基于快速空间插值的电力系统实时节点数据三维可视化方法技术方案

本发明专利技术涉及基于快速空间插值的电力系统实时节点数据三维可视化方法，属于电力系统三维可视化技术领域。该方法包括：确定绘图矩形网格的规模；采集电网中的节点型数据；设置空间插值算法的参数；用快速空间插值计算：对于每一个网格点（ｘ↓［ｉ］，ｙ↓［ｊ］），计算其插值结果ｖ↓［ｉ，ｊ］，以电网接线图作为背景，使用二维标量场可视化技术对网格数据（ｘ↓［ｉ］，ｙ↓［ｊ］，ｖ↓［ｉ，ｊ］）进行表达，得到实时节点型数据的视化图形，用于对电网进行实时的安全经济监控；本发明专利技术通过引入虚设平均点和修正权重系数，在保证快速性的同时，显著改善了三维可视化图形的视觉效果和实用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统三维可视化(power system 3D visualization)
，特 别涉及，
技术介绍
随着电力系统规模的不断扩大，电力系统运行中产生的数据无论是种类还是数量都大 大增加。为了对大规模电力系统进行实时的安全经济监控，运行人员需要密切关注电力系 统中的各种实时运行数据，并从中分辨出有价值的信息。因此，如何将电力系统的实时运 行数据更加高效直观地显示在运行人员面前，是能量管理系统(EMS， Energy Management System)、自动电压控制系统(AVC， Automatic Voltage System)、广域相量测量系统(WAMS， Wide Area Phasor Measurement System)、 电力市场管理系统(MMS， Market Management System)等电力系统的众多实时应用系统需要解决的重要问题。在传统的电力系统实时应用系统的数据显示中，大都采用了在接线图上直接用文字标 注的方法表达电力系统的实时运行数据，或者采用列表的方式进行显示。这样的方法具有 显示速度快，显示数据准确的优点，但是缺点是不够直观，而且从大量数字中识别出关键 信息也比较困难，已难以满足大电网实时应用的需求。三维可视化技术可充分利用空间第三个维度，相对传统二维显示具备更强的信息表达 能力，能更高效和直观地表达电力系统中的大量数据，便于运行人员迅速了解当前系统中 存在问题及其严重程度，并使运行人员对大规模电力系统运行有整体的把握，引起了学者 和工业界的广泛关注。电力系统实时运行数据一般有节点型和线路型两类，其中，节点数据三维可视化的一 类重要形式是三维曲面图(或三维等值线图)，用于形象展示节点实时数据在整个电力网 络的空间分布情7兄，可以让用户迅速掌握数据的宏观分布情况，这种可视化方法适合于节 点较多并取值在空间连续分布的实时节点数据，包括节点电压幅值、相角、频率、节点 边际电价(LMP， Locational Marginal Price)等。其具体做法是将已经获得的定义在有 限几个节点的数据用空间插值的方法快速扩展到整个电网空间，成为定义在整个平面的二 ，标量场，随后利用目前很成熟的二维标量场(Two-Dimensional Scalar Field)可视化 古法进行表达。 ，现有成熟的二维标量场可视化技术包括色彩映射、等值线图以及三维曲面图。其中色彩映射将二维标量场中不同大小的数值用不同颜色表示，对平面进行着色。等值线图绘 lj了二维标量场中的若干条主要等值线，表示数值分布情况。三维曲面图将平面用网格分 ij，根据网格点位置上二维标量场的数值计算网格点的z轴坐标，以此为网格中的每个格子绘制小多边形(常用三角形)，从而近似得到三维的曲面用于表示二维标量场。在三维 曲面图中也可以使用色彩映射的方法对多边形进行着色。将三维曲面叠加在电网接线图上，得到最终的可视化显示图形。从中，电网运行人员 可以迅速了解数据在电网中的空间分布情况，进而能掌握电网当前的运行状态，并采取相 应的调节措施，以保护电网安全经济运行。文献(Weber James Daniel. Individual welfare maximization in electricity markets including consumer and full transmission system modeling. PhD thesis, Urbana, Illinois: University of Illinois at Urbana-Champaign, 1999)针对电力系 统节点数据，提出了一种基于快速空间插值的可视化方法，该方法的步骤如下步骤l)确定绘图正方形网格，包括网格中的格子数目为MXN，以及网格点(网格 线的交点)的坐标<formula>formula see original document page 4</formula>。其中《=/，力=_/。每个网格点对应计算机屏幕显示中的一个像素；步骤2)在一个数据采集周期开始时(通常采用的采集周期是5秒)，实时采集P个反映电网当前运行状态的实时节点型数据(例如厂站母线电压的幅值、相角、频率、节点边际电价等)(《,乂，VJ，A-1,2，…,尸，户为自然数，其中(X二,乂)是第A个节点型数据的位置坐标(例如厂站在接线图中的位置坐标)，、是第A个节点型数据的数值(例如厂站母线电压幅值、相角、频率、节点边际电价等的数值)； 步骤3)设置空间插值算法的参数影响距离《/;步骤4)快速空间插值计算对于每一个网格点(、，巧)，计算其插值结果V,，,<formula>formula see original document page 4</formula>其中《,,是网格点(1,，^)到第k个节点型数据位置(《,X)的距离步骤5)以电网接线图作为背景，使用二.维标量场可视化技术中的色彩映射技术，对 ri格数据(;c,，^,v")进行表达，得到实时节点型数据的可视化图形，显示给电网运行人员 i垂，用于对电网进行实时的安全经济监控。对于每一个网格点(x,.，力)，根据插值结果v,」.采用相应的颜色对网格点对应的屏幕像 #进行#色。这样，运行人员通过画面中的颜色分布就能迅速了解电网运行数据的空间分 布情况。步骤6，下一个数据采集周期一到，返回步骤2)。上述方法中的核心步骤是快速空间插值，而该步骤在实际应用中存在以下3项不足 1)无法计算位于所有已知点影响区域外待插值点的值；2) 计算结果在影响区域边界处不连续；3) 仅在一个已知点影响区域内的插值点取值始终与该已知点相同。以上3项不足严重影响了生成的三维可视化图形的视觉效果，对电网运行情况进行时实时调度操作的实用性差。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种新的基于快速空间插值的电力 系统实时节点数据三维可视化方法。本专利技术在保证实时性的同时,显著改善了三维可视化 图形的视觉效果和实用性。使电网调度人员可以快速直观地掌握实时节点数据在整个电 网中的空间分布情况，了解电网当前的运行状态，发现电网中存在的安全问题并作相应 的处理。本专利技术提出的，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤1)确定绘图矩形网格，包括网格中的格子数目为MXN，网格点的坐标为(x,，^)， / = 0,1，-..,M， y-0，l,…，iV，其中x,. =x0+/Ax， _y;=y0 + /4y， Ax〉0禾口4y〉0分另U是；r 轴和y轴方向上的网格间距；步骤2)在一个数据采集周期开始时，实时采集尸个反映电网当前运行状态的实时节点型数据(《,X，V》,"1,2，…,户，尸为自然数，其中(《，X)是第A个节点型数据的位置 坐标，^是第A个节点型数据的数值；步骤3)设置空间插值算法的参数，包括影响距离《<、虚设点的数值、及其权重C;步骤4)快速空间插值计算对于每一个网格点0c,.,^.)，计算其插值结果v,，,"1 、《/乂 '、乂 — ^~《/乂其中《,4是网格点(X,.，力)到第k个节点型数据位置(《，乂)的距离步骤5)以电网接线图作为背景，使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于快速空间插值的电力系统实时节点数据三维可视化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤１）确定绘图矩形网格，包括网格中的格子数目为Ｍ×Ｎ，网格点的坐标为（ｘ↓［ｉ］，ｙ↓［ｊ］），ｉ＝０，１，…，Ｍ，ｊ＝０，１，…，Ｎ，其中ｘ↓［ｉ］＝ｘ↓［０］＋ｉΔｘ，ｙ↓［ｊ］＝ｙ↓［０］＋ｊΔｙ，Δｘ＞０和Δｙ＞０分别是ｘ轴和ｙ轴方向上的网格间距；步骤２）在一个数据采集周期开始时，实时采集Ｐ个反映电网当前运行状态的实时节点型数据：（ｘ′↓［ｋ］，ｙ′↓［ｋ］，ｖ↓［ｋ］），ｋ＝１，２，…，Ｐ，Ｐ为自然数，其中（ｘ′↓［ｋ］，ｙ′↓［ｋ］）是第ｋ个节点型数据的位置坐标，ｖ↓［ｋ］是第ｋ个节点型数据的数值；步骤３）设置空间插值算法的参数，包括影响距离ｄ↓［ｉｎｆ］、虚设点的数值ｖ↓［∞］及其权重Ｃ；步骤４）快速空间插值计算：对于每一个网格点（ｘ↓［ｉ］，ｙ↓［ｊ］），计算其插值结果ｖ↓［ｉ，ｊ］：＊＊＊其中ｄ↓［ｉ，ｊ，ｋ］是网格点（ｘ↓［ｉ］，ｙ↓［ｊ］）到第ｋ个节点型数据位置（ｘ′↓［ｋ］，ｙ′↓［ｋ］）的距离：ｄ↓［ｉ，ｊ，ｋ］↑［２］＝（ｘ↓［ｉ］－ｘ′↓［ｋ］）↑［２］＋（ｙ↓［ｊ］－ｙ′↓［ｋ］）↑［２］步骤５）以电网接线图作为背景，使用二维标量场可视化技术对网格数据（ｘ↓［ｉ］，ｙ↓［ｊ］，ｖ↓［ｉ，ｊ］）进行表达，得到实时节点型数据的可视化图形，用于对电网进行实时的安全经济监控调度；步骤６）下一个数据采集周期一到，返回步骤２）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宏斌，陈佳，张伯明，吴文传，郭庆来，汤磊，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]