配電網運行狀態實時監控數據可視化的研究

蒙紅發

摘 ? 要：隨著電網的不斷發展，可視化技術已逐步運用于電網系統中，使得工作人員能夠更加直觀地了解配電網各個位置的相關信息。配電網運行狀態實時監控數據可視化的發展和應用，無論是在電網的實時監控，還是在電網運行信息的分析管理等方面都發揮著重要作用。因此，文章將進行相關研究，為配電網運行狀態數據可視化提供理論支持。

關鍵詞：配電網;運行狀態;實時監控;數據;可視化

隨著我國經濟的不斷發展和電力市場的不斷完善，對于電力的需求也越來越大。隨之，配電網的組網結構愈加復雜，組網規模也在逐漸擴大，配電網需要處理的數據量也越來越大。在數據量日益龐大的網絡環境下，相關工作人員的工作量也在不斷加大。所以，要想保證工作人員的工作效率和數據處理的準確性，配電網參數運行可視化技術得到了推廣和應用，借助該技術能夠實現將數據轉化成圖片，使數據更加直觀、具象化，幫助運行人員迅速找出關鍵數據，提高工作效率、保證工作質量。

1 ? ?配電網運行參數可視化技術的基本原理

配電網在發展中逐漸實現運行參數的可視化，通常采用的方法有兩種。

（1）借助仿真軟件對實際的電路進行仿真處理，使其能夠通過圖片的形式展示出來。（2）基于能量管理系統（Energy Management System，EMS）或是配電管理系統（Distribution Management System，DMS），通過軟件包實現可視化。借助地理信息系統平臺功能和模塊實現可視化，或者是獨立開發。無論哪一種，在開發和使用過程中都應該遵守國際電工技術委員會（International Electrotechnical Commission，IEC）制定的IEC61970（與能量管理系統的接口標準）與IEC61978（與配電管理系統的接口標準）。

其中，IEC組織對于電力系統圖形標準進行了統一，統一使用可縮放的矢量圖形（Scalable Vector Graphics，SVG）技術。萬維網組織聯盟在運行參數規定中統一了標準，即要基于可擴展標記語言（eXtensible Markup Language，XML）的矢量圖形技術。SVG技術能夠實現對不同對象的獨立程序編寫，最終實現配電網運行狀態參數的可視化。

2 ? ?數據可視化設計原則

數據可視化設計的目標明確，其在開發和實際應用中應該根據數據對象進行實用性設計，保證得到的結果真實、有效。相對于傳統信息而言，數據信息具有多維度、全覆蓋的特點，借助可視化技術能夠體現出多種信息。所以，可視化設計首先要對客戶的需求進行調查和分析，根據其需求篩選出需要的重點數據，選取合適的可視化數據形式。由此，可視化的結果能夠實現需求信息的強調，剔除無關或關聯較少的數據，進而反映出事件的相似和差異，判定業務運行是否正常。借助數據可視化能夠快速發現問題所在，獲得科學、合理的可視化方案，保證數據監控的有效性和便捷性。

要進行數據可視化的界面設計，不僅要遵循設計心理學原則，還需要按照交互設計原則進行設計。其中，設計心理學是心理學的分支學科，在設計中對人機交互設計具有指導意義。隨著近幾年設計行業的發展，用戶體驗越來越成為設計的重要方向，這就更需要在設計中注重設計心理學的深入，為用戶創建良好的人機交互環境，通過科學手段提高用戶體驗。在人機交互設計中，應該針對各類限制性因素進行考量，保證用戶在使用過程中能夠看到各種可行操作，方便用戶根據自我意圖完成所需操作，達到自然匹配的效果。

總而言之，數據可視化設計，無論是在圖形表現形式上，還是在功能服務上都應該注重用戶控制感，將信息量控制在較易理解的范圍內，減少需要的關注點。例如，在進行數據追蹤的過程中，可以將需要的數據進行實時、動態處理，生成單一信息圖表，并且將需要的數據進行整理，表現出數據的變化。而對于需要分析的數據，應該根據需要整理出檢索和交互式圖標，注重數據的關聯度體現。最后，針對說明型數據，應該通過色彩、字體等方法營造數據的沖擊力，幫助用戶快速理解說明型數據。

隨著可視化技術的發展和完善，對于不同數據的需求也越來越不同，所以，數據也需要各種不同的展示方式。要實現數據的可視化，首先，要確定必須展示的數據內容，了解需要展現的目標，便于充分展示數據。此外，還需要注重數據展現形式的美感和可讀性，保證數據在可視化處理之后更具實用性。

3 ? ?線路型數據的二維可視化

配電網運行過程中，需要不同類型的數據來滿足系統不同的功能，據此，將數據分為節點型和線路型數據。其中，線路型數據指的是線路潮流計算的相關數據，大多數需要通過箭頭等來表示潮流方向，然后，用餅圖或者柱狀圖來體現數據的大小。而對于節點型數據，指的主要是配電網運行需要的節點參數，其主要的表現形式是等高線、柱狀圖或者雙柱狀圖。

3.1 ?線路型數據圓餅圖畫法

餅狀圖的繪制步驟主要有以下幾步：確定餅狀圖的3要素，點、直線和圓弧。能夠解析XML文檔，獲取配電網運行的相關參數。將獲得數據轉化成圖形，確定圓弧的終點。

在SVG中要進行圓弧的繪制，需要按繪制點、繪制線以及繪制圓弧的指令進行。其中，M（繪制點指令）和L（繪制線指令）主要負責給出點的左邊和連線任務，但是，A（繪制圓弧指令）需要確定長軸長度、短軸長度、圓弧與水平方向夾角、圓弧繪制方向以及終點坐標，才能最終確定餅狀圖，繪好后對圖形進行填充就完成了。

3.2 ?節點型數據的二維可視化

要進行配電系統等高線的可視化，最重要的是進行節點電壓參數的整理，此外，也可以對電價顯示和線路負載等參數進行可視化。等高線的繪制主要有以下幾個步驟：（1）數據網格化。（2）等值點的繪制和追蹤。（3）等值線的繪制和光滑處理。（4）填充。

在實現數據網格化的過程中，需要完成網格的加密，來保證等高線的精度和數據的準確性。二維可視化流程如圖1所示。

（1）構建Delaunay網絡并加密。Delaunay網絡的繪制工作，是需要經平面上離散的點組成結構合適的三角形，而且保證圖形的不重疊。在Delaunay網絡的構建過程中，主要有三角網生長算法、逐點插入算法和分割合并算法等方法。

（2）等值點的生成。在數據等值點確定中，可以根據函數Z=F（x，y）來確定，其中Z的值為常數h，根據不同的h值可以繪制出不同的h曲線，然后，將得到的h曲線沿Z軸投影到XOY平面上，就形成了不同的等值線。

（3）等值線的追蹤。要對兩條等值線的關系進行判斷，就需要進行等值線的追蹤，確定其是否相連。

在等值線的追蹤過程中，根據要求，首先，將各等值線的端點集合分析，形成鏈表。在得到的集合結果中，將相鄰的等值線的各端點進行標記、分析，判斷其是否相等，若相等說明等值線封閉。

（4）等值線光滑處理。上述步驟完成之后，將得到的等值點序列進行連接和分析，初步形成等值曲線。然后再采用B樣條曲線法、Bezier曲線法等方法進行等值線的光滑處理，保證其能夠符合系統需求。

（5）構造非閉合區。將光滑處理后的曲線進行填充，對不同非閉合曲線上的Xmin點排序進行填充，并且利用上述方法，對某地配電網地理接線圖進行了電壓顯示，結果如圖2所示。

4 ? ?結語

隨著信息技術的發展和大數據時代的到來，人們對于事故的認知、確定性的建立以及對未來的規劃更具科學性，能夠更加合理地實現資源的配置。在電網不斷發展的大背景下，可視化技術已逐步運用于電網系統中，使得工作人員能夠更加直觀地了解配電網各個位置的相關信息，推動了配電網的發展和完善。

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