專利名稱：電網(wǎng)實(shí)時(shí)三維可視化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)三維可視化系統(tǒng)，用于電力系統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)視。
背景技術(shù)：
運(yùn)行中的電力系統(tǒng)不斷產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，為了對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的安全監(jiān)視，調(diào)度員需要密切關(guān)注這些數(shù)據(jù)，并從中辨別出系統(tǒng)是否存在安全、穩(wěn)定等方面問題，如果存在，問題所在的位置和嚴(yán)重程度又是怎樣。在接線圖上用數(shù)字標(biāo)注的傳統(tǒng)方法雖然顯示速度快， 顯示數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，但不能適應(yīng)大量數(shù)據(jù)顯示的需要，而且用數(shù)字表達(dá)不夠直觀，從大量的數(shù)字中識(shí)別出關(guān)鍵信息比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電網(wǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)三維可視化系統(tǒng)，采用三維可視化的表達(dá)方法，在二維的主接線圖基礎(chǔ)上充分利用第三個(gè)維度，可以快速、高效和直觀地表達(dá)電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)，以便調(diào)度員迅速了解當(dāng)前系統(tǒng)中是否存在問題以及問題的嚴(yán)重程度，并使調(diào)度員對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行情況能有整體和宏觀的把握。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)三維可視化系統(tǒng)，其特征在于包括電壓類信息子系統(tǒng)、無(wú)功裕度類信息子系統(tǒng)、潮流類信息子系統(tǒng)和穩(wěn)定類信息子系統(tǒng)4個(gè)子系統(tǒng)，其中電壓類信息子系統(tǒng)支持從三維曲面圖到三維柱狀圖的畫面切換；在三維柱狀圖下，將主網(wǎng)架中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓用一個(gè)圓柱表示，并使用不同的顏色和高度表示電壓的高低，可以直觀地表現(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)之間的相對(duì)電壓大?。蝗S曲面圖和三維柱狀圖都可以隨著電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新而變化；
無(wú)功裕度類信息子系統(tǒng)以電網(wǎng)的主網(wǎng)架地理圖為背景，用三維柱狀圖展示各主要廠站的無(wú)功裕度，包括旋轉(zhuǎn)無(wú)功裕度(發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī))、固定無(wú)功裕度(電容器、電抗器)、無(wú)功裕度總加(旋轉(zhuǎn)無(wú)功裕度與固定無(wú)功裕度之和)；每個(gè)廠站對(duì)應(yīng)一個(gè)圓柱，并使用不同的顏色和高度表示無(wú)功裕度數(shù)值的相對(duì)大小；
潮流類信息子系統(tǒng)以電網(wǎng)的主網(wǎng)架地理圖為背景，將線路上的有功傳輸功率用三維管道圖的方式展現(xiàn)，通過(guò)管道的粗細(xì)和顏色變化直觀表現(xiàn)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下各線路有功傳輸功率的分布情況；支持三維管道圖和三維箭頭圖之間的畫面切換；三維管道圖和三維柱狀圖都可以隨電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的刷新而不斷變化；
穩(wěn)定類信息子系統(tǒng)以電網(wǎng)的主網(wǎng)架地理圖為背景，用三維曲面圖和三維柱狀圖展示主要廠站的穩(wěn)定裕度指標(biāo)，各廠站的電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)表征的是該廠站可增長(zhǎng)的負(fù)荷裕度與當(dāng)前負(fù)荷之間的比值(CCT)；在電網(wǎng)的二維主接線圖基礎(chǔ)利用第三個(gè)維度，按各節(jié)點(diǎn)類型的數(shù)據(jù)用三維顯示方式表示，三維圖包括基于主接線圖的三維柱狀圖和三維曲面圖；按線路類型的數(shù)據(jù)用三維管道圖和三維箭頭圖的顯示方式表示。所述的電網(wǎng)實(shí)時(shí)三維可視化系統(tǒng)控制方法為(1)首先基于IEC61970標(biāo)準(zhǔn)，獲取電網(wǎng)圖形和實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)斷面可以從SCADA系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取，也可以從歷史斷面或者是手工修改的方式中獲?。蛔x入可視化點(diǎn)數(shù)據(jù)和位置信息，獲取圖形中的可視化點(diǎn)信息，并自動(dòng)生成可視化點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與可視化點(diǎn)的對(duì)照；(2)選擇可視化顯示方式，系統(tǒng)提供的可視化顯示包括三維柱狀圖、三維曲面圖、三維管道圖、三維箭頭圖四種方式，其中A、三維柱狀圖適用于點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)廠站電壓、區(qū)域無(wú)功裕度的可視化進(jìn)行表達(dá)， 在主接線圖上數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的位置上用垂直于主接線圖平面的圓柱表示數(shù)據(jù)；圓柱的高度表示了數(shù)據(jù)的相對(duì)大小數(shù)據(jù)越大，對(duì)應(yīng)的圓柱越高；同時(shí)還使用了色彩表映射，用圓柱的不同顏色區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)的大?。籅、三維曲面圖是對(duì)電力系統(tǒng)中的某些定義在點(diǎn)上的物理量即廠站電壓，可以利用空間插值的方法將其定義擴(kuò)展到整個(gè)平面，再以二維標(biāo)量場(chǎng)可視化常用的三維曲面圖形式進(jìn)行表達(dá)；三維曲面圖的顯示類似于地理中的地形圖，曲面越高的區(qū)域相應(yīng)的數(shù)值也越大，越低的區(qū)域數(shù)值越小；在三維曲面圖的顯示中，也使用了色彩表映射；C、三維管道圖是無(wú)方向的線路數(shù)據(jù)(如線路損耗)的可視化，也可以用于有方向線路數(shù)據(jù)(如有功潮流)的可視化，但無(wú)法體現(xiàn)出方向信息，三維管道圖是用沿著線路分布的圓形管道表示線路數(shù)據(jù)的絕對(duì)值，線路數(shù)據(jù)的絕對(duì)值越大，相應(yīng)管道的截面半徑也越大；數(shù)據(jù)的絕對(duì)值越小，管道的截面半徑也就越小；同時(shí)還應(yīng)用了色彩表映射，用不同的顏色區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)絕對(duì)值的大??；D、三維箭頭圖用于有向線路數(shù)據(jù)(如有功潮流)的可視化，用沿著線路數(shù)據(jù)方向分布的箭頭表示線路數(shù)據(jù)。箭頭越大，表示數(shù)據(jù)的值越大，箭頭越小，則表示數(shù)據(jù)的值越小；也應(yīng)用了色彩表映射，用不同的顏色區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)絕對(duì)值的大小，并在圖中引入了動(dòng)畫效果每個(gè)箭頭都會(huì)沿著其指向的方向移動(dòng)，并且表示的數(shù)據(jù)值越大，箭頭的移動(dòng)速度也就越大；三維箭頭圖顯示功能從EMS圖形平臺(tái)中的可視化線圖元及其動(dòng)態(tài)文本獲取數(shù)值及相應(yīng)的線路位置信息，再用三維箭頭圖的形式進(jìn)行可視化表達(dá)。 所述的色彩表映射中的顏色表的設(shè)置，其中色彩是將不同大小的數(shù)值用不同的顏色表示出來(lái)，可以使人們直觀地對(duì)數(shù)值的相對(duì)大小做比較；通?？捎眉t綠藍(lán)(RGB)三個(gè)色彩分量表示色彩，色彩表映射表示為函數(shù)
其中，V是需要進(jìn)行映射的數(shù)值，jR，f Q , jE e
，分別是與V對(duì)
應(yīng)的紅色、綠色和藍(lán)色分量值；不同的色彩表映射方案具有不同的f(y)計(jì)算形式；為了
簡(jiǎn)化公式表達(dá)形式，ν通常是由實(shí)際數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)定的上下限線性變換到ο，ι范圍后的值，如對(duì)母線電壓ν可以令
、,= J ―1;，其中V表示母線電壓，P- 工r 是正常電壓范圍的上下限，例
1—1‘ m Ift 禾□ * m s χ
nv-ri rnn;* ^
如當(dāng)V取標(biāo)幺值時(shí)，和參 …通常可以取0.95和1.05。 所述的色彩表映射中的“溫度色彩”常用于表示溫度在空間中的分布，隨著數(shù)值由 0增加到1，顏色按以下順序連續(xù)變化深藍(lán)色、藍(lán)色、青色、綠色、黃色、橙色、紅色、深紅色， 其計(jì)算公式表示為
權(quán)利要求
1.電網(wǎng)實(shí)時(shí)三維可視化系統(tǒng)，其特征在于包括電壓類信息子系統(tǒng)、無(wú)功裕度類信息子系統(tǒng)、潮流類信息子系統(tǒng)和穩(wěn)定類信息子系統(tǒng)4個(gè)子系統(tǒng)，其中電壓類信息子系統(tǒng)支持從三維曲面圖到三維柱狀圖的畫面切換；在三維柱狀圖下，將主網(wǎng)架中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓用一個(gè)圓柱表示，并使用不同的顏色和高度表示電壓的高低，可以直觀地表現(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)之間的相對(duì)電壓大??；三維曲面圖和三維柱狀圖都可以隨著電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新而變化；無(wú)功裕度類信息子系統(tǒng)以電網(wǎng)的主網(wǎng)架地理圖為背景，用三維柱狀圖展示各主要廠站的無(wú)功裕度，包括旋轉(zhuǎn)無(wú)功裕度(發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī))、固定無(wú)功裕度(電容器、電抗器)、無(wú)功裕度總加(旋轉(zhuǎn)無(wú)功裕度與固定無(wú)功裕度之和)；每個(gè)廠站對(duì)應(yīng)一個(gè)圓柱，并使用不同的顏色和高度表示無(wú)功裕度數(shù)值的相對(duì)大??；潮流類信息子系統(tǒng)以電網(wǎng)的主網(wǎng)架地理圖為背景，將線路上的有功傳輸功率用三維管道圖的方式展現(xiàn)，通過(guò)管道的粗細(xì)和顏色變化直觀表現(xiàn)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下各線路有功傳輸功率的分布情況；支持三維管道圖和三維箭頭圖之間的畫面切換；三維管道圖和三維柱狀圖都可以隨電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的刷新而不斷變化；穩(wěn)定類信息子系統(tǒng)以電網(wǎng)的主網(wǎng)架地理圖為背景，用三維曲面圖和三維柱狀圖展示主要廠站的穩(wěn)定裕度指標(biāo)，各廠站的電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)表征的是該廠站可增長(zhǎng)的負(fù)荷裕度與當(dāng)前負(fù)荷之間的比值(CCT)；在電網(wǎng)的二維主接線圖基礎(chǔ)利用第三個(gè)維度，按各節(jié)點(diǎn)類型的數(shù)據(jù)用三維顯示方式表示，三維圖包括基于主接線圖的三維柱狀圖和三維曲面圖；按線路類型的數(shù)據(jù)用三維管道圖和三維箭頭圖的顯示方式表示；所述的電網(wǎng)實(shí)時(shí)三維可視化系統(tǒng)控制方法為(1)首先基于IEC61970標(biāo)準(zhǔn)，獲取電網(wǎng)圖形和實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)斷面可以從SCADA系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取，也可以從歷史斷面或者是手工修改的方式中獲取；讀入可視化點(diǎn)數(shù)據(jù)和位置信息，獲取圖形中的可視化點(diǎn)信息，并自動(dòng)生成可視化點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與可視化點(diǎn)的對(duì)照；(2)選擇可視化顯示方式，系統(tǒng)提供的可視化顯示包括三維柱狀圖、三維曲面圖、三維管道圖、三維箭頭圖四種方式，其中A、三維柱狀圖適用于點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)廠站電壓、區(qū)域無(wú)功裕度的可視化進(jìn)行表達(dá)，在主接線圖上數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的位置上用垂直于主接線圖平面的圓柱表示數(shù)據(jù)；圓柱的高度表示了數(shù)據(jù)的相對(duì)大小數(shù)據(jù)越大，對(duì)應(yīng)的圓柱越高；同時(shí)還使用了色彩表映射，用圓柱的不同顏色區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)的大??；B、三維曲面圖是對(duì)電力系統(tǒng)中的某些定義在點(diǎn)上的物理量即廠站電壓，可以利用空間插值的方法將其定義擴(kuò)展到整個(gè)平面，再以二維標(biāo)量場(chǎng)可視化常用的三維曲面圖形式進(jìn)行表達(dá)；三維曲面圖的顯示類似于地理中的地形圖，曲面越高的區(qū)域相應(yīng)的數(shù)值也越大，越低的區(qū)域數(shù)值越小；在三維曲面圖的顯示中，也使用了色彩表映射；C、三維管道圖是無(wú)方向的線路數(shù)據(jù)(如線路損耗)的可視化，也可以用于有方向線路數(shù)據(jù)(如有功潮流) 的可視化，但無(wú)法體現(xiàn)出方向信息，三維管道圖是用沿著線路分布的圓形管道表示線路數(shù)據(jù)的絕對(duì)值，線路數(shù)據(jù)的絕對(duì)值越大，相應(yīng)管道的截面半徑也越大；數(shù)據(jù)的絕對(duì)值越小，管道的截面半徑也就越??；同時(shí)還應(yīng)用了色彩表映射，用不同的顏色區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)絕對(duì)值的大?。?D、三維箭頭圖用于有向線路數(shù)據(jù)(如有功潮流)的可視化，用沿著線路數(shù)據(jù)方向分布的箭頭表示線路數(shù)據(jù)；箭頭越大，表示數(shù)據(jù)的值越大，箭頭越小，則表示數(shù)據(jù)的值越??；也應(yīng)用了色彩表映射， 用不同的顏色區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)絕對(duì)值的大小，并在圖中引入了動(dòng)畫效果每個(gè)箭頭都會(huì)沿著其指向的方向移動(dòng)，并且表示的數(shù)據(jù)值越大，箭頭的移動(dòng)速度也就越大；三維箭頭圖顯示功能從EMS圖形平臺(tái)中的可視化線圖元及其動(dòng)態(tài)文本獲取數(shù)值及相應(yīng)的線路位置信息，再用三維箭頭圖的形式進(jìn)行可視化表達(dá)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)實(shí)時(shí)三維可視化系統(tǒng)，其特征在于所述的色彩表映射中的顏色表的設(shè)置，其中色彩是將不同大小的數(shù)值用不同的顏色表示出來(lái)，可以使人們直觀地對(duì)數(shù)值的相對(duì)大小做比較；通?？捎眉t綠藍(lán)(RGB)三個(gè)色彩分量表示色彩，色彩表映射表示為函數(shù)
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)實(shí)時(shí)三維可視化系統(tǒng)，其特征在于所述的色彩表映射中的“溫度色彩”常用于表示溫度在空間中的分布，隨著數(shù)值由0增加到1，顏色按以下順序連續(xù)變化深藍(lán)色、藍(lán)色、青色、綠色、黃色、橙色、紅色、深紅色，其計(jì)算公式表示為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)實(shí)時(shí)三維可視化系統(tǒng)，其特征在于所述的色彩表映射中的“溫度色彩”還可為兩端不連續(xù)的“溫度色彩”，能夠突出顯示越上限和越下限的數(shù)據(jù)，計(jì)算公式如下
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)實(shí)時(shí)三維可視化系統(tǒng)，其特征在于所述的色彩表還包括反向“溫度色彩”紅-黃-綠-藍(lán)；黑-深灰-淺灰-白；洋紅_檸檬黃；墨綠_淺黃； 橙紅_檸檬黃；天藍(lán)_草綠；基于OPENGL實(shí)現(xiàn)3D顯示系統(tǒng)基于OPENGL技術(shù)，實(shí)現(xiàn)3D可視化顯示；同時(shí)支持圖形的縮放、旋轉(zhuǎn)和拖拽，實(shí)現(xiàn)從不同的視角和比例對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的展示。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)三維可視化系統(tǒng)，其特征在于包括電壓類信息子系統(tǒng)、無(wú)功裕度類信息子系統(tǒng)、潮流類信息子系統(tǒng)和穩(wěn)定類信息子系統(tǒng)4個(gè)子系統(tǒng)，其中電壓類信息子系統(tǒng)支持從三維曲面圖到三維柱狀圖的畫面切換；在三維柱狀圖下，將主網(wǎng)架中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓用一個(gè)圓柱表示，并使用不同的顏色和高度表示電壓的高低，可以直觀地表現(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)之間的相對(duì)電壓大小；三維曲面圖和三維柱狀圖都可以隨著電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新而變化；其可以快速、高效和直觀地表達(dá)電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)，以便調(diào)度員迅速了解當(dāng)前系統(tǒng)中是否存在問題以及問題的嚴(yán)重程度，并使調(diào)度員對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行情況能有整體和宏觀的把握。
文檔編號(hào)G06Q50/00GK102169412SQ20111008015
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者吳文傳, 張喜林, 湯磊, 王鵬 申請(qǐng)人:北京清大高科系統(tǒng)控制有限公司