一种基于三维地理图空间布局的无功分布展示方法与流程

本发明属于电力系统调度自动化领域，尤其是涉及一种基于三维地理图空间布局的无功分布展示方法。

背景技术：

随着社会和技术的发展，各级调度部门所管辖的电网规模越来越大，所采集的信息也越来越多，迫切需要一套电力调度自动化系统来对整个电网进行智能化的监视。在线预警是调度自动化系统的重要组成部分，主要实现对调度核心业务的监视和预警，例如对于电压的预警，对于线路、变压器负载率的预警等；动态评估主要从电网的安全性和充裕度方面构建评估的指标体系，通过对指标的动态提取和分析来评价当前电网的运行状态。

可视化技术是指将抽象的数据或过程变为图形或图象的表示方法，电力系统可视化主要是指将电力系统中抽象的负荷数据、电压数据、潮流数据、负载率数据等通过等高线、等深线、曲线、棒图、饼图等方式展现的一种技术手段。

系统无功的分布影响电网的稳定经济运行。合理的无功分布可以提高电网的电压、功率因数等指标，同时还可以降低网损、提高供电效率，改善供电质量。目前，对无功分布的展示更多的是在潮流图上量测数据形式的展示，在线预警可视化有必要对系统厂站间无功传输、厂站无功各个指标及厂站无功消耗分布情况进行实时监视，并对实时监视和警示数据进行可视化展示。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是通过提供一种基于三维地理图空间布局的无功分布展示方法，在三维地理图上模拟厂站的真实地理位置，以厂站传输断面无功值形象地展示厂站间的无功传输情况、厂站各个无功指标及厂站无功消耗的分布情况，并以列表概览形式对无功反回厂站信息进行突出展示，从而直观地展现了电网无功的分布状况和重要风险信息。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于三维地理图空间布局的无功分布展示方法，包括以下步骤：

步骤1、设置三维地理图的参数和功能；

设置的三维地理图的参数包括：三维地理图的显示位置、边界坐标，厂站的经纬度坐标(用于控制厂站在三维地理图上的展示位置)，以及热力图透明度(用于达到最佳展示效果)；

设置的三维地理图的功能包括：

坐标转换功能，通过所设置的厂站的经纬度坐标的转换，使得该厂站在三维地理图的相应位置显示；

颜色渲染功能，通过所设置的热力图透明度使得在颜色渲染后仍能辨识出三维地理图；

分电压等级展示功能，按照不同等级的电压值分别展示该电压等级下的厂站无功数据，可以手动选择需要查看的电压等级下厂站的无功分布情况，避免由于厂站太多展示杂乱的情况；

交互控制列表功能，以列表形式展示用户较为重点关注的厂站无功数据，点击后自动推送该厂站在三维地理图中的位置和缩放级别；

交互控制控件功能，实现对三维地理图进行缩放、旋转、俯仰角度的控制，便于用户观看。

步骤2、从EMS系统中获取厂站的实时无功数据，所述实时无功数据包括：厂站间线路传输无功、厂站变压器高压侧无功、厂站无功补偿装置产生的无功、厂站发电机产生的无功、厂站变压器损耗的无功、厂站负荷损耗的无功、厂站线路传入无功、厂站线路传出无功、厂站备用无功补偿装置容量。

步骤3、整合所获取的实时无功数据，计算得出厂站间无功传输情况，以及每个厂站的无功平衡情况和无功反送情况；

厂站间无功传输情况的计算方法：将所有厂站作为一个无向图的顶点集，将T接线路拆分为厂站到厂站的虚拟线路，将所有的正常线路和虚拟线路作为一个无向图的边集，按照两端点相同的原则将边集分为N个子边集，每一个子边集称为一个传输断面(一个传输断面代表的是一个厂站到另一个厂站之间的无功传输)，将每个传输断面中的正常线路和虚拟线路的线路传输无功累加，得到该传输断面的权重值，权重值即为该传输断面的无功值；重新定义有向图，厂站作为顶点集，传输断面作为边集，根据传输断面的权重值定义边的方向，权重值为正则方向为正向，权重值为负则方向为反向，所得到的有向图反映的就是厂站间无功传输情况；

以厂站为点、线路为边，作为一个无向图的目的是将线路做一个分类，分类标准即线路两端点相同，将两端点相同的线路作为一个传输断面。以厂站为点、传输断面为边重新定义有向图，根据传输断面的无功值来判断边的方向，所得到的有向图反映的就是厂站间无功传输情况；

厂站的无功平衡情况的计算方法：计算厂站内无功补偿装置和发电机产生的无功累加值确定厂站产生无功，计算厂站内变压器和负荷损耗的无功累加值确定厂站损耗无功，计算厂站线路传入无功累加值确定厂站接收无功，计算厂站内线路传出无功累加值确定厂站发送无功，计算厂站备用无功补偿装置容量累加值确定厂站备用无功；通过上述值的计算，即可判断是否该厂站是否平衡；

厂站的无功反送情况的计算方法：计算厂站变压器高压侧无功累加值确定厂站消耗无功，若厂站消耗无功的值为负值，则该厂站存在无功反送情况。

步骤4、将经过整合计算所获得的厂站无功数据展示在三维地理图上；

4-1、将厂站以图标形式展示在三维地理图上；

4-2、将经过整合计算所获得的厂站间无功传输情况，以三维飘带的形式展示在三维地理图上；

三维飘带的展示方式为：通过三维飘带的宽度展示厂站间无功传输的无功值，通过三维飘带的长度展示厂站间无功传输的距离，通过飘带的起点和终点的高度展示厂站变压器高压侧无功，通过飘带的颜色展示厂站无功传输的电压等级(这样可以很好地监视到远距离大容量无功传输的情况)。

4-3、将经过整合计算所获得的厂站消耗无功，以三维柱图的形式展示在三维地理图上；

4-4、将经过整合计算所获得的厂站的无功反送情况，以闪烁三维柱图并配以标签框及列表概览形式展示在三维地理图上，点击列表推送无功反送厂站的位置；

4-5、将经过整合计算所获得的厂站的无功平衡情况，以分段分颜色三维柱图形式展示在三维地理图上，配以标签框展示各无功指标的详细信息；

步骤5、将厂站消耗无功分布情况采用颜色热力图的形式展示在三维地理图上；

颜色热力图的具体渲染方式为：配置颜色和厂站消耗无功的数值的颜色映射表，对照颜色映射表，将厂站坐标和厂站消耗无功的数值作为颜色渲染的依据，在三维地理图上进行颜色渲染后形成厂站消耗无功分布情况热力图，这样可以更加直观地从全局展示区域的厂站消耗无功分布情况。

本发明的有益效果：

1)科学合理地整合厂站无功实时数据，将纷杂的厂站无功实时数据整合为能体现无功分布以及调度较为关注的数据形式。

2)通过基于地理位置的三维飘带形式展示厂站间无功的流向、权值、距离，尤其是可以直观地展示比较受关注的远距离大容量无功传输的情况；通过闪烁三维柱图和列表相结合的形式可以展示出厂站无功反送情况，尤其是对无功反送情况的突出展示和位置推送；通过分段分颜色三维柱图的形式可以展示厂站无功各指标大小和占比情况，直观地展示厂站无功的平衡情况；配以标签框的形式来展示各厂站的数据详细信息。

3)整体布局采用三维地理图的形式，按照真实的地理位置展示厂站，真实合理直观有效；在地理图附近配以列表展示重要关注信息加以位置推送功能，重要风险信息突出展示，使得展示优先级分明合理；配以交互控制控件，使得三维地理图空间可以旋转、俯仰、缩放，做到视觉无死角展示。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本发明的实施方式。

一种基于三维地理图空间布局的无功分布展示方法，本实施例中利用C++语言开发初始化模块、数据获取模块、数据整合计算模块，利用OPENGL技术开发数据展示模块，如图1所示，执行以下步骤：

S1、通过初始化模块设置三维地理图的参数和功能；

设置的三维地理图的参数包括：三维地理图的显示位置、边界坐标，厂站的经纬度坐标，以及热力图透明度；

设置的三维地理图的功能包括：

坐标转换功能，通过所设置的厂站的经纬度坐标使得该厂站在三维地理图的相应位置显示；

颜色渲染功能，通过所设置的热力图透明度使得在颜色渲染后仍能辨识出三维地理图；

分电压等级展示功能，按照不同等级的电压值分别展示该电压等级下的厂站无功数据；

交互控制列表功能，以列表形式展示用户重点关注的厂站无功数据，点击后自动推送该厂站在三维地理图中的位置和缩放级别；

交互控制控件功能，实现对三维地理图进行缩放、旋转、俯仰角度的控制。

三维地理图是模型数据展示的基础框架，利用OPENGL技术将不同层级的地理图碎片以三维地理图的形态展示出来，然后配置厂站的真实经纬坐标，经过坐标转换将厂站图元展示在三维地理图上。在此基础上，添加分电压等级展示、交互展示列表、交互控制控件等功能来对三维地理图在不同角度上进行展示控制。使用大屏幕技术将界面展示在调度大屏幕上显示。

S2、通过数据获取模块从EMS系统中，获取厂站的实时无功数据，所述实时无功数据包括：厂站间线路传输无功、厂站变压器高压侧无功、厂站无功补偿装置产生的无功、厂站发电机产生的无功、厂站变压器损耗的无功、厂站负荷损耗的无功、厂站线路传入无功、厂站线路传出无功、厂站备用无功补偿装置容量。

S3、通过数据整合计算模块整合所获取的实时无功数据，计算得出厂站间无功传输情况，以及每个厂站的无功平衡情况和无功反送情况；

厂站间无功传输情况的计算方法：将所有厂站作为一个无向图的顶点集，将T接线路拆分为厂站到厂站的虚拟线路，将所有的正常线路和虚拟线路作为一个无向图的边集，按照两端点相同的原则将边集分为N个子边集，每一个子边集称为一个传输断面，将每个传输断面中的正常线路和虚拟线路的线路传输无功累加，得到该传输断面的权重值，权重值即为该传输断面的无功值；重新定义有向图，厂站作为顶点集，传输断面作为边集，根据传输断面的权重值定义边的方向，权重值为正则方向为正向，权重值为负则方向为反向，所得到的有向图反映的就是厂站间无功传输情况；

厂站的无功平衡情况的计算方法：计算厂站内无功补偿装置和发电机产生的无功累加值确定厂站产生无功，计算厂站内变压器和负荷损耗的无功累加值确定厂站损耗无功，计算厂站线路传入无功累加值确定厂站接收无功，计算厂站内线路传出无功累加值确定厂站发送无功，计算厂站备用无功补偿装置容量累加值确定厂站备用无功；

厂站的无功反送情况的计算方法：计算厂站变压器高压侧无功累加值确定厂站消耗无功，若厂站消耗无功的值为负值，则该厂站存在无功反送情况。

无功实时数据经整合计算后进行展示。

S4、通过数据展示模块将经过整合计算所获得的厂站无功数据展示在三维地理图上；

具体展示方式为：以三维地理图为展示基础，根据地理图上厂站的经纬坐标，通过坐标转换确定数据展示位置坐标。展示图元的绘制使用OPENGL技术，数据展示形式如下：

S4-1、将厂站以图标形式展示在三维地理图上；

S4-2、将经过整合计算所获得的厂站间无功传输情况，以三维飘带的形式展示在三维地理图上；

三维飘带的展示方式为：通过三维飘带的宽度展示厂站间无功传输的无功值，通过三维飘带的长度展示厂站间无功传输的距离，通过飘带的起点和终点的高度展示厂站变压器高压侧无功，通过飘带的颜色展示厂站无功传输的电压等级。

S4-3、将经过整合计算所获得的厂站消耗无功，以三维柱图的形式展示在三维地理图上；

S4-4、将经过整合计算所获得的厂站的无功反送情况，以闪烁三维柱图并配以标签框及列表概览形式展示在三维地理图上，点击列表推送无功反送厂站的位置；

S4-5、将经过整合计算所获得的厂站的无功平衡情况，以分段分颜色三维柱图形式展示在三维地理图上，配以标签框展示各无功指标的详细信息。

S5、通过数据展示模块将厂站消耗无功分布情况采用颜色热力图的形式展示在三维地理图上；

颜色热力图的具体渲染方式为：配置颜色和厂站消耗无功的数值的颜色映射表，对照颜色映射表为每一个厂站无功消耗值对应一个颜色。厂站无功消耗值作为数据点，经过坐标转换计算将数据点影响范围内的区域划分为若干个虚拟网格，根据网格点与数据点距离，利用插值算法计算网格虚拟数据值，计算网格虚拟数据对应的颜色值，利用OPENGL技术在地理图上进行颜色渲染形成厂站消耗无功值热力图。通过热力图可以从整体上监视厂站无功消耗分布情况。