面向安全校核的電網(wǎng)調度仿真和可視化平臺設計

摘 要： 由于可視化數(shù)據(jù)復雜多樣，傳統(tǒng)的電網(wǎng)調度安全校核仿真可視化平臺無法對其進行正常顯示，仿真準確性較低。因此，設計面向安全校核的電網(wǎng)調度仿真和可視化平臺，該平臺由安全校核仿真模塊、仿真監(jiān)控模塊和可視化輸出模塊組成。其中，可視化輸出模塊的操作全部在計算機上完成；安全校核仿真模塊負責電網(wǎng)中安全仿真數(shù)據(jù)的獲取，并將其生成安全校核指令，該指令會傳輸?shù)椒抡姹O(jiān)控模塊實現(xiàn)電網(wǎng)設施的安全校核，仿真監(jiān)控模塊對電網(wǎng)進行實時監(jiān)控；可視化輸出模塊接收安全校核仿真模塊中的安全校核仿真數(shù)據(jù)和仿真監(jiān)控模塊中的監(jiān)控日志，并將其轉換成三維視頻和二維圖像，以供電網(wǎng)調度管理人員使用。軟件設計部分給出了電網(wǎng)調度安全校核仿真可視化平臺的更新流程圖，以及平臺對電網(wǎng)的安全校核語言。實驗結果表明所設計平臺擁有較高的仿真準確性和安全校核效率。

關鍵詞： 安全校核； 電網(wǎng)調度； 仿真數(shù)據(jù)； 可視化平臺

中圖分類號： TN926?34； TM74 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）18?0048?04

Abstract： The traditional security check simulation visual platform of power grid scheduling can’t display the complex and various visual data normally， and has low simulation accuracy. Therefore， the dispatching simulation and visual platform were designed for security check. The platform is composed of the security check simulation module， simulation monitoring module and visual output module. The operation of the visual output module is done on the computer. The security check simulation module is responsible for the acquisition of simulation data in power grid， and generates the safety check instruction. The instruction is transmitted to the simulation monitoring module for safety check of electric facilities. The simulation monitoring module is used to monitor the power grid in real time. The visual output module receives the security check simulation data in security check simulation module and monitoring log in simulation monitoring module， and transforms them into 3D video and 2D image for the utilization of power grid dispatching manager. The update flow chart of the grid scheduling security check simulation and visual platform， and power grid security check language are set in software design. The experimental results show that the designed platform has high simulation accuracy and security check efficiency.

Keywords： security check； power grid scheduling； simulation data； visual platform

0 引 言

隨著電網(wǎng)調度技術的不斷發(fā)展，調度運行管理人員對電網(wǎng)安全校核仿真系統(tǒng)的要求也越來越高，已由最開始的一維表格系統(tǒng)漸漸向著二維和三維的可視化系統(tǒng)躍進[1?3]。電網(wǎng)調度仿真可視化系統(tǒng)的顯示類型是電網(wǎng)設備仿真模擬圖，相比一維數(shù)據(jù)來說，仿真模擬圖能夠更為生動地展示出電網(wǎng)安全數(shù)據(jù)[4?6]。由于可視化數(shù)據(jù)復雜多樣，傳統(tǒng)的電網(wǎng)調度安全校核仿真可視化平臺無法對其進行正常顯示，仿真準確性較低。因此，構建出準確且高效的電網(wǎng)調度安全校核仿真可視化平臺，是目前科研組織的重點研究項目。

以往研究出的電網(wǎng)調度安全校核仿真可視化系統(tǒng)均存在一定的問題，如文獻[7]提出600GP傳感器電網(wǎng)調度安全校核仿真可視化系統(tǒng)，600GP傳感器可自動感應電網(wǎng)的不安全行為并將其反饋到計算機上進行可視化顯示，系統(tǒng)有著工作效率高的優(yōu)點；但該系統(tǒng)中的600GP傳感器不能長時間工作且維護費用較高，故在復雜電網(wǎng)的運行中，需要配置額外的600GP傳感器以供替換使用。文獻[8]提出由OVERBYE科研組織研發(fā)的電網(wǎng)調度安全校核仿真可視化系統(tǒng)，利用電網(wǎng)各節(jié)點電壓之間的相關聯(lián)性，構建出離散型電壓標準體系，調度運行管理人員可從電壓安全問題入手，校核整個電網(wǎng)的不安全行為，但電壓受環(huán)境的影響較大，導致整個系統(tǒng)的準確率偏低。文獻[9]提出基于模擬地圖的電網(wǎng)調度安全校核仿真可視化系統(tǒng)，該系統(tǒng)會在進行安全校核工作前描繪出電網(wǎng)的仿真模擬地圖，在模擬地圖上實現(xiàn)電網(wǎng)設施功率和容量的三維可視化顯示，顯示效果較好；但該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸較為緩慢，模擬地圖與電網(wǎng)的實際配置經常出現(xiàn)偏差。文獻[10]提出基于動畫視頻的電網(wǎng)調度安全校核仿真可視化系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠將所拍攝到的電網(wǎng)安全問題直接以動畫的形式輸出，調度運行管理人員無需較高的理論水平即可進行電網(wǎng)安全校核，但該系統(tǒng)開發(fā)費用較高且算法復雜，無法進行大面積推廣。

為了解決以上問題，設計了面向安全校核的電網(wǎng)調度仿真和可視化平臺。實驗結果表明，所設計平臺擁有較高的仿真準確性和安全校核效率。

1 面向安全校核的電網(wǎng)調度仿真和可視化平臺

設計

1.1 平臺總體結構

面向安全校核的電網(wǎng)調度仿真和可視化平臺的設計原理為在電網(wǎng)實際運行狀態(tài)下，對仿真規(guī)劃后的電網(wǎng)進行安全校核，該系統(tǒng)由安全校核仿真模塊、仿真監(jiān)控模塊和可視化輸出模塊組成，其中，可視化輸出模塊的操作全部在計算機上完成。圖1為面向安全校核的電網(wǎng)調度仿真和可視化平臺的總體結構圖。

可視化平臺總體結構圖

1.2 安全校核仿真模塊

安全校核仿真模塊負責電網(wǎng)中安全仿真數(shù)據(jù)的獲取，并將其生成安全校核指令。該模塊由計算機控制體系、電網(wǎng)設施控制體系、設施安全控制體系和系統(tǒng)流程控制體系組成，如圖2所示。

計算機控制體系是指計算機自動獲取系統(tǒng)安全仿真數(shù)據(jù)并生成安全數(shù)據(jù)關系日志的過程，該過程能夠自動輸出安全仿真數(shù)據(jù)的基礎檔案，進而確定存在安全隱患設施的電網(wǎng)節(jié)點，方便系統(tǒng)進行電網(wǎng)的安全校核。隨后，計算機控制體系將進行安全仿真數(shù)據(jù)的增、減、刪除等處理。處理后的數(shù)據(jù)可用來配置電網(wǎng)設施控制體系的參數(shù)。同時，安全校核仿真模塊為電網(wǎng)調度安全校核仿真可視化系統(tǒng)提供額外的計算機接口，可同時實現(xiàn)多臺計算機對電網(wǎng)的安全校核，以增強電網(wǎng)調度安全校核仿真可視化平臺的效率。

電網(wǎng)設施控制體系的參數(shù)配置好后，便能夠自動取得簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議，根據(jù)該協(xié)議可將電網(wǎng)設施分類并生成日志。設施安全控制體系會將計算機控制體系生成的安全仿真數(shù)據(jù)納入到設施分類日志中，組成設施安全日志并傳輸?shù)较到y(tǒng)流程控制體系中進行分析。

系統(tǒng)流程控制體系能夠實時查看電網(wǎng)設施安全日志并對其進行初始安全校核。初始安全校核分為軟件校核和硬件校核。軟件校核即提供給設施安全日志自我修復功能，防止數(shù)據(jù)丟失；硬件校核則是提供給不安全的電網(wǎng)設施安全校核指令，該指令會被傳輸?shù)椒抡姹O(jiān)控模塊進行進一步分析。

安全校核仿真模塊的仿真數(shù)據(jù)也會被反饋到可視化輸出模塊，以供電網(wǎng)調度管理人員使用。

1.3 仿真監(jiān)控模塊

仿真監(jiān)控模塊由設施監(jiān)控體系、安全指令實施體系和系統(tǒng)工作監(jiān)控體系組成，如圖3所示。

由圖3可知，設施監(jiān)控體系能夠實時監(jiān)控電網(wǎng)設施和電網(wǎng)調度安全校核仿真可視化平臺的各個電路元件，一旦發(fā)現(xiàn)安全隱患，會第一時間發(fā)送指令到安全指令實施體系。安全指令實施體系能夠接收安全校核仿真模塊和設施監(jiān)控體系傳輸來的指令，根據(jù)指令進行電路報警，自動對電網(wǎng)中存在安全隱患的設施實施安全校核工作。安全校核工作完成后，安全指令實施體系會生成處理日志并存檔。

系統(tǒng)工作監(jiān)控體系能夠將所收集的電網(wǎng)安全隱患數(shù)據(jù)進行匯總，實現(xiàn)隱患數(shù)據(jù)的標準范圍分析和歸檔分配。該體系按照安全隱患存在的數(shù)量多少將電網(wǎng)劃分成3個區(qū)域進行監(jiān)控，并制定了監(jiān)控標準，為仿真監(jiān)控模塊提供重點監(jiān)控內容。仿真監(jiān)控模塊所監(jiān)控到的仿真數(shù)據(jù)會生成監(jiān)控日志反饋到可視化輸出模塊。

1.4 可視化輸出模塊

可視化能夠將電網(wǎng)調度仿真平臺抽象的安全隱患數(shù)據(jù)轉換為具體的圖像和視頻，以供電網(wǎng)調度管理人員查看并分析。因此，可視化輸出模塊是電網(wǎng)調度安全校核仿真可視化平臺的核心模塊，該模塊相當于整個系統(tǒng)的顯示器，系統(tǒng)中所有的模塊的工作流程和數(shù)據(jù)均可在此模塊中查看。

可視化輸出模塊的主要工作內容是“人機交互”，能夠實現(xiàn)電網(wǎng)調度仿真系統(tǒng)中各種類型數(shù)據(jù)的可視化顯示。對安全校核仿真數(shù)據(jù)來說，可視化輸出模塊會對其進行一維數(shù)據(jù)到三維視頻的轉換操作；對監(jiān)控日志來說，可視化輸出模塊會依據(jù)監(jiān)控日志自動建立轉換指令，令監(jiān)控日志中的仿真數(shù)據(jù)以二維圖像的形式顯示?？梢暬敵瞿K的“人機交互”流程如圖4所示。

由圖4可知，可視化輸出模塊“人機交互”的工作流程為可視化輸出模塊先設置監(jiān)控日志和安全校核仿真數(shù)據(jù)的參數(shù)，設置內容主要有題目、可視化類型和仿真數(shù)據(jù)編號。隨后構建可視化圖層，圖層的構建是可視化內容顯示的基礎，數(shù)據(jù)會在可視化圖層上進行轉換操作。因為不同維度的內容所需構建的可視化圖層類型也不同，所以在設置題目的參數(shù)時，必須將數(shù)據(jù)的格式標記準確。某種數(shù)據(jù)類型在進行初次轉換操作時，可視

化輸出模塊會建立該數(shù)據(jù)類型的檔案，當這種類型的數(shù)據(jù)再次進行可視化轉換時，調度運行管理人員便可以直接提取檔案進行快速轉換。

調度運行管理人員可以通過鼠標點擊的方式自主選擇所需的可視化內容，并能夠對其進行查看、修改和復制等操作?？梢暬敵瞿K提供的查看操作包括視角轉換、視頻漫游、三視圖變更等；修改操作包括顏色修改（安全隱患不同的電網(wǎng)設施可填充不同的顏色）、線條修改和節(jié)點信息修改等。

2 平臺軟件設計

面向安全校核的電網(wǎng)調度仿真和可視化平臺，需要對電網(wǎng)的安全校核數(shù)據(jù)進行實時更新，為實現(xiàn)平臺與電網(wǎng)工作的同步性，計算機軟件采用“一體化分管控制”的方法對平臺進行實時更新，該方法為電網(wǎng)調度運行管理人員提供了實時更新入口，以簡化平臺操作流程。平臺實時更新流程圖如圖5所示。

由圖5可知，在平臺初始化前應先設定相關的更新條件，當平臺產生安全校核數(shù)據(jù)且安全校核數(shù)據(jù)滿足平臺更新條件時，計算機將自動進行平臺的更新。更新后的平臺會在第一時間發(fā)布在電力網(wǎng)站上接受專業(yè)估價，預購用戶可通過電力網(wǎng)站下載平臺進行了解和訂購。

3 實驗分析

為驗證本文設計的面向安全校核的電網(wǎng)調度仿真和可視化平臺，擁有較高的仿真準確性和安全校核效率，進行相關實驗。實驗選擇安裝有600GP傳感器電網(wǎng)調度安全校核仿真可視化平臺的某電網(wǎng)作為分析對象。該電網(wǎng)的安全校核能力排名居我國前列，具有一定的研究代表性。

首先進行本文平臺仿真準確性的驗證實驗。采用本文平臺進行對實驗電網(wǎng)2016年1月份某天海潮斷流狀態(tài)下的仿真模擬。圖6是電網(wǎng)實際發(fā)電負荷和本文仿真模擬發(fā)電負荷曲線對比圖，圖7是電網(wǎng)實際發(fā)電加速度和本文仿真模擬發(fā)電加速度曲線對比圖。

由圖6和圖7可看出，經由本文電網(wǎng)調度安全校核仿真可視化平臺進行仿真模擬的電網(wǎng)情況與電網(wǎng)實際運行情況基本相符，兩者的發(fā)電負荷曲線以及發(fā)電加速度曲線重合率較高，即本文平臺具有較高的仿真準確性。為驗證本文平臺擁有較高的安全校核效率，選取實驗電網(wǎng)2016年4月的安全校核數(shù)據(jù)進行實驗分析。表1是某電網(wǎng)2016年4月安全校核數(shù)據(jù)。

采用本文平臺仿真模擬出與實驗電網(wǎng)2016年4月的完全一致運行環(huán)境（包括機組發(fā)電功率和電網(wǎng)問題節(jié)點編號），并對仿真模擬后的電網(wǎng)進行實驗，本文平臺獲取的電網(wǎng)安全校核數(shù)據(jù)如表2所示。

分析表1、表2可知，實驗電網(wǎng)2016年4月份的安全校核時間平均值約為27 min。而本文平臺仿真模擬出的安全校核時間平均值約為13 min，低出前者14 min，差值較大，驗證了本文平臺擁有較高的安全校核效率。

4 結 論

本文設計了面向安全校核的電網(wǎng)調度仿真和可視化平臺，該平臺由安全校核仿真模塊、仿真監(jiān)控模塊和可視化輸出模塊組成。其中，可視化輸出模塊的操作全部在計算機上完成。安全校核仿真模塊負責電網(wǎng)中安全仿真數(shù)據(jù)的獲取，并將其生成安全校核指令，該指令會傳輸?shù)椒抡姹O(jiān)控模塊實現(xiàn)電網(wǎng)設施的安全校核，仿真監(jiān)控模塊對電網(wǎng)進行實時監(jiān)控?？梢暬敵瞿K接收安全校核仿真模塊中的安全校核仿真數(shù)據(jù)，和仿真監(jiān)控模塊中的監(jiān)控日志，并將其轉換成三維視頻和二維圖像，以供電網(wǎng)調度管理人員使用。軟件設計部分給出了電網(wǎng)調度安全校核仿真可視化平臺的更新流程圖，以及平臺對電網(wǎng)的安全校核語言。實驗結果表明，所設計平臺擁有較高的仿真準確性和安全校核效率。

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