电力运行状态可视化技术研究

随着电力系统规模的不断扩大,它的运行状态也越来越复杂多变,调度人员在工作中需要处理大量的数据,任务繁重,同时能量管理系统(EMS)等软件的广泛应用使得各种分析计算结果源源不断的产生,现有的电力调度系统中的数据显示方式已经不能满足实际需要。因此,如何更加合理地显示系统运行中的大量数据,快速提高系统的人机交互性能,从而减轻调度人员工作强度,提高工作效率,已成为亟待解决的问题。电力系统运行状态可视化便是在这一背景下产生,它是指利用科学计算可视化技术将系统运行状态以图形或图像的方式显示,使系统运行人员更方便、直观地了解当前的运行状态,以便其采取的运行控制措施更有效、更有针对性。科学计算可视化技术是上世纪八十年代后期随着计算机技术发展而出现的一个新兴研究领域。它主要研究如何把科学数据转换成可视的、能帮助相关人员理解的信息的计算方法,并广泛应用于空间数据和非空间数据的可视化。近年来,可视化技术在电力系统中的应用日趋成熟,解决了诸多电力调度系统中各种数据显示与处理的问题。 本文结合电力调度系统自身的特点和实际要求,并参考了国内外众多文献对电力可视化技术的论述,对电力调度系统相关参数可视化的内容以及现有电力系统可视化技术如地理接线图、支路潮流饼图、动态流、电压标尺、区域负荷密度、等高线等电力运行状态可视化技术进行了详细的评述,指出了各种技术存在的不足和改进策略,并将其付诸与实践。通过与山东积成电子公司电网开发部的合作,本文在公司IES-600电力运行状态可视化系统下实现SGL标准图形层的设计与开发,完成了潮流图、区域负荷密度图、等高线绘制等可视化技术的实现。其中区域负荷密度可视化是通过随机点的楔形定位法来判断输出的,等高线绘制则使用了一种基于三次样条曲线的插值构造方法。本文提出了一种改进的基于图形处理单元通过渲染浮点纹理的三维场景拾取算法,主要思想是利用图形处理单元的可编程性改变传统的渲染管线,在绘制物体颜色信息同时将物体或控件的指针信息附加上,在拾取时只需获取屏幕副本通过查询已生成的纹理表格来锁定被拾取物体,在不发生快速实时的场景更迭的情况下,能够在很短时间内完成拾取判断操作,等待时间远远小于射线法。同时,该算法实现了与屏幕象素大小同等的拾取精确度,满足了可视化系统中对精度的要求。 随着GPU等硬件的高速发展,本文提出的基于GPU渲染纹理的三维场景拾取算法会有更大的用途,另外本文在IES600系统使用等高线绘制方法和区域负荷密度方法实现了预期目标,满足了公司的要求。