基于電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度可視化監(jiān)控平臺(tái)研究與實(shí)踐

付嘉渝1，尹亭2

(1.國網(wǎng)甘肅省電力公司，蘭州730000；2. 甘肅省電力科學(xué)研究院電網(wǎng)技術(shù)中心，蘭州730050)

摘要：本文提出了當(dāng)前EMS系統(tǒng)中電網(wǎng)調(diào)度可視化的缺陷，指出了調(diào)度大屏三維可視化的設(shè)計(jì)思路與技術(shù)突破，闡述了調(diào)度大屏三維可視化技術(shù)在調(diào)度領(lǐng)域的應(yīng)用功能以及應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)系統(tǒng)；三維可視化；高效；安全

中圖分類號(hào)：TM76

Research and Practice of Visual Monitoring Platform Based on

Power Grid Operation Scheduling

FU Jia-yu1, YIN Ting2

(1.StateGridGansuProvincialElectricPowerCompany,Lanzhou730000,China;

2.GansuProvincialElectricPowerResearchInstitute,PowerGridTechnologyCenter,Lanzhou730050,China)

Abstract：In the paper, defects of power grid scheduling visualization in current EMS system are proposed. Design ideas and technological breakthroughs of scheduling large-screen three-dimensional visualization are demonstrated. Application functions and application values of scheduling large-screen three-dimensional visualization technology in scheduling field are described.

Keywords：power grid system; three-dimensional visualization; high efficiency; safety

1概述

可視化的目的是將計(jì)算中所產(chǎn)生的數(shù)字信息轉(zhuǎn)變成以更加直觀、生動(dòng)的圖形或圖像形式表示的信息。研究表明：人眼對(duì)圖形的敏感度大大高于對(duì)數(shù)據(jù)、表格的敏感度,特別是彩色的、動(dòng)態(tài)的、三維的圖形圖像更能引起視覺反應(yīng)，將該理論應(yīng)用于電力調(diào)度監(jiān)控,調(diào)度中心的調(diào)度和決策人員能夠更容易從可視化后的圖形圖像中準(zhǔn)確了解電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)存在的問題和變化趨勢,進(jìn)而提高決策效率。

2調(diào)度大屏三維可視化技術(shù)的研究背景

近年來，伴隨著中國電力發(fā)展步伐不斷加快，中國電網(wǎng)也得到迅速發(fā)展，電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行電壓等級(jí)不斷提高，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模也不斷擴(kuò)大，其復(fù)雜程度也在不斷增加。各電網(wǎng)的調(diào)度中心已經(jīng)儼然成為一個(gè)融合了生產(chǎn)、調(diào)度、計(jì)劃綜合業(yè)務(wù)的生產(chǎn)運(yùn)營控制中心。隨著D5000系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用以及拼接大屏幕顯示系統(tǒng)的不斷建設(shè)，各類軟硬件系統(tǒng)建設(shè)水平之高已經(jīng)達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平。與此同時(shí)，各專業(yè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不斷產(chǎn)生，已經(jīng)真正達(dá)到了海量數(shù)據(jù)級(jí)別，但如何從海量數(shù)據(jù)中抽取關(guān)鍵的、重要的數(shù)據(jù)指導(dǎo)日常生產(chǎn)和用于應(yīng)急指揮決策，如何將造價(jià)高昂的調(diào)度中心大屏幕變成一個(gè)更有價(jià)值的超級(jí)顯示載體，已成為一個(gè)熱點(diǎn)話題。有的專家學(xué)者提出了“信息過載”的概念，意為我們獲得的信息量太大，以致難以真正有效利用，最大化信息的價(jià)值，反而變成負(fù)擔(dān)，甚至無法正確指導(dǎo)日常生產(chǎn)工作；調(diào)度大屏往往只是顯示一些調(diào)度工作站的放大圖像，卻也一直備受詬病。這是一個(gè)嚴(yán)肅而嚴(yán)峻的課題。

在簡單表格和二維圖形的傳統(tǒng)信息閱讀形式下,已經(jīng)很難比較及時(shí)準(zhǔn)確地展示出系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)所隱含的電網(wǎng)運(yùn)行的真實(shí)細(xì)節(jié),也已很難滿足調(diào)度員和決策者對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)的概括性、提示性和可讀性需要。近幾年發(fā)展出來的基于大屏幕顯示和三維圖像技術(shù)的電網(wǎng)調(diào)度可視化，作為呈現(xiàn)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況的一種全新表達(dá)方式,越來越多地影響著電網(wǎng)調(diào)度和決策人員的工作甚至決策思維模式。

3調(diào)度大屏三維可視化的設(shè)計(jì)思路與技術(shù)突破

a.調(diào)度大屏不同于大多數(shù)的顯示設(shè)備，其最大的特點(diǎn)就是由數(shù)塊甚至數(shù)十塊屏幕模塊拼接組合而成，形成一個(gè)超大信息量載體的顯示屏。以甘肅電力調(diào)度中心為例，其拼接大屏幕由4行16列構(gòu)成，每塊屏幕的顯示分辨率為1024×768，屏幕的總體顯示分辨率達(dá)到了16384×3072，超過5000萬像素，是一般電腦屏幕的幾十倍。如何驅(qū)動(dòng)這樣一個(gè)巨型顯示屏實(shí)現(xiàn)大量信息的三維圖形化流暢顯示，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

b.電網(wǎng)調(diào)度中心的業(yè)務(wù)復(fù)雜性很高，在日常工作中調(diào)度員們需要關(guān)注大量實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，如何有效地對(duì)各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類梳理，打通業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的屏障，根據(jù)實(shí)際調(diào)度和應(yīng)急指揮的工作需要將不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納整理、統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，通過數(shù)據(jù)集成進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可視化，達(dá)到概括性、提示性和可讀性原則，決定了系統(tǒng)最終的可用性和易用性。

c.電網(wǎng)調(diào)度中心的數(shù)據(jù)來自多個(gè)系統(tǒng)不同的數(shù)據(jù)庫，如何高效、安全地獲取并實(shí)現(xiàn)最終的可視化呈現(xiàn)，挑戰(zhàn)著整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)用性和安全性的底線。

基于以上背景，通過充分研究分析，得出以下設(shè)計(jì)思路：

a.利用三維建模技術(shù)將電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、接線圖、負(fù)荷曲線、發(fā)用電情況、新能源分布等所有與日常工作相關(guān)的基礎(chǔ)圖形全面三維化，從而實(shí)現(xiàn)更加全面的概括性、可讀性，并結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)圖形預(yù)警提示，以最突出的視覺形式強(qiáng)化系統(tǒng)的提示性目標(biāo)。

b.采用分布式圖形處理架構(gòu)，利用多臺(tái)圖形工作站并行處理同一個(gè)大型高清晰圖像，從而實(shí)現(xiàn)真正超高清、流暢的大量信息同時(shí)顯示。

c.通過充分調(diào)研，將日常調(diào)度及應(yīng)急指揮所需的業(yè)務(wù)信息打散重組，一切從實(shí)際工作需要出發(fā)，梳理整合出更實(shí)用的、更符合調(diào)度員日常工作和管理者指揮決策需要的業(yè)務(wù)信息復(fù)合結(jié)果。

d.數(shù)據(jù)集成，建立一個(gè)新的集成式數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)推送、數(shù)據(jù)搜索、規(guī)約對(duì)接等多種方式將各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行分別抽取，并重新存儲(chǔ)、分析統(tǒng)計(jì)甚至數(shù)據(jù)挖掘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的更有效利用。

4調(diào)度大屏三維可視化技術(shù)在調(diào)度領(lǐng)域的應(yīng)用功能

通過三維可視化系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力調(diào)度運(yùn)行的日常調(diào)度監(jiān)控和決策支持，進(jìn)而形成統(tǒng)籌電力調(diào)度管理整個(gè)過程中的電力調(diào)度監(jiān)控、電力調(diào)度分析、應(yīng)急指揮輔助決策以及電網(wǎng)規(guī)劃信息服務(wù)等全流程應(yīng)用的功能。

a.調(diào)度監(jiān)控信息的集中化呈現(xiàn)。結(jié)合電網(wǎng)調(diào)度日常工作的需要，將與調(diào)度計(jì)劃工作相關(guān)的電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測及實(shí)時(shí)監(jiān)測曲線、電廠利用小時(shí)情況、發(fā)電計(jì)劃完成情況、存煤情況等信息數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成和統(tǒng)籌規(guī)劃顯示；同時(shí)將調(diào)度控制工作相關(guān)的電源實(shí)時(shí)出力情況、全網(wǎng)實(shí)時(shí)頻率、實(shí)時(shí)負(fù)荷情況、實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)、氣象預(yù)測、實(shí)時(shí)潮流、斷面、聯(lián)絡(luò)線等情況進(jìn)行數(shù)據(jù)集成和統(tǒng)籌規(guī)劃顯示；使調(diào)度中心各專業(yè)工作人員能夠通過專用控制系統(tǒng)對(duì)所需專業(yè)信息進(jìn)行一鍵式操作，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)用切換。

其中重點(diǎn)是大量利用三維地圖模型實(shí)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的可視化設(shè)計(jì)，從而達(dá)到更加直觀易讀的效果，減少工作人員閱讀信息的反應(yīng)時(shí)間。如電網(wǎng)潮流可視化，在潮流監(jiān)控的可視化方面，采用電網(wǎng)潮流結(jié)合三維地圖模型的方式，更加清晰直觀地反映全網(wǎng)潮流走向的動(dòng)態(tài)信息，而且能夠清晰展現(xiàn)潮流的限額裕度，從而幫助調(diào)度員進(jìn)行快速且直觀的判斷。如煤電分布情況、電廠出力及存煤信息等，通過信息動(dòng)態(tài)預(yù)警及結(jié)合地圖顯示的方式，一旦出現(xiàn)故障或存煤不足等情況，工作人員可以在調(diào)動(dòng)大屏上很容易發(fā)現(xiàn)并定位問題，及時(shí)處置；此外斷面、全網(wǎng)各聯(lián)絡(luò)線、實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)甚至氣象信息都是如此。

b.電網(wǎng)宏觀信息的可視化呈現(xiàn)。主要包括電網(wǎng)的總體情況集成顯示(如地理接線圖、特高壓網(wǎng)架、流域分布、新能源分布等信息)和電網(wǎng)規(guī)劃信息顯示，為管理者快速便捷地掌握電網(wǎng)宏觀運(yùn)行態(tài)勢、應(yīng)急指揮決策提供全面的服務(wù)性輔助決策信息。如地理接線圖是將電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)與三維地圖模型相結(jié)合，通過三維地理圖真實(shí)反映出電力調(diào)度過程中的總體運(yùn)行狀況，包含廠站位置和各線路連接關(guān)系等信息。

5調(diào)度大屏三維可視化技術(shù)在調(diào)度領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值

以甘肅電力公司調(diào)度中心為例，其可視化系統(tǒng)是專門為甘肅電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化設(shè)計(jì)的綜合信息可視化系統(tǒng)，它的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來源于調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)(D5000)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)(OMS)、風(fēng)電有功預(yù)測等系統(tǒng)，通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并以設(shè)備為單位，采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，借助于計(jì)算機(jī)圖形理論和技術(shù)，形象生動(dòng)地顯示電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，為管理及調(diào)度人員提供電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分類管理和顯示。

可視化系統(tǒng)充分利用 4×16 DLP大屏幕拼接墻系統(tǒng)、iPad移動(dòng)終端操控，全方位、多角度以三維、靈活、絢麗的圖形界面實(shí)現(xiàn)甘肅省電網(wǎng)資源、電網(wǎng)運(yùn)行情況、用電情況等全方位的電網(wǎng)信息以3D動(dòng)態(tài)圖形在超高分辨率DLP大屏幕系統(tǒng)上展示，展示系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)與調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)(D5000)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)(OMS)、風(fēng)電有功預(yù)測系統(tǒng)、調(diào)度大屏幕控制系統(tǒng)等其他應(yīng)用系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫、E語言、規(guī)約等多種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

作為集中信息顯示的交互平臺(tái)，滿足實(shí)時(shí)調(diào)度、會(huì)商、輔助決策的需求，并引導(dǎo)調(diào)度人員重點(diǎn)關(guān)注電網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵、薄弱環(huán)節(jié)，為電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)視提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持手段。其全面、實(shí)時(shí)、高清、三維、動(dòng)態(tài)預(yù)警/告警的調(diào)控信息可視化形式最大程度上解放了調(diào)度工作人員的日常監(jiān)控壓力，出現(xiàn)故障或問題通過該系統(tǒng)就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，第一時(shí)間進(jìn)行處置，大幅提高了調(diào)度工作效率，并為全網(wǎng)生產(chǎn)效率的提升做出了重要貢獻(xiàn)。

6結(jié)語

可視化技術(shù)在電力調(diào)度工作中有著十分重要的地位和價(jià)值。隨著計(jì)算機(jī)及圖像顯示科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，調(diào)度可視化技術(shù)的應(yīng)用也在快速地發(fā)展和提升。特別是近年來調(diào)度中心的廣泛建設(shè)，基于調(diào)度大屏進(jìn)行可視化調(diào)度的理念已經(jīng)越來越廣泛地受到關(guān)注。我國在智能調(diào)度領(lǐng)域已經(jīng)開展了很多有益的技術(shù)嘗試，可視化技術(shù)，特別是基于調(diào)度大屏的可視化技術(shù)隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展同樣需要不斷進(jìn)步，從最初的電網(wǎng)單線圖的數(shù)據(jù)原始表示及列表表示，逐步向二維/三維圖形化、動(dòng)畫發(fā)展，充分吸收信息學(xué)、美學(xué)、心理學(xué)等多領(lǐng)域?qū)W科技術(shù)，形成一系列與電力系統(tǒng)運(yùn)行相適應(yīng)的高水平的調(diào)度可視化應(yīng)用系統(tǒng)將是必然趨勢。

參考文獻(xiàn)

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