CN115830257A - 一种电力系统三维可视化显示方法、介质及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电力系统三维可视化显示方法、介质及系统，包括：建立电力系统的三维地图；在三维地图上建立三维电网拓扑图；将输电线路的热稳定数据按照输电线路关联的电网政务分区拓扑节点的地理位置随时间进行动态聚类，得到电网政务分区拓扑节点关联的输电线路的线路热稳定性信息；基于电网政务分区拓扑节点的多元基础电力信息和线路热稳定性信息，建立不同三维图元；建立每条输电线路对应的连接线初始粗细显示比例，以使在三维地图上按照初始粗细显示比例显示输电线路；建立每条输电线路的动态粗细显示比例，以使根据用户的指令按照动态粗细显示比例显示指令指示的输电线路。本发明可显示电力系统运行状态多角度多面向的增强现实画面。

Description

一种电力系统三维可视化显示方法、介质及系统

技术领域

本发明涉及电力系统信息交互技术领域，尤其涉及一种电力系统三维可视化显示方法、介质及系统。

背景技术

随着气候变化加剧，各级电网地域性和季节性的动态变化态势明显，使得目前工业应用中采用夏季、冬季和春秋季等典型季热稳定输送能力静态设定与展示的方式不再适用于生产实际。需要对输电线路进行动态输送能力开展监控与展示。需要对输电线路导线实时传输功率信息流，输电线路导线跨越区域的风速、光照、近地温度、湿度等外部信息流进行聚类分析。

未来，随着新型电力系统跨区线路快速发展，大电网联系更加紧密，电网运行的一体化特征凸显，对辖区内输电线路热稳定传输能力全局动态、多层次、融合监视的需求日益突出。目前，电力系统调度控制监视分析流程，针对不同的分析对象，需采用人工切换方式，调取多种应用程序的动态数据信息和分析结果，形成表格汇总型一维或二维分析结果。二维图表可视化展示方法存在信息数据密集，信息区分度低导致整体可读性较为薄弱；信息数据交叉对比展示能力较薄弱，需通过多图表多界面才能表达完整的多侧面电网状态，严重影响到了调控人员提取电网状态信息的速度和准确度。尤其是对于输电线路热稳定评估类状态信息，包含信息量大，信息密度高，采用二维展示方式，对于输电线路传输能力动态信息展示非常不利。分析所需时间长，分析流程复杂，分析结果信息密度低，无法融合多元信息形成可视化展示图，难于理解，也难以满足一体化调度监控的要求。

同时，电力系统的规模及调控的复杂性将会进一步增强，电力系统调度控制管理及运行人员需要对多电压层级(500kV至110kV)输电线路的动态信息进行不同分析颗粒度的缩放展示，目前系统的可视化展示无法满足需求。

发明内容

本发明实施例提供一种电力系统三维可视化显示方法、介质及系统，以解决现有技术不能三维可视化显示电力系统的多元信息导致难以满足一体化调度监控的要求的问题。

第一方面，提供一种电力系统三维可视化显示方法，包括：

基于电力系统的地理信息，建立电力系统的三维地图；

基于电力系统的拓扑结构，在所述三维地图上建立三维电网拓扑图，其中，所述三维电网拓扑图中，通过标识图元表示每一电网政务分区拓扑节点以及通过连接线表示相邻两个电网政务分区拓扑节点之间的输电线路；

将输电线路的热稳定数据按照所述输电线路关联的电网政务分区拓扑节点的地理位置随时间进行动态聚类，得到所述电网政务分区拓扑节点关联的所述输电线路的线路热稳定性信息；

基于所述电网政务分区拓扑节点的多元基础电力信息和所述电网政务分区拓扑节点关联的所述输电线路的线路热稳定性信息，建立不同三维图元以使当在显示界面显示所述三维地图时，在所述三维地图的每一表征所述电网政务分区拓扑节点的标识图元处显示所述多元基础电力信息和所述电网政务分区拓扑节点关联的所述输电线路的线路热稳定性信息；

建立每条输电线路对应的连接线初始粗细显示比例，以使当在显示界面显示所述三维地图时，在所述三维地图上按照所述初始粗细显示比例显示所述输电线路；

建立每条所述输电线路的动态粗细显示比例，以使当在显示界面显示所述三维地图时，根据用户的指令按照动态粗细显示比例显示所述指令指示的所述输电线路。

第二方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上述第一方面实施例所述的电力系统三维可视化显示方法。

第三方面，提供一种电力系统三维可视化显示系统，包括：如上述第二方面实施例所述的计算机可读存储介质。

这样，本发明实施例，可显示电力系统运行状态多角度多面向的增强现实画面，实现所在区域电力系统输电线路热稳定传输能力状态在线感知，辅助调控人员更好地掌握和判断电网运行情况，为调控运行人员开展清洁能源消纳控制与重大时点保电等多样化任务提供决策依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的电力系统三维可视化显示方法的流程图；

图2是本发明实施例的电力系统三维可视化显示界面的示意图。

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取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种电力系统三维可视化显示方法。如图1所示，本发明实施例的方法包括如下的步骤：

步骤S101：基于电力系统的地理信息建立电力系统的三维地图。

如图2所示，界面100上具有电网分区的三维地图101，用于承载电网三维拓扑图和指标三维可视化内容项。该建立方法可采用现有技术常规的三维地图建立方法。

步骤S102：基于电力系统的拓扑结构，在三维地图上建立三维电网拓扑图。

三维电网拓扑图中，包括电网分区模型、电网政务分区拓扑节点位置及连接两节点间输电线路。具体的，通过标识图元表示每一电网政务分区拓扑节点以及通过连接线表示相邻两个电网政务分区拓扑节点之间的输电线路。三维电网拓扑图基于电网政务分区拓扑节点和节点地理位置进行绘制。

如图2所示，三维电网拓扑图102，包括：电网政务分区拓扑节点102a、分区拓扑节点名称102b、输电线路102c。在该实施例中，标识图元可用三维电磁环表示。电网政务分区拓扑节点102a采用三维电磁环对应节点地理位置可视化呈现于三维地图101上。此外，为了更清楚地显示用户的当前指令，当用户鼠标指针悬浮于电网政务分区拓扑节点102a时，采用荧光圈102d高亮呈现，分区拓扑节点名称102b平铺于三维地图101地面上，输电线路102c按其首末端相接于各分区节点，线路可以为实线类型表示投运状态，线路可以为虚线类型表示退运状态。

步骤S103：将输电线路的热稳定数据按照输电线路关联的电网政务分区拓扑节点的地理位置随时间进行动态聚类，得到电网政务分区拓扑节点关联的输电线路的线路热稳定性信息。

具体的，该步骤包括如下的过程：

(1)每隔预设时间窗口，将当前的预设时间窗口的对应终点时刻已经接收的所有输电线路的热稳定数据按照输电线路关联的电网政务分区拓扑节点的地理位置进行聚类，保存对应终点时刻的聚类信息。

其中，聚类的方法可采用现有的k-means聚类算法。

其中，聚类信息包括：聚类中心对应的电网政务分区拓扑节点的标签以及该标签对应的热稳定数据。

其中，对应终点时刻的聚类信息指的是，每个终点时刻均保存有对应的聚类信息，从而生成随时间变化的动态的信息。例如，预设时间窗口为1h，则保存有0-1点，0-2点，0-3点，……，以此类推，按照不同终点时刻保存的聚类信息。

具体的，该步骤的过程如下：

①计算当前的预设时间窗口新接收到的每一热稳定数据对应的输电线路关联的电网政务分区拓扑节点与已保存的每一聚类中心的距离，得到每一热稳定数据对应的最小距离。

动态聚类方法确定每组新数据是新聚类中心点还是正常点，需要进行最小距离判定，其中最小距离计算基于如下公式：

其中，d代表t时刻的新接收到的每一热稳定数据对应的输电线路关联的电网政务分区拓扑节点距离已保存的聚类中心的最小距离；C_i是代表了t-1时刻的已保存的聚类中心，s^t表示新接收到的每一热稳定数据对应的输电线路关联的电网政务分区拓扑节点。

②若该热稳定数据对应的最小距离不大于预设距离阈值，则将该热稳定数据并入最小距离对应的聚类中。

③若该热稳定数据对应的最小距离大于预设距离阈值，则将大于预设距离阈值对应的热稳定数据进行聚类，生成新的聚类信息并保存。

通过上述的步骤，将新计算得到的d_t值与预设距离阈值d_threshold进行新一组数据的最小距离判断；如果大于预设阈值，生成新聚类中心以保存相应聚类信息；否则，并入既有聚类中心。

例如，当预设时间窗口为1h，则每隔1h对当前的热稳定数据进行聚类，根据上述判据，若该数据可以聚类到之前已保存的聚类中，则直接并入已保存的聚类中；若该数据不能聚类到之前已保存的聚类中，则形成新的聚类。

(2)当保存的对应终点时刻的数量超过预设数量，则将最早的对应终点时刻的聚类信息删除。

例如，经过上述的处理生成了0-1点、0-2点、0-3点、……聚类信息。预设数量为10，即只能保存10个终点时刻的聚类信息，此时当保存0-11点的聚类信息后，将0-1点的聚类信息删除；当保存0-12点的聚类信息后，将0-2点的聚类信息删除；……，以此类推。

步骤S104：基于电网政务分区拓扑节点的多元基础电力信息和电网政务分区拓扑节点关联的输电线路的线路热稳定性信息，建立不同三维图元，以使当在显示界面显示三维地图时，在三维地图的每一表征电网政务分区拓扑节点的标识图元处显示多元基础电力信息和电网政务分区拓扑节点关联的输电线路的线路热稳定性信息。

该步骤可采用现有的技术进行相应的关联、图元建立和显示。

例如，通过解析输电线路的CIM/G文件构建多元图模对象，利用多元图模对象的多元信息属性关联电网运行的多元基础信息，依赖多元图模对象的图模属性与视图的图元图形建立连接，通过网络拓扑结构分析，动态获取该多元图模对象所关联的电力设备多元图模对象集合，构建一体化融合展示模型。

具体的，获取不同应用界面的相关CIM/G文件，解析G文件中的所有输电线路标签，创建输电线路的线路实体对象，并设置图模属性连接视图层的电力图元，并通过拓扑连接分析获取关联线路设备标识，将它们放入线路的关联设备对象列表，初始生成该线路的多元图模对象；循环此过程直至解析完G文件，完成G画面所有电力输电线路设备多元图模对象的构建。进一步，输电线路多元图模对象可以提取该线路的基本信息和其他关联外部环境数据信息，进行动态信息的融合获取。

在本发明实施例的三维显示中，如图3所示，采用三维指标可视化内容项103显示多元基础电力信息，具体通过在三维面板卡片103a上放置分区指标三维可视化类型符，比如三维光柱图、三维单式条形图、三维环形图等一种或多种呈现分区指标信息，呈现于三维电网拓扑图102对应分区节点处，平铺于三维地图101地面上。三维面板卡片103a包含用于控制三维面板卡片及三维指标可视化内容项的交互事件，例如，用户鼠标选中三维面板卡片操作调整卡片在三维地图上的位置，可以旋转卡片的角度以适应电网地图不同视角，从而更好呈现三维空间的表达优势。

具体的，输电线路的线路热稳定性信息和多元基础电力信息中的容载比通过三维单式条形图103c显示。每一个三维单式条形图103c包括反映分区电网运行情况的指标名称、指标值及反映该指标值所占该指标类型总值比例的三维单式条形图(通过相等宽高的三维条形的长短来描绘所占比例)。

具体的，多元基础电力信息中的发电功率、负荷功率、外受电功率及拉路容量通过三维光柱图103b显示。三维光柱图103b中的光柱可以包括电网运行状态的指标名称、指标值及该指标值所占该指标类型总值比例(通过光柱的高低描绘所占比例)。

具体的，多元基础电力信息中的外受电比例通过三维环形图103d显示，具体包括：反映分区电网运行情况的外受电比例的名称、指标值及该指标值所占该指标类型总值比例环形图。

应当理解的是，本发明实施例的三维图元并不以上述图元为限，可选择其它的三维图元。

此外，对于输电线路的线路热稳定性信息，根据前述步骤已保存了动态的聚类信息，因此，根据用户不同的指令，可相应具体显示不同的内容。

具体的，当用户输入的信息为时间段，可以有以下两种匹配显示方式：

(1)若用户输入的信息为时间段，并且时间段位于保存的对应终点时刻的范围内，则显示匹配时间段对应的聚类信息。

例如，用户输入3-6点，保存的终点时刻范围1-10点，则显示0-3，0-4，0-5，0-6的聚类信息。

(2)若用户输入的信息为时间段，并且时间段部分位于保存的对应终点时刻的范围外，则显示匹配时间段的位于保存的对应终点时刻的范围内的聚类信息。

例如，用户输入3-6点，保存的终点时刻范围4-14点，则显示3-4，3-5，3-6的聚类信息。

具体的，当用户输入的信息为标签，可以有以下两种匹配显示方式：

(1)若用户输入的信息为标签，并且输入的标签与保存的标签匹配，则显示匹配的标签对应的聚类信息。

(2)若用户输入的信息为标签，并且输入的标签与保存的标签不匹配，则按照对应终点时刻从前到后的顺序依次显示对应的聚类信息。

步骤S105：建立每条输电线路对应的连接线初始粗细显示比例，以使当在显示界面显示三维地图时，在三维地图上按照初始粗细显示比例显示输电线路。

初始粗细显示比例的计算式为：

其中，γ₀表示初始粗细显示比例，U_R表示输电线路的电压等级，单位为kV，P表示输电线路的在线传输功率，单位为MW。

由于输电线路数量大，耦合联系结构复杂，如采用常规可视化展示方法，输电线路采用静态设计原则，极难区分和快速掌握重点输电线路的热稳定传输能力动态变化和耦合聚类结果。为了实现更有效地辅助电力系统调度中心控制人员分析和预判输电线路传输状态和未来传输瓶颈，通过不同初始粗细显示比例可对目标电压等级显示界面可视化进行综合展示，综合考虑了输电线路对应的不同电压层级，并进一步引入了反应输电线路动态变化的在线传输功率，以使得目标区域显示在电力系统拓扑结构和电压等级约束下的可视范围内；并使得目标电压等级输电线路在可视范围内，根据输电线路传输功率的大小，具有最显著的展示效果，即在相同电压等级下，输电线路在线传输功率大的线路将比传输功率小的线路更大，会显著提示操作人员重点关注该区域该类线路的热稳定约束下传输能力是否能满足目前需求。

步骤S106：建立每条输电线路的动态粗细显示比例，以使当在显示界面显示三维地图时，根据用户的指令按照动态粗细显示比例显示指令指示的输电线路。

动态粗细显示比例的计算式为：

其中，γ₁表示动态粗细显示比例，A表示输电线路的关注系数，一般根据用户的需求设置，U_R表示输电线路的电压等级，单位为kV，P表示输电线路的在线传输功率，单位为MW。

例如，一条输电线路的关注系数为1.2，则用户将鼠标移动到该输电线路并点击确认后，该条输电线路间按照动态粗细显示比例显示粗细。当用户将鼠标移开后，再用初始粗细显示比例显示。

通过初始和动态粗细显示比例的切换，将所需观察的电压等级输电线路热稳定传输能力融合模型定位并尽可能地放大用户关注的输电线路模型，以便于用户观察。

具体的，在显示界面绘制刷新时实现输电线路热稳定传输能力动态信息融合可视化展示的具体流程为：数据处理模块负责接收服务端消息，当收到服务端发送的变化的多元信息后，通过报文中的设备关键字(keyid)定位该设备的多元图模对象，更新该对象多元信息属性的数据，并设置多元信息属性的类别，然后广播通知该设备的多元信息已经更新，同时通知前端对应图元绘制刷新数据；融合展示分析模块负责接收广播消息，当收到设备的多元信息更新消息后，通过消息中的设备标识(ID)定位此设备的多元图模对象，提取此设备及关联设备对象的多元信息属性，经过融合展示和缩放模块综合分析当前可视化界面展示要求后，通知前端输电线路图元组件展示数据或缩放展示层级。

此外，本发明实施例可在重新缩放过程期间保持原始输电线路电压层级的架构、参数和拓扑耦合链接关系。例如，需缩放输电线路参数以及重塑输电线路查找表可以存储在一个或多个数据结构中，诸如配置集或块参数，并且原始输电线路模型可以在执行期间利用存储在配置集中的已修改的输电线路参数以及重塑的输电线路查找表。

通过上述的方法，从获取电网内/外部多源离/在线数据，组成调控运行指标的数据来源；然后从电网安全稳定、清洁能源消纳、以及电网运行情况等方面计算，据电网调控运行重点状态信息/指标数据，生成并存储对应数据的三维可视化内容项；通过三维可视化人机界面在屏幕上显示调控运行的重点指标，其显示包括不限于三维地图、三维电网拓扑图、电网重点指标三维可视化元素、交互响应事件等可视化内容项；然后通过电力系统调控运行状态三维可视化展示方法及系统将三维地图、三维电网拓扑图、电网重点指标三维可视化元素及运行情况等信息直观、形象、多维度多侧面地显示。

本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上述实施例所述的电力系统三维可视化显示方法。

本发明实施例还公开了一种电力系统三维可视化显示系统，包括：如上述实施例所述的计算机可读存储介质。

综上，本发明实施例，可显示电力系统运行状态多角度多面向的增强现实画面，实现所在区域电力系统输电线路热稳定传输能力状态在线感知，辅助调控人员更好的掌握和判断电网运行情况，为调控运行人员开展清洁能源消纳控制与重大时点保电等多样化任务提供决策依据。

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权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电力系统三维可视化显示方法，其特征在于，包括：

基于电力系统的地理信息，建立电力系统的三维地图；

基于电力系统的拓扑结构，在所述三维地图上建立三维电网拓扑图，其中，所述三维电网拓扑图中，通过标识图元表示每一电网政务分区拓扑节点以及通过连接线表示相邻两个电网政务分区拓扑节点之间的输电线路；

将输电线路的热稳定数据按照所述输电线路关联的电网政务分区拓扑节点的地理位置随时间进行动态聚类，得到所述电网政务分区拓扑节点关联的所述输电线路的线路热稳定性信息；

基于所述电网政务分区拓扑节点的多元基础电力信息和所述电网政务分区拓扑节点关联的所述输电线路的线路热稳定性信息，建立不同三维图元以使当在显示界面显示所述三维地图时，在所述三维地图的每一表征所述电网政务分区拓扑节点的标识图元处显示所述多元基础电力信息和所述电网政务分区拓扑节点关联的所述输电线路的线路热稳定性信息；

建立每条输电线路对应的连接线初始粗细显示比例，以使当在显示界面显示所述三维地图时，在所述三维地图上按照所述初始粗细显示比例显示所述输电线路；

建立每条所述输电线路的动态粗细显示比例，以使当在显示界面显示所述三维地图时，根据用户的指令按照动态粗细显示比例显示所述指令指示的所述输电线路。

2.根据权利要求1所述的电力系统三维可视化显示方法，其特征在于，所述初始粗细显示比例的计算式为：

其中，γ₀表示初始粗细显示比例，U_R表示输电线路的电压等级，单位为kV，P表示输电线路的在线传输功率，单位为MW。

3.根据权利要求1所述的电力系统三维可视化显示方法，其特征在于，所述动态粗细显示比例的计算式为：

其中，γ₁表示动态粗细显示比例，A表示输电线路的关注系数，U_R表示输电线路的电压等级，单位为kV，P表示输电线路的在线传输功率，单位为MW。

4.根据权利要求1所述的电力系统三维可视化显示方法，其特征在于，所述得到所述电网政务分区拓扑节点关联的所述输电线路的线路热稳定性信息的步骤，包括：

每隔预设时间窗口，将当前的预设时间窗口的对应终点时刻已经接收的所有输电线路的热稳定数据按照所述输电线路关联的电网政务分区拓扑节点的地理位置进行聚类，保存对应终点时刻的聚类信息，其中，所述聚类信息包括：聚类中心对应的电网政务分区拓扑节点的标签以及该标签对应的热稳定数据；

当保存的对应终点时刻的数量超过预设数量，则将最早的对应终点时刻的所述聚类信息删除。

5.根据权利要求4所述的电力系统三维可视化显示方法，其特征在于，所述将当前的预设时间窗口的对应终点时刻已经接收的所有输电线路的热稳定数据按照所述输电线路关联的电网政务分区拓扑节点的地理位置进行聚类的步骤，包括：

计算当前的预设时间窗口新接收到的每一所述热稳定数据对应的输电线路关联的电网政务分区拓扑节点与已保存的每一聚类中心的距离，得到每一所述热稳定数据对应的最小距离；

若该热稳定数据对应的最小距离不大于预设距离阈值，则将该热稳定数据并入所述最小距离对应的聚类中；

若该热稳定数据对应的最小距离大于预设距离阈值，则将所述大于预设距离阈值对应的所述热稳定数据进行聚类，生成新的聚类信息并保存。

6.根据权利要求5所述的电力系统三维可视化显示方法，其特征在于，显示所述电网政务分区拓扑节点关联的所述输电线路的线路热稳定性信息，包括：

若用户输入的信息为时间段，并且所述时间段位于保存的所述对应终点时刻的范围内，则显示匹配所述时间段对应的聚类信息；

若用户输入的信息为时间段，并且所述时间段部分位于保存的所述对应终点时刻的范围外，则显示匹配所述时间段的位于所述保存的所述对应终点时刻的范围内的聚类信息。

7.根据权利要求5所述的电力系统三维可视化显示方法，其特征在于，显示所述电网政务分区拓扑节点关联的所述输电线路的线路热稳定性信息，包括：

若用户输入的信息为标签，并且输入的所述标签与保存的所述标签匹配，则显示匹配的所述标签对应的聚类信息；

若用户输入的信息为标签，并且输入的所述标签与保存的所述标签不匹配，则按照所述对应终点时刻从前到后的顺序依次显示对应的聚类信息。

8.根据权利要求1所述的电力系统三维可视化显示方法，其特征在于：

所述输电线路的线路热稳定性信息和所述多元基础电力信息中的容载比通过三维单式条形图显示；

所述多元基础电力信息中的发电功率、负荷功率、外受电功率及拉路容量通过三维光柱图显示；

所述多元基础电力信息中的外受电比例通过三维环形图显示。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1～8中任一项所述的电力系统三维可视化显示方法。

10.一种电力系统三维可视化显示系统，其特征在于，包括：如权利要求9所述的计算机可读存储介质。

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