可视化技术在EMS系统中的应用 (2).doc

《可视化技术在EMS系统中的应用 (2).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《可视化技术在EMS系统中的应用 (2).doc（8页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、可视化技术在EMS系统中的应用永城市供电有限责任公司 孙钰 孙伟摘要：随着电力系统的建设和电力自动化系统的发展，电网调度员所面临的电网规模日趋庞大，结构日益复杂，电网状态量数目激增，很难对电网进行全面的判断和监视，不易从大量的数据中得到对电网的整体认识。本文介绍了科学计算可视化的技术和应用状况，并结合县级调度系统中的信息与数据特点，提出了可视化技术在EMS系统中的应用方式。关键词：可视化技术、EMS系统中图分类号：TM732、TM734The application of Visualization techniques in EMS systemABSTRACT: Along with th

2、e power system construction and the development of the power automation system, the grid dispatcher facing the increasingly large scale of power grid, increasingly complex structure, the power grid state variable number surge, it is difficult to full power grid judgment and monitoring, and it is not

3、 easy to get the overall understanding of power grid from a lot of data . This paper introduces the technology and scientific computing visualization application status, and combined with the information in the system at the county level scheduling and data characteristic, this paper puts forward th

4、e visualization technology in the EMS system, the application way. Key words: visualization technology, EMSChinese Library Classification: TM732、TM7341.引言：可视化技术最早运用于计算科学中，并形成了可视化技术的一个重要分支科学计算可视化1。科学计算可视化融合了计算机技术中的多个分支图形学、图像处理、数据管理、网络技术、人机界面，并与相关的应用科学领域相结合2。本文对可视化技术在县级能量管理系统中的应用进行了研究，基于Qt、FreeType、FT

5、GL等基础构架，采用OpenGL技术为基础，结合先进的业务分析方法和计算机图形算法，形成面向主题的电网运行状态监视的三维可视化平台。县级调度自动化位于调度自动化最低层，是其它各级调度系统的基础信息来源，随着电网状态量数目激增，很难对电网进行全面的判断和监视，不易从大量的数据中得到对电网的整体认识，同时电网发生异常情况后，告警信息复杂且繁多，调度员很难根据系统提供的信息准确判断故障的位置和严重程度，针对以上特点，在EMS系统中应用了可视化技术，帮助调度员直观的监视电网运行状态，最终减轻调度员的工作压力。该系统利用可视化展示平台，通过三维图元、颜色透明度编码、动画显示、背景渲染等手段3，直观地显示

6、电网实时数据，最大程度减轻调度员的工作强度，保障电网安全、高效运行。2.可视化平台中的OpenGL技术OpenGL是近几年发展起来的一个性能卓越的开放式三维图形标准。其最大特点是与硬件的无关性，独立于硬件和窗口系统。OpenGL可以运行在当前主流的操作系统上，如MacOS、Unix、Windows95/98/NT/2000、Linux、OPENStep、Python、BeOS等，平台之间易于移植。目前OpenGL已经集成到各种操作系统和窗口中，其中操作系统包括UNIX、Windows NT、DOS等，窗口系统有X窗口、Windows等。系统采用Qt进行界面编程，Qt企业版封装了OpenGL功能

7、，便于与其他GUI控件统一使用，其体系结构如下：图1 Qt中QGLWidget的派生体系可视化展示平台窗口的功能包括显示基础图形、可视化图元、界面操作控件，为了实现OpenGL绘制环境，使用了Qt的QGLWidget作为窗口显示的基础，进行了两层封装，分别添加了对界面控件体系的支持和具体业务绘制内容的支持，在JGLWindow层次实现了对GUI的支持，其实质是在绘制完内容区域后，绘制所有的控件，保证控件始终在内容区上方，实现透明悬浮效果。在JGLWidow类中，截获所有的鼠标消息，并把鼠标消息传递给所有的控件，使控件能根据鼠标的单击、双击、施放、移动等做出相应的响应。JIDAMmiView类主

8、要实现场景中的圆柱、流水线等三维效果的绘制与显示。如下图所示：图2 可视化人机界面内容组织框架OpenGL技术应用于电力系统可视化是本文的一大创新点，通过Qt包装OpenGL实现三维场景的布局与控制、基础图形的绘制、可视化图元的绘制以及OpenGL环境下的GUI设计，充分发挥了OpenGL的硬件加速功能，使三维可视化界面具有良好的显示效果和流畅性，由其重要的是OpenGL的跨平台性，实现了智能调度系统可以跨操作系统和硬件平台部署，有很强的应用前景。3. EMS系统可视化展示EMS系统中可视化模块的一个基本设计思想是把可视化展示框架与业务内容分离开，后续的业务增加、可视化模式的改变可以较为灵活的

9、进行扩展。实现这种框架与业务分离的方法是通过一个插件体系，使业务和显示之间以松耦合的方式进行交互。插件系统的结构可以用简图表示如下：图3 可视化插件体系结构简图在可视化窗口中，每一个主题对应JIDATopic类的一个对象，组织基础图形和主题配置的其他内容，主题同时实现一个IDATopicStage接口，表示由主题来提供一个可视化显示的舞台，同时，JIDATopic对象可以管理一个插件指针，对插件进行初始化、操作交互等。插件是一个实现 IDATopicHandler接口的对象，通过与所关注的服务通信获取基础信息，并把这些基础信息按照预定的可视化参数进行展示。舞台的内容按照场景来组织，即JIDAS

10、cene对象，场景中包括具体的可视化图元。插件式框架设计，使系统具有很强的灵活性和可扩展性。3.1电网数据可视化展示3.1.1三维圆柱可视化应用三维圆柱通过高度、多个柱节等信息能多角度展示主变负载、发电机运行、厂站无功和安全分析结果等。同时可以设定越限颜色，在数据越限后以不同的颜色来绘制圆柱。圆柱的绘制采用OpenGL技术，根据不同监视主题的配置文件，结合实时数据，设定圆柱绘制的柱节个数、高度、越限颜色显示等，采用三维圆柱显示的电网数据能直观展示全网数据信息，通过不同颜色的对比能使调度员快速定位到重要关注点或危险点上。三维圆柱作为可视化技术的主要表现形式，在EMS系统中得到充分的应用，具体实例

11、如下：变压器实际有功值与额定容量的比值叫负载率。圆柱分为两节，下面绿色填充柱节表示变压器的有功值，上面半透明柱节表示有功值与主变有功容量的差值，如下图所示：图4 变压器负载率可视化展示3.1.2 流水线与饼图的可视化应用线路潮流的可视化展示主要通过动态流水线和饼图来展示。流水线通过在线路上均匀绘制一系列的三角形，三角形指向与潮流方向一致，并且三角形大小与潮流大小成比例，通过位图拷贝刷新显示器来实现动画效果。饼图是在线路中央绘制圆，并对圆中一定角度扇形着色，着色部分所占整个圆的比例，即为线路负载率，并可以叠加数字文本显示精确的百分比，同时将饼图的填充颜色与数据大小关联，负载超过一定限值后，饼图填

12、充颜色会发生变化，进而将负载的总体视图展示出来，通过越限颜色变化，用户注意力很快能集中在越限线路上4。流水线能展示潮流的大小以及流向，饼图能展示线路负载情况，通过这两种手段调度员能全面快速掌握全网潮流信息。具体实例如图：图5 线路负载率可视化展示3.1.3 等高线背景渲染的可视化应用等高线指的是地形图上高程相等的各点所连成的闭合曲线，在很多其他领域等高线己经被广泛应用于空间分布的连续数据的显示，如气象预报、地质勘探等。电力系统可视化可以借助等高线展示主变有功、线路电流和母线电压等信息，由于要展示的数据不是空间连续的，所以要创造虚拟值来填充整个二维等高线区域，这一虚值是附近数据点的加权平均，这一

13、过程可使用插值算法完成，插值计算完成后，使用一个颜色的映射将这些虚值与某种颜色关联起来以便在屏幕上显示5-6。可能存在的颜色映射有很多种，常用的映射是用红色表示高数据值，蓝色表示低数据值。具体实例如下图：图6 变压器负载率等高线背景渲染4.小结本文研究了可视化技术在县级调度自动化系统中的应用，并基于OpenGL技术，设计实现三维可视化平台，具体包括三维场景的布局与控制、基础图形的绘制、可视化图元的绘制和控制，保证系统的跨硬件平台和操作系统。弥补了传统调度自动化系统界面单一、功能分散的缺点，具有很强的实用性。参考文献1韩祯祥、吕捷、邱家驹。科学计算可视化及其在电力系统中的应用前景。电网技术，1996,20(7):22-272 刘娆、李卫东、吕阳。电力系统运行状态可视化技术综述。电力系统自动化，2004,25(4):92-993 杨光。电网可视化技术。国际电力，2004,2:45-47.4 谢昶、刘文颖，赵冬红，张志新。电力系统可视化技术研究。中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会，2008,10,1-3.5 邱家驹、钱源平、刘艳。基于地理信息系统的电力系统静态安全分析可视化方法。中国电机工程学报，1999,19(5):62-66.6 陈纬，罗毅，涂光瑜等。动态监视下电力系统状态的可视化。电力系统自动化，2004,28(8):68-71.