面向安全校核的電網(wǎng)調(diào)度仿真和可視化平臺設(shè)計(jì)

摘 要： 由于可視化數(shù)據(jù)復(fù)雜多樣，傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度安全校核仿真可視化平臺無法對其進(jìn)行正常顯示，仿真準(zhǔn)確性較低。因此，設(shè)計(jì)面向安全校核的電網(wǎng)調(diào)度仿真和可視化平臺，該平臺由安全校核仿真模塊、仿真監(jiān)控模塊和可視化輸出模塊組成。其中，可視化輸出模塊的操作全部在計(jì)算機(jī)上完成；安全校核仿真模塊負(fù)責(zé)電網(wǎng)中安全仿真數(shù)據(jù)的獲取，并將其生成安全校核指令，該指令會傳輸?shù)椒抡姹O(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)施的安全校核，仿真監(jiān)控模塊對電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；可視化輸出模塊接收安全校核仿真模塊中的安全校核仿真數(shù)據(jù)和仿真監(jiān)控模塊中的監(jiān)控日志，并將其轉(zhuǎn)換成三維視頻和二維圖像，以供電網(wǎng)調(diào)度管理人員使用。軟件設(shè)計(jì)部分給出了電網(wǎng)調(diào)度安全校核仿真可視化平臺的更新流程圖，以及平臺對電網(wǎng)的安全校核語言。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)平臺擁有較高的仿真準(zhǔn)確性和安全校核效率。

關(guān)鍵詞： 安全校核； 電網(wǎng)調(diào)度； 仿真數(shù)據(jù)； 可視化平臺

中圖分類號： TN926?34； TM74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）18?0048?04

Abstract： The traditional security check simulation visual platform of power grid scheduling can’t display the complex and various visual data normally， and has low simulation accuracy. Therefore， the dispatching simulation and visual platform were designed for security check. The platform is composed of the security check simulation module， simulation monitoring module and visual output module. The operation of the visual output module is done on the computer. The security check simulation module is responsible for the acquisition of simulation data in power grid， and generates the safety check instruction. The instruction is transmitted to the simulation monitoring module for safety check of electric facilities. The simulation monitoring module is used to monitor the power grid in real time. The visual output module receives the security check simulation data in security check simulation module and monitoring log in simulation monitoring module， and transforms them into 3D video and 2D image for the utilization of power grid dispatching manager. The update flow chart of the grid scheduling security check simulation and visual platform， and power grid security check language are set in software design. The experimental results show that the designed platform has high simulation accuracy and security check efficiency.

Keywords： security check； power grid scheduling； simulation data； visual platform

0 引 言

隨著電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)的不斷發(fā)展，調(diào)度運(yùn)行管理人員對電網(wǎng)安全校核仿真系統(tǒng)的要求也越來越高，已由最開始的一維表格系統(tǒng)漸漸向著二維和三維的可視化系統(tǒng)躍進(jìn)[1?3]。電網(wǎng)調(diào)度仿真可視化系統(tǒng)的顯示類型是電網(wǎng)設(shè)備仿真模擬圖，相比一維數(shù)據(jù)來說，仿真模擬圖能夠更為生動地展示出電網(wǎng)安全數(shù)據(jù)[4?6]。由于可視化數(shù)據(jù)復(fù)雜多樣，傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度安全校核仿真可視化平臺無法對其進(jìn)行正常顯示，仿真準(zhǔn)確性較低。因此，構(gòu)建出準(zhǔn)確且高效的電網(wǎng)調(diào)度安全校核仿真可視化平臺，是目前科研組織的重點(diǎn)研究項(xiàng)目。

以往研究出的電網(wǎng)調(diào)度安全校核仿真可視化系統(tǒng)均存在一定的問題，如文獻(xiàn)[7]提出600GP傳感器電網(wǎng)調(diào)度安全校核仿真可視化系統(tǒng)，600GP傳感器可自動感應(yīng)電網(wǎng)的不安全行為并將其反饋到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行可視化顯示，系統(tǒng)有著工作效率高的優(yōu)點(diǎn)；但該系統(tǒng)中的600GP傳感器不能長時(shí)間工作且維護(hù)費(fèi)用較高，故在復(fù)雜電網(wǎng)的運(yùn)行中，需要配置額外的600GP傳感器以供替換使用。文獻(xiàn)[8]提出由OVERBYE科研組織研發(fā)的電網(wǎng)調(diào)度安全校核仿真可視化系統(tǒng)，利用電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓之間的相關(guān)聯(lián)性，構(gòu)建出離散型電壓標(biāo)準(zhǔn)體系，調(diào)度運(yùn)行管理人員可從電壓安全問題入手，校核整個(gè)電網(wǎng)的不安全行為，但電壓受環(huán)境的影響較大，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確率偏低。文獻(xiàn)[9]提出基于模擬地圖的電網(wǎng)調(diào)度安全校核仿真可視化系統(tǒng)，該系統(tǒng)會在進(jìn)行安全校核工作前描繪出電網(wǎng)的仿真模擬地圖，在模擬地圖上實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)施功率和容量的三維可視化顯示，顯示效果較好；但該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸較為緩慢，模擬地圖與電網(wǎng)的實(shí)際配置經(jīng)常出現(xiàn)偏差。文獻(xiàn)[10]提出基于動畫視頻的電網(wǎng)調(diào)度安全校核仿真可視化系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)⑺臄z到的電網(wǎng)安全問題直接以動畫的形式輸出，調(diào)度運(yùn)行管理人員無需較高的理論水平即可進(jìn)行電網(wǎng)安全校核，但該系統(tǒng)開發(fā)費(fèi)用較高且算法復(fù)雜，無法進(jìn)行大面積推廣。

為了解決以上問題，設(shè)計(jì)了面向安全校核的電網(wǎng)調(diào)度仿真和可視化平臺。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)平臺擁有較高的仿真準(zhǔn)確性和安全校核效率。

1 面向安全校核的電網(wǎng)調(diào)度仿真和可視化平臺

設(shè)計(jì)

1.1 平臺總體結(jié)構(gòu)

面向安全校核的電網(wǎng)調(diào)度仿真和可視化平臺的設(shè)計(jì)原理為在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下，對仿真規(guī)劃后的電網(wǎng)進(jìn)行安全校核，該系統(tǒng)由安全校核仿真模塊、仿真監(jiān)控模塊和可視化輸出模塊組成，其中，可視化輸出模塊的操作全部在計(jì)算機(jī)上完成。圖1為面向安全校核的電網(wǎng)調(diào)度仿真和可視化平臺的總體結(jié)構(gòu)圖。

可視化平臺總體結(jié)構(gòu)圖

1.2 安全校核仿真模塊

安全校核仿真模塊負(fù)責(zé)電網(wǎng)中安全仿真數(shù)據(jù)的獲取，并將其生成安全校核指令。該模塊由計(jì)算機(jī)控制體系、電網(wǎng)設(shè)施控制體系、設(shè)施安全控制體系和系統(tǒng)流程控制體系組成，如圖2所示。

計(jì)算機(jī)控制體系是指計(jì)算機(jī)自動獲取系統(tǒng)安全仿真數(shù)據(jù)并生成安全數(shù)據(jù)關(guān)系日志的過程，該過程能夠自動輸出安全仿真數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)檔案，進(jìn)而確定存在安全隱患設(shè)施的電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，方便系統(tǒng)進(jìn)行電網(wǎng)的安全校核。隨后，計(jì)算機(jī)控制體系將進(jìn)行安全仿真數(shù)據(jù)的增、減、刪除等處理。處理后的數(shù)據(jù)可用來配置電網(wǎng)設(shè)施控制體系的參數(shù)。同時(shí)，安全校核仿真模塊為電網(wǎng)調(diào)度安全校核仿真可視化系統(tǒng)提供額外的計(jì)算機(jī)接口，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多臺計(jì)算機(jī)對電網(wǎng)的安全校核，以增強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)度安全校核仿真可視化平臺的效率。

電網(wǎng)設(shè)施控制體系的參數(shù)配置好后，便能夠自動取得簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，根據(jù)該協(xié)議可將電網(wǎng)設(shè)施分類并生成日志。設(shè)施安全控制體系會將計(jì)算機(jī)控制體系生成的安全仿真數(shù)據(jù)納入到設(shè)施分類日志中，組成設(shè)施安全日志并傳輸?shù)较到y(tǒng)流程控制體系中進(jìn)行分析。

系統(tǒng)流程控制體系能夠?qū)崟r(shí)查看電網(wǎng)設(shè)施安全日志并對其進(jìn)行初始安全校核。初始安全校核分為軟件校核和硬件校核。軟件校核即提供給設(shè)施安全日志自我修復(fù)功能，防止數(shù)據(jù)丟失；硬件校核則是提供給不安全的電網(wǎng)設(shè)施安全校核指令，該指令會被傳輸?shù)椒抡姹O(jiān)控模塊進(jìn)行進(jìn)一步分析。

安全校核仿真模塊的仿真數(shù)據(jù)也會被反饋到可視化輸出模塊，以供電網(wǎng)調(diào)度管理人員使用。

1.3 仿真監(jiān)控模塊

仿真監(jiān)控模塊由設(shè)施監(jiān)控體系、安全指令實(shí)施體系和系統(tǒng)工作監(jiān)控體系組成，如圖3所示。

由圖3可知，設(shè)施監(jiān)控體系能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控電網(wǎng)設(shè)施和電網(wǎng)調(diào)度安全校核仿真可視化平臺的各個(gè)電路元件，一旦發(fā)現(xiàn)安全隱患，會第一時(shí)間發(fā)送指令到安全指令實(shí)施體系。安全指令實(shí)施體系能夠接收安全校核仿真模塊和設(shè)施監(jiān)控體系傳輸來的指令，根據(jù)指令進(jìn)行電路報(bào)警，自動對電網(wǎng)中存在安全隱患的設(shè)施實(shí)施安全校核工作。安全校核工作完成后，安全指令實(shí)施體系會生成處理日志并存檔。

系統(tǒng)工作監(jiān)控體系能夠?qū)⑺占碾娋W(wǎng)安全隱患數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，實(shí)現(xiàn)隱患數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)范圍分析和歸檔分配。該體系按照安全隱患存在的數(shù)量多少將電網(wǎng)劃分成3個(gè)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，并制定了監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，為仿真監(jiān)控模塊提供重點(diǎn)監(jiān)控內(nèi)容。仿真監(jiān)控模塊所監(jiān)控到的仿真數(shù)據(jù)會生成監(jiān)控日志反饋到可視化輸出模塊。

1.4 可視化輸出模塊

可視化能夠?qū)㈦娋W(wǎng)調(diào)度仿真平臺抽象的安全隱患數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為具體的圖像和視頻，以供電網(wǎng)調(diào)度管理人員查看并分析。因此，可視化輸出模塊是電網(wǎng)調(diào)度安全校核仿真可視化平臺的核心模塊，該模塊相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)的顯示器，系統(tǒng)中所有的模塊的工作流程和數(shù)據(jù)均可在此模塊中查看。

可視化輸出模塊的主要工作內(nèi)容是“人機(jī)交互”，能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度仿真系統(tǒng)中各種類型數(shù)據(jù)的可視化顯示。對安全校核仿真數(shù)據(jù)來說，可視化輸出模塊會對其進(jìn)行一維數(shù)據(jù)到三維視頻的轉(zhuǎn)換操作；對監(jiān)控日志來說，可視化輸出模塊會依據(jù)監(jiān)控日志自動建立轉(zhuǎn)換指令，令監(jiān)控日志中的仿真數(shù)據(jù)以二維圖像的形式顯示?？梢暬敵瞿K的“人機(jī)交互”流程如圖4所示。

由圖4可知，可視化輸出模塊“人機(jī)交互”的工作流程為可視化輸出模塊先設(shè)置監(jiān)控日志和安全校核仿真數(shù)據(jù)的參數(shù)，設(shè)置內(nèi)容主要有題目、可視化類型和仿真數(shù)據(jù)編號。隨后構(gòu)建可視化圖層，圖層的構(gòu)建是可視化內(nèi)容顯示的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)會在可視化圖層上進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作。因?yàn)椴煌S度的內(nèi)容所需構(gòu)建的可視化圖層類型也不同，所以在設(shè)置題目的參數(shù)時(shí)，必須將數(shù)據(jù)的格式標(biāo)記準(zhǔn)確。某種數(shù)據(jù)類型在進(jìn)行初次轉(zhuǎn)換操作時(shí)，可視

化輸出模塊會建立該數(shù)據(jù)類型的檔案，當(dāng)這種類型的數(shù)據(jù)再次進(jìn)行可視化轉(zhuǎn)換時(shí)，調(diào)度運(yùn)行管理人員便可以直接提取檔案進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換。

調(diào)度運(yùn)行管理人員可以通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊的方式自主選擇所需的可視化內(nèi)容，并能夠?qū)ζ溥M(jìn)行查看、修改和復(fù)制等操作?？梢暬敵瞿K提供的查看操作包括視角轉(zhuǎn)換、視頻漫游、三視圖變更等；修改操作包括顏色修改（安全隱患不同的電網(wǎng)設(shè)施可填充不同的顏色）、線條修改和節(jié)點(diǎn)信息修改等。

2 平臺軟件設(shè)計(jì)

面向安全校核的電網(wǎng)調(diào)度仿真和可視化平臺，需要對電網(wǎng)的安全校核數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，為實(shí)現(xiàn)平臺與電網(wǎng)工作的同步性，計(jì)算機(jī)軟件采用“一體化分管控制”的方法對平臺進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，該方法為電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理人員提供了實(shí)時(shí)更新入口，以簡化平臺操作流程。平臺實(shí)時(shí)更新流程圖如圖5所示。

由圖5可知，在平臺初始化前應(yīng)先設(shè)定相關(guān)的更新條件，當(dāng)平臺產(chǎn)生安全校核數(shù)據(jù)且安全校核數(shù)據(jù)滿足平臺更新條件時(shí)，計(jì)算機(jī)將自動進(jìn)行平臺的更新。更新后的平臺會在第一時(shí)間發(fā)布在電力網(wǎng)站上接受專業(yè)估價(jià)，預(yù)購用戶可通過電力網(wǎng)站下載平臺進(jìn)行了解和訂購。

3 實(shí)驗(yàn)分析

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的面向安全校核的電網(wǎng)調(diào)度仿真和可視化平臺，擁有較高的仿真準(zhǔn)確性和安全校核效率，進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選擇安裝有600GP傳感器電網(wǎng)調(diào)度安全校核仿真可視化平臺的某電網(wǎng)作為分析對象。該電網(wǎng)的安全校核能力排名居我國前列，具有一定的研究代表性。

首先進(jìn)行本文平臺仿真準(zhǔn)確性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。采用本文平臺進(jìn)行對實(shí)驗(yàn)電網(wǎng)2016年1月份某天海潮斷流狀態(tài)下的仿真模擬。圖6是電網(wǎng)實(shí)際發(fā)電負(fù)荷和本文仿真模擬發(fā)電負(fù)荷曲線對比圖，圖7是電網(wǎng)實(shí)際發(fā)電加速度和本文仿真模擬發(fā)電加速度曲線對比圖。

由圖6和圖7可看出，經(jīng)由本文電網(wǎng)調(diào)度安全校核仿真可視化平臺進(jìn)行仿真模擬的電網(wǎng)情況與電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況基本相符，兩者的發(fā)電負(fù)荷曲線以及發(fā)電加速度曲線重合率較高，即本文平臺具有較高的仿真準(zhǔn)確性。為驗(yàn)證本文平臺擁有較高的安全校核效率，選取實(shí)驗(yàn)電網(wǎng)2016年4月的安全校核數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。表1是某電網(wǎng)2016年4月安全校核數(shù)據(jù)。

采用本文平臺仿真模擬出與實(shí)驗(yàn)電網(wǎng)2016年4月的完全一致運(yùn)行環(huán)境（包括機(jī)組發(fā)電功率和電網(wǎng)問題節(jié)點(diǎn)編號），并對仿真模擬后的電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，本文平臺獲取的電網(wǎng)安全校核數(shù)據(jù)如表2所示。

分析表1、表2可知，實(shí)驗(yàn)電網(wǎng)2016年4月份的安全校核時(shí)間平均值約為27 min。而本文平臺仿真模擬出的安全校核時(shí)間平均值約為13 min，低出前者14 min，差值較大，驗(yàn)證了本文平臺擁有較高的安全校核效率。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)了面向安全校核的電網(wǎng)調(diào)度仿真和可視化平臺，該平臺由安全校核仿真模塊、仿真監(jiān)控模塊和可視化輸出模塊組成。其中，可視化輸出模塊的操作全部在計(jì)算機(jī)上完成。安全校核仿真模塊負(fù)責(zé)電網(wǎng)中安全仿真數(shù)據(jù)的獲取，并將其生成安全校核指令，該指令會傳輸?shù)椒抡姹O(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)施的安全校核，仿真監(jiān)控模塊對電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控?？梢暬敵瞿K接收安全校核仿真模塊中的安全校核仿真數(shù)據(jù)，和仿真監(jiān)控模塊中的監(jiān)控日志，并將其轉(zhuǎn)換成三維視頻和二維圖像，以供電網(wǎng)調(diào)度管理人員使用。軟件設(shè)計(jì)部分給出了電網(wǎng)調(diào)度安全校核仿真可視化平臺的更新流程圖，以及平臺對電網(wǎng)的安全校核語言。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)平臺擁有較高的仿真準(zhǔn)確性和安全校核效率。

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