[发明专利]基于快速空间插值的电力系统实时节点数据三维可视化方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统三维可视化(power system 3D visualization)技术领域，特别涉及基于快速空间插值的电力系统实时节点数据三维可视化方法，

背景技术

随着电力系统规模的不断扩大，电力系统运行中产生的数据无论是种类还是数量都大大增加。为了对大规模电力系统进行实时的安全经济监控，运行人员需要密切关注电力系统中的各种实时运行数据，并从中分辨出有价值的信息。因此，如何将电力系统的实时运行数据更加高效直观地显示在运行人员面前，是能量管理系统(EMS，Energy ManagementSystem)、自动电压控制系统(AVC，Automatic Voltage System)、广域相量测量系统(WAMS，Wide Area Phasor Measurement System)、电力市场管理系统(MMS，Market ManagementSystem)等电力系统的众多实时应用系统需要解决的重要问题。

在传统的电力系统实时应用系统的数据显示中，大都采用了在接线图上直接用文字标注的方法表达电力系统的实时运行数据，或者采用列表的方式进行显示。这样的方法具有显示速度快，显示数据准确的优点，但是缺点是不够直观，而且从大量数字中识别出关键信息也比较困难，已难以满足大电网实时应用的需求。

三维可视化技术可充分利用空间第三个维度，相对传统二维显示具备更强的信息表达能力，能更高效和直观地表达电力系统中的大量数据，便于运行人员迅速了解当前系统中存在问题及其严重程度，并使运行人员对大规模电力系统运行有整体的把握，引起了学者和工业界的广泛关注。

电力系统实时运行数据一般有节点型和线路型两类，其中，节点数据三维可视化的一类重要形式是三维曲面图(或三维等值线图)，用于形象展示节点实时数据在整个电力网络的空间分布情况，可以让用户迅速掌握数据的宏观分布情况，这种可视化方法适合于节点较多并取值在空间连续分布的实时节点数据，包括：节点电压幅值、相角、频率、节点边际电价(LMP，Locational Marginal Price)等。其具体做法是将已经获得的定义在有限几个节点的数据用空间插值的方法快速扩展到整个电网空间，成为定义在整个平面的二维标量场，随后利用目前很成熟的二维标量场(Two-Dimensional Scalar Field)可视化方法进行表达。

现有成熟的二维标量场可视化技术包括：色彩映射、等值线图以及三维曲面图。其中：色彩映射将二维标量场中不同大小的数值用不同颜色表示，对平面进行着色。等值线图绘制了二维标量场中的若干条主要等值线，表示数值分布情况。三维曲面图将平面用网格分割，根据网格点位置上二维标量场的数值计算网格点的z轴坐标，以此为网格中的每个格子绘制小多边形(常用三角形)，从而近似得到三维的曲面用于表示二维标量场。在三维曲面图中也可以使用色彩映射的方法对多边形进行着色。

将三维曲面叠加在电网接线图上，得到最终的可视化显示图形。从中，电网运行人员可以迅速了解数据在电网中的空间分布情况，进而能掌握电网当前的运行状态，并采取相应的调节措施，以保护电网安全经济运行。

文献(Weber James Daniel.Individual welfare maximization in electricitymarkets including consumer and full transmission system modeling.PhD thesis，Urbana，Illinois：University of Illinois at Urbana-Champaign，1999)针对电力系统节点数据，提出了一种基于快速空间插值的可视化方法，该方法的步骤如下：

步骤1)确定绘图正方形网格，包括网格中的格子数目为：M×N，以及网格点(网格线的交点)的坐标：(x_i，y_j)，i＝0，1，…，M，j＝0，1，…，N。其中x_i＝i，y_j＝j。每个网格点对应计算机屏幕显示中的一个像素；