電力調(diào)度運(yùn)行過(guò)程中的可視化研究

（四川省電力公司巴中電業(yè)局，四川 巴中 636000）

傳統(tǒng)SCADA/EMS系統(tǒng)主要是通過(guò)曲線、表格和數(shù)字等方式作以數(shù)據(jù)展示，由于電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，運(yùn)行的數(shù)據(jù)量也在不斷提高。一方面來(lái)講，調(diào)度員所需關(guān)注及分析的數(shù)據(jù)發(fā)生了成倍增長(zhǎng)，所以必然造成調(diào)度員工作量的增加，導(dǎo)致在電網(wǎng)局部上耗費(fèi)大量的精力，反而弱化了對(duì)于系統(tǒng)整體的全方位了解和掌握；而從另一方面看，傳統(tǒng)SCADA/EMS系統(tǒng)存在著展示方法單一、抽象以及數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)性較弱等弊端，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全面揭示電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的功效，尤其是在電網(wǎng)發(fā)生事故時(shí)，數(shù)據(jù)量將會(huì)呈現(xiàn)幾何級(jí)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，面對(duì)這樣的海量數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)展示方法所暴露出的局限性愈加明顯。因此，出于傳統(tǒng)技術(shù)本身的弊端和多方面的考慮，對(duì)于電力調(diào)度過(guò)程中可視化技術(shù)的研究迫在眉睫。本文將從可視化技術(shù)的分類和應(yīng)用、功能效果以及可能會(huì)存在的問(wèn)題幾個(gè)方面對(duì)可視化技術(shù)在電力調(diào)度領(lǐng)域的應(yīng)用作以較為詳盡的探討研究。

一、可視化技術(shù)的分類及應(yīng)用

可視化技術(shù)主要包括3方面應(yīng)用：第一類，科學(xué)數(shù)據(jù)的可視化，其目的主要在于快速的獲取海量數(shù)據(jù)之中的整體特征以及蘊(yùn)含模式，這也是“可視化”技術(shù)最為接受的含義，其具體的應(yīng)用包含有全網(wǎng)潮流走向以及電壓分布等方面；其次為應(yīng)用系統(tǒng)中人機(jī)界面上的可視化技術(shù)，它的目的主要在于能夠?qū)崿F(xiàn)更有效的人機(jī)交互接口，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)操作的方便快捷，具體的應(yīng)用目前包括擬寫電氣操作票方面的點(diǎn)圖成票等等；第三類即信息檢索的可視化，它的目的是利用圖形來(lái)集成大量信息索引，具體的應(yīng)用包含了設(shè)備信息、保護(hù)定值、穩(wěn)定限額的可視化等方面。

二、可視化技術(shù)在調(diào)度領(lǐng)域的應(yīng)用功效

利用可視化技術(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)于電力調(diào)度運(yùn)行的決策支持以及全面監(jiān)控，從而起到形成統(tǒng)一電力調(diào)度運(yùn)行過(guò)程中的監(jiān)控、電力調(diào)度的分析決策以及輔助服務(wù)等全流程的可視化應(yīng)用的功能。

（一）電力調(diào)度中地理接線圖對(duì)于可視化技術(shù)的應(yīng)用

電力調(diào)度中的地理接線圖是將地理信息系統(tǒng)和電力系統(tǒng)相結(jié)合，通過(guò)地理圖真實(shí)反映出電力調(diào)度過(guò)程中的運(yùn)行狀況，含有線路走向和廠站位置等。電力調(diào)度中的地理接線圖作為可視化應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)，其很多應(yīng)用都是以電力調(diào)度系統(tǒng)地理接線圖作為底版然后再進(jìn)行分層信息的展示。

（二）實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視的可視化

在實(shí)時(shí)運(yùn)行中的可視化監(jiān)視可以分為電壓監(jiān)控的可視化技術(shù)、潮流監(jiān)控方面的可視化應(yīng)用、旋轉(zhuǎn)備用方面的可視化應(yīng)用以及其他運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視的可視化應(yīng)用技術(shù)，本文將從這幾方面逐一作以論述。

首先是電壓監(jiān)控方面的可視化應(yīng)用技術(shù)。它又包括廠、站節(jié)點(diǎn)的電壓可視化應(yīng)用以及系統(tǒng)電壓中的可視化應(yīng)用兩方面。一方面，在廠、站節(jié)點(diǎn)電壓的可視化應(yīng)用中，電壓方面的高低及其分布，都是衡量電網(wǎng)能否安全運(yùn)行的重要依據(jù)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外新聞中關(guān)于大停電方面的相關(guān)報(bào)道，電力系統(tǒng)的電壓異常通常是很多大停電事故可能發(fā)生的先行性指標(biāo)，這一異常有著十分重要的意義。通常母線電壓的監(jiān)控可以按電壓的大小范圍進(jìn)行劃分：預(yù)警電壓、正常電壓以及考核電壓這3類。廠站的電壓情況主要以這3種類型電壓作為基準(zhǔn)值，依據(jù)不同電壓值來(lái)采用不同顏色的量杯進(jìn)行顯示，其選定一個(gè)中心位置進(jìn)行向上或向下的填充，填充量的大小以及顏色都能夠直觀反映出節(jié)點(diǎn)電壓的越限情況以及裕度；另一方面，從系統(tǒng)電壓的可視化應(yīng)用來(lái)看，節(jié)點(diǎn)的電壓情況只能反映出電力調(diào)度系統(tǒng)中電壓的局部特征，但是在很多的情況下，調(diào)度員可能更加需要對(duì)全網(wǎng)的電壓狀況作一個(gè)全面詳細(xì)的了解。所以，尋找到一種可以使調(diào)度員對(duì)電力系統(tǒng)電壓的整體狀況隨時(shí)獲得全面了解的手段是非常重要的，也是十分必要的。另外，云圖和等高線，都在連續(xù)數(shù)據(jù)對(duì)于連續(xù)空間進(jìn)行分布分析領(lǐng)域得以廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用云圖和等高線，有助于迅速的掌握連續(xù)數(shù)據(jù)在空間分布上的整體情況，也有利于快速的定位特點(diǎn)的數(shù)據(jù)點(diǎn)及數(shù)據(jù)塊，這兩個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)恰好適于電力電壓的整體狀況分析。

其次，在潮流監(jiān)控的可視化應(yīng)用方面，潮流監(jiān)控采用可視化技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)潮流走向的動(dòng)態(tài)展示，而且能夠清晰展現(xiàn)潮流的限額裕度，從而幫助調(diào)度員進(jìn)行快速且直觀地判斷，這能夠極大的提高潮流監(jiān)控的有效性實(shí)施。

另外，在旋轉(zhuǎn)備用的可視化應(yīng)用的角度來(lái)看，旋轉(zhuǎn)備用是電力調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行的重要指標(biāo)，電力系統(tǒng)會(huì)保有一定旋轉(zhuǎn)備用容量，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生運(yùn)行故障而導(dǎo)致停運(yùn)的時(shí)候，能夠及時(shí)的發(fā)出旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組產(chǎn)生的出力，從而避免因頻率過(guò)低而造成的拉限電。旋轉(zhuǎn)備用的可視化技術(shù)應(yīng)用主要包括全電力系統(tǒng)、省市、220kv分區(qū)以及電廠方面的旋轉(zhuǎn)備用，旋轉(zhuǎn)備用的可視化應(yīng)用可以采用餅圖來(lái)進(jìn)行展示。

除了電壓、潮流及備用這些和電力系統(tǒng)運(yùn)行所密切相關(guān)的參數(shù)之外，實(shí)時(shí)監(jiān)控的可視化應(yīng)用主要還包括：短路電流的可視化、變壓器負(fù)載的3D展示、發(fā)電機(jī)有功無(wú)功的出力展示、廠站中無(wú)功備用監(jiān)控的可視化等，其中的短路電流可以采用餅圖來(lái)進(jìn)行展示，其他的運(yùn)行參數(shù)主要用三維柱狀圖來(lái)進(jìn)行展示。

（三）預(yù)防、緊急以及恢復(fù)控制方面的可視化應(yīng)用

所謂預(yù)防控制，是指實(shí)時(shí)的對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行故障掃描并且進(jìn)行潮流計(jì)算，即實(shí)時(shí)事故預(yù)想?？梢暬侵笇㈩A(yù)防控制方面的計(jì)算及分析結(jié)果作出直觀的展示；而緊急控制與恢復(fù)控制則是指在事故和異常的情況下對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整的輔助性分析方法。事故與異常處理中進(jìn)行的緊急控制與恢復(fù)控制，是在調(diào)度運(yùn)行過(guò)程中對(duì)時(shí)效要求最強(qiáng)的業(yè)務(wù)，而可視化技術(shù)的應(yīng)用恰好可以幫調(diào)度員在第一時(shí)間采用最快且最直觀的方法作出輔助決策。

EMS系統(tǒng)中高級(jí)應(yīng)用軟件主要可包括：SA（靜態(tài)安全分析）；DFP(調(diào)度員潮流)；NS（靈敏度分析）；SCD(安全約束調(diào)度）。這些高級(jí)的應(yīng)用軟件都具有很高的計(jì)算分析能力，但因?yàn)槿藱C(jī)界面的不太友好，調(diào)度員通常要耗費(fèi)大量的時(shí)間對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行查找及比對(duì)。可視化應(yīng)用的目的在于把這些高級(jí)應(yīng)用軟件生成的分析結(jié)果進(jìn)行可視化展示。包括SA越限可視化展示、SCD輔助決策可視化展示、NS可視化展示等等。

（四）WAMAP可視化應(yīng)用展示

WAMAP系統(tǒng)運(yùn)用PMU動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行在線系統(tǒng)穩(wěn)定分析，重點(diǎn)用于解決包括電壓穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和低頻振蕩等在內(nèi)的安全穩(wěn)定性方面的實(shí)時(shí)預(yù)警、在線監(jiān)視及在線的輔助優(yōu)化決策。WAMAP的可視化應(yīng)用率先在電力調(diào)度運(yùn)行過(guò)程中的動(dòng)態(tài)控制及監(jiān)視領(lǐng)域取得了重要性突破。

（五）調(diào)度操作方面的可視化應(yīng)用

調(diào)度操作主要包括電氣相關(guān)的操作及非電氣相關(guān)的操作。在電氣相關(guān)的操作中，主要的需求有：操作票的編寫、發(fā)布和電氣操作執(zhí)行。而在非電氣相關(guān)的操作中，其主要的需求有：機(jī)爐的啟停、電能計(jì)劃的修改、電能交易的輸入和執(zhí)行等?？梢暬夹g(shù)的應(yīng)用是為調(diào)度操作所提供的可視化應(yīng)用界面，主要包括點(diǎn)圖成票等等，并且可以提供穩(wěn)定、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、通信、繼保、調(diào)度操作規(guī)定及注意點(diǎn)等的可視化展示。

三、可視化技術(shù)在電力調(diào)度過(guò)程中可能存在的問(wèn)題

可視化技術(shù)在電力調(diào)度運(yùn)行過(guò)程中不可避免地會(huì)存在一些問(wèn)題，本文將從以下四個(gè)方面作以簡(jiǎn)要論述：首先，在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)方面，可視化技術(shù)只是一種數(shù)據(jù)的展示、圖形化的操作或信息檢索方面的技術(shù)。雖然對(duì)于此技術(shù)的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外已有大量文獻(xiàn)與軟件系統(tǒng)可以作為參考，但這些應(yīng)用還需要具備其必要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。電力調(diào)度中可視化應(yīng)用技術(shù)的開展，對(duì)數(shù)據(jù)本身提出了較高的要求。數(shù)據(jù)范圍的要求大幅增加，除系統(tǒng)頻率、潮流、電壓等電力調(diào)度運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)之外，仍需穩(wěn)定限額、運(yùn)行操作提示、各種設(shè)備參數(shù)、保護(hù)定值等方面的信息數(shù)據(jù)。另外，對(duì)于這些數(shù)據(jù)組織的要求也在大幅增加，例如對(duì)各類數(shù)據(jù)的完備性、一致性、時(shí)效性等的保持；其次，在可視化的界面組織方面，調(diào)度可視化的數(shù)據(jù)種類很多，為了盡量方便快捷地進(jìn)行信息檢索，可以建議盡量將信息集成在電氣接線的界面，大屏接線可以運(yùn)用地理接線圖或者準(zhǔn)地理接線圖等，或者同一接線圖的信息可以進(jìn)行分層控制；第三，從可視化固有缺陷角度出發(fā)，可視化技術(shù)主要得益于人類對(duì)圖形與圖像數(shù)據(jù)的高效性處理，它可以幫助調(diào)度員極大的提高對(duì)電力運(yùn)行整體情況的把握能力，也有助于調(diào)度員更迅速、更精確地作出分析與判斷。這些都是可視化應(yīng)用技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，但長(zhǎng)期的使用可視化技術(shù)也會(huì)不可避免地產(chǎn)生對(duì)細(xì)節(jié)關(guān)注趨于弱化的傾向。所以，在可視化的設(shè)計(jì)上必須保持整體與局部的關(guān)注度平衡；最后，在可視化應(yīng)用的靈活性方面來(lái)看，隨著外圍環(huán)境發(fā)生變化，調(diào)度業(yè)務(wù)也可能會(huì)作出相應(yīng)調(diào)整，特別是數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析需求，在不同的階段會(huì)提出不同的要求。所以，可視化系統(tǒng)除了會(huì)提供固有可視化手段之外，還需提供必要性的可視化工具，以此來(lái)保證足夠的靈活性與適應(yīng)性。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的探討研究可以了解到，可視化技術(shù)在電力調(diào)度運(yùn)行過(guò)程中有著十分重要的地位和作用。隨著科技的發(fā)展，可視化技術(shù)的應(yīng)用也將得以不斷的完善、擴(kuò)展和延伸。在看到技術(shù)本身優(yōu)越性的同時(shí)，本文也對(duì)可視化技術(shù)在電力調(diào)度運(yùn)行過(guò)程中可能存在的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的探討，這些問(wèn)題也終將隨著可視化技術(shù)的不斷發(fā)展而得以解決，電力調(diào)度系統(tǒng)也將不斷得以優(yōu)化與完善。

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