電網(wǎng)多狀態(tài)變量的三維動(dòng)態(tài)顯示方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種能夠同時(shí)顯示電網(wǎng)中多個(gè)測(cè)點(diǎn)的多個(gè)狀態(tài)變量的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程的方法，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)多狀態(tài)變量的可視化監(jiān)測(cè)，屬于電力技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]供電電網(wǎng)分布地域廣闊，發(fā)電機(jī)組、變電站、線路等主要設(shè)備分散在電網(wǎng)中的不同位置，各主要設(shè)備之間往往相距數(shù)百甚至上千公里，空間上的巨大距離為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)中不同位置節(jié)點(diǎn)上狀態(tài)變量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)帶來(lái)了極大的困難。
[0003]由于通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)量和傳輸速率的限制，目前電網(wǎng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA)每1-5秒采集一次整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，由于SCADA數(shù)據(jù)采樣的間隔時(shí)間遠(yuǎn)大于電網(wǎng)工頻信號(hào)的周期(20毫秒)，SCADA系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的靜態(tài)監(jiān)測(cè)。
[0004]隨著高速光纖通訊技術(shù)的發(fā)展和在電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，采用GPS精確時(shí)標(biāo)的電網(wǎng)相量測(cè)量單元(PMU)實(shí)現(xiàn)了每10毫秒向電網(wǎng)廣域測(cè)量系統(tǒng)(WAMS)上傳一次數(shù)據(jù)的功能，WAMS的高速數(shù)據(jù)采集為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了保障。目前，WAMS顯示數(shù)據(jù)的方式主要有兩種:一種是單一狀態(tài)變量隨時(shí)間變化曲線的2維平面顯示方式，該顯示方式能夠快速反映電網(wǎng)中某個(gè)測(cè)點(diǎn)上單一狀態(tài)變量的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，但是無(wú)法顯示該測(cè)點(diǎn)上其他狀態(tài)變量及電網(wǎng)中其他位置測(cè)點(diǎn)上的狀態(tài)變量的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程;另外一種是結(jié)合電網(wǎng)接線圖，利用柱體高度表示單一狀態(tài)變量某個(gè)時(shí)刻值的3維靜態(tài)顯示方式，該顯示方式能夠同時(shí)顯示某個(gè)時(shí)刻電網(wǎng)中其他位置測(cè)量點(diǎn)上相同性質(zhì)的一種狀態(tài)變量，但是無(wú)法顯示狀態(tài)變量的動(dòng)態(tài)連續(xù)變化過(guò)程。
[0005]由于單一狀態(tài)變量無(wú)法準(zhǔn)確反映電網(wǎng)動(dòng)態(tài)安全穩(wěn)定性，同時(shí)狀態(tài)變量的連續(xù)顯示對(duì)于反映電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)具有重要意義，而目前電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)顯示方式無(wú)法反映電網(wǎng)中多狀態(tài)變量的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，因此無(wú)法全面、準(zhǔn)確地反映電網(wǎng)的運(yùn)行狀
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種電網(wǎng)多狀態(tài)變量的三維動(dòng)態(tài)顯示方法，以全面、準(zhǔn)確地反映電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。
[0007]本發(fā)明所述問(wèn)題是以下述技術(shù)方案解決的:
[0008]一種電網(wǎng)多狀態(tài)變量的三維動(dòng)態(tài)顯示方法，所述方法首先以電網(wǎng)所在地理位置的經(jīng)度、維度和信號(hào)采集時(shí)間為坐標(biāo)軸建立三維直角坐標(biāo)系，然后利用電網(wǎng)相量測(cè)量單元實(shí)時(shí)采集的電網(wǎng)中每個(gè)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中繪制分別與電網(wǎng)中各測(cè)點(diǎn)位置相對(duì)應(yīng)的多個(gè)帶有軸向缺口的變徑柱狀曲面，柱狀曲面中心軸線上各點(diǎn)的經(jīng)維度為對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的經(jīng)維度，柱狀曲面被時(shí)刻為V的平面所截，得到的圓弧曲線的半徑和弧心角度分別與對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)處的兩個(gè)狀態(tài)變量在V時(shí)刻的數(shù)值成正比。
[0009]上述電網(wǎng)多狀態(tài)變量的三維動(dòng)態(tài)顯示方法，所述變徑柱狀曲面的頂端對(duì)應(yīng)當(dāng)前時(shí)刻t，變徑柱狀曲面的底端對(duì)應(yīng)當(dāng)前時(shí)刻前η秒，即時(shí)刻t-n。
[0010]上述電網(wǎng)多狀態(tài)變量的三維動(dòng)態(tài)顯示方法，所述三維直角坐標(biāo)系建立兩三個(gè)，第一個(gè)坐標(biāo)系利用各測(cè)點(diǎn)的有功功率P和功角δ繪制變徑柱狀曲面，第二個(gè)坐標(biāo)系利用各測(cè)點(diǎn)的無(wú)功功率Q和電壓U繪制變徑柱狀曲面，第三個(gè)坐標(biāo)系利用各測(cè)點(diǎn)的電壓偏差量△ U繪制變徑柱狀曲面。
[0011]上述電網(wǎng)多狀態(tài)變量的三維動(dòng)態(tài)顯示方法，在利用各測(cè)點(diǎn)的有功功率P和功角δ繪制變徑柱狀曲面時(shí)，如果線路電流超過(guò)了設(shè)定門(mén)檻值，則在線路中間點(diǎn)處以超過(guò)設(shè)定門(mén)檻值的線路電流所對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度沿線路方向繪制線段，表示該時(shí)刻線路上的過(guò)載電流。
[0012]本發(fā)明將直角坐標(biāo)系和多個(gè)極坐標(biāo)系重疊使用，既能顯示電網(wǎng)中各PMU測(cè)點(diǎn)的地理位置信息，又能顯示各測(cè)點(diǎn)處兩類(lèi)不同狀態(tài)變量隨時(shí)間連續(xù)變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，因此能夠直觀、全面、準(zhǔn)確地反映電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和變化趨勢(shì)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0014]圖1是包含簡(jiǎn)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖和測(cè)點(diǎn)位置信息的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)三維坐標(biāo)原理圖；
[0015]圖2是任一時(shí)刻以測(cè)點(diǎn)Cl為圓心顯示有功功率Pl和功角δ?的原理圖；
[0016]圖3是超過(guò)設(shè)定門(mén)檻值的線路電流顯示原理圖；
[0017]圖4是任一時(shí)刻以測(cè)點(diǎn)Cl為圓心顯示電壓Ul和無(wú)功功率Ql的原理圖；
[0018]圖5是任一時(shí)刻以測(cè)點(diǎn)Cl為圓心顯示電壓偏差量AU的原理圖；
[0019]圖6顯示電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中各測(cè)點(diǎn)處有功功率P和功角δ的效果圖；
[0020]圖7顯示電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中各測(cè)點(diǎn)處電壓偏差量ΔU的效果圖。
[0021]文中和圖中各符號(hào)為:G1和G2為兩臺(tái)發(fā)電機(jī)，Cl和C2為兩個(gè)PMU測(cè)點(diǎn)，Lml和Lm2為兩條線路的中間點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明克服了現(xiàn)有電網(wǎng)狀態(tài)變量顯示方式存在的不足，提供了一種能夠同時(shí)顯示電網(wǎng)地理位置信息和多個(gè)狀態(tài)變量動(dòng)態(tài)特征的三維數(shù)據(jù)顯示方法。其采取的技術(shù)方案如下。
[0023 ] 本發(fā)明建立了一個(gè)反映各PMU測(cè)點(diǎn)地理位置和各測(cè)點(diǎn)處狀態(tài)變量隨時(shí)間變化的三維直角坐標(biāo)系，豎直坐標(biāo)軸是時(shí)間軸，兩個(gè)水平坐標(biāo)軸分別表示各PMU測(cè)點(diǎn)地理位置的經(jīng)度和維度，在任一水平面上，分別以各PMU測(cè)點(diǎn)為圓心，用不同半徑和不同張開(kāi)角度的圓弧線表示該時(shí)刻兩個(gè)不同狀態(tài)變量的數(shù)值，在該三維坐標(biāo)圖中，頂端顯示當(dāng)前時(shí)刻t時(shí)各PMU測(cè)點(diǎn)的地理位置信息和各PMU測(cè)點(diǎn)處的狀態(tài)變量參數(shù)的信息，底端顯示當(dāng)前時(shí)刻前1秒t -10時(shí)各PMU測(cè)點(diǎn)的位置信息和各PMU測(cè)點(diǎn)處的狀態(tài)變量參數(shù)的信息，將時(shí)刻t至?xí)r刻t-10之間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同時(shí)顯示在坐標(biāo)系中，就構(gòu)成一個(gè)個(gè)中心軸線與時(shí)間軸平行的，帶有軸向不同弧心角度的變徑柱狀曲面。將有功功率P和功角S、無(wú)功功率Q和電壓U、以及電壓偏差量AU分別顯示在三個(gè)不同的三維坐標(biāo)圖中。利用該電網(wǎng)多狀態(tài)變量的三維動(dòng)態(tài)顯示方法可以在一個(gè)三維坐標(biāo)圖中同時(shí)顯示以下信息:各PMU測(cè)點(diǎn)的地理位置信息、兩類(lèi)狀態(tài)變量參數(shù)、狀態(tài)變量隨時(shí)間連續(xù)動(dòng)態(tài)變化特征，因此本方法能夠快速直觀顯示電網(wǎng)多狀態(tài)變量的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。
[0024]本發(fā)明的工作原理如下:
[0025]在以時(shí)間為豎直坐標(biāo)軸繪制三維坐標(biāo)圖時(shí)，在任一水平面上，本發(fā)明將表示各PMU測(cè)點(diǎn)地理位置信息的直角坐標(biāo)系和以各測(cè)點(diǎn)為圓心表示兩類(lèi)不同狀態(tài)變量的極坐標(biāo)系重疊使用，實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)水平面上同時(shí)表示三個(gè)變量的功能，也就實(shí)現(xiàn)了利用三維坐標(biāo)圖顯示電網(wǎng)多狀態(tài)變量動(dòng)態(tài)特征的功能。
[0026]在表示電網(wǎng)中各PMU測(cè)點(diǎn)處有功功率P和功角δ隨時(shí)間變化的三維動(dòng)態(tài)圖中，在任一水平面上，以各PMU測(cè)點(diǎn)的地理位置為圓心，將測(cè)點(diǎn)處的有功功率P進(jìn)行標(biāo)度變換，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)不同長(zhǎng)度的半徑并繪制彩色的有功圓弧，將功角δ的大小與所繪制有功圓弧的弧心角度相對(duì)應(yīng)，利用該方法實(shí)現(xiàn)了有功功率P、功角δ以及測(cè)點(diǎn)處地理位置信息的同時(shí)顯示。
[0027]類(lèi)似地，在表示電網(wǎng)中各PMU測(cè)點(diǎn)處電壓U和無(wú)功功率Q隨時(shí)間變化的三維動(dòng)態(tài)圖中，在任一水平面上，以各PMU測(cè)點(diǎn)的地理位置為圓心，將測(cè)點(diǎn)處的電壓U進(jìn)行標(biāo)度變換，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)不同長(zhǎng)度的半徑并繪制彩色的電壓圓弧，將無(wú)功功率Q轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)一定大小的角度值并與所繪制彩色電壓圓弧的弧心角度相對(duì)應(yīng)，利用該方法實(shí)現(xiàn)了電壓U、無(wú)功功率Q以及測(cè)點(diǎn)處地理位置信息的同時(shí)顯示。
[0028]在表示電網(wǎng)中各PMU測(cè)點(diǎn)處電壓偏差量ΔU隨時(shí)間變化的三維動(dòng)態(tài)圖中，在任一水平面上，以各PMU測(cè)點(diǎn)的地理位置為圓心，計(jì)算各測(cè)點(diǎn)處的電壓偏差量Δ U = U-Un;如果Δ U2 0，將AU進(jìn)行標(biāo)度變換，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)不同長(zhǎng)度的半徑并在圓心左側(cè)0°_180°范圍內(nèi)繪制彩色的電壓半