配電網(wǎng)運行狀態(tài)實時監(jiān)控數(shù)據(jù)可視化的研究

蒙紅發(fā)

摘 ? 要：隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，可視化技術(shù)已逐步運用于電網(wǎng)系統(tǒng)中，使得工作人員能夠更加直觀地了解配電網(wǎng)各個位置的相關(guān)信息。配電網(wǎng)運行狀態(tài)實時監(jiān)控數(shù)據(jù)可視化的發(fā)展和應用，無論是在電網(wǎng)的實時監(jiān)控，還是在電網(wǎng)運行信息的分析管理等方面都發(fā)揮著重要作用。因此，文章將進行相關(guān)研究，為配電網(wǎng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)可視化提供理論支持。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);運行狀態(tài);實時監(jiān)控;數(shù)據(jù);可視化

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和電力市場的不斷完善，對于電力的需求也越來越大。隨之，配電網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)愈加復雜，組網(wǎng)規(guī)模也在逐漸擴大，配電網(wǎng)需要處理的數(shù)據(jù)量也越來越大。在數(shù)據(jù)量日益龐大的網(wǎng)絡環(huán)境下，相關(guān)工作人員的工作量也在不斷加大。所以，要想保證工作人員的工作效率和數(shù)據(jù)處理的準確性，配電網(wǎng)參數(shù)運行可視化技術(shù)得到了推廣和應用，借助該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖片，使數(shù)據(jù)更加直觀、具象化，幫助運行人員迅速找出關(guān)鍵數(shù)據(jù)，提高工作效率、保證工作質(zhì)量。

1 ? ?配電網(wǎng)運行參數(shù)可視化技術(shù)的基本原理

配電網(wǎng)在發(fā)展中逐漸實現(xiàn)運行參數(shù)的可視化，通常采用的方法有兩種。

（1）借助仿真軟件對實際的電路進行仿真處理，使其能夠通過圖片的形式展示出來。（2）基于能量管理系統(tǒng)（Energy Management System，EMS）或是配電管理系統(tǒng)（Distribution Management System，DMS），通過軟件包實現(xiàn)可視化。借助地理信息系統(tǒng)平臺功能和模塊實現(xiàn)可視化，或者是獨立開發(fā)。無論哪一種，在開發(fā)和使用過程中都應該遵守國際電工技術(shù)委員會（International Electrotechnical Commission，IEC）制定的IEC61970（與能量管理系統(tǒng)的接口標準）與IEC61978（與配電管理系統(tǒng)的接口標準）。

其中，IEC組織對于電力系統(tǒng)圖形標準進行了統(tǒng)一，統(tǒng)一使用可縮放的矢量圖形（Scalable Vector Graphics，SVG）技術(shù)。萬維網(wǎng)組織聯(lián)盟在運行參數(shù)規(guī)定中統(tǒng)一了標準，即要基于可擴展標記語言（eXtensible Markup Language，XML）的矢量圖形技術(shù)。SVG技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對不同對象的獨立程序編寫，最終實現(xiàn)配電網(wǎng)運行狀態(tài)參數(shù)的可視化。

2 ? ?數(shù)據(jù)可視化設(shè)計原則

數(shù)據(jù)可視化設(shè)計的目標明確，其在開發(fā)和實際應用中應該根據(jù)數(shù)據(jù)對象進行實用性設(shè)計，保證得到的結(jié)果真實、有效。相對于傳統(tǒng)信息而言，數(shù)據(jù)信息具有多維度、全覆蓋的特點，借助可視化技術(shù)能夠體現(xiàn)出多種信息。所以，可視化設(shè)計首先要對客戶的需求進行調(diào)查和分析，根據(jù)其需求篩選出需要的重點數(shù)據(jù)，選取合適的可視化數(shù)據(jù)形式。由此，可視化的結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)需求信息的強調(diào)，剔除無關(guān)或關(guān)聯(lián)較少的數(shù)據(jù)，進而反映出事件的相似和差異，判定業(yè)務運行是否正常。借助數(shù)據(jù)可視化能夠快速發(fā)現(xiàn)問題所在，獲得科學、合理的可視化方案，保證數(shù)據(jù)監(jiān)控的有效性和便捷性。

要進行數(shù)據(jù)可視化的界面設(shè)計，不僅要遵循設(shè)計心理學原則，還需要按照交互設(shè)計原則進行設(shè)計。其中，設(shè)計心理學是心理學的分支學科，在設(shè)計中對人機交互設(shè)計具有指導意義。隨著近幾年設(shè)計行業(yè)的發(fā)展，用戶體驗越來越成為設(shè)計的重要方向，這就更需要在設(shè)計中注重設(shè)計心理學的深入，為用戶創(chuàng)建良好的人機交互環(huán)境，通過科學手段提高用戶體驗。在人機交互設(shè)計中，應該針對各類限制性因素進行考量，保證用戶在使用過程中能夠看到各種可行操作，方便用戶根據(jù)自我意圖完成所需操作，達到自然匹配的效果。

總而言之，數(shù)據(jù)可視化設(shè)計，無論是在圖形表現(xiàn)形式上，還是在功能服務上都應該注重用戶控制感，將信息量控制在較易理解的范圍內(nèi)，減少需要的關(guān)注點。例如，在進行數(shù)據(jù)追蹤的過程中，可以將需要的數(shù)據(jù)進行實時、動態(tài)處理，生成單一信息圖表，并且將需要的數(shù)據(jù)進行整理，表現(xiàn)出數(shù)據(jù)的變化。而對于需要分析的數(shù)據(jù)，應該根據(jù)需要整理出檢索和交互式圖標，注重數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度體現(xiàn)。最后，針對說明型數(shù)據(jù)，應該通過色彩、字體等方法營造數(shù)據(jù)的沖擊力，幫助用戶快速理解說明型數(shù)據(jù)。

隨著可視化技術(shù)的發(fā)展和完善，對于不同數(shù)據(jù)的需求也越來越不同，所以，數(shù)據(jù)也需要各種不同的展示方式。要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，首先，要確定必須展示的數(shù)據(jù)內(nèi)容，了解需要展現(xiàn)的目標，便于充分展示數(shù)據(jù)。此外，還需要注重數(shù)據(jù)展現(xiàn)形式的美感和可讀性，保證數(shù)據(jù)在可視化處理之后更具實用性。

3 ? ?線路型數(shù)據(jù)的二維可視化

配電網(wǎng)運行過程中，需要不同類型的數(shù)據(jù)來滿足系統(tǒng)不同的功能，據(jù)此，將數(shù)據(jù)分為節(jié)點型和線路型數(shù)據(jù)。其中，線路型數(shù)據(jù)指的是線路潮流計算的相關(guān)數(shù)據(jù)，大多數(shù)需要通過箭頭等來表示潮流方向，然后，用餅圖或者柱狀圖來體現(xiàn)數(shù)據(jù)的大小。而對于節(jié)點型數(shù)據(jù)，指的主要是配電網(wǎng)運行需要的節(jié)點參數(shù)，其主要的表現(xiàn)形式是等高線、柱狀圖或者雙柱狀圖。

3.1 ?線路型數(shù)據(jù)圓餅圖畫法

餅狀圖的繪制步驟主要有以下幾步：確定餅狀圖的3要素，點、直線和圓弧。能夠解析XML文檔，獲取配電網(wǎng)運行的相關(guān)參數(shù)。將獲得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖形，確定圓弧的終點。

在SVG中要進行圓弧的繪制，需要按繪制點、繪制線以及繪制圓弧的指令進行。其中，M（繪制點指令）和L（繪制線指令）主要負責給出點的左邊和連線任務，但是，A（繪制圓弧指令）需要確定長軸長度、短軸長度、圓弧與水平方向夾角、圓弧繪制方向以及終點坐標，才能最終確定餅狀圖，繪好后對圖形進行填充就完成了。

3.2 ?節(jié)點型數(shù)據(jù)的二維可視化

要進行配電系統(tǒng)等高線的可視化，最重要的是進行節(jié)點電壓參數(shù)的整理，此外，也可以對電價顯示和線路負載等參數(shù)進行可視化。等高線的繪制主要有以下幾個步驟：（1）數(shù)據(jù)網(wǎng)格化。（2）等值點的繪制和追蹤。（3）等值線的繪制和光滑處理。（4）填充。

在實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)格化的過程中，需要完成網(wǎng)格的加密，來保證等高線的精度和數(shù)據(jù)的準確性。二維可視化流程如圖1所示。

（1）構(gòu)建Delaunay網(wǎng)絡并加密。Delaunay網(wǎng)絡的繪制工作，是需要經(jīng)平面上離散的點組成結(jié)構(gòu)合適的三角形，而且保證圖形的不重疊。在Delaunay網(wǎng)絡的構(gòu)建過程中，主要有三角網(wǎng)生長算法、逐點插入算法和分割合并算法等方法。

（2）等值點的生成。在數(shù)據(jù)等值點確定中，可以根據(jù)函數(shù)Z=F（x，y）來確定，其中Z的值為常數(shù)h，根據(jù)不同的h值可以繪制出不同的h曲線，然后，將得到的h曲線沿Z軸投影到XOY平面上，就形成了不同的等值線。

（3）等值線的追蹤。要對兩條等值線的關(guān)系進行判斷，就需要進行等值線的追蹤，確定其是否相連。

在等值線的追蹤過程中，根據(jù)要求，首先，將各等值線的端點集合分析，形成鏈表。在得到的集合結(jié)果中，將相鄰的等值線的各端點進行標記、分析，判斷其是否相等，若相等說明等值線封閉。

（4）等值線光滑處理。上述步驟完成之后，將得到的等值點序列進行連接和分析，初步形成等值曲線。然后再采用B樣條曲線法、Bezier曲線法等方法進行等值線的光滑處理，保證其能夠符合系統(tǒng)需求。

（5）構(gòu)造非閉合區(qū)。將光滑處理后的曲線進行填充，對不同非閉合曲線上的Xmin點排序進行填充，并且利用上述方法，對某地配電網(wǎng)地理接線圖進行了電壓顯示，結(jié)果如圖2所示。

4 ? ?結(jié)語

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和大數(shù)據(jù)時代的到來，人們對于事故的認知、確定性的建立以及對未來的規(guī)劃更具科學性，能夠更加合理地實現(xiàn)資源的配置。在電網(wǎng)不斷發(fā)展的大背景下，可視化技術(shù)已逐步運用于電網(wǎng)系統(tǒng)中，使得工作人員能夠更加直觀地了解配電網(wǎng)各個位置的相關(guān)信息，推動了配電網(wǎng)的發(fā)展和完善。

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