福建電網調度可視化研究

劉敏 李英 鄧勇 賴永生 吳煒

摘要：通信技術的發展和電網規模的擴大產生了海量的數據，需要更直觀更先進的手段來輔助調度員進行數據處理和分析決策。本文以福建電網調度可視化項目為基礎，從電網正常運行和事故處理兩個方面介紹了調度可視化技術的需求，基于此需求介紹了地理潮流圖、可視餅圖、電壓分區、動態信息表格、事故信息分層展示等在福建電網調度可視化中的應用，并對目前應用的一些可視化技術的實用性進行了評估，最后對當前研究的自適應可視化、數據評估等新技術的應用前景進行了論述。

關鍵詞：可視化技術；電力調度；事故處理；地理潮流圖

中圖分類號：TM734 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

0.引言

可視化技術是隨著計算機技術的發展而逐步發展起來的一門技術，其做法就是將眾多繁雜的數據轉化為直觀的便于人們理解的圖形和圖像。隨著電力調度機構中EMS系統的廣泛運用，國內外的研究者對調度系統的可視化技術進行了廣泛研究，對于EMS系統的人機交互界面也愈為重視[1]。針對電壓、潮流等數據，重要斷面負載率、發電機狀態等運行狀態，短期負荷預測等運行趨勢這些的可視化都進行了一定程度的探討。調度系統可視化技術的運用最終目的是服務于調度人員，使調度人員能夠更方便更直觀地了解所管轄電網的運行情況，因此本文將不再贅述顏色配合、圖標設置等技術細節，而更側重于福建電網調度可視化界面應包含的內容以及可視化手段所帶來的信息量的提高。

1.電網調度特點

電力系統調度管理的任務是組織、指揮、指導、協調和監督電力系統的運行操作和事故處理，根據電力市場規則組織、參與電力市場運營。對于調度業務開展方面而言，除去相應的技術管理職責，調度人員的主要工作就是運行操作和事故處理。

在當前的技術條件下，語音識別、手勢追蹤等先進輸入手段與傳統鼠標鍵盤相比并不存在無可替代的價值，不僅成本較高且存在識別率較低的問題，與調度系統的可靠性需求相違背。輸出手段則相對豐富，語音、鈴聲、屏幕顯示均已廣泛地運用于調度機構之中，值得一提的是，鑒于調度員需要掌握電網全局的所有信息，因此多屏幕多窗口顯示不同數據界面成為必然的選擇，在這種情況下，如何組合不同的界面使之分布合理化是一個值得考量的問題。

2.調度可視化關注點

正常運行操作時，調度員主要關注如下幾點：

（1）電網安全情況：全網地理網架信息、發用電平衡、備用情況及斷面、線路、主變的負載實時信息。

（2）電網運行概況：全網負荷、發電信息，展示全網檢修及停運設備信息，全網500kV廠站設備狀態詳細信息，并能夠快捷進行廠站圖調閱。

（3）電能質量：電能質量包括頻率和電壓，由于全網頻率一致，因此重點需關注電網電壓實時信息，500kV電壓及220kV電壓區別展示。

事故處理時，調度員關注的數據如下：

（1）故障設備信息：開關變位信息，繼電保護等二次設備動作情況。

（2）事故研判依據：穩態、錄波、WAMS等告警信息，故障動態定位、雷達圖形式展示故障引起的潮流變化信息、故障相關的接線圖。

（3）事故發展情況：低頻振蕩分析、擾動識別等高級應用。

3調度可視化實現手段

針對正常運行時所需的數據可視化，一般使用地理潮流圖、可視餅圖、負荷曲線、動態表格等方式實現對電網運行情況、安全情況等的監控。

地理潮流圖的信息可以包括氣象情況等附屬資料，甚至還可以運用三維俯視圖顯示，以將地理背景三維化，并對電網中的各種設備用建立三維模型并進行顯示，即利用三維虛擬現實技術實現的地理潮流圖。一般從調度生產實際出發，氣象信息及三維地理信息用途極其有限，實際使用中僅僅對檢查事故原因和水庫跨流域調度等有所助益，但這些用途與地理信息系統（GIS）、水情系統等功能重合，且超出了電力調度范疇；而且，如果采用三維視圖等復雜構圖，還會造成界面加載速度變慢等情況，影響使用體驗。因此，地理潮流圖的三維視圖構建實際價值有限。

可視餅圖在電力系統可視化界面中廣為使用，在對于地區裝機容量結構、各產業負荷構成等展示方面有著先天的優勢，但是對于設備負載情況的顯示，每一個餅圖只能對應單一設備，顯得信息量不足。在實際調度生產過程中，調度人員關注的設備負載情況往往涉及較多的設備，能夠顯示負載率、限額等排序情況的動態表格往往更具備實際價值。

每個節點的電壓零碎，而且只能反映電力系統電壓的局部化特征，基于地理接線圖的電壓分區顯示解決了這個問題，有利于讓調度人員掌握全網的電壓情況。如果配合各管轄變電站無功設備（一般為電容器、電抗器）的投退情況，更有利于調度人員對全網無功容量的掌握，也有利于對電壓控制的整體把握和統一調配。

在事故情況下，調度人員不僅僅要掌握事故設備本身的一二次情況，還需要了解全網因為本次事故而產生的潮流變動，查閱相關接線圖以判斷當前薄弱環節，有針對性的調整運行方式及進行相關事故處理。事故處理過程中需要的數據繁雜，但卻需要有序展示。

以地理潮流圖為底板，展示相關事故信息，對于相關次要信息，可通過點開進入的第二層圖進入。

4調度可視化發展前瞻

隨著可視化技術的發展，未來有可能對將來調度產生重大影響的技術如下：

（1）自適應可視化技術：自適應可視化技術可以通過對于用戶的特征進行識別，自動調整可視化內容和形式，自動調整可視化的元素如圖標像素等，該技術的運用將使得可視化技術具有一定的學習優化能力，可以幫助調度員優化調度的信息需求。

（2）可視化效果評估：目前對于可視化的應用研究較多，但是對于可視化效果的評估沒有一個合適的手段，在電網調度工作中，現有可視化技術究竟取得什么樣的效果未有定量研究[2]。隨著調度可視化手段表現力和有效性的評估研究，更有效的可視化手段可能隨之廣泛運用。

（3）數據挖掘技術：當前的調度可視化技術僅僅將海量數據展示給調度人員，對于數據的分析處理，對調度人員處理習慣的評估仍然未得到應用。隨著數據挖掘技術的引入，調度可視化系統根據歷史積累下來的數據進行處理和多維度的展示，有利于調度人員對電網運行狀況做出更加精準有效的判斷。

5結語

電網調度需要有序地展示運行中產生的繁雜而眾多的數據，以為調度人員提供可靠的技術支撐，可視化技術的發展為解決數據質量和信息量提供了全新的思路。基于當前需求的可視化技術為調度提供了電網設備監控、日常調度操作及事故處理的全流程服務，有效提高了調度駕馭大型互聯電網的能力，確保了電網的安全穩定運行?？梢灶A計，隨著人機交互研究以及可視化技術的發展，電網數據展示的信息量和質量必將得到進一步提升，調度人員的效率也必將隨之提高。

參考文獻

[1]劉嬈，李衛東，呂陽.電力系統運行狀態可視化技術綜述[J].電力系統自動化，2004，28（8）：92-98.

[2]姚建國，楊勝春，高宗和，等.電網調度自動化系統發展趨勢展望[J].電力系統自動化，2007，31（13）：7-11.

[3]張伯明，孫宏斌，吳文傳.3維協調的新一代電網能量管理系統[J].電力系統自動化，2007，31（13）：1-6.

[4]沈國輝，佘東香，孫湃，等.電力系統可視化技術的研究和應用[J].電網技術，2009，33（17）：31-36.