CN116778856B - 一种应用于电力系统的智能化led显示装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于电力系统的智能化LED显示装置及方法，其中所述装置主要由数据接收模块、数据处理与解析模块、光源调制模块、动态拓扑图调整模块以及LED显示屏组成。数据接收模块负责接收实时的电网数据，包括电压、电流、功率等电力参数。这些参数由数据处理与解析模块转化为电网的拓扑结构，进而确定每个节点的状态及节点之间的连接关系；这些解析结果被传递给光源调制模块和动态拓扑图调整模块，进一步动态调整LED显示屏上每个像素的亮度和颜色，以及电网拓扑图的展示，包括每个节点在显示屏上的位置和节点之间链接的样式；LED显示屏用于展示这些内容，通过这种装置及方法，电网数据可以被有效的可视化，从而提高了电网的运行和维护效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统监控显示的智能化技术领域，特别涉及一种应用于电力系统的智能化LED显示装置及方法。
背景技术
电力系统作为现代社会的基础设施，其稳定、高效运行至关重要。在电力系统中，电网数据（包括电压、电流、功率等各种电力参数）的实时监控和分析，对于系统的安全运行以及故障的预防和诊断等都具有重要的作用。为了实现这个目标，需要将电网数据转化为可视化的信息，以便工作人员能够快速并直观地理解电网的实时状态。这就需要一个能够接收并处理电网数据，然后动态显示这些数据的设备。
传统的电力系统显示设备，如普通的电力仪表和计算机显示屏，虽然能够展示电力数据，但其显示的信息往往是静态的，不能及时反映电网的实时状态；而且这些设备通常只能显示简单的数据，不能清晰地展示电网的拓扑结构和每个节点的状态，这对于复杂的电网系统来说，无法满足其对于数据处理和显示的需求。
另一方面，虽然有些高级的显示设备，如LED显示装置，能够动态地显示电网的状态，但是这些设备通常需要配备复杂的电脑程序和硬件设备，并且需要专门的训练才能操作，这对于电力系统的运行和维护增加了很大的难度和成本。
因此，开发一种应用于电力系统的智能化LED显示装置显得尤为重要和必要。
发明内容
本申请提供一种应用于电力系统的智能化LED显示装置，以提高电网的运行和维护效率。
所述智能化LED显示装置，包括：
数据接收模块，用于接收实时的电网数据，包括电压、电流、功率等各种电力参数；
数据处理与解析模块，用于根据预设算法将接收到的电力参数转化为电网的拓扑结构，确定所述拓扑结构中每个节点的状态及节点之间的连接关系，并解析所述拓扑结构对应的电网拓扑数据，将解析结果传递给光源调制模块和动态拓扑图调整模块；
光源调制模块，用于根据接收到的解析结果动态调整LED显示屏上每个像素的亮度和颜色；
动态拓扑图调整模块，用于根据接收到的解析结果动态地调整LED显示屏上的电网拓扑图，包括每个节点在显示屏上的位置以及节点之间链接的样式。
LED显示屏，用于显示所述光源调制模块和动态拓扑图调整模块调整的内容。
更进一步地，所述数据处理与解析模块进一步包括一个贝叶斯推断单元；
所述贝叶斯推断单元用于根据接收到的实时电力参数和预设的阈值，利用贝叶斯定理，计算出节点可能的状态；
其中，P(A|B)是在电压低于设定阈值的条件下，节点状态为异常的后验概率，P(B|A)是在节点状态为异常的情况下，电压低于设定阈值的概率，P(A)是节点状态为异常的先验概率，P(B)是电压低于设定阈值的概率。
更进一步地，所述光源调制模块通过应用公式（I1为节点亮度，Pn为节点电源输出功率，k1和k2为预设参数）来确定每个节点的亮度，及公式/>（I2为链接的亮度，Pl为链接上的电力流动量，k3和k4为预设参数）来确定每个链接的亮度，从而根据电源的实时输出功率和电力的实时流动情况动态调整节点及链接的亮度。
更进一步地，所述光源调制模块还包括：
一个映射单元，用于将接收到的电网节点和链接的数据，包括电压、电流、功率等参数，映射到RGB颜色空间中的R、G、B值；其中，对于节点数据，电流与R值正相关，电压与G值正相关，功率与B值正相关；对于链接数据，电力流动量与R值、G值和B值正相关；
一个转换单元，用于将映射模块得到的RGB颜色空间中的R、G、B值，通过以下公式转换到XYZ色度空间：
；
；
；
其中，Sr、Sg、Sb，Mr、Mg、Mb，Hr、Hg、Hb是可调的转换参数，R、G、B是RGB颜色空间中的R、G、B值；
一个调节单元，用于根据转换单元得到的XYZ色度空间的X、Y、Z值，以及以下公式动态调整LED显示屏上每个节点和链接像素的颜色：
；
；
；
其中，k1、k2、k3，k4、k5、k6，k7、k8、k9是可调的调节参数，R'、G'、B'是调整后的RGB颜色空间中的R、G、B值。
更进一步地，所述动态拓扑图调整模块还包括：
一个节点位置确定单元，用于根据节点在电网中的地理位置以及其电力状态，动态确定节点在LED显示屏上的位置；所述的节点位置通过以下公式计算：
；
；
其中，pos_x 是节点在LED显示屏上的横坐标，pos_y 是节点在LED显示屏上的纵坐标，geographic_position是节点在电网中的地理位置，范围在[0, 1]，display_width是显示屏的宽度；power_status是节点的电力状态，由以下公式得出，取值在[0, 1]范围内：
；
其中， source_factor是一个值为0或1的参数，表示该节点是否为电源节点；load_factor是一个值为0或1的参数，表示该节点是否为电力用户节点；normalized_voltage, normalized_current, normalized_generation, 和 normalized_load 分别为节点对应的归一化电压，归一化电流，归一化发电量，归一化负荷需求；w1, w2, w3 和 w4是预设的权重系数。
更进一步地，所述动态拓扑图调整模块还包括：
一个链接样式确定单元，用于根据连接两个节点的电流大小，动态确定链接在LED显示屏上的链接样式，所述的链接样式包括链接的粗细thickness以及链接的颜色color，其通过以下公式计算：
；
；
其中，current是链接的电流，max_thickness是链接的最大粗细，max_color是链接的最大颜色值。
更进一步地，所述数据接收模块还包括：
一个接口单元，用于与电力系统进行通信，实时接收来自电力系统的电网数据；
一个数据存储单元，用于存储接收到的电网数据，以备后续数据处理与解析模块进行处理。
更进一步地，所述数据接收模块还能接收来自外部系统的指令，包括但不限于预设的拓扑结构、节点状态、节点间的连接关系等信息，以便实现对电网拓扑图的手动调整。
更进一步地，所述LED显示屏采用的是高清显示屏，能够更精细地显示电网的拓扑结构，包括节点的位置以及节点之间的链接样式。
本申请还提供一种应用于电力系统的智能化LED显示方法，包括：
接收实时的电网数据，包括电压、电流、功率等各种电力参数；
根据预设算法将接收到的电力参数转化为电网的拓扑结构，确定所述拓扑结构中每个节点的状态及节点之间的连接关系，并解析所述拓扑结构对应的电网拓扑数据，获得解析结果；
根据所述解析结果动态调整LED显示屏上每个像素的亮度和颜色，其中亮度和颜色的调整基于电力参数与颜色和亮度之间的预设映射关系；
根据所述解析结果动态地调整LED显示屏上的电网拓扑图，包括每个节点在显示屏上的位置以及节点之间链接的样式。
本申请的提供的技术方案不同传统的技术方案，数据处理与解析模块根据预设算法将接收到的电力参数转化为电网的拓扑结构，并确定所述拓扑结构中每个节点的状态及节点之间的连接关系。进而，根据接收到的解析结果，光源调制模块和动态拓扑图调整模块可以动态地调整LED显示屏上的内容，包括每个像素的亮度和颜色以及电网拓扑图的展示。
本申请提供的技术方案的有益效果包括：
（1）提高了电网数据的可视化效果：通过动态地调整LED显示屏上的内容，使得电力系统的实时数据和状态能够以更直观、更易于理解的方式呈现，从而大大提高了电网数据的可视化效果。
（2）提升了电力系统的运行效率和安全性：实时的电网数据解析和显示，可以更快速地了解电网的实时状态和可能存在的问题，从而及时进行调整或者处理，提升了电力系统的运行效率和安全性。
（3）提高了用户的工作效率：通过直观的LED显示屏展示，用户可以更方便、更快速地理解电网的状态和数据，从而提高了工作效率。
附图说明
图1是本申请第一实施例提供的一种应用于电力系统的智能化LED显示装置的示意图。
图2是本申请第二实施例提供的一种应用于电力系统的智能化LED显示方法的流程图。
实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
本申请第一实施例提供一种应用于电力系统的智能化LED显示装置。请参看图1，该图为本申请第一实施例的示意图。以下结合图1对本申请第一实施例提供一种应用于电力系统的智能化LED显示装置进行详细说明。
所述智能化LED显示装置包括数据接收模块101，数据处理与解析模块102，光源调制模块103，动态拓扑图调整模块104以及LED显示屏105。
数据接收模块101，用于接收实时的电网数据，包括电压、电流、功率等各种电力参数。
更进一步地，所述数据接收模块还包括：
一个接口单元，用于与电力系统进行通信，实时接收来自电力系统的电网数据；
一个数据存储单元，用于存储接收到的电网数据，以备后续数据处理与解析模块进行处理。
数据接收模块101可能接收来自一个或多个电力设备的电网数据。这些设备可能包括发电机、变电站、输电线路、配电站等。这些设备通常装有传感器和监控系统，可以实时采集并生成电压、电流、功率等参数的数据。
数据接收模块会通过接口单元获取到这些实时数据。获取数据的方式可能包括有线或无线通信。例如，数据接收模块可能使用一种或多种通信协议（如Modbus、IEC 61850等），在特定的时间间隔（如每秒、每分钟等）或在特定的事件触发时（如故障、设备状态改变等）获取数据。
接收到数据后，数据接收模块101可能需要对数据进行初步的处理，以便后续的数据处理与解析模块能够进行更深层次的处理和解析。初步处理可能包括数据格式转换、数据验证（如检查数据是否在合理的范围内、是否有明显的错误或异常值）、数据整合（如将来自不同设备的数据整合在一起）、数据存储（如存储数据，以应对可能的数据丢失或延迟等问题）等。
数据接收模块101还可能具有其他功能，如处理通信错误和异常、保护数据的安全性和隐私性、适应不同的通信环境和设备类型等。
更进一步地，所述数据接收模块还能接收来自外部系统的指令，包括但不限于预设的拓扑结构、节点状态、节点间的连接关系等信息，以便实现对电网拓扑图的手动调整。
在本实施例提供的智能化LED显示装置中，数据接收模块不仅仅接收电力系统实时传输的电网数据，它还能接收来自外部系统的指令。这一功能提供了一个更为灵活的操作方式，能够根据不同的应用场景和需要进行调整和优化。
外部系统的指令可以包括但不限于预设的拓扑结构、节点状态、节点间的连接关系等信息。预设的拓扑结构可以是电网的理想状态或者某种特定条件下的状态，例如在进行电网维护或者应对电力紧急情况时，可能需要模拟出一些特定的拓扑结构来进行分析和决策。
节点状态的信息可以包括节点的电压、电流、发电量、负荷需求等电力参数，也可以包括节点的位置信息、节点类型等。这些信息可以帮助运维人员更好地理解电网的运行状态，进行更精确的控制和调整。
节点间的连接关系信息是描述电网拓扑结构的重要信息。它可以显示各个节点之间的电流流动情况，反映电网的运行状态。通过调整节点间的连接关系，可以模拟电网在不同运行状态下的拓扑图，为电力系统的优化调度提供参考。
接收到来自外部系统的指令后，数据接收模块将这些信息传递给数据处理与解析模块以及动态拓扑图调整模块，这两个模块根据接收到的信息对电网的拓扑结构进行解析和调整，最后在LED显示屏上显示出修改后的电网拓扑图。
这种手动调整电网拓扑图的能力，使得本实施例提供的智能化LED显示装置在一些特殊的应用场景中具有更好的适用性，例如在进行电力系统的设计和优化、进行电网故障的模拟和分析、进行电力教育和培训等情况下，都可以通过手动调整电网拓扑图来实现更好的效果。
数据处理与解析模块102，用于根据预设算法将接收到的电力参数转化为电网的拓扑结构，确定所述拓扑结构中每个节点的状态及节点之间的连接关系，并解析所述拓扑结构对应的电网拓扑数据，将解析结果传递给光源调制模块和动态拓扑图调整模块。
数据处理与解析模块102的主要任务是根据预设的算法处理和解析从数据接收模块接收到的实时电网数据，并将解析的结果传递给光源调制模块和动态拓扑图调整模块。
具体来说，这个模块需要完成以下几个步骤：
（1）电网数据转换：数据处理与解析模块首先将接收到的电力参数（如电压、电流、功率等）转化为描述电网拓扑结构的数据。这个转换过程是基于预设的算法完成的。这个算法可能涉及到复杂的数学模型和计算方法，目的是从电力参数中提取出描述电网拓扑结构的关键信息。转换后的数据将以一种可以表示电网拓扑结构的形式呈现，例如，网络图、矩阵、列表等。
例如，假设有一个简单的电网，包含两个发电站（节点A和B），以及一个电力用户（节点C）。三个节点A、B、C的电压、电流和功率的读数可能分别表示为VA, IA, PA, VB, IB,PB, VC, IC和PC。那么可能定义一个简单的数学模型，将电力参数映射到节点和链接的状态。
对于每个节点，可能定义一个“节点状态”参数，其由电压、电流和功率共同决定。例如，如果电压VA低于预设的阈值，可能判断节点A的状态为“异常”。类似的，如果电压VB和电流IB都低于预设的阈值，可能判断节点B的状态为“异常”。
对于每个链接，可能定义一个“链接状态”参数，其由两个相连接节点的电力参数决定。例如，如果节点A和节点C之间的功率差值（PA-PC）大于预设的阈值，那么可能判断链接AC的状态为“异常”。
转换后的数据可能以矩阵的形式呈现，每一行表示一个节点或链接的状态，每一列表示一个电力参数。例如：
| 节点/链接 | 电压 | 电流 | 功率 |
| A | 正常 | 正常 | 正常 |
| B | 异常 | 正常 | 正常 |
| C | 正常 | 正常 | 正常 |
| AC | 正常 | 正常 | 异常 |
| BC | 正常 | 正常 | 正常 |
。
（2）拓扑结构确定：接下来，数据处理与解析模块102需要确定电网的拓扑结构，这包括确定每个节点的状态（如正常、异常、失效等）以及节点之间的连接关系（如连接、断开、短路等）。这个过程也是基于预设的算法完成的，该算法可能涉及到一系列的规则和条件，例如，电压、电流等参数的阈值，设备的类型和能力，历史数据和模式等。
更进一步地，所述数据处理与解析模块进一步包括一个贝叶斯推断单元，所述贝叶斯推断单元执行贝叶斯推断算法确定每个节点的状态。下面对于该算法进行详细的说明。
贝叶斯推断算法基于贝叶斯定理，这是一种在给定一些观察数据的情况下，更新或计算一个概率假设的方法。它可以将先验概率（基于先前的经验或背景知识的概率）和似然性（基于新观察数据的概率）结合起来，得到后验概率（基于先验概率和新数据更新的概率）。
例如，如果有先验知识，即在过去的电网操作中，当电压低于一定阈值时，90%的情况下，节点的状态会变为异常。因此，当看到电压低于阈值时，可以根据贝叶斯推断算法预测节点状态可能为异常。贝叶斯定理的基本公式为：。在这个公式中，P(A|B)是后验概率，P(B|A)是似然性，P(A)是先验概率，P(B)是证据或标准化常量。
根据实时的电力数据，贝叶斯推断单元可以利用贝叶斯推断算法推断出节点可能的状态，这个过程可能会根据每个节点的电力参数和贝叶斯推断算法不断进行迭代和更新。
假设有一个电网节点，已知一些先验知识，也就是在过去的情况中，当电压低于一个特定的阈值（例如200伏）时，节点的状态在5%的情况下会变为异常。将这个先验概率定义为P(A)，其中A是“节点状态异常”。所以P(A)=0.05。
根据贝叶斯定理，可以计算出后验概率P(A|B)，即在知道电压已经降低到200伏以下的情况下，节点状态为异常的概率。
为了计算P(A|B)，还需要知道P(B|A)和P(B)的值。
P(B|A)是在节点状态异常的情况下，电压降低到200伏以下的概率。由于当节点状态异常时，电压几乎总是降低到200伏以下，因此可以设P(B|A)=1。
P(B)是在所有情况下，电压降低到200伏以下的概率。这个概率可以通过统计历史数据得到。假设我们统计了过去一段时间的电网数据，发现电压低于200伏的情况发生了100次，而总共记录了1000次电压读数，那么P(B)=100/1000=0.1。
有了这些值，就可以利用贝叶斯定理计算后验概率：
；
；
= 0.5。
（3）拓扑数据解析：完成上述步骤后，数据处理与解析模块102还需要解析电网拓扑数据。解析的目的是将拓扑数据转换为可以直接用于显示和调整的格式。例如，解析的结果可能包括每个节点在显示屏上的位置，节点的颜色和亮度，节点之间链接的样式等。
例如，如果节点A的状态为“正常”，节点B的状态为“异常”，那么在LED显示屏上，节点A可能显示为绿色，节点B可能显示为红色。如果链接AC的状态为“异常”，那么在显示屏上，链接AC可能显示为红色，且亮度可能高于正常状态的链接。
（4）结果传递：最后，数据处理与解析模块102将解析的结果传递给光源调制模块和动态拓扑图调整模块，用于后续的显示和调整。
例如，如果光源调制模块收到的结果是节点A为绿色，节点B为红色，链接AC为红色，那么它会调整显示屏上相应像素的亮度和颜色。同样，动态拓扑图调整模块会根据收到的结果调整显示屏上的电网拓扑图，例如，可能会改变节点之间链接的样式，或者在发生故障的节点或链接上添加警告标志。
光源调制模块103，用于根据接收到的解析结果动态调整LED显示屏上每个像素的亮度和颜色。
更进一步地，所述光源调制模块通过应用公式（I1为节点亮度，Pn为节点电源输出功率，k1和k2为预设参数）来确定每个节点的亮度，及公式/>（I2为链接的亮度，Pl为链接上的电力流动量，k3和k4为预设参数）来确定每个链接的亮度，从而根据电源的实时输出功率和电力的实时流动情况动态调整节点及链接的亮度。
节点的亮度指的是在LED显示屏上，代表电网节点的像素的亮度。每个电网节点在LED显示屏上都对应一个或多个像素，其亮度可以根据实时数据动态调整。
链接的亮度指的是在LED显示屏上，代表电网节点间链接的像素的亮度。每条电网链接在LED显示屏上都对应一条像素线，其亮度也可以根据实时数据动态调整。
电源输出功率指的是电网节点（电源或负载）在实时状态下的输出功率。节点电源输出功率可能会受到许多因素的影响，例如设备状态、外部环境等。
电力流动量指的是电网链接上电力的流动量，即电流的大小。电流的大小会受到电源输出、负载需求、线路阻抗等因素的影响。
在这里，公式用于计算节点的亮度，其中Pn代表节点电源输出功率，k1和k2是预设参数，可以根据具体应用场景进行调整。公式/>用于计算链接的亮度，其中Pl代表链接上的电力流动量，k3和k4同样是可以调整的预设参数。
这样做的好处主要有以下几点：
（1）直观展示：通过调整像素的亮度，电网的实时状态可以在LED显示屏上直观地展现出来。节点和链接的亮度可以反映出电网节点和链接的电力状态，比如功率输出、电流大小等。
（2）实时动态：由于像素亮度的调整是基于实时电力数据的，因此显示的状态也是实时动态的，可以即时反映电网状态的变化。
（3）灵活应用：通过调整公式中的预设参数，可以根据具体需要来调整节点和链接亮度的显示方式，增加了显示装置的应用灵活性。
（4）故障检测：当电网发生故障时，比如某个节点的电源输出功率突然下降，或某个链接的电流突然增大，都会导致相应的像素亮度变化，从而可以快速地在显示屏上发现这些问题。
总的来说，这个特性使得智能化LED显示装置能够更好地反映电力系统的实时状态，提高了电网监控的效率和准确性。
更进一步地，所述光源调制模块还包括：
一个映射单元，用于将接收到的电网节点和链接的数据，包括电压、电流、功率等参数，映射到RGB颜色空间中的R、G、B值；其中，对于节点数据，电流与R值正相关，电压与G值正相关，功率与B值正相关；对于链接数据，电力流动量与R值、G值和B值正相关；
一个转换单元，用于将映射模块得到的RGB颜色空间中的R、G、B值，通过以下公式转换到XYZ色度空间：
；
；
；
其中，Sr、Sg、Sb，Mr、Mg、Mb，Hr、Hg、Hb是可调的转换参数，R、G、B是RGB颜色空间中的R、G、B值；
一个调节单元，用于根据转换单元得到的XYZ色度空间的X、Y、Z值，以及以下公式动态调整LED显示屏上每个节点和链接像素的颜色：
；
；
；
其中，k1、k2、k3，k4、k5、k6，k7、k8、k9是可调的调节参数，R'、G'、B'是调整后的RGB颜色空间中的R、G、B值。
上述内容主要是通过将电网节点和链接的数据转换为可视化颜色，进一步增强了该设备的智能化能力。
首先，该光源调制模块包含一个映射单元。这个映射单元的任务是接收电网节点和链接的数据，这些数据包括电压、电流、功率等参数。这些参数被映射到RGB颜色空间中的R、G、B值。对于节点数据，电流与R值正相关，电压与G值正相关，功率与B值正相关。这意味着，对于每个节点，其电流、电压和功率的变化都将反映在该节点像素的颜色变化上。同样，对于链接数据，电力流动量与R值、G值和B值正相关，表示电力流动量的变化也将反映在链接像素的颜色上。
接着，光源调制模块还包括一个转换单元。这个转换单元将映射模块得到的RGB颜色空间中的R、G、B值转换到XYZ色度空间，其转换公式为：
；
；
；
其中，Sr、Sg、Sb，Mr、Mg、Mb，Hr、Hg、Hb是可调的转换参数。这一步骤进一步优化了颜色的表示，以便更准确地反映电网状态。
最后，光源调制模块包括一个调节单元。这个模块根据转换单元得到的XYZ色度空间的X、Y、Z值，以及以下公式动态调整LED显示屏上每个节点和链接像素的颜色：
；
；
；
其中，k1、k2、k3，k4、k5、k6，k7、k8、k9是可调的调节参数，R'、G'、B'是调整后的RGB颜色空间中的R、G、B值。这个调节单元允许设备根据电网实时数据动态地改变显示的颜色，从而更直观地呈现电网的实时状态。
这种方法的好处是，它不仅提供了关于电网节点和链接状态的视觉反馈，还使得该反馈可以动态地改变，以实时反映电网状态的变化。此外，这种颜色编码方法能够呈现大量的数据，而不需要用户进行复杂的数据解析，大大提高了数据的可解读性。
动态拓扑图调整模块104，用于根据接收到的解析结果动态地调整LED显示屏上的电网拓扑图，包括每个节点在显示屏上的位置以及节点之间链接的样式。
更进一步地，所述动态拓扑图调整模块104还包括：
一个节点位置确定单元，用于根据节点在电网中的地理位置以及其电力状态，动态确定节点在LED显示屏上的位置；所述的节点位置通过以下公式计算：
；
；
其中，pos_x 是节点在LED显示屏上的横坐标，pos_y 是节点在LED显示屏上的纵坐标，geographic_position是节点在电网中的地理位置，范围在[0, 1]，display_width是显示屏的宽度；power_status是节点的电力状态，由以下公式得出，取值在[0, 1]范围内： ；
其中， source_factor是一个值为0或1的参数，表示该节点是否为电源节点（1表示是，0表示不是）；load_factor是一个值为0或1的参数，表示该节点是否为电力用户节点（1表示是，0表示不是）；normalized_voltage, normalized_current, normalized_generation, 和 normalized_load 分别为节点对应的归一化电压，归一化电流，归一化发电量，归一化负荷需求；w1, w2, w3 和 w4 是预设的权重系数。
动态拓扑图调整模块是本实施例的关键部分之一。这个模块包括一个节点位置确定单元，其主要功能是根据节点在电网中的地理位置以及其电力状态，动态地确定节点在LED显示屏上的位置。
具体来说，节点在显示屏上的位置通过pos_x和pos_y这两个坐标来表示，它们分别对应显示屏上的横坐标和纵坐标。这两个坐标的计算公式如下：
；
；
其中，geographic_position表示节点在电网中的地理位置，这个位置是经过归一化处理的，所以其值的范围在[0, 1]。这样做是为了便于计算，同时也保证了不同地理位置的节点在显示屏上的位置的可比性。节点在电网中的地理位置数据通常来源于电力系统的基础设施数据库或GIS（地理信息系统）数据。这些数据库包含了所有电力系统设备（包括电源，变压器，电缆，电力用户等）的详细地理坐标和电网连接信息。地理坐标可以是经度和纬度，也可以是具体的地理坐标系统（如UTM）下的坐标。
要将地理位置数据确定在[0,1]的范围内，通常需要进行归一化处理。这通常涉及到找到电网覆盖区域的最大和最小地理坐标（经度和纬度），然后将每个节点的地理坐标减去最小坐标，然后除以坐标范围（最大坐标减去最小坐标）。这样，所有节点的地理位置都将映射到[0,1]的范围内。例如，如果一个节点的经度为100，而电网覆盖区域的最小和最大经度分别为90和110，那么这个节点的归一化经度就是(100-90)/(110-90)=0.5。
display_width则表示显示屏的宽度，其可以用像素的数量来表示。
power_status则表示节点的电力状态，其值也在[0, 1]范围内。电力状态是通过一系列电力参数计算得出的，具体的计算公式如下：
；
在这个公式中，normalized_voltage, normalized_current, normalized_generation, 和 normalized_load 分别表示归一化电流，归一化电压，归一化发电量，和归一化负荷需求。它们都是通过实际值与可能的最小值和最大值进行处理得到的归一化值。
source_factor和load_factor分别表示节点是否为电源节点或电力用户节点。当节点为电源节点时，source_factor为1，否则为0；当节点为电力用户节点时，load_factor为1，否则为0。
在计算电力状态时，会将归一化的电压、电流、发电量和负荷需求加权求和，其中的权重系数为w1, w2, w3 和 w4，这些权重系数是预设的。
最后，display_height表示显示屏的高度。通过以上的计算，可以根据节点的地理位置和电力状态，动态地在LED显示屏上确定节点的位置。这样，可以直观地在显示屏上呈现出电力系统的运行状态，对电力系统的监控和管理提供了便利。
更进一步地，所述的动态拓扑图调整模块还包括一个链接样式确定单元，用于根据连接两个节点的电流大小，动态确定链接在LED显示屏上的链接样式，所述的链接样式包括链接的粗细thickness以及链接的颜色color，其通过以下公式计算：
；
；
其中，current是链接的电流，max_thickness是链接的最大粗细，max_color是链接的最大颜色（比如，255对应白色，0对应黑色）。
在智能化LED显示装置中，动态拓扑图调整模块中的一个重要组成部分是链接样式确定单元。这个模块的主要作用是根据连接两个节点的电流大小，动态确定这两个节点之间链接在LED显示屏上的显示样式。
链接样式包括链接的粗细（thickness）以及链接的颜色（color），它们的确定是通过一定的计算公式进行的。具体来说，这两个参数的计算公式如下：
；
；
在这两个公式中，current表示的是连接两个节点的电流，而max_thickness和max_color则分别表示链接的最大粗细和最大颜色值。这里的最大颜色值可能是在某种颜色空间中的最大值，比如在RGB颜色空间中，最大颜色值为255，对应白色。
根据上述公式，可以看到，电流的大小直接影响了链接在LED显示屏上的显示样式，即链接的粗细和颜色。当电流较大时，链接的粗细会增加，颜色也会更接近最大颜色值，例如白色；反之，电流较小时，链接的粗细会减小，颜色也会更接近最小颜色值，例如黑色。这种动态的显示方式可以使电力系统的运行状态更为直观明了，从而方便电力系统的监控和管理。
LED显示屏105，用于显示所述光源调制模块和动态拓扑图调整模块调整后输出的内容。
更进一步地，所述LED显示屏采用的是高清显示屏，能够更精细地显示电网的拓扑结构，包括节点的位置以及节点之间的链接样式。
在本实施例提供的智能化LED显示装置中，LED显示屏采用高清显示屏技术。这种高清显示屏技术，其分辨率远高于传统的显示屏，使得LED显示屏能够更精细、更清晰地显示电网的拓扑结构。这对于运行和维护电力系统的专业人员来说，提供了更加细致的视觉体验和更准确的信息。
所述LED显示屏能够精确地显示电网中每个节点的位置。节点的位置是通过数据处理与解析模块根据电网数据计算出来的，然后由动态拓扑图调整模块将这些信息可视化地呈现在LED显示屏上。在高清显示屏上，即使是相互靠近的节点，也能够清晰地区分开来，不会发生重叠或者模糊的现象。这对于理解电网的结构和运行状态非常有帮助。
除了节点的位置，LED显示屏还能精细地显示节点之间的链接样式。链接样式包括链接的粗细以及链接的颜色，这些都是由链接的电流大小决定的。在高清显示屏上，不同的链接样式可以被清晰地区分开来，使得用户可以直观地了解电网中电流的流动情况。
因此，通过采用高清显示屏技术，本实施例提供的智能化LED显示装置不仅可以以高分辨率显示电网的拓扑结构，还可以精确地显示每个节点的位置和节点之间的链接样式，为电力系统的运行和维护提供了更直观、更精确的信息。
在上述的实施例中，提供了一种应用于电力系统的智能化LED显示装置，与之相对应的，本申请还提供一种应用于电力系统的智能化LED显示方法。请参看图2，其为本申请的一种应用于电力系统的智能化LED显示方法实施例的流程图。由于本实施例，即第二实施例，基本相似于装置实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可；下述描述的系统实施例仅仅是示意性的。
本申请第二实施例提供一种应用于电力系统的智能化LED显示方法，包括：
步骤S201：接收实时的电网数据，包括电压、电流、功率等各种电力参数。
步骤S202：根据预设算法将接收到的电力参数转化为电网的拓扑结构，确定所述拓扑结构中每个节点的状态及节点之间的连接关系，并解析所述拓扑结构对应的电网拓扑数据，将解析结果用于动态调整LED显示屏上的显示内容。
步骤S203：根据接收到的解析结果动态调整LED显示屏上每个像素的亮度和颜色，其中亮度和颜色的调整基于电力参数与颜色和亮度之间的预设映射关系。
步骤S204：根据接收到的解析结果动态地调整LED显示屏上的电网拓扑图，包括每个节点在显示屏上的位置以及节点之间链接的样式。
本申请虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本申请，任何本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种应用于电力系统的智能化LED显示装置，其特征在于，包括：
数据接收模块，用于接收实时的电网数据，包括电压、电流、功率；
数据处理与解析模块，用于根据预设算法将接收到的电力参数转化为电网的拓扑结构，确定所述拓扑结构中每个节点的状态及节点之间的连接关系，并解析所述拓扑结构对应的电网拓扑数据，将解析结果传递给光源调制模块和动态拓扑图调整模块；
光源调制模块，用于根据接收到的解析结果动态调整LED显示屏上像素的亮度和颜色；
动态拓扑图调整模块，用于根据接收到的解析结果动态地调整LED显示屏上的电网拓扑图，包括每个节点在显示屏上的位置以及节点之间链接的样式；
LED显示屏，用于显示所述光源调制模块和动态拓扑图调整模块调整后输出的内容；
其中，所述光源调制模块还包括：
一个映射单元，用于将接收到的电网节点和链接的数据，包括电压、电流、功率，映射到RGB颜色空间中的R、G、B值；其中，对于节点数据，电流与R值正相关，电压与G值正相关，功率与B值正相关；对于链接数据，电力流动量与R值、G值和B值正相关；
一个转换单元，用于将映射模块得到的RGB颜色空间中的R、G、B值，通过以下公式转换到XYZ色度空间：
；
其中，Sr、Sg、Sb，Mr、Mg、Mb，Hr、Hg、Hb是可调的转换参数，R、G、B是RGB颜色空间中的R、G、B值；
一个调节单元，用于根据转换单元得到的XYZ色度空间的X、Y、Z值，以及以下公式动态调整LED显示屏上每个节点和链接像素的颜色：
；
其中，k1、k2、k3，k4、k5、k6，k7、k8、k9是可调的调节参数，R'、G'、B'是调整后的RGB颜色空间中的R、G、B值。
2.根据权利要求1所述的智能化LED显示装置，其特征在于，所述数据处理与解析模块进一步包括一个贝叶斯推断单元；
所述贝叶斯推断单元用于根据接收到的实时电力参数和预设的阈值，利用贝叶斯定理，计算出节点可能的状态；
其中，P(A|B)是在电压低于设定阈值的条件下，节点状态为异常的后验概率，P(B|A)是在节点状态为异常的情况下，电压低于设定阈值的概率，P(A)是节点状态为异常的先验概率，P(B)是电压低于设定阈值的概率。
3.根据权利要求1所述的智能化LED显示装置，其特征在于，所述光源调制模块通过应用如下公式确定节点的亮度：
；
其中，I1为节点的亮度，Pn为节点的电源输出功率，k1和k2为预设参数；
并通过应用如下公式确定链接的亮度：
；
其中， I2为链接的亮度，P1为链接上的电力流动量，k3和k4为预设参数；从而根据电源的实时输出功率和电力的实时流动情况动态调整节点及链接的亮度。
4.根据权利要求1所述的智能化LED显示装置，其特征在于，所述动态拓扑图调整模块还包括：
一个节点位置确定单元，用于根据节点在电网中的地理位置以及其电力状态，动态确定节点在LED显示屏上的位置；所述的节点位置通过以下公式计算：
；
；
其中，pos_x 是节点在LED显示屏上的横坐标，pos_y 是节点在LED显示屏上的纵坐标，geographic_position是节点在电网中的地理位置，范围在[0, 1]，display_width是显示屏的宽度，display_height是显示屏的高度；power_status是节点的电力状态，由以下公式得出，取值在[0, 1]范围内：
；
其中， source_factor是一个值为0或1的参数，表示该节点是否为电源节点；load_factor是一个值为0或1的参数，表示该节点是否为电力用户节点；normalized_voltage,normalized_current, normalized_generation, 和 normalized_load 分别为节点对应的归一化电压，归一化电流，归一化发电量，归一化负荷需求；w1, w2, w3 和 w4 是预设的权重系数。
5.根据权利要求1所述的智能化LED显示装置，其特征在于，所述动态拓扑图调整模块还包括：
一个链接样式确定单元，用于根据连接两个节点的电流大小，动态确定链接在LED显示屏上的链接样式，所述的链接样式包括链接的粗细thickness以及链接的颜色color，其通过以下公式计算：
；
；
其中，current是链接的电流，max_thickness是链接的最大粗细，max_color是链接的最大颜色值。
6.根据权利要求1所述的智能化LED显示装置，其特征在于，所述数据接收模块还包括：
一个接口单元，用于与电力系统进行通信，实时接收来自电力系统的电网数据；
一个数据存储单元，用于存储接收到的电网数据，以备后续数据处理与解析模块进行处理。
7.根据权利要求1所述的智能化LED显示装置，其特征在于，所述数据接收模块还能接收来自外部系统的指令，包括预设的拓扑结构、节点状态、节点间的连接关系，以便实现对电网拓扑图的手动调整。
8.根据权利要求1所述的智能化LED显示装置，其特征在于，所述LED显示屏采用的是高清显示屏。
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