專利名稱：電網實時三維可視化系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電網實時數據三維可視化系統，用于電力系統電網運行監視。
背景技術：
運行中的電力系統不斷產生大量的數據，為了對其進行實時的安全監視，調度員需要密切關注這些數據，并從中辨別出系統是否存在安全、穩定等方面問題，如果存在，問題所在的位置和嚴重程度又是怎樣。在接線圖上用數字標注的傳統方法雖然顯示速度快， 顯示數據準確，但不能適應大量數據顯示的需要，而且用數字表達不夠直觀，從大量的數字中識別出關鍵信息比較困難。
發明內容
本發明的目的在于提供一種電網數據實時三維可視化系統，采用三維可視化的表達方法，在二維的主接線圖基礎上充分利用第三個維度，可以快速、高效和直觀地表達電網中的數據，以便調度員迅速了解當前系統中是否存在問題以及問題的嚴重程度，并使調度員對電網的運行情況能有整體和宏觀的把握。本發明的技術方案是這樣實現的電網實時三維可視化系統，其特征在于包括電壓類信息子系統、無功裕度類信息子系統、潮流類信息子系統和穩定類信息子系統4個子系統，其中電壓類信息子系統支持從三維曲面圖到三維柱狀圖的畫面切換；在三維柱狀圖下，將主網架中的每個節點的電壓用一個圓柱表示，并使用不同的顏色和高度表示電壓的高低，可以直觀地表現不同節點之間的相對電壓大小；三維曲面圖和三維柱狀圖都可以隨著電網實時數據刷新而變化；
無功裕度類信息子系統以電網的主網架地理圖為背景，用三維柱狀圖展示各主要廠站的無功裕度，包括旋轉無功裕度(發電機、調相機)、固定無功裕度(電容器、電抗器)、無功裕度總加(旋轉無功裕度與固定無功裕度之和)；每個廠站對應一個圓柱，并使用不同的顏色和高度表示無功裕度數值的相對大小；
潮流類信息子系統以電網的主網架地理圖為背景，將線路上的有功傳輸功率用三維管道圖的方式展現，通過管道的粗細和顏色變化直觀表現當前運行狀態下各線路有功傳輸功率的分布情況；支持三維管道圖和三維箭頭圖之間的畫面切換；三維管道圖和三維柱狀圖都可以隨電網實時數據的刷新而不斷變化；
穩定類信息子系統以電網的主網架地理圖為背景，用三維曲面圖和三維柱狀圖展示主要廠站的穩定裕度指標，各廠站的電壓穩定裕度指標表征的是該廠站可增長的負荷裕度與當前負荷之間的比值(CCT)；在電網的二維主接線圖基礎利用第三個維度，按各節點類型的數據用三維顯示方式表示，三維圖包括基于主接線圖的三維柱狀圖和三維曲面圖；按線路類型的數據用三維管道圖和三維箭頭圖的顯示方式表示。所述的電網實時三維可視化系統控制方法為(1)首先基于IEC61970標準，獲取電網圖形和實時運行數據，數據斷面可以從SCADA系統實時獲取，也可以從歷史斷面或者是手工修改的方式中獲取；讀入可視化點數據和位置信息，獲取圖形中的可視化點信息，并自動生成可視化點實時數據庫，實現電網實時數據與可視化點的對照；(2)選擇可視化顯示方式，系統提供的可視化顯示包括三維柱狀圖、三維曲面圖、三維管道圖、三維箭頭圖四種方式，其中A、三維柱狀圖適用于點數據對廠站電壓、區域無功裕度的可視化進行表達， 在主接線圖上數據對應的位置上用垂直于主接線圖平面的圓柱表示數據；圓柱的高度表示了數據的相對大小數據越大，對應的圓柱越高；同時還使用了色彩表映射，用圓柱的不同顏色區分數據的大小；B、三維曲面圖是對電力系統中的某些定義在點上的物理量即廠站電壓，可以利用空間插值的方法將其定義擴展到整個平面，再以二維標量場可視化常用的三維曲面圖形式進行表達；三維曲面圖的顯示類似于地理中的地形圖，曲面越高的區域相應的數值也越大，越低的區域數值越小；在三維曲面圖的顯示中，也使用了色彩表映射；C、三維管道圖是無方向的線路數據(如線路損耗)的可視化，也可以用于有方向線路數據(如有功潮流)的可視化，但無法體現出方向信息，三維管道圖是用沿著線路分布的圓形管道表示線路數據的絕對值，線路數據的絕對值越大，相應管道的截面半徑也越大；數據的絕對值越小，管道的截面半徑也就越小；同時還應用了色彩表映射，用不同的顏色區分數據絕對值的大小；D、三維箭頭圖用于有向線路數據(如有功潮流)的可視化，用沿著線路數據方向分布的箭頭表示線路數據。箭頭越大，表示數據的值越大，箭頭越小，則表示數據的值越小；也應用了色彩表映射，用不同的顏色區分數據絕對值的大小，并在圖中引入了動畫效果每個箭頭都會沿著其指向的方向移動，并且表示的數據值越大，箭頭的移動速度也就越大；三維箭頭圖顯示功能從EMS圖形平臺中的可視化線圖元及其動態文本獲取數值及相應的線路位置信息，再用三維箭頭圖的形式進行可視化表達。 所述的色彩表映射中的顏色表的設置，其中色彩是將不同大小的數值用不同的顏色表示出來，可以使人們直觀地對數值的相對大小做比較；通常可用紅綠藍(RGB)三個色彩分量表示色彩，色彩表映射表示為函數
其中，V是需要進行映射的數值，jR，f Q , jE e
，分別是與V對
應的紅色、綠色和藍色分量值；不同的色彩表映射方案具有不同的f(y)計算形式；為了
簡化公式表達形式，ν通常是由實際數據根據設定的上下限線性變換到ο，ι范圍后的值，如對母線電壓ν可以令
、,= J ―1;，其中V表示母線電壓，P- 工r 是正常電壓范圍的上下限，例
1—1‘ m Ift 禾□ * m s χ
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如當V取標幺值時，和參 …通常可以取0.95和1.05。 所述的色彩表映射中的“溫度色彩”常用于表示溫度在空間中的分布，隨著數值由 0增加到1，顏色按以下順序連續變化深藍色、藍色、青色、綠色、黃色、橙色、紅色、深紅色， 其計算公式表示為
權利要求
1.電網實時三維可視化系統，其特征在于包括電壓類信息子系統、無功裕度類信息子系統、潮流類信息子系統和穩定類信息子系統4個子系統，其中電壓類信息子系統支持從三維曲面圖到三維柱狀圖的畫面切換；在三維柱狀圖下，將主網架中的每個節點的電壓用一個圓柱表示，并使用不同的顏色和高度表示電壓的高低，可以直觀地表現不同節點之間的相對電壓大小；三維曲面圖和三維柱狀圖都可以隨著電網實時數據刷新而變化；無功裕度類信息子系統以電網的主網架地理圖為背景，用三維柱狀圖展示各主要廠站的無功裕度，包括旋轉無功裕度(發電機、調相機)、固定無功裕度(電容器、電抗器)、無功裕度總加(旋轉無功裕度與固定無功裕度之和)；每個廠站對應一個圓柱，并使用不同的顏色和高度表示無功裕度數值的相對大小；潮流類信息子系統以電網的主網架地理圖為背景，將線路上的有功傳輸功率用三維管道圖的方式展現，通過管道的粗細和顏色變化直觀表現當前運行狀態下各線路有功傳輸功率的分布情況；支持三維管道圖和三維箭頭圖之間的畫面切換；三維管道圖和三維柱狀圖都可以隨電網實時數據的刷新而不斷變化；穩定類信息子系統以電網的主網架地理圖為背景，用三維曲面圖和三維柱狀圖展示主要廠站的穩定裕度指標，各廠站的電壓穩定裕度指標表征的是該廠站可增長的負荷裕度與當前負荷之間的比值(CCT)；在電網的二維主接線圖基礎利用第三個維度，按各節點類型的數據用三維顯示方式表示，三維圖包括基于主接線圖的三維柱狀圖和三維曲面圖；按線路類型的數據用三維管道圖和三維箭頭圖的顯示方式表示；所述的電網實時三維可視化系統控制方法為(1)首先基于IEC61970標準，獲取電網圖形和實時運行數據，數據斷面可以從SCADA系統實時獲取，也可以從歷史斷面或者是手工修改的方式中獲取；讀入可視化點數據和位置信息，獲取圖形中的可視化點信息，并自動生成可視化點實時數據庫，實現電網實時數據與可視化點的對照；(2)選擇可視化顯示方式，系統提供的可視化顯示包括三維柱狀圖、三維曲面圖、三維管道圖、三維箭頭圖四種方式，其中A、三維柱狀圖適用于點數據對廠站電壓、區域無功裕度的可視化進行表達，在主接線圖上數據對應的位置上用垂直于主接線圖平面的圓柱表示數據；圓柱的高度表示了數據的相對大小數據越大，對應的圓柱越高；同時還使用了色彩表映射，用圓柱的不同顏色區分數據的大小；B、三維曲面圖是對電力系統中的某些定義在點上的物理量即廠站電壓，可以利用空間插值的方法將其定義擴展到整個平面，再以二維標量場可視化常用的三維曲面圖形式進行表達；三維曲面圖的顯示類似于地理中的地形圖，曲面越高的區域相應的數值也越大，越低的區域數值越小；在三維曲面圖的顯示中，也使用了色彩表映射；C、三維管道圖是無方向的線路數據(如線路損耗)的可視化，也可以用于有方向線路數據(如有功潮流) 的可視化，但無法體現出方向信息，三維管道圖是用沿著線路分布的圓形管道表示線路數據的絕對值，線路數據的絕對值越大，相應管道的截面半徑也越大；數據的絕對值越小，管道的截面半徑也就越小；同時還應用了色彩表映射，用不同的顏色區分數據絕對值的大小； D、三維箭頭圖用于有向線路數據(如有功潮流)的可視化，用沿著線路數據方向分布的箭頭表示線路數據；箭頭越大，表示數據的值越大，箭頭越小，則表示數據的值越小；也應用了色彩表映射， 用不同的顏色區分數據絕對值的大小，并在圖中引入了動畫效果每個箭頭都會沿著其指向的方向移動，并且表示的數據值越大，箭頭的移動速度也就越大；三維箭頭圖顯示功能從EMS圖形平臺中的可視化線圖元及其動態文本獲取數值及相應的線路位置信息，再用三維箭頭圖的形式進行可視化表達。
2.根據權利要求1所述的電網實時三維可視化系統，其特征在于所述的色彩表映射中的顏色表的設置，其中色彩是將不同大小的數值用不同的顏色表示出來，可以使人們直觀地對數值的相對大小做比較；通常可用紅綠藍(RGB)三個色彩分量表示色彩，色彩表映射表示為函數
3.根據權利要求1所述的電網實時三維可視化系統，其特征在于所述的色彩表映射中的“溫度色彩”常用于表示溫度在空間中的分布，隨著數值由0增加到1，顏色按以下順序連續變化深藍色、藍色、青色、綠色、黃色、橙色、紅色、深紅色，其計算公式表示為
4.根據權利要求1所述的電網實時三維可視化系統，其特征在于所述的色彩表映射中的“溫度色彩”還可為兩端不連續的“溫度色彩”，能夠突出顯示越上限和越下限的數據，計算公式如下
5.根據權利要求1所述的電網實時三維可視化系統，其特征在于所述的色彩表還包括反向“溫度色彩”紅-黃-綠-藍；黑-深灰-淺灰-白；洋紅_檸檬黃；墨綠_淺黃； 橙紅_檸檬黃；天藍_草綠；基于OPENGL實現3D顯示系統基于OPENGL技術，實現3D可視化顯示；同時支持圖形的縮放、旋轉和拖拽，實現從不同的視角和比例對電網運行數據的展示。
全文摘要
本發明涉及一種電網數據實時三維可視化系統，其特征在于包括電壓類信息子系統、無功裕度類信息子系統、潮流類信息子系統和穩定類信息子系統4個子系統，其中電壓類信息子系統支持從三維曲面圖到三維柱狀圖的畫面切換；在三維柱狀圖下，將主網架中的每個節點的電壓用一個圓柱表示，并使用不同的顏色和高度表示電壓的高低，可以直觀地表現不同節點之間的相對電壓大小；三維曲面圖和三維柱狀圖都可以隨著電網實時數據刷新而變化；其可以快速、高效和直觀地表達電網中的數據，以便調度員迅速了解當前系統中是否存在問題以及問題的嚴重程度，并使調度員對電網的運行情況能有整體和宏觀的把握。
文檔編號G06Q50/00GK102169412SQ20111008015
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月31日 優先權日2011年3月31日
發明者吳文傳, 張喜林, 湯磊, 王鵬 申請人:北京清大高科系統控制有限公司