适用于配电网同步相量实时状态监测的可视化方法技术

本发明专利技术公开了适用于配电网同步相量实时状态监测的可视化方法，包括：实时获取配电网同步相量量测信息，并针对所述量测信息绘制微型趋势图；提取当前时刻下同步相量截面数据，实时获取与该截面数据相对应的非电量信息；针对同步相量截面数据中的频率数据进行空间插值处理，绘制频率等高线图层；针对同步相量截面数据中的电压有效值数据绘制电压有效值圆图元，针对同步相量截面数据中的电压相角数据绘制旋转相量图元，基于旋转相量图元及电压有效值圆图元绘制同步电压相量图层；针对实时获取的非电量信息绘制非电量信息图层；将频率等高线图层、同步电压相量图层、非电量信息图层及微型趋势图在地理信息系统中叠加；通过人机交互响应方式实现微型趋势图的显示与多分屏展示。

【技术实现步骤摘要】
适用于配电网同步相量实时状态监测的可视化方法
本专利技术涉及电力系统状态监测
，特别是涉及适用于配电网同步相量实时状态监测的可视化方法。
技术介绍
状态监测是复杂电网智能、安全、高效运行的保障，依靠分布于电力系统中的二次量测设备采样收集监测信息，获得当前系统的实时潮流，能真实、有效地辨识系统的实时状态。在配电网侧，分布式可再生资源大量渗透接入，加之储能、电动汽车、小型燃气轮机等技术的发展，使得多种能源在配电网侧汇集，传统“源-网-荷”结构的单向送电模式正在发生改变，产生双向潮流、间歇波动等新问题，使配电网形成一个多维、非线性、随机的复杂系统。配电网同步相量量测装置的出现将电力系统动态监测延伸至低压电网，装置部署在低压用户侧高速率采集各节点及线路的同步相角及主要电网状态量，并通过卫星授时附上统一时标，其记录的高精度数据准确反映了系统实际运行中监测变量的变化轨迹，为采用基于数据驱动的方式掌握配电网动态行为提供了支撑。随着配电网同步量测装置的需求不断增大，预计未来将有上万台设备布局在全国的配电网中实时量测，装置提供的高精度、高密度数据的规模越来越大。将海量采集信息直接罗列显示，调度人员很难从中提取到有用信息准确判断监测系统的实时状态，导致大量数据得不到有效利用造成信息浪费。近年来发生的几次大停电事故中，均存在对电网内发电负荷平衡情况认知不足，缺乏对故障初期电网运行状态的分析，不能及时采取调整策略继而使事件波及全网的问题，因此状态监视、态势把握就显得尤为重要。如何全面高效的展现监测信息，选择有效的可视化策略进行平台展示，从而使调度人员更加清晰、直观的掌握电网的运行行为，具有很强的实际意义。电力系统可视化是辅助电网状态感知的重要手段，对电网的控制、运行、调度与保护都有着重要的意义。目前电力系统可视化的研究主要集中于能量管理系统(EnergyManagementSystem，EMS)，还没有针对配网同步相量特点设计的可视化方法。EMS系统数据采集的频率较低，不包含统一的时标，配网同步量测技术将稳态分析拓展到动态分析过程，较高的测量频率使数据量远大于秒级数据的EMS系统，且数据采集种类与应用场景不同。结合配电网的应用背景，综合处理大规模系统状态数据与地理位置、设备布局等非电量信息进而直观反映复杂配电网的运行特征与运行环境，设计高效直观的同步相量实时状态监测可视化方法亟待解决。综上所述，现有技术中对于针对配网同步相量特点设计的可视化的问题，尚缺乏有效的解决方案。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了适用于配电网同步相量实时状态监测的可视化方法，本专利技术的可视化方法实现了配电网同步相量多角度、多信息、多分屏的呈现，辅助调度人员全面综合监测配电网运行状态效果。适用于配电网同步相量实时状态监测的可视化方法，包括：实时获取配电网同步相量量测信息，并针对所述量测信息绘制微型趋势图；针对获取的配电网同步相量量测信息对照同步时标与当前世界标准时间提取当前时刻下同步相量截面数据，数据类型包括频率、电压有效值及电压相角；针对所提取的当前时刻下同步相量截面数据，实时获取与该截面数据相对应的非电量信息；针对同步相量截面数据中的频率数据进行空间插值处理，绘制频率等高线图层；针对同步相量截面数据中的电压相角数据绘制旋转相量图元，针对同步相量截面数据中的电压有效值数据绘制电压有效值圆图元，基于旋转相量图元及电压有效值圆图元绘制同步电压相量图层；针对实时获取的非电量信息绘制非电量信息图层；将频率等高线图层、同步电压相量图层、非电量信息图层及微型趋势图在地理信息系统中叠加；通过人机交互响应方式实现微型趋势图的显示与多分屏展示。进一步优选的技术方案，在获取配电网同步相量量测信息时，利用分布在低压电网中的配网同步量测装置通过GPS对时实时同步获取监测电网处的频率、电压有效值与电压相角，所述量测信息附带卫星授时的同步时标，根据设定的可视化时间跨度△t与当前时间tUTC，获取同步时标t位于tUTC-△t～tUTC间N个配网同步量测装置的量测数据集合进一步优选的技术方案，针对所述量测数据集合所附带的同步时标St与tUTC，获取不同同步量测设备在同一时间点下的同步相量截面数据。即由中提取tUTC时刻下来自N个配网同步量测装置的频率截面数据Df、同步电压有效值截面数据DU、同步电压相角截面数据进一步优选的技术方案，还包括：获取当前世界标准时间tUTC下的非电量信息，并与所属的同步量测装置整合，非电量信息包括地理位置、网络拓扑、设备信息、环境信息。进一步优选的技术方案，根据频率、电压有效值、电压相角的数据集合与其同步时标St的时序关系在二维平面上绘制微型趋势图，图元包括五个元素：监测变量类型、实时数值、额定线、变化趋势线及实时数据点。进一步优选的技术方案，频率等高线图层的绘制时，所需要的步骤为：由于配网同步量测装置在电网中的布点本身不是空间连续的，装置量测的频率数据也具有离散性。利用空间插值算法将离散的频率信息拓展为广域全局下的曲面频率数据，一个局部区域电网下的频率变化存在空间关联，因此空间插值算法选择局部内插法，估计未知点时只使用邻近监测点的频率截面数据，由Df中未量测位置Z(xz，yz)附近各离散量测点(xi，yi)(i＝j...m,,m<N)下的频率截面数据fi，估计Z点的频率：其中，λi为各已知量测点处测量值的权重；将曲面频率数据与预设数据区段匹配，实际运行中的系统频率大小集中在频率上限fmin与频率下限fmax之间，以间隔△f分解成多个区段，在考虑到超出频率高低限值的数据后，区段总数P可表示为：定义区段色彩数组C＝{C1,C2…CP}，其中C1与CP分别代表频率量测数据低于fmin与超出fmax时对应的色彩，频率量测数据fi对应填充色彩Ch，h与fi的对应关系可表示为：利用各区段对应颜色填充图层，完成频率等高线图层的绘制。进一步优选的技术方案，绘制旋转相量图元时，根据下编号i(i＝1,2...N)同步量测装置下的电压相角截面数据在其所处地理位置坐标{xi，yi}上分别绘制旋转相量图元。旋转相量图元的动态变化除了能表示相角信息外，还可反应频率量测数据与工频的关系。图元包括相量线段长度与水平方向夹角两种元素：相量线段长度L由低压配网额定电压Ur换算获得：L＝bUr其中，b为“额定电压—长度”换算比。相量与水平方向夹角为该点同步电压相量的相角进一步优选的技术方案，绘制电压有效值圆图元时，根据DU下编号i(i＝1,2...N)同步量测装置下的电压有效值截面数据Ui，在其所处地理位置坐标{xi，yi}上分别绘制电压有效值圆图元，圆的半径R在L的基础上确定为：R＝(Ui-Ur)ΔL+L其中，△L为“量测电压—长度”换算比，△L<b。进一步优选的技术方案，将旋转相量图元与电压有效值圆图元叠加，旋转相量起点与电压有效值圆圆心重合，绘制同步电压相量图层，由电压有效值圆的半径R与相量线段长度L的关系可知，圆的覆盖范围与相量末端的关系可以表示电压量测值Ui与额定电压Ur的大小关系：圆的覆盖范围超出相量末端，即R>L则Ui>Ur；圆的覆盖范围小于相量末端，即R<L则Ui<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.适用于配电网同步相量实时状态监测的可视化方法，其特征是，包括：实时获取配电网同步相量量测信息，并针对所述量测信息绘制微型趋势图；针对获取的配电网同步相量量测信息对照同步时标与当前世界标准时间提取当前时刻下同步相量截面数据，数据类型包括频率、电压有效值及电压相角；针对所提取的当前时刻下同步相量截面数据，实时获取与该截面数据相对应的非电量信息；针对同步相量截面数据中的频率数据进行空间插值处理，绘制频率等高线图层；针对同步相量截面数据中的电压相角数据绘制旋转相量图元，针对同步相量截面数据中的电压有效值数据绘制电压有效值圆图元，基于旋转相量图元及电压有效值圆图元绘制同步电压相量图层；针对实时获取的非电量信息绘制非电量信息图层；将频率等高线图层、同步电压相量图层、非电量信息图层及微型趋势图在地理信息系统中叠加；通过人机交互响应方式实现微型趋势图的显示与多分屏展示。

【技术特征摘要】
1.适用于配电网同步相量实时状态监测的可视化方法，其特征是，包括：实时获取配电网同步相量量测信息，并针对所述量测信息绘制微型趋势图；针对获取的配电网同步相量量测信息对照同步时标与当前世界标准时间提取当前时刻下同步相量截面数据，数据类型包括频率、电压有效值及电压相角；针对所提取的当前时刻下同步相量截面数据，实时获取与该截面数据相对应的非电量信息；针对同步相量截面数据中的频率数据进行空间插值处理，绘制频率等高线图层；针对同步相量截面数据中的电压相角数据绘制旋转相量图元，针对同步相量截面数据中的电压有效值数据绘制电压有效值圆图元，基于旋转相量图元及电压有效值圆图元绘制同步电压相量图层；针对实时获取的非电量信息绘制非电量信息图层；将频率等高线图层、同步电压相量图层、非电量信息图层及微型趋势图在地理信息系统中叠加；通过人机交互响应方式实现微型趋势图的显示与多分屏展示。2.如权利要求1所述的适用于配电网同步相量实时状态监测的可视化方法，其特征是，在获取配电网同步相量量测信息时，利用分布在低压电网中配网同步量测装置通过GPS对时实时同步获取监测电网处的频率、电压有效值、电压相角，所述量测信息附带卫星授时的同步时标，根据设定的可视化时间跨度△t与当前时间tUTC，获取同步时标t位于tUTC-△t～tUTC间N个配网同步量测装置的量测数据集合3.如权利要求2所述的适用于配电网同步相量实时状态监测的可视化方法，其特征是，针对所述量测数据集合所附带的同步时标St与tUTC，获取不同同步量测设备在同一时间点下的同步相量截面数据，即由中提取tUTC时刻下来自N个配网同步量测装置的频率截面数据Df、同步电压有效值截面数据DU、同步电压相角截面数据4.如权利要求1所述的适用于配电网同步相量实时状态监测的可视化方法，其特征是，还包括：获取当前世界标准时间tUTC下的非电量信息，并与所属的同步量测装置整合，非电量信息包括地理位置、网络拓扑、设备信息、环境信息。5.如权利要求3所述的适用于配电网同步相量实时状态监测的可视化方法，其特征是，根据频率、电压有效值、电压相角的数据集合与其同步时标St的时序关系在二维平面上绘制微型趋势图，图元包括五个元素：监测变量类型、实时数值、额定线、变化趋势线及实时数据点。6.如权利要求1所述的适用于配电网同步相量实时状态监测的可视化方法，其特征是，频率等高线图层的绘制时，所需要的步骤为：由于配网同步量测装置在电网中分散配置，装置量测的频率数据也具有离散性，利用空间插值算法将离散的频率信息拓展为广域全局下的曲面频率数据，一个局部区域电网下的频率变化存在空间关联，因此空间插值算法选择局部内插法，估计未知点时只使用邻近监测点的频率截面数据，由Df中未量测位置Z(xz，yz)附近各离散量测点(xi，yi)下的频率截面数据fi，i＝j...m,,m<N，估计Z点的频率：其中，λi为各已知量测点处测量值的权重；将曲面频率数据与预设数据区段匹配，实际运行中的系统频率大小集中在频率上限fmin与频率下限f...

【专利技术属性】
技术研发人员：张恒旭，李毅，石访，贠志皓，谢伟，张勇，柳劲松，时志雄，包海龙，
申请(专利权)人：山东大学，国网上海市电力公司，华东电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37