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摘要：可视化技术的发展使科学研究工具和环境进一步现代化，从而使科学研究的面貌发生根本性的变化，具有极为重要的意义。本文是以可视化技术在电力调度自动化系统中的应用作为研究的切入口，重点探讨了三维可视化在电力调度自动化系统中的应用。
关键词：可视化技术；电力调度；自动化系统；应用
一、引言
在电力系统行业里，随着电力系统规模的扩大和人民生活对电力需求的日益提高，电网调度工作日益重要。目前电网调度自动化系统都具备了较高水平，减轻了运行人员枯燥繁重的工作，但系统运行时存在着大量甚至是海量的信息，特别是在发生故障的情况下，将有大量的警报信息、故障信息涌入调度中心。面对如此海量的数据，运行人员必须依靠某种简便而有效的工具来快速找到感兴趣的部分，以迅速掌握系统的运行状态，预测、识别和处理故障。这种情况下，如何能使调度值班人员和继电保护运行管理人员及时准确地了解故障的真实情况，快速地判断故障发生的地点、故障性质及严重程度，确定停电区域，科学地分析故障原因，并及时采取正确措施缩小故障范围、避免事故扩大、减少故障损失，是摆在各级电网调度部门面前的重大课题。同时电力系统的操作需要电力系统工程师和操作员分析大量的数据。一个包含数以千计母线的系统，给电力自动化系统提出的主要挑战是将大量的数据以某种合适的形式提供给使用者，并使使用者能够以直觉和快速的方式掌握和估计系统的状态。
可视化技术的发展给我们提供了新的数据表现形式。可视化的基本含义是运用计算机图形学或者一般图形学的原理和方法，将科学与工程计算等产生的大规模数据转换为图形、图像，以直观的形式表示出来。本文下面就具体的来阐述下可视化系统在电力系统调度自动化主站系统中的应用情况。
二、可视化理论相关概述
（一）可视化的基本含义
可视化的基本含义是运用计算机图形学或者一般图形学的原理和方法，将科学与工程计算等产生的大规模数据转换为图形、图象，以直观的形式表示出来。它涉及计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计及图形用户界面等多个研究领域，己成为当前计算机图形学研究的重要方向。
（二）可视化的过程
在科学研究领域，研究的主要目的是理解自然的本质。科学家要达到这个目的，要经过从观察自然现象到模拟自然想象并分析模拟结果的过程。在分析实验结果的过程中，可视化是一个十分重要的辅助手段。可视化的过程可进一步细化为以下四个步骤：
（1）过滤：对原始数据进行预处理，可以转换数据形式、滤掉噪声、抽取感兴趣的数据等；
（2）映射：将过滤得到的数据映射为几何元素，常见的几何元素有：点、线、面图元、三维体图元和更高维的特征图标等；
（3）绘制：几何元素绘制，得到结果图象；
（4）反馈：显示图象，并分析得到的可视结果；
可视化的上述四个步骤是一个周而复始的循环迭代的过程。由于研究人员并不知道原始数据集中那些部分对分析更重要，得靠实践探索，因此整个分析过程是一个反复求精的过程。
三、三维可视化在电力调度自动化系统中的应用举例
（一）图形三维旋转的应用与实现
1.应用的目标
传统的电力图形都是二维的，随着可视化技术的发展，二维的图形己经不能满足当前的需求，这就需要将原有的二维图形进行三维变换，显示为立体的图形，以方便从多个角度观察图形，如图3-1所示。
2.应用的设计与实现
图形的三维旋转需要用到三维图形的几何变换，这涉及到计算机图形学的相关知识，三维图形的几何变换是指对三维图形的几何信息经过平移、比例、旋转等变换后产生新的图形。三维基本几何变换都是相对于坐标原点和坐标轴进行的几何变换，用齐次坐标表示点的变换将非常方便。
（1）平移变换，如图3-2
绕Z轴的旋转不改变原空间点的Z坐标y值，它类似在二维情况中讨论过的旋转变换。因此绕Z轴旋转的坐标变换关系是：
电力图形的几何变换需要对不同类型的图元分别处理：线段、折线和多边形等图元需要将其各顶点的坐标代入到上述公式中求出新坐标，然后用线段将各顶点用线段连接；椭圆和字符等需要将其用贝赛尔曲线模拟出来，然后将各点代入公式中求出新坐标，然后用线段连接；图像需要将其每个像素点进行几何变换求出新坐标，然后把各点依次渲染，效率较低。实现电力图形三维旋转并显示的基本步骤是：
（1）将图元按类型去得其各点坐标；
（2）对各点坐标进行三维变换，求得新坐标；
（3）按新坐标将图元绘制到内存位图上；
（4）将位图绘制到屏幕上。
（二）单棒图的应用与实现
1.应用的目标
在电力调度自动化系统中，可以使用单棒图来显示电容器无功备用情况和变压器的无功备用情况以及安全分析结果等，如下所示：
（1）电容器无功备用单棒图，每个厂站的无功设备用状况用一个单棒图进行表示，总高表示无功补偿装置的最大安装容量，中间高度表示系统当前无功补偿装置的投入情况。如图3-6所示。
（2）变压器负载率单棒图，每个厂站的变压器负载率状况一个三维棒图进行表示。如图3-7所示。
（3）安全分析单棒图，将动态N-1故障扫描的计算结果（电压越限个数、电流越限个数、最大越限电压百分比、最大越限电流百分比、甩负荷值和甩出力值等）以单棒图的的形式表现出来。如图3-8所示。
2.应用的设计与实现
单棒图不同于普通的棒图，它是应用于电力图形三维显示时的一种特殊的棒图，它一般由一个主棒和一个对比棒组成，主棒用来表示当前数据的大小，对比棒用来显示当前数据可能达到的最大数值，也可以根据不同的应用选择是否显示对比棒。单棒图可以根据设定越限颜色在数值越限时用不同的颜色绘制。
单棒图需要用Open GL技术进行绘制，单棒图的实现步骤如下：
（1）根据当前的透视角度确定单棒图的坐标；
（2）根据得到的单棒图的坐标判断是否有棒被其它棒遮挡，若被遮挡则需要重新调整绘制顺序；
（3）绘制对比棒；
（4）根据当前数值的大小确定主棒占对比棒的比例，并计算出主棒的坐标；
（5）根据当前数值的越限情况选择主棒的颜色；
（6）完成主棒的绘制。
四、结语
本文将三维透视的概念引入到电力系统的图形中，电力图形不再是平面的图形，而是更形象更直观的三维立体图形。
电力自动化系统中可视化应用还在初级阶段，还有很多可视化的数据表现手段需要我们继续探讨与研究，随着可视化技术的不断发展，可视化技术在电力自动化系统中的应用将达到一个新的高度。
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论文作者:侯兰英,万健荣
论文发表刊物:《电力设备》2015年4期供稿
论文发表时间:2015/12/3
标签：图形论文; 电力论文; 坐标论文; 电力系统论文; 几何论文; 数据论文; 故障论文; 《电力设备》2015年4期供稿论文;