专利名称：电网实时三维可视化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电网实时数据三维可视化系统，用于电力系统电网运行监视。
背景技术：
运行中的电力系统不断产生大量的数据，为了对其进行实时的安全监视，调度员需要密切关注这些数据，并从中辨别出系统是否存在安全、稳定等方面问题，如果存在，问题所在的位置和严重程度又是怎样。在接线图上用数字标注的传统方法虽然显示速度快， 显示数据准确，但不能适应大量数据显示的需要，而且用数字表达不够直观，从大量的数字中识别出关键信息比较困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电网数据实时三维可视化系统，采用三维可视化的表达方法，在二维的主接线图基础上充分利用第三个维度，可以快速、高效和直观地表达电网中的数据，以便调度员迅速了解当前系统中是否存在问题以及问题的严重程度，并使调度员对电网的运行情况能有整体和宏观的把握。本发明的技术方案是这样实现的电网实时三维可视化系统，其特征在于包括电压类信息子系统、无功裕度类信息子系统、潮流类信息子系统和稳定类信息子系统4个子系统，其中电压类信息子系统支持从三维曲面图到三维柱状图的画面切换；在三维柱状图下，将主网架中的每个节点的电压用一个圆柱表示，并使用不同的颜色和高度表示电压的高低，可以直观地表现不同节点之间的相对电压大小；三维曲面图和三维柱状图都可以随着电网实时数据刷新而变化；
无功裕度类信息子系统以电网的主网架地理图为背景，用三维柱状图展示各主要厂站的无功裕度，包括旋转无功裕度(发电机、调相机)、固定无功裕度(电容器、电抗器)、无功裕度总加(旋转无功裕度与固定无功裕度之和)；每个厂站对应一个圆柱，并使用不同的颜色和高度表示无功裕度数值的相对大小；
潮流类信息子系统以电网的主网架地理图为背景，将线路上的有功传输功率用三维管道图的方式展现，通过管道的粗细和颜色变化直观表现当前运行状态下各线路有功传输功率的分布情况；支持三维管道图和三维箭头图之间的画面切换；三维管道图和三维柱状图都可以随电网实时数据的刷新而不断变化；
稳定类信息子系统以电网的主网架地理图为背景，用三维曲面图和三维柱状图展示主要厂站的稳定裕度指标，各厂站的电压稳定裕度指标表征的是该厂站可增长的负荷裕度与当前负荷之间的比值(CCT)；在电网的二维主接线图基础利用第三个维度，按各节点类型的数据用三维显示方式表示，三维图包括基于主接线图的三维柱状图和三维曲面图；按线路类型的数据用三维管道图和三维箭头图的显示方式表示。所述的电网实时三维可视化系统控制方法为(1)首先基于IEC61970标准，获取电网图形和实时运行数据，数据断面可以从SCADA系统实时获取，也可以从历史断面或者是手工修改的方式中获取；读入可视化点数据和位置信息，获取图形中的可视化点信息，并自动生成可视化点实时数据库，实现电网实时数据与可视化点的对照；(2)选择可视化显示方式，系统提供的可视化显示包括三维柱状图、三维曲面图、三维管道图、三维箭头图四种方式，其中A、三维柱状图适用于点数据对厂站电压、区域无功裕度的可视化进行表达， 在主接线图上数据对应的位置上用垂直于主接线图平面的圆柱表示数据；圆柱的高度表示了数据的相对大小数据越大，对应的圆柱越高；同时还使用了色彩表映射，用圆柱的不同颜色区分数据的大小；B、三维曲面图是对电力系统中的某些定义在点上的物理量即厂站电压，可以利用空间插值的方法将其定义扩展到整个平面，再以二维标量场可视化常用的三维曲面图形式进行表达；三维曲面图的显示类似于地理中的地形图，曲面越高的区域相应的数值也越大，越低的区域数值越小；在三维曲面图的显示中，也使用了色彩表映射；C、三维管道图是无方向的线路数据(如线路损耗)的可视化，也可以用于有方向线路数据(如有功潮流)的可视化，但无法体现出方向信息，三维管道图是用沿着线路分布的圆形管道表示线路数据的绝对值，线路数据的绝对值越大，相应管道的截面半径也越大；数据的绝对值越小，管道的截面半径也就越小；同时还应用了色彩表映射，用不同的颜色区分数据绝对值的大小；D、三维箭头图用于有向线路数据(如有功潮流)的可视化，用沿着线路数据方向分布的箭头表示线路数据。箭头越大，表示数据的值越大，箭头越小，则表示数据的值越小；也应用了色彩表映射，用不同的颜色区分数据绝对值的大小，并在图中引入了动画效果每个箭头都会沿着其指向的方向移动，并且表示的数据值越大，箭头的移动速度也就越大；三维箭头图显示功能从EMS图形平台中的可视化线图元及其动态文本获取数值及相应的线路位置信息，再用三维箭头图的形式进行可视化表达。 所述的色彩表映射中的颜色表的设置，其中色彩是将不同大小的数值用不同的颜色表示出来，可以使人们直观地对数值的相对大小做比较；通常可用红绿蓝(RGB)三个色彩分量表示色彩，色彩表映射表示为函数
其中，V是需要进行映射的数值，jR，f Q , jE e
，分别是与V对
应的红色、绿色和蓝色分量值；不同的色彩表映射方案具有不同的f(y)计算形式；为了
简化公式表达形式，ν通常是由实际数据根据设定的上下限线性变换到ο，ι范围后的值，如对母线电压ν可以令
、,= J ―1;，其中V表示母线电压，P- 工r 是正常电压范围的上下限，例
1—1‘ m Ift 禾□ * m s χ
nv-ri rnn;* ^
如当V取标幺值时，和參 …通常可以取0.95和1.05。 所述的色彩表映射中的“温度色彩”常用于表示温度在空间中的分布，随着数值由 0增加到1，颜色按以下顺序连续变化深蓝色、蓝色、青色、绿色、黄色、橙色、红色、深红色， 其计算公式表示为
权利要求
1.电网实时三维可视化系统，其特征在于包括电压类信息子系统、无功裕度类信息子系统、潮流类信息子系统和稳定类信息子系统4个子系统，其中电压类信息子系统支持从三维曲面图到三维柱状图的画面切换；在三维柱状图下，将主网架中的每个节点的电压用一个圆柱表示，并使用不同的颜色和高度表示电压的高低，可以直观地表现不同节点之间的相对电压大小；三维曲面图和三维柱状图都可以随着电网实时数据刷新而变化；无功裕度类信息子系统以电网的主网架地理图为背景，用三维柱状图展示各主要厂站的无功裕度，包括旋转无功裕度(发电机、调相机)、固定无功裕度(电容器、电抗器)、无功裕度总加(旋转无功裕度与固定无功裕度之和)；每个厂站对应一个圆柱，并使用不同的颜色和高度表示无功裕度数值的相对大小；潮流类信息子系统以电网的主网架地理图为背景，将线路上的有功传输功率用三维管道图的方式展现，通过管道的粗细和颜色变化直观表现当前运行状态下各线路有功传输功率的分布情况；支持三维管道图和三维箭头图之间的画面切换；三维管道图和三维柱状图都可以随电网实时数据的刷新而不断变化；稳定类信息子系统以电网的主网架地理图为背景，用三维曲面图和三维柱状图展示主要厂站的稳定裕度指标，各厂站的电压稳定裕度指标表征的是该厂站可增长的负荷裕度与当前负荷之间的比值(CCT)；在电网的二维主接线图基础利用第三个维度，按各节点类型的数据用三维显示方式表示，三维图包括基于主接线图的三维柱状图和三维曲面图；按线路类型的数据用三维管道图和三维箭头图的显示方式表示；所述的电网实时三维可视化系统控制方法为(1)首先基于IEC61970标准，获取电网图形和实时运行数据，数据断面可以从SCADA系统实时获取，也可以从历史断面或者是手工修改的方式中获取；读入可视化点数据和位置信息，获取图形中的可视化点信息，并自动生成可视化点实时数据库，实现电网实时数据与可视化点的对照；(2)选择可视化显示方式，系统提供的可视化显示包括三维柱状图、三维曲面图、三维管道图、三维箭头图四种方式，其中A、三维柱状图适用于点数据对厂站电压、区域无功裕度的可视化进行表达，在主接线图上数据对应的位置上用垂直于主接线图平面的圆柱表示数据；圆柱的高度表示了数据的相对大小数据越大，对应的圆柱越高；同时还使用了色彩表映射，用圆柱的不同颜色区分数据的大小；B、三维曲面图是对电力系统中的某些定义在点上的物理量即厂站电压，可以利用空间插值的方法将其定义扩展到整个平面，再以二维标量场可视化常用的三维曲面图形式进行表达；三维曲面图的显示类似于地理中的地形图，曲面越高的区域相应的数值也越大，越低的区域数值越小；在三维曲面图的显示中，也使用了色彩表映射；C、三维管道图是无方向的线路数据(如线路损耗)的可视化，也可以用于有方向线路数据(如有功潮流) 的可视化，但无法体现出方向信息，三维管道图是用沿着线路分布的圆形管道表示线路数据的绝对值，线路数据的绝对值越大，相应管道的截面半径也越大；数据的绝对值越小，管道的截面半径也就越小；同时还应用了色彩表映射，用不同的颜色区分数据绝对值的大小； D、三维箭头图用于有向线路数据(如有功潮流)的可视化，用沿着线路数据方向分布的箭头表示线路数据；箭头越大，表示数据的值越大，箭头越小，则表示数据的值越小；也应用了色彩表映射， 用不同的颜色区分数据绝对值的大小，并在图中引入了动画效果每个箭头都会沿着其指向的方向移动，并且表示的数据值越大，箭头的移动速度也就越大；三维箭头图显示功能从EMS图形平台中的可视化线图元及其动态文本获取数值及相应的线路位置信息，再用三维箭头图的形式进行可视化表达。
2.根据权利要求1所述的电网实时三维可视化系统，其特征在于所述的色彩表映射中的颜色表的设置，其中色彩是将不同大小的数值用不同的颜色表示出来，可以使人们直观地对数值的相对大小做比较；通常可用红绿蓝(RGB)三个色彩分量表示色彩，色彩表映射表示为函数
3.根据权利要求1所述的电网实时三维可视化系统，其特征在于所述的色彩表映射中的“温度色彩”常用于表示温度在空间中的分布，随着数值由0增加到1，颜色按以下顺序连续变化深蓝色、蓝色、青色、绿色、黄色、橙色、红色、深红色，其计算公式表示为
4.根据权利要求1所述的电网实时三维可视化系统，其特征在于所述的色彩表映射中的“温度色彩”还可为两端不连续的“温度色彩”，能够突出显示越上限和越下限的数据，计算公式如下
5.根据权利要求1所述的电网实时三维可视化系统，其特征在于所述的色彩表还包括反向“温度色彩”红-黄-绿-蓝；黑-深灰-浅灰-白；洋红_柠檬黄；墨绿_浅黄； 橙红_柠檬黄；天蓝_草绿；基于OPENGL实现3D显示系统基于OPENGL技术，实现3D可视化显示；同时支持图形的缩放、旋转和拖拽，实现从不同的视角和比例对电网运行数据的展示。
全文摘要
本发明涉及一种电网数据实时三维可视化系统，其特征在于包括电压类信息子系统、无功裕度类信息子系统、潮流类信息子系统和稳定类信息子系统4个子系统，其中电压类信息子系统支持从三维曲面图到三维柱状图的画面切换；在三维柱状图下，将主网架中的每个节点的电压用一个圆柱表示，并使用不同的颜色和高度表示电压的高低，可以直观地表现不同节点之间的相对电压大小；三维曲面图和三维柱状图都可以随着电网实时数据刷新而变化；其可以快速、高效和直观地表达电网中的数据，以便调度员迅速了解当前系统中是否存在问题以及问题的严重程度，并使调度员对电网的运行情况能有整体和宏观的把握。
文档编号G06Q50/00GK102169412SQ20111008015
公开日2011年8月31日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者吴文传, 张喜林, 汤磊, 王鹏 申请人:北京清大高科系统控制有限公司