配电网电力运行数据可视化技术的研究与实现

近年来，随着电网规模的日益扩大和计算机技术的发展，为了辅助提高系统运行人员处理和分析纷繁的电网数据的效率，可视化技术在电网中得到了广泛的应用。电网信息可视化技术是把各种繁杂的数据转换成直观的图形或图像方式予以显示，帮助系统运行人员更加直观、正确的理解数据的含义。 现有的电网可视化应用方案较多的是在地理接线图或者系统单线图的基础上实现的。配电网地理接线图是反映配电网设备以地理信息为底图或参考背景的接线图形，一般由配电地理信息系统（GIS，Geographic Information System）的图形管理模块生成；描述配电网线路及设备实际电气连接关系的配电网系统单线图可以由电网生产管理系统（GPMS，GridProduction Management System）生成，也可以由人工利用绘图工具（例如AUTOCAD等）绘制而成。这就带来了一个问题，由于两幅图形来自于不同的系统，其模型和数据存在不对应的隐患，给配电管理和监控一体化带来了不便。因此，有必要研究一种算法，完成从地理接线图到单线图的映射，保证两幅图形共享相同的模型和数据。研究如何从已有的地理接线图形的基础上自动生成对应的配电网系统单线图，是正确进行配电网可视化的基础。因此，本文的主要研究内容如下： 首先，介绍了配电网系统单线图的自动生成算法和电网信息可视化技术的研究意义和国内外研究现状，提出了研究的内容。 其次，简要介绍了本课题的研究所涉及到的一些背景知识，为后面的进一步研究奠定理论基础。 接着，研究了一种基于地理接线图的配网单线图的自动生成算法，保证生成的单线图和地理接线图共享相同的模型和数据（图、数、模一体化），为后面的可视化技术研究提供背景图形基础。 然后，研究了配电网电力运行数据的二维可视化的技术和算法，针对线路型（线路潮流）数据，运用潮流圆饼图在配电网单线图上实现了其可视化展现；针对节点型（节点电压）数据，提出了基于不规则三角形网的等高线方法，首先利用Delaunay网格加密的方法对初始不规则三角形网模型进行加密，使其成为比较均匀分布的三角形网格，有效提高了等值线的精度，同时，在等值线的追踪过程中，提出了利用等值面切割不规则三角形网格的方法，有效降低了等值线搜索过程中的复杂度。该方法已在某地区供电局提供的地理接线图形和单线图上进行了试验，实际案例表明，其可视化显示速度快，效果良好，生成的图形格式为国内外电力系统部门推荐采用SVG格式，利于不同系统之间的图形及数据的交换和共享。 针对电力系统三维可视化技术在实际应用中面临的主要问题，即三维图形的生成实时性不高和图形显示实现技术的选择问题。提出了改进的LOD（level of diversion）算法，针对传统的为不同的显示细节建立多级LOD模型的方法的不足，提出将多级显示细节放在一个LOD模型的不同条件下触发显示，减少了建立多级LOD模型所产生的冗余数据，降低了传输数据的带宽要求，增加了显示速度。对各种常见的三维显示技术进行了比较，考虑到SVG技术在三维显示方面的不足，而Java3D具有可移植性强、交互性好、网络传输速度快和实现起来比较容易的优点，选择利用Java3D技术在配电网接线图上以柱状图的方式实现了电力运行数据的三维可视化显示，生成的三维图形具有旋转、放大和缩小显示的功能，显示效果良好。 最后，对全文进行了总结，从中得出了一些有益的结论，并为能够进一步的深入研究提出一些设想和展望。