用于電網潮流分析的圖形可視化系統的制作方法

用于電網潮流分析的圖形可視化系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于電網潮流分析的圖形可視化系統，其包括以下模塊：電網接線圖站內圖繪制模塊、電氣元件屬性數據編輯模塊、運行數據維護模塊、圖形顯示控制模塊、電網圖形編輯模塊、圖形符號庫模塊、圖形輸出模塊、圖上查詢模塊、線損分析結果標注模塊。本發明的圖形可視化系統能夠將用戶用圖形編輯器傳達給計算機的拓撲信息和元件參數信息轉換為便于電力系統模型計算程序處理的形式，實現電力網絡的圖形化建模，對元件參數可以進行可視化管理并為進一步進行線損分析提供基礎，以及實現線損信息的可視化。
【專利說明】
用于電網潮流分析的圖形可視化系統
技術領域
[0001] 本發明涉及電力系統領域中的一種用于電網潮流分析的圖形可視化系統。
【背景技術】
[0002] 隨著我國經濟建設的發展，國家電網的建設飛速發展，隨即電網的管理難度急劇 增加，電網中的設備越來越多，導致電網建模也變得非常復雜。電網建模是指記錄電網中所 有設備的屬性信息以及將所有設備進行連接的電網圖形。
[0003] 現有技術中電網建模一般是通過設備表格的方式來記錄設備的屬性信息，且表格 中記錄的設備的屬性信息與將所有設備進行連接的圖形界面是相互獨立的。這樣導致表格 記錄設備的屬性信息非常不直觀，有時甚至重復錄入。

【發明內容】

[0004] 本發明需要解決的技術問題是提供一種用于電網潮流分析的圖形可視化系統，能 實現各電壓等級的電氣接線圖，并在圖上進行電氣設備及其屬性信息的修改和查詢，同時 能按照線損分析的結果數據自動生成電網潮流圖。
[0005] -種用于電網潮流分析的圖形可視化系統，其包括以下模塊：
[0006] 電網接線圖站內圖繪制模塊，用于提供各電壓等級的電網接線圖；
[0007]電氣元件屬性數據編輯模塊，用于提供電氣元件的屬性編輯；
[0008] 運行數據維護模塊，用于實現對電網運行數據的編輯錄入；
[0009] 圖形顯示控制模塊，使用戶對各種圖形要素進行多種顯示控制操作；以及
[0010] 電網圖形的編輯模塊，該模塊提供圖形繪制、編輯工具，支持用戶對圖形數據的編 輯和更新。
[0011] 進一步地，該系統還包括圖形符號庫模塊:該模塊提供一套符合電力行業標準的 符號庫和線型庫，還提供可自定義的繪圖工具，用戶可以根據具體的需求，添加自定義的圖 形符號，或對已有的圖形符號進行編輯。
[0012] 進一步地，該系統還包括圖形輸出模塊:該模塊將提供輸出設備的參數配置文件 和頁面設置界面進行圖形的輸出。
[0013] 進一步地，該系統還包括圖上查詢模塊：該模塊可在電網接線圖上查詢主要設備 的技術參數，根據對象屬性進行模糊查詢，同時在地圖上定位。
[0014] 進一步地，該系統還包括線損分析結果標注模塊:在電網接線圖的基礎上，根據線 損分析系統得到的數據，將線損信息標注在電網圖上。
[0015] 進一步地，電氣元件屬性數據編輯模塊的數據的編輯有兩種方式:一種是先在圖 形上添加一個圖元，然后點擊圖元在數據錄入界面中錄入數據;一種是通過數據錄入界面 或由外部文件導入方式中將數據錄入，然后在圖形上選擇圖元位置生成圖元。
[0016] 進一步地，圖形顯示控制模塊包括：圖形的無級縮放、圖形平滑漫游、可以同時瀏 覽系統全景圖和局部區域圖、對象的分層顯示，根據專業需求，將各種圖形要素進行組織分 類，定義不同的圖層、圖層的屬性結構以及編號規則，根據需要對多圖層進行疊加顯示。
[0017] 進一步地，電網圖形的編輯模塊對圖形對象的增加方式有點、直線、折線、矩形、橢 圓，還包括圖形對象的刪除、移動、放大、縮小、圖形對象節點的增加、刪除和移動、文本對象 的增加、刪除、移動，系統提供一套符合電力行業標準的符號庫和線型庫，以保證成圖的統 一性和規范性。
[0018] 進一步地，圖上查詢模塊可查詢的內容包括:設備名稱、實際負荷和允許負荷。
[0019] 本發明的圖形可視化系統能夠實現電網各類元器件的圖形建模，建立、編輯、查 詢、輸出等功能，將用戶用圖形編輯器傳達給計算機的拓撲信息和元件參數信息轉換為便 于電力系統模型計算程序處理的形式，并為進一步進行線損分析提供基礎。該系統另一個 重要功能就是元件參數的可視化管理。該系統中采用了交互式的、面向對話框的參數管理 和維護方式，用戶可以在圖上選中元件，選擇設置參數菜單后彈出相應元件的參數對話框， 通過對話框，用戶可以設置、修改元件的各種參數。這種參數設置方式，由于元件參數集中 且物理意義明確，這樣就更容易保證參數的一致性和正確性，減少了線損分析過程中出錯 的可能性，同時也使得參數修改易于進行。完成電網圖形繪制，可以利用該電網圖形進行線 損分析，線損分析的結果能夠利用線損分析結果標注模塊顯示在電網圖形上，實現線損信 息的可視化。
【附圖說明】
[0020] 圖1示出了用于電網潮流分析的圖形可視化系統的組織結構圖。
[0021 ]圖2示出了本發明中潮流法的計算流程。
[0022]圖3示出了本發明中電網線損分析方法。
【具體實施方式】
[0023] -種用于電網潮流分析的圖形可視化系統，其包括：
[0024] (1)電網接線圖站內圖繪制模塊:為電網潮流分析的圖形可視化系統提供各電壓 等級的電網接線圖。電壓等級包括:500kV、220kV、110kV、66kV、35kV、IOkV和0.4kV。通過圖 形方式管理線損分析范圍內的電力設備、電氣元件，形成具有電網拓撲信息、電氣元件屬性 信息的分層管理基礎數據庫，為線損分析工作提供基礎信息。
[0025] (2)電氣元件屬性數據編輯模塊:用于提供電氣元件的屬性編輯。電氣元件屬性數 據編輯模塊的數據的編輯有兩種方式:一種是先在圖形上添加一個圖元，然后點擊圖元在 數據錄入界面中錄入數據;一種是通過數據錄入界面或由外部文件(如，EXCEL文件)導入的 方式中將數據錄入，然后在圖形上選擇圖元位置生成圖元。該模塊可以實現對電網中各類 電氣元件的屬性進行編輯錄入。
[0026]本發明的系統所涉及到的電氣元件見下表：
[0029] (3)運行數據維護模塊:通過數據錄入界面或由外部文件(EXCEL文件)導入的方式 得到運行維護數據。該模塊用于實現對電網運行數據的編輯錄入。
[0030] 本發明所涉及到的運行數據見下表：
?〇〇32?~(4)圖形顯示控制模塊:該模塊_可使用戶對各種圖形要素進行多種顯示控制操作。_ 圖形顯示控制模塊包括：圖形的無級縮放、圖形平滑漫游、可以同時瀏覽系統全景圖和局部 區域圖、對象的分層顯示，根據專業需求，將各種圖形要素進行組織分類，靈活定義不同的 圖層、圖層的屬性結構以及編號規則，用戶可根據需要對多圖層進行疊加顯示。對象動態可 見性的定義。用戶可在各圖層上，根據比例尺的大小和密度參數的設置，定義圖形要素(對 象）的動態可見性。單個對象的獨立顯示控制。對象的顯示風格設置，包括顏色、形狀、線型、 大小、填充格式等。用不同的顯示風格來表示對象不同的屬性，如對象的不同電壓等級等。 [0033] (5)電網圖形的編輯模塊:該模塊提供圖形繪制、編輯工具，支持用戶對圖形數據 的編輯和更新。圖形對象的增加方式有點、直線、折線、矩形、橢圓，還包括圖形對象的刪除、 移動、放大、縮小、圖形對象節點的增加、刪除和移動、文本對象的增加、刪除、移動。
[0034] (6)圖形符號庫模塊:該模塊提供一套符合電力行業標準的符號庫和線型庫，以保 證成圖的統一性和規范性。系統提供可自定義的繪圖工具，用戶可以根據具體的需求，添加 自定義的圖形符號，或對已有的圖形符號進行編輯。
[0035] (7)圖形輸出模塊:該模塊將提供各種常用廠家的普通打印機等輸出設備的參數 配置文件和頁面設置界面進行圖形的輸出，包括圖形窗口的打印、圖形全幅打印。
[0036] (8)圖上查詢模塊:該模塊可在電網接線圖上查詢主要設備的技術參數，如設備名 稱、實際負荷和允許負荷等信息。根據對象屬性進行模糊查詢，同時在地圖上定位。還包括 圖形對象的點擊屬性查詢。
[0037] (9)線損分析結果標注模塊:在電網接線圖的基礎上，根據線損分析系統得到的線 損分析數據，將線損信息標注在電網圖上。
[0038]用戶利用電網接線圖站內圖繪制模塊為電網圖形制作系統提供各電壓等級的電 網接線圖，進一步根據實際的電網數據，利用電氣元件屬性數據編輯模塊編輯電氣元件，再 利用運行數據維護模塊通過數據錄入或由外部文件導入方式在電網圖形中加入運行維護 數據。根據用戶的需要，利用圖形顯示控制模塊對各種圖形要素進行多種顯示控制操作，利 用電網圖形的編輯模塊使用戶對圖形數據的編輯和更新，在需要繪制標準符號和線型時， 利用圖形符號庫模塊提供的符號庫和線型庫進行統一繪制，在完成電網圖形繪制之后，可 以利用圖形輸出模塊進行打印，并利用圖上查詢模塊實時查詢電網圖形上各個設備的參數 信息。完成電網圖形繪制，可以利用該電網圖形進行線損分析，線損分析的結果能夠利用線 損分析結果標注模塊顯示在電網圖形上，實現線損信息的可視化。
[0039] 本發明采用上述圖形可視化系統，可以達到電網一次系統和元件參數庫實現完全 圖形化管理，可以進行設備圖形編輯、設備查詢與圖形定位、電氣設備拓撲關系生成、符號 庫管理、潮流圖生成、圖形版本管理等。實現了電力網絡的圖形化建模，對元件參數可以進 行可視化管理，這樣就更容易保證參數的一致性和正確性，減少了線損計算過程中出錯的 可能性，同時也使得參數修改易于進行。
[0040] 在上述圖形可視化系統生成的電網圖形的基礎上，使用線損分析系統進行線損分 析。線損分析系統主要實現電網的理論線損的計算，并能夠顯示詳盡的潮流計算中間結果， 對計算結果具有審核及修正功能；同時能夠提供預測運行方式下的網損計算功能、無功電 壓優化功能、線路切改和變壓器投切優化計算功能以及對溫度、負荷和功率因數調整計算 功能。
[0041 ]線損分析系統包括以下部分：
[0042] (1)線損理論計算模型模塊:采用潮流算法進行線損理論計算。潮流計算是電力系 統分析中最重要的計算，同時也是電網線損理論計算的基礎。理論上講，電力系統各電壓等 級的線損都可以采用潮流法來求解。潮流法的計算流程如圖2所示，計算步驟如下:a.圖形 編輯形成電網一次系統拓撲圖，并填寫參數，并把拓撲信息和元件參數輸入到數據庫中；b. 錄入電網運行數據;c.從數據庫中讀取電網拓撲結構信息、元件參數以及運行數據;d.計算 系統潮流，判斷是否收斂，如果收斂進行第e步，如果不收斂則分析不收斂原因，進行糾錯， 重復第d步;e.計算電網線損;f.把線損結果寫入數據庫;g.輸出有用信息文檔。
[0043] 為了解決潮流不收斂這一普遍存在而又不容易徹底解決的問題，本發明中有針對 性的對潮流不收斂問題進行了處理，包括，通過文本輸出的形式a.對電網的拓撲結構進行 分析若有錯誤則提供報警;b.對各種元件的屬性參數進行檢查，發現有異常的則提出報警 (非絕對可靠）；c.對運行數據進行檢查，發現有異常的則提出報警(非絕對可靠）；d.對潮流 計算迭代過程中的有用信息，譬如每步迭代的節點電壓幅值，有功無功平衡度等等中間變 量進行輸出供調試人員參考。通過這些提示能較快找到潮流不收斂的原因，從而大大提高 線損管理人員的效率。
[0044] 另外，在潮流計算中，集成了多種潮流求解迭代算法，如高斯法、牛頓-拉夫遜法、 改進的牛頓-拉夫遜法以及快速分解法。因此，能根據網絡的拓撲信息和元件參數結構自動 選擇潮流迭代算法，或者對其進行組合迭代，從而使潮流的收斂性和計算速度得到最優化 處理，比如對超高壓電網的計算適合采用快速分解法，而在含有低壓電壓等級的電網，則宜 采用牛頓-拉夫遜法，也可以用快速分解法和牛頓-拉夫遜法組合迭代來求解等等。
[0045] 由此，本發明具備以下優點：可實現5000節點以上的各電壓等級電網結構拓撲且 潮流計算結果收斂好。線損理論計算采用的各元件損耗模型，根據國家標準進行建模。潮流 計算采用多種迭代算法，程序能根據電網結構自動選擇計算模型等。具有多種輸出結果，對 各種元件參數具有一定的分析和辨識功能，可對產生的異常數據進行報警。對用戶誤操作 產生錯誤的電網拓撲連接關系，程序可給出正確的連接信息;如果潮流計算結果不收斂，程 序可提供給用戶多種調試引導信息，供計算人員調試參考。
[0046]可選地，也可以采用其他理論線損計算方法，如線損IlOkV以上電壓等級電網采用 潮流法，而小于IlOkV的電壓等級電網則采用均方根電流法或者平均電流法。
[0047] (2)計算結果的審核及修正模塊。
[0048] (3)網損計算和無功電壓優化模塊:能實現各種運行方式下的潮流和線損計算，計 算人員可以任意規劃電網、拓撲結構，增減電廠、變電站、輸電線路，投切電容器電抗器等 等。能對變壓器的負荷分配給出合理的參考值，同時進行一定的無功優化來降低全網的線 損。這些功能主要是通過向用戶輸出不同的提示信息，用戶根據提示信息優化和調整無功 分配方案從而實現無功的優化。
[0049] (4)線路切改和變壓器投切優化計算模塊:能實現線路投切和變壓器任意投切的 計算。只要切換線路開關的狀態，即可隨意調整線路的連接情況，并轉移電力的輸送和分 配。能任意調整負荷功率因數進行計算，進而得到不同線路狀態下線損數據，輸出計算結 果，為進一步的分析匯總提供基礎。
[0050] 在電網優化計算方面，本發明采用了大量的稀疏技術和節點編號優化技術。其中， 節點編號采用改進的Tinney-2節點編號方法，在形成節點導納矩陣和迭代陣的過程中采用 排零存儲技術，節省了大量的存儲空間，降低了系統對內存的需求，而在迭代計算中采用排 零計算，極大地提高了潮流計算速度。
[0051] 使用上述線損分析系統進行電網線損分析，本發明的電網線損分析方法，如圖3所 示，包括以下六個步驟：
[0052]第一步，采用潮流法計算輸電網絡不同運行方式下的網損，計算不同運行方式下 的網損，可以是確定時刻系統實際的運行方式，也可以是研究狀態下假想的系統運行方式： (1)根據斷路器、隔離開關的不同狀態計算系統在不同運行方式下的網損；（2)根據變壓器 分接頭的不同位置和電容/電抗器組(或其他電氣設備）的不同狀態下的系統電壓及網損。 考慮發電機、負荷開斷或調節時可考慮功率缺額或功率過剩在其它可調機組中的分配;可 以計算網絡解列后若干個獨立網絡的潮流，當網絡解裂后不會出現死機不能計算的情況； 改變收斂精度和迭代限次等進行潮流計算，計算指標到達指定的收斂精度或計算次數到達 指定的迭代限次后停止潮流計算，并給出提示，不會出現系統不能求解而無限循環的情況； 可進行超高壓輸電線路開關一端跳開，另一端帶電情況下的潮流計算，可給出線路兩端電 壓及充電無功;可分類計算各類元件的損耗，并分別排序顯示;可單獨計算各元件在指定運 行方式下的損耗。潮流計算結果可在電網圖形上進行直觀明了的顯示，不帶電元件可以變 色顯示，以示區別;可保存任意狀態下的潮流計算結果;可調出保存的潮流結果顯示于圖形 上;能進行越限報警，根據潮流計算結果識別越限設備，并可在圖形上顯示越限信息。
[0053]第二步，存儲潮流計算中間結果，包括任意狀態下的潮流計算結果。從電壓等級上 分包括各電壓等級的線損計算結果。或者根據地區劃分進行分析，以華北地區為例，包括京 津唐電網、河北南網、山西電網、山東電網和內蒙西部電網，其中京津唐電網包含北京、天津 及冀北五個地區電網（唐山、秦皇島、張家口、承德、廊坊）等。所有統計分析結果都能夠以 Excel文件的方式導出。
[0054]第三步，對計算結果進行審核和修正。對于因參數不全或不準導致的計算偏差，可 人工修改并保存。
[0055]第四步，預測運行方式下的網損計算以及無功電壓優化。以規劃的系統運行方式 或某研究狀態下的假想運行方式調整網絡圖形和參數，并計算此運行方式下的系統網損， 為以后的系統運行提供參考依據。調節變壓器分接頭位置，投切電容/電抗器組，根據不同 的變壓器分接頭位置和電容、電抗器組狀態，計算系統電壓和網損，保存結果以作對比。
[0056] 第五步，線路切改和變壓器投切優化計算和對負荷和功率因數調整計算。操作斷 路器和隔離開關投切線路，操作斷路器和隔離開關投切變壓器，計算不同運行方式下的網 損，輸出結果進行對比。調整負荷大小，調整負荷功率因數，計算負荷調整后的網損，輸出結 果進行對比，為進一步的分析匯總提供基礎。
[0057] 第六步，線損計算結果統計分析匯總。所有統計分析結果都能夠以Excel文件的方 式導出。
[0058] 采用本發明的圖形可視化系統進行線損分析的流程:采用所述圖形可視化系統完 成電網圖形繪制，將圖形可視化系統生成的電網數據存入數據庫;根據電網圖形和由數據 庫獲取的其它數據，采用線損分析系統進行線損分析;利用線損分析結果標注模塊將線損 分析的結果數據顯示在電網圖形上，從而生成潮流圖，實現電網線損的可視化。
[0059]最后應說明的是：以上所述的各實施例僅用于說明本發明的技術方案，而非對其 限制;盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解： 其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或全部技術特征進 行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方 案的范圍。
【主權項】
1. 一種用于電網潮流分析的圖形可視化系統，其包括以下模塊： 電網接線圖站內圖繪制模塊，用于提供各電壓等級的電網接線圖； 電氣元件屬性數據編輯模塊，用于提供電氣元件的屬性編輯； 運行數據維護模塊，用于實現對電網運行數據的編輯錄入； 圖形顯示控制模塊，使用戶對各種圖形要素進行多種顯示控制操作； 電網圖形的編輯模塊，該模塊提供圖形繪制、編輯工具，支持用戶對圖形數據的編輯和 更新。2. 如權利要求1所述的圖形可視化系統，其特征在于：該系統還包括圖形符號庫模塊， 該模塊提供符合電力行業標準的符號庫和線型庫，還提供可自定義的繪圖工具，可以根據 具體的需求，添加自定義的圖形符號，或對已有的圖形符號進行編輯。3. 如權利要求1所述的圖形可視化系統，其特征在于：該系統還包括圖形輸出模塊，該 模塊將提供輸出設備的參數配置文件和頁面設置界面進行圖形的輸出。4. 如權利要求1所述的圖形可視化系統，其特征在于：該系統還包括圖上查詢模塊，該 模塊可在電網接線圖上查詢主要設備的技術參數，根據對象屬性進行模糊查詢，同時在地 圖上定位。5. 如權利要求1所述的圖形可視化系統，其特征在于:該系統還包括線損分析結果標注 模塊:在電網接線圖的基礎上，根據線損分析系統得到的數據，將線損信息標注在電網圖 上。6. 如權利要求1所述的圖形可視化系統，其特征在于：電氣元件屬性數據編輯模塊的數 據的編輯有兩種方式:一種是先在圖形上添加一個圖元，然后點擊圖元在數據錄入界面中 錄入數據;一種是通過數據錄入界面或由外部文件導入方式中將數據錄入，然后在圖形上 選擇圖元位置生成圖元。7. 如權利要求1所述的圖形可視化系統，其特征在于：圖形顯示控制模塊包括：圖形的 無級縮放、圖形平滑漫游、可以同時瀏覽系統全景圖和局部區域圖、對象的分層顯示，根據 專業需求，將各種圖形要素進行組織分類，定義不同的圖層、圖層的屬性結構以及編號規 貝1J，根據需要對多圖層進行疊加顯示。8. 如權利要求1所述的圖形可視化系統，其特征在于：電網圖形的編輯模塊對圖形對象 的增加方式有點、直線、折線、矩形、橢圓，還包括圖形對象的刪除、移動、放大、縮小、圖形對 象節點的增加、刪除和移動、文本對象的增加、刪除、移動，系統提供一套符合電力行業標準 的符號庫和線型庫，以保證成圖的統一性和規范性。9. 如權利要求4所述的圖形可視化系統，其特征在于：圖上查詢模塊可查詢的內容包 括:設備名稱、實際負荷和允許負荷。
【文檔編號】G06F17/50GK105938506SQ201610228495
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月13日
【發明人】范荻, 劉平, 蘇為民, 徐正龍, 李群炬, 陳寧, 鄧煒, 王長瑞, 臧景茹, 高翔, 史揚, 王非, 金海峰, 姚謙, 李長宇, 趙焱, 曹天植, 張雯, 劉軍娜, 辛光明, 黃天嘯, 張思琪, 張碩, 羅婧, 郝婧, 李加順, 王順義, 孟超
【申請人】國網冀北電力有限公司電力科學研究院, 國網冀北電力有限公司, 國家電網公司