用于电网潮流分析的图形可视化系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于电网潮流分析的图形可视化系统，其包括以下模块：电网接线图站内图绘制模块、电气元件属性数据编辑模块、运行数据维护模块、图形显示控制模块、电网图形编辑模块、图形符号库模块、图形输出模块、图上查询模块、线损分析结果标注模块。本发明的图形可视化系统能够将用户用图形编辑器传达给计算机的拓扑信息和元件参数信息转换为便于电力系统模型计算程序处理的形式，实现电力网络的图形化建模，对元件参数可以进行可视化管理并为进一步进行线损分析提供基础，以及实现线损信息的可视化。
【专利说明】
用于电网潮流分析的图形可视化系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统领域中的一种用于电网潮流分析的图形可视化系统。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济建设的发展，国家电网的建设飞速发展，随即电网的管理难度急剧 增加，电网中的设备越来越多，导致电网建模也变得非常复杂。电网建模是指记录电网中所 有设备的属性信息以及将所有设备进行连接的电网图形。
[0003] 现有技术中电网建模一般是通过设备表格的方式来记录设备的属性信息，且表格 中记录的设备的属性信息与将所有设备进行连接的图形界面是相互独立的。这样导致表格 记录设备的属性信息非常不直观，有时甚至重复录入。
【发明内容】
[0004] 本发明需要解决的技术问题是提供一种用于电网潮流分析的图形可视化系统，能 实现各电压等级的电气接线图，并在图上进行电气设备及其属性信息的修改和查询，同时 能按照线损分析的结果数据自动生成电网潮流图。
[0005] -种用于电网潮流分析的图形可视化系统，其包括以下模块：
[0006] 电网接线图站内图绘制模块，用于提供各电压等级的电网接线图；
[0007]电气元件属性数据编辑模块，用于提供电气元件的属性编辑；
[0008] 运行数据维护模块，用于实现对电网运行数据的编辑录入；
[0009] 图形显示控制模块，使用户对各种图形要素进行多种显示控制操作；以及
[0010] 电网图形的编辑模块，该模块提供图形绘制、编辑工具，支持用户对图形数据的编 辑和更新。
[0011] 进一步地，该系统还包括图形符号库模块:该模块提供一套符合电力行业标准的 符号库和线型库，还提供可自定义的绘图工具，用户可以根据具体的需求，添加自定义的图 形符号，或对已有的图形符号进行编辑。
[0012] 进一步地，该系统还包括图形输出模块:该模块将提供输出设备的参数配置文件 和页面设置界面进行图形的输出。
[0013] 进一步地，该系统还包括图上查询模块：该模块可在电网接线图上查询主要设备 的技术参数，根据对象属性进行模糊查询，同时在地图上定位。
[0014] 进一步地，该系统还包括线损分析结果标注模块:在电网接线图的基础上，根据线 损分析系统得到的数据，将线损信息标注在电网图上。
[0015] 进一步地，电气元件属性数据编辑模块的数据的编辑有两种方式:一种是先在图 形上添加一个图元，然后点击图元在数据录入界面中录入数据;一种是通过数据录入界面 或由外部文件导入方式中将数据录入，然后在图形上选择图元位置生成图元。
[0016] 进一步地，图形显示控制模块包括：图形的无级缩放、图形平滑漫游、可以同时浏 览系统全景图和局部区域图、对象的分层显示，根据专业需求，将各种图形要素进行组织分 类，定义不同的图层、图层的属性结构以及编号规则，根据需要对多图层进行叠加显示。
[0017] 进一步地，电网图形的编辑模块对图形对象的增加方式有点、直线、折线、矩形、椭 圆，还包括图形对象的删除、移动、放大、缩小、图形对象节点的增加、删除和移动、文本对象 的增加、删除、移动，系统提供一套符合电力行业标准的符号库和线型库，以保证成图的统 一性和规范性。
[0018] 进一步地，图上查询模块可查询的内容包括:设备名称、实际负荷和允许负荷。
[0019] 本发明的图形可视化系统能够实现电网各类元器件的图形建模，建立、编辑、查 询、输出等功能，将用户用图形编辑器传达给计算机的拓扑信息和元件参数信息转换为便 于电力系统模型计算程序处理的形式，并为进一步进行线损分析提供基础。该系统另一个 重要功能就是元件参数的可视化管理。该系统中采用了交互式的、面向对话框的参数管理 和维护方式，用户可以在图上选中元件，选择设置参数菜单后弹出相应元件的参数对话框， 通过对话框，用户可以设置、修改元件的各种参数。这种参数设置方式，由于元件参数集中 且物理意义明确，这样就更容易保证参数的一致性和正确性，减少了线损分析过程中出错 的可能性，同时也使得参数修改易于进行。完成电网图形绘制，可以利用该电网图形进行线 损分析，线损分析的结果能够利用线损分析结果标注模块显示在电网图形上，实现线损信 息的可视化。
【附图说明】
[0020] 图1示出了用于电网潮流分析的图形可视化系统的组织结构图。
[0021 ]图2示出了本发明中潮流法的计算流程。
[0022]图3示出了本发明中电网线损分析方法。
【具体实施方式】
[0023] -种用于电网潮流分析的图形可视化系统，其包括：
[0024] (1)电网接线图站内图绘制模块:为电网潮流分析的图形可视化系统提供各电压 等级的电网接线图。电压等级包括:500kV、220kV、110kV、66kV、35kV、IOkV和0.4kV。通过图 形方式管理线损分析范围内的电力设备、电气元件，形成具有电网拓扑信息、电气元件属性 信息的分层管理基础数据库，为线损分析工作提供基础信息。
[0025] (2)电气元件属性数据编辑模块:用于提供电气元件的属性编辑。电气元件属性数 据编辑模块的数据的编辑有两种方式:一种是先在图形上添加一个图元，然后点击图元在 数据录入界面中录入数据;一种是通过数据录入界面或由外部文件(如，EXCEL文件)导入的 方式中将数据录入，然后在图形上选择图元位置生成图元。该模块可以实现对电网中各类 电气元件的属性进行编辑录入。
[0026]本发明的系统所涉及到的电气元件见下表：
[0029] (3)运行数据维护模块:通过数据录入界面或由外部文件(EXCEL文件)导入的方式 得到运行维护数据。该模块用于实现对电网运行数据的编辑录入。
[0030] 本发明所涉及到的运行数据见下表：
?〇〇32?~(4)图形显示控制模块:该模块_可使用户对各种图形要素进行多种显示控制操作。_ 图形显示控制模块包括：图形的无级缩放、图形平滑漫游、可以同时浏览系统全景图和局部 区域图、对象的分层显示，根据专业需求，将各种图形要素进行组织分类，灵活定义不同的 图层、图层的属性结构以及编号规则，用户可根据需要对多图层进行叠加显示。对象动态可 见性的定义。用户可在各图层上，根据比例尺的大小和密度参数的设置，定义图形要素(对 象）的动态可见性。单个对象的独立显示控制。对象的显示风格设置，包括颜色、形状、线型、 大小、填充格式等。用不同的显示风格来表示对象不同的属性，如对象的不同电压等级等。 [0033] (5)电网图形的编辑模块:该模块提供图形绘制、编辑工具，支持用户对图形数据 的编辑和更新。图形对象的增加方式有点、直线、折线、矩形、椭圆，还包括图形对象的删除、 移动、放大、缩小、图形对象节点的增加、删除和移动、文本对象的增加、删除、移动。
[0034] (6)图形符号库模块:该模块提供一套符合电力行业标准的符号库和线型库，以保 证成图的统一性和规范性。系统提供可自定义的绘图工具，用户可以根据具体的需求，添加 自定义的图形符号，或对已有的图形符号进行编辑。
[0035] (7)图形输出模块:该模块将提供各种常用厂家的普通打印机等输出设备的参数 配置文件和页面设置界面进行图形的输出，包括图形窗口的打印、图形全幅打印。
[0036] (8)图上查询模块:该模块可在电网接线图上查询主要设备的技术参数，如设备名 称、实际负荷和允许负荷等信息。根据对象属性进行模糊查询，同时在地图上定位。还包括 图形对象的点击属性查询。
[0037] (9)线损分析结果标注模块:在电网接线图的基础上，根据线损分析系统得到的线 损分析数据，将线损信息标注在电网图上。
[0038]用户利用电网接线图站内图绘制模块为电网图形制作系统提供各电压等级的电 网接线图，进一步根据实际的电网数据，利用电气元件属性数据编辑模块编辑电气元件，再 利用运行数据维护模块通过数据录入或由外部文件导入方式在电网图形中加入运行维护 数据。根据用户的需要，利用图形显示控制模块对各种图形要素进行多种显示控制操作，利 用电网图形的编辑模块使用户对图形数据的编辑和更新，在需要绘制标准符号和线型时， 利用图形符号库模块提供的符号库和线型库进行统一绘制，在完成电网图形绘制之后，可 以利用图形输出模块进行打印，并利用图上查询模块实时查询电网图形上各个设备的参数 信息。完成电网图形绘制，可以利用该电网图形进行线损分析，线损分析的结果能够利用线 损分析结果标注模块显示在电网图形上，实现线损信息的可视化。
[0039] 本发明采用上述图形可视化系统，可以达到电网一次系统和元件参数库实现完全 图形化管理，可以进行设备图形编辑、设备查询与图形定位、电气设备拓扑关系生成、符号 库管理、潮流图生成、图形版本管理等。实现了电力网络的图形化建模，对元件参数可以进 行可视化管理，这样就更容易保证参数的一致性和正确性，减少了线损计算过程中出错的 可能性，同时也使得参数修改易于进行。
[0040] 在上述图形可视化系统生成的电网图形的基础上，使用线损分析系统进行线损分 析。线损分析系统主要实现电网的理论线损的计算，并能够显示详尽的潮流计算中间结果， 对计算结果具有审核及修正功能；同时能够提供预测运行方式下的网损计算功能、无功电 压优化功能、线路切改和变压器投切优化计算功能以及对温度、负荷和功率因数调整计算 功能。
[0041 ]线损分析系统包括以下部分：
[0042] (1)线损理论计算模型模块:采用潮流算法进行线损理论计算。潮流计算是电力系 统分析中最重要的计算，同时也是电网线损理论计算的基础。理论上讲，电力系统各电压等 级的线损都可以采用潮流法来求解。潮流法的计算流程如图2所示，计算步骤如下:a.图形 编辑形成电网一次系统拓扑图，并填写参数，并把拓扑信息和元件参数输入到数据库中；b. 录入电网运行数据;c.从数据库中读取电网拓扑结构信息、元件参数以及运行数据;d.计算 系统潮流，判断是否收敛，如果收敛进行第e步，如果不收敛则分析不收敛原因，进行纠错， 重复第d步;e.计算电网线损;f.把线损结果写入数据库;g.输出有用信息文档。
[0043] 为了解决潮流不收敛这一普遍存在而又不容易彻底解决的问题，本发明中有针对 性的对潮流不收敛问题进行了处理，包括，通过文本输出的形式a.对电网的拓扑结构进行 分析若有错误则提供报警;b.对各种元件的属性参数进行检查，发现有异常的则提出报警 (非绝对可靠）；c.对运行数据进行检查，发现有异常的则提出报警(非绝对可靠）；d.对潮流 计算迭代过程中的有用信息，譬如每步迭代的节点电压幅值，有功无功平衡度等等中间变 量进行输出供调试人员参考。通过这些提示能较快找到潮流不收敛的原因，从而大大提高 线损管理人员的效率。
[0044] 另外，在潮流计算中，集成了多种潮流求解迭代算法，如高斯法、牛顿-拉夫逊法、 改进的牛顿-拉夫逊法以及快速分解法。因此，能根据网络的拓扑信息和元件参数结构自动 选择潮流迭代算法，或者对其进行组合迭代，从而使潮流的收敛性和计算速度得到最优化 处理，比如对超高压电网的计算适合采用快速分解法，而在含有低压电压等级的电网，则宜 采用牛顿-拉夫逊法，也可以用快速分解法和牛顿-拉夫逊法组合迭代来求解等等。
[0045] 由此，本发明具备以下优点：可实现5000节点以上的各电压等级电网结构拓扑且 潮流计算结果收敛好。线损理论计算采用的各元件损耗模型，根据国家标准进行建模。潮流 计算采用多种迭代算法，程序能根据电网结构自动选择计算模型等。具有多种输出结果，对 各种元件参数具有一定的分析和辨识功能，可对产生的异常数据进行报警。对用户误操作 产生错误的电网拓扑连接关系，程序可给出正确的连接信息;如果潮流计算结果不收敛，程 序可提供给用户多种调试引导信息，供计算人员调试参考。
[0046]可选地，也可以采用其他理论线损计算方法，如线损IlOkV以上电压等级电网采用 潮流法，而小于IlOkV的电压等级电网则采用均方根电流法或者平均电流法。
[0047] (2)计算结果的审核及修正模块。
[0048] (3)网损计算和无功电压优化模块:能实现各种运行方式下的潮流和线损计算，计 算人员可以任意规划电网、拓扑结构，增减电厂、变电站、输电线路，投切电容器电抗器等 等。能对变压器的负荷分配给出合理的参考值，同时进行一定的无功优化来降低全网的线 损。这些功能主要是通过向用户输出不同的提示信息，用户根据提示信息优化和调整无功 分配方案从而实现无功的优化。
[0049] (4)线路切改和变压器投切优化计算模块:能实现线路投切和变压器任意投切的 计算。只要切换线路开关的状态，即可随意调整线路的连接情况，并转移电力的输送和分 配。能任意调整负荷功率因数进行计算，进而得到不同线路状态下线损数据，输出计算结 果，为进一步的分析汇总提供基础。
[0050] 在电网优化计算方面，本发明采用了大量的稀疏技术和节点编号优化技术。其中， 节点编号采用改进的Tinney-2节点编号方法，在形成节点导纳矩阵和迭代阵的过程中采用 排零存储技术，节省了大量的存储空间，降低了系统对内存的需求，而在迭代计算中采用排 零计算，极大地提高了潮流计算速度。
[0051] 使用上述线损分析系统进行电网线损分析，本发明的电网线损分析方法，如图3所 示，包括以下六个步骤：
[0052]第一步，采用潮流法计算输电网络不同运行方式下的网损，计算不同运行方式下 的网损，可以是确定时刻系统实际的运行方式，也可以是研究状态下假想的系统运行方式： (1)根据断路器、隔离开关的不同状态计算系统在不同运行方式下的网损；（2)根据变压器 分接头的不同位置和电容/电抗器组(或其他电气设备）的不同状态下的系统电压及网损。 考虑发电机、负荷开断或调节时可考虑功率缺额或功率过剩在其它可调机组中的分配;可 以计算网络解列后若干个独立网络的潮流，当网络解裂后不会出现死机不能计算的情况； 改变收敛精度和迭代限次等进行潮流计算，计算指标到达指定的收敛精度或计算次数到达 指定的迭代限次后停止潮流计算，并给出提示，不会出现系统不能求解而无限循环的情况； 可进行超高压输电线路开关一端跳开，另一端带电情况下的潮流计算，可给出线路两端电 压及充电无功;可分类计算各类元件的损耗，并分别排序显示;可单独计算各元件在指定运 行方式下的损耗。潮流计算结果可在电网图形上进行直观明了的显示，不带电元件可以变 色显示，以示区别;可保存任意状态下的潮流计算结果;可调出保存的潮流结果显示于图形 上;能进行越限报警，根据潮流计算结果识别越限设备，并可在图形上显示越限信息。
[0053]第二步，存储潮流计算中间结果，包括任意状态下的潮流计算结果。从电压等级上 分包括各电压等级的线损计算结果。或者根据地区划分进行分析，以华北地区为例，包括京 津唐电网、河北南网、山西电网、山东电网和内蒙西部电网，其中京津唐电网包含北京、天津 及冀北五个地区电网（唐山、秦皇岛、张家口、承德、廊坊）等。所有统计分析结果都能够以 Excel文件的方式导出。
[0054]第三步，对计算结果进行审核和修正。对于因参数不全或不准导致的计算偏差，可 人工修改并保存。
[0055]第四步，预测运行方式下的网损计算以及无功电压优化。以规划的系统运行方式 或某研究状态下的假想运行方式调整网络图形和参数，并计算此运行方式下的系统网损， 为以后的系统运行提供参考依据。调节变压器分接头位置，投切电容/电抗器组，根据不同 的变压器分接头位置和电容、电抗器组状态，计算系统电压和网损，保存结果以作对比。
[0056] 第五步，线路切改和变压器投切优化计算和对负荷和功率因数调整计算。操作断 路器和隔离开关投切线路，操作断路器和隔离开关投切变压器，计算不同运行方式下的网 损，输出结果进行对比。调整负荷大小，调整负荷功率因数，计算负荷调整后的网损，输出结 果进行对比，为进一步的分析汇总提供基础。
[0057] 第六步，线损计算结果统计分析汇总。所有统计分析结果都能够以Excel文件的方 式导出。
[0058] 采用本发明的图形可视化系统进行线损分析的流程:采用所述图形可视化系统完 成电网图形绘制，将图形可视化系统生成的电网数据存入数据库;根据电网图形和由数据 库获取的其它数据，采用线损分析系统进行线损分析;利用线损分析结果标注模块将线损 分析的结果数据显示在电网图形上，从而生成潮流图，实现电网线损的可视化。
[0059]最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其 限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解： 其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进 行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方 案的范围。
【主权项】
1. 一种用于电网潮流分析的图形可视化系统，其包括以下模块： 电网接线图站内图绘制模块，用于提供各电压等级的电网接线图； 电气元件属性数据编辑模块，用于提供电气元件的属性编辑； 运行数据维护模块，用于实现对电网运行数据的编辑录入； 图形显示控制模块，使用户对各种图形要素进行多种显示控制操作； 电网图形的编辑模块，该模块提供图形绘制、编辑工具，支持用户对图形数据的编辑和 更新。2. 如权利要求1所述的图形可视化系统，其特征在于：该系统还包括图形符号库模块， 该模块提供符合电力行业标准的符号库和线型库，还提供可自定义的绘图工具，可以根据 具体的需求，添加自定义的图形符号，或对已有的图形符号进行编辑。3. 如权利要求1所述的图形可视化系统，其特征在于：该系统还包括图形输出模块，该 模块将提供输出设备的参数配置文件和页面设置界面进行图形的输出。4. 如权利要求1所述的图形可视化系统，其特征在于：该系统还包括图上查询模块，该 模块可在电网接线图上查询主要设备的技术参数，根据对象属性进行模糊查询，同时在地 图上定位。5. 如权利要求1所述的图形可视化系统，其特征在于:该系统还包括线损分析结果标注 模块:在电网接线图的基础上，根据线损分析系统得到的数据，将线损信息标注在电网图 上。6. 如权利要求1所述的图形可视化系统，其特征在于：电气元件属性数据编辑模块的数 据的编辑有两种方式:一种是先在图形上添加一个图元，然后点击图元在数据录入界面中 录入数据;一种是通过数据录入界面或由外部文件导入方式中将数据录入，然后在图形上 选择图元位置生成图元。7. 如权利要求1所述的图形可视化系统，其特征在于：图形显示控制模块包括：图形的 无级缩放、图形平滑漫游、可以同时浏览系统全景图和局部区域图、对象的分层显示，根据 专业需求，将各种图形要素进行组织分类，定义不同的图层、图层的属性结构以及编号规 贝1J，根据需要对多图层进行叠加显示。8. 如权利要求1所述的图形可视化系统，其特征在于：电网图形的编辑模块对图形对象 的增加方式有点、直线、折线、矩形、椭圆，还包括图形对象的删除、移动、放大、缩小、图形对 象节点的增加、删除和移动、文本对象的增加、删除、移动，系统提供一套符合电力行业标准 的符号库和线型库，以保证成图的统一性和规范性。9. 如权利要求4所述的图形可视化系统，其特征在于：图上查询模块可查询的内容包 括:设备名称、实际负荷和允许负荷。
【文档编号】G06F17/50GK105938506SQ201610228495
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】范荻, 刘平, 苏为民, 徐正龙, 李群炬, 陈宁, 邓炜, 王长瑞, 臧景茹, 高翔, 史扬, 王非, 金海峰, 姚谦, 李长宇, 赵焱, 曹天植, 张雯, 刘军娜, 辛光明, 黄天啸, 张思琪, 张硕, 罗婧, 郝婧, 李加顺, 王顺义, 孟超
【申请人】国网冀北电力有限公司电力科学研究院, 国网冀北电力有限公司, 国家电网公司