一種柔性直流輸電工程可視化方法及裝置

成新苗

（廣東電網有限責任公司汕頭供電局，廣東 汕頭 515041）

0 引 言

南澳多端柔性直流輸電示范工程突破3個“世界第一”，即世界首個多端柔性直流輸電工程、世界首個機械式直流斷路器和±160 kV電阻型超導直流限流器，填補了我國多端柔直輸電建設、運維領域的空白[1-3]。工程建設中采用的控保系統、基于模塊化多電平換流器（Modular Multilevel Converter，MMC）拓撲結構等關鍵技術，為全國柔性直流工程建設提供了可復制、易推廣、便擴展的示范樣板，為我國電力裝備和能源產業升級提供強有力的技術支撐[4]。

文章提出一種直流輸電技術可視化方法及裝置，該裝置可以展示南澳±160 kV直流輸電工程中的系統運行方式、故障處理方法、電氣設備、數據監控平臺以及相關柔直技術裝備推廣，并滿足可視化交互的要求。

1 組成部分

本文提出的直流輸電工程的可視化方法主要由以下部分組成：創建可視化展視視圖、影音設備預設影像、添加數據集、關聯綁定、視圖排布以及目標內容突出展示。

1.1 創建可視化展視視圖

可視化展示視圖如圖1所示，建立了系統運行方式、故障處理、電氣設備、數據監控平臺、柔直技術裝備推廣以及系統設置6個可視化模塊。

圖1 直流輸電線路互動展示裝置界面視圖排布

1.1.1 建立系統運行方式

在系統運行方式中，包含日常運行方式、全接線方式、純孤島方式以及混合方式等。以全接線方式為例，此時金牛母聯線路連接，且逐漸以黃色加深線路連接線條的動畫，客戶可以深刻體驗前后運行方式物理拓撲結構的區別，同時有關全接線的影音資料和數據庫被調出，展示在顯示屏上，通過屏幕觸控可以將2D視圖轉換為3D視圖，使觀看內容更清晰[5,6]。

1.1.2 故障處理

在故障處理中，包含南金線故障、金嶺線故障、柔直系統整體故障、灣金線或蘇南線故障等故障處理。以南金線故障為例，當選擇故障處理中的南金線故障，有關南金線故障的影音資料和數據庫被調出，存儲器中的可視化交互程序使系統拓撲和相關故障處理場景展示在屏幕上，先閃爍并以藍色高亮提示此故障線路，此時南金線故障跳閘，南亞、大籃口風電場及相關交流線路作亮度減弱的動畫效果，對柔直系統、島上供電無影響，而南亞站、大籃口風電失壓，其余風電場風能則由柔直構建的電網送出[7-9]。

1.1.3 電氣設備

在電氣設備中，包含環流閥、直流電纜、直流超導限流器和直流斷路器。以直流超導限流器為例，當選擇電氣設備中的直流超導限流器，超導直流限流器的項目概況、超導限流單元設計、低溫系統和高壓套管設計、關鍵技術驗證以及總體設計參數的影音資料和數據庫被調出，并展示在屏幕上。同時，可以建立超導直流限流器的3D模型。操作時，可以拖動限流器3D模型中的任意一單元放大處理，具體深入地了解該單元的結構設計與工作原理[10]。

1.1.4 數據監控平臺

在數據監控平臺，包括視頻監控接入、柔直系統能量利用率和超導限流器本體監測。視頻監控接入的作用主要是為視頻監控裝置和云存儲平臺中分別提供無線通信模塊，其安裝布設及接線較為方便。另外，該監控系統的擴展性好，可以根據需要隨時擴展集群規模和存儲容量，分布式數據處理速度快，可在已有輸電系統設置好的監控點選擇想要觀看的實時監控視頻，提升操作體驗。在柔直能量利用率板塊，需調用數據庫中的相關數據呈現在展示屏。

1.1.5 柔直技術裝備推廣

柔直技術裝備推廣模塊中，包含云安異步聯網工程、烏東德多端直流混合工程和±800 kV特高壓直流換流閥塔的影音資料和數據庫，可通過儲存器中的可視化程序調用。

1.1.6 系統設置

系統設置組件中，包括用戶密碼登錄、用戶角色選擇和用戶權限設置，為管理員提供更新此可視化裝置的權限。

1.2 影音設備預設影像

影音設備中主要包括顯示器、音頻輸出設備、處理器、存儲器和通信線路。顯示器應為觸摸顯示器；處理器用于運行存儲器中存儲的程序；存儲器中存儲實現人機交互的程序、南澳±160 kV直流輸電工程中的系統運行方式組件、故障處理方法組件、電氣設備組件、數據監控平臺組件、相關柔直技術裝備推廣組件以及對應預設影像資料；通信線路用于實現顯示器、音頻輸出設備、處理器和存儲器的通信連接。

1.3 添加數據集

添加數據集，包含系統運行方式、電氣設備、故障處理和數據監控平臺所需展示的相關機械數據集和電氣數據集。

1.4 關聯綁定

先在可視化展示視圖中建立系統運行方式、電氣設備、故障處理、數據監控平臺、柔直技術裝備推廣以及系統設置6個可視化模塊，再將預設的影像和數據集與其對應的模塊進行關聯綁定。

1.5 視圖排布

視圖布局的樣式包含自由擺放、疊加和層級設置。可視化視圖展示方法的展示設置主要針對視圖模式，展示、演示和輪播模式為視圖模式的3種方式。

1.6 目標內容突出展示

通過燈光、音樂、語音介紹對目標內容進行渲染，使目標內容突出。

2 工作流程

柔直輸電工程的互動展示方法的流程如圖2所示。

圖2 直流輸電技術互動展示方法流程

該互動展示流程包括以下步驟。

（1）創建可視化展現視圖，包括多個組件。其中，組件是從提前設定好的組件庫中選取得到，創建的實施方可以為用戶或者計算機程序。視圖組件庫中收錄了部分用戶在編輯視圖時常用到的圖片、圖表及視頻組件等。在編輯視圖時，用戶可以從組件庫中調用圖片、圖表及視頻組件等，利于管理人員操作。同時，該組件庫支持擴展規模，管理人員可以根據個人操作習慣或實際使用情況，在組件庫中加入其他自定義組件，以滿足實際用戶需求，組件庫中支持柱型圖、圖表、數字式看板、事件看板、水位圖、各式圖片、碼表圖、各式標題、餅狀圖、折線圖、進度條、雷達圖、視頻以及ArcGIS地圖等。

（2）為展示柜上的影音設備預設影像，在預設的數據列表中添加需要展示的數據集。將各個模塊中所需的解說文字、語音、視頻、音樂添加進存儲器，將實現交互的程序以及相關程序存儲進存儲器。根據實際需要，數據列表中可以添加需要展示的數據集，此類數據集在數據源的基礎上創建，以采集特定數據。

（3）將建立的數據集和可視化展現視圖中的組件分別進行關聯綁定。在視圖演示時，被綁定的組件可以實時顯示動態數據。數據源與數據集二者配置完成后，可以將數據與組件進行關聯綁定，這樣在演示的過程中，視圖和組件元素能夠反應相關動態數據信息，并且數據與組件進行關聯綁定后，能預覽綁定后的組件效果，便于用戶實時進行測試與調整，大大提高工作效率。

（4）對各組件進行視圖布局，并對可視化展現視圖進行設置。直流輸電線路互動展示裝置如圖3所示。視圖布局的樣式包含自由擺放、疊加和層級設置，同時能夠進行背景圖、背景顏色、透明程度的調整，支持全屏預覽，即可提前查看窗口的展現效果。并所展示的內容能隨屏幕大小變化而變化，如原來一些展示在一塊大屏的內容，現在也可以展示在4塊大屏上，并且保持清晰度不失真。

圖3 直流輸電線路互動展示裝置

（5）根據上述展示設置進行視圖展示。其中視圖模式包括3種模式，分別是展示、演示和輪播模式。展示模式開啟時，指定一個終端設備上產生終端編號，然后該終端編號在不同的終端設備上進行指定，這樣可以實現多個終端設備的實時展示；演示模式開啟時，可以根據客戶需求選擇通過電腦終端或其他設備終端，對視圖進行交互式操作，始終保持大屏視圖與各終端一致；輪播開啟模式時，視圖可以通過提前設定好的自動輪播時間間隔進行循環播放。

3 結 論

本文提出了一種柔性直流輸電工程可視化方法及裝置，主要由創建可視化展視視圖、影音設備預設影像、添加數據集、關聯綁定、視圖排布和目標內容突出展示部分組成，通過各部分之間的協調配合，使南澳直流輸電技術可視化展示，讓客戶能夠更清晰直觀地了解南澳柔性直流輸電系統的系統運行方式、故障處理方法、電氣設備、數據監控平臺等信息。