厂站的注入功率情况；
步骤4.2.3，厂站注入功率变化值越大，气泡越大；
步骤4.2.4，以气泡的颜色，来区分厂站注入功率变化值的方向，厂站注入功率变化值为正。
8.根据权利要求1所述的基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法，其特征在于：
关键厂站群注入功率可视化渲染的步骤包括：
步骤4.3.1，获取关键厂站群中所有厂站的关键帧数据，以厂站的有功功率的开始值作为厂站的注入功率，以观测分析窗口前后两个时间断面厂站注入功率的差值作为厂站注入功率变化量；
步骤4.3.2，以阶梯瀑布图的方式，展示关键厂站群节点注入功率情况；
其中，阶梯瀑布图的首末柱子分别表征观测分析窗口前后两个时间断面所有关键厂站的注入功率总和，柱子顶端的数值表示潮流变化量的大小；
步骤4.3.3，阶梯瀑布图中的悬空柱子表征每个厂站的注入功率变化情况，柱子顶端的数值表示注入功率变化量的大小；
步骤4.3.4，可根据颜色区分注入功率总和、注入功率增加厂站和注入功率减小厂站。
9.根据权利要求1所述的基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法，其特征在于：
关键断面潮流转移可视化渲染的步骤包括：
步骤4.4.1，获取关键断面中所有线路的关键帧数据，断面的潮流为断面包含的线路的潮流累加，以断面的有功功率的开始值作为断面的潮流值，以观测分析窗口前后两个时间断面潮流的差值作为断面的潮流变化量；
步骤4.4.2，以阶梯瀑布图的方式，展示关键断面潮流转移情况；
其中，阶梯瀑布图的首末柱子表征观测窗口前后两个时间断面所有断面的潮流总和，柱子顶端的数值表示潮流的大小；
步骤4.4.3，阶梯瀑布图中的悬空柱子表征潮流增加和减小的断面，柱子顶端的数值表示每个断面潮流变化量的大小；
步骤4.4.4，可根据颜色区分注入功率总和、注入功率增加厂站和注入功率减小厂站。
10.利用权利要求1-9中任一权利要求所述基于关键帧数据电力系统潮流转移可视化实现方法的系统，所述系统包括实时数据采集模块、关键帧数据计算模块、关键帧数据包存入模块和潮流转移可视化模块，其特征在于：
所述实时数据采集模块根据检测对象的关注测点，创建实时检测线程，循环从同步向量测量装置获取电网每个最小观测分析窗口的实时数据；
所述关键帧数据计算模块根据获取的实时数据，计算每个最小观测分析窗口的关键帧数据，并将所有测点、设备、厂站的时标信息组织报文并发布；
所述关键帧数据包存入模块将发布的携带时标的关键帧数据包存入数据库；
所述潮流转移可视化模块利用潮流转移可视化界面接收发布的携带时标信息的关键帧数据，或通过历史查询获取数据库存储的携带时标的历史关键帧数据，获取并解析测点、设备和厂站的关键帧数据；以箭头、气泡、阶梯瀑布图的形式，实现线路潮流、节点注入功率、关键断面潮流转移可视化渲染。
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2020
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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