电力系统的图数综合可视化仿真研究

电力系统的图数综合可视化仿真研究

魏东旭张鑫浩王英楠

（国网辽宁省电力有限公司本溪供电公司辽宁本溪117000）

摘要：本文通过将“图数综合”技术和将GIS的理念和相关技术方法引入到电力设施管理领域，将计算机图形处理技术和数据库技术融合于一体、使空间地理信息的设备管理系统在生产管理中广泛应用，实现了输配电生产技术管理方法上的一次革新。

随着电网电压等级的提高和规模的扩大，电网商业化运营的逐步实施，电力系统单位对输、变电设备的设计、建设和维护过程都提出了新的要求。通过图数综合方法有效地降低输、变电设备的建设和维护费用，提高了输配电电网的信息化管理水平。本文通过现代化管理思想、管理工具和手段的引入和应用，有效提升了输配电生产技术管理水平和劳动生产率。

关键词：图数综合、可视化仿真

1、电力系统的可视化应用现状

随着国民经济的发展，作为国家的支柱产业的国内电力事业有了前所未有的发展，电力行业各个部门、各个环节，包括生产部门、管理部门、规划部门等，为电力企业的力资源需求迅速增长。在电力业务飞速发展的同时，各个部门对信息技术的需求也在迅速膨胀，高科技信息技术的注入更为电力提供了发展的基础和保障，它渗入到电力系统的正常运行和高效管理服务。

电力系统使用的电力设施具有一个明显的特点，就是分散地分布在一个特定的地理范围上(如一个城市或一个地区)，这给电力系统的设备管理带来了很多困难。多年来，电力系统的技术人员与管理人员，为了管好设备应用和进行电力设计创造了多种先进的方法，特别是使用计算机技术结合地理信息系统（GIS）技术而研发的软件技术的应用更为电力系统的设备管理和数字化电力设计提供了先进的技术手段。但是，前几年由于受到硬件设备和技术手段的限制，电力企业的计算机辅助设备管理和设计基本上处于低水平的应用阶段，主要是用数据库技术对设备的技术参数和运行参数进行管理，后期虽然应用了如AUTOCAD一类的图形处理技术来绘制线路走向图或进行某种工程设计，很显然这些应用与电力系统的数据库管理是脱节的，图形和数据信息不能充分共享，因为简单的图形处理技术更无法将地理信息应用到设备管理上。

目前，电力系统GIS技术得到了蓬勃发展，并在大规模地形显示、空间数据管理和空间数据分析等方面都取得了突破性的进展，因而为研究新一代交互式、可视化的输、变电设备管理系统提供了技术条件。

2、电力系统可视化研究意义

电力系统可视化技术从计算机科学出发，渗透到各个学科领域。诸如在电力、建筑、交通、医学等领域，电力系统可视化技术可以提高决策者的预见性，能够对其质量和成果进行前期的评估，避免不必要的浪费和损失。

对电力系统世界的可视化是以GIS为前提的，地面模型和大范围场景模型的建立离不开GIS，两者只有充分结合，才能实现真正的电力系统可视化。

随着电力系统的发展，面对越来越密织的电网，复杂的电力设备，时刻变化的负荷信息，以及人们对供电质量、环保、电力市场化体制改革等问题的日益关注，传统电网管理方式已经很难满足电网的建设和安全经济运行要求，电力规划、运行、营业部门必须对极其庞大繁杂的信息进行采集、存储、分析和快速处理。为了实现输配电网改造和发展的合理规划，提高电能的质量和供电可靠性，降低线损，提高电力设备运行的安全性、经济性，需要将现代化的计算机和通讯技术用于电网的管理，将各种图形、地图、数据信息统一共享。

3、电力系统的可视化仿真研究

电力系统可视化应用过程中，涉及到大量数据集成管理、电力系统地球平台建设、电力系统模型建立、系统集成管理等工作，基于细节层次技术的电力系统场景表达、电力系统建模技术、体—面一体化渲染技术、电力系统电力拓扑关系分析技术等是完成这些工作的关键技术。基于细节层次技术的电力系统电力仿真场景表达

构建电力系统仿真场景的基础是高分辨率的遥感影像数据和数字地形数据。高分辨率遥感影像数据在电力行业应用中为电力设计工作提供基本的空间场景和基本的空间地理要素基础。通过对高分辨率遥感影像进行图像要素分析，可以建立起电力设计的基础仿真环境。

细节层次技术（LOD）是将原始的多面体建立面片模型，并根据视景远近不同，对原始的面片几何模型按不同的逼近程度进行简化，以减少面片结构中的拓扑边和结构面的数量，从而达到在不影响视觉效果的情况下降低数据复杂程度和IO吞吐量的目的，从而提高多面体数据的访问和渲染效率。

在电力系统虚拟仿真（VR）系统中采用LOD技术，可以在现有网络环境和硬件条件下，在能够保障高精度电力系统模型的仿真程度和VR体验感受的基础上，大幅度的提高了电力系统场景及场景模型的绘制效率。从而实现了基于海量数据的大区域电力系统虚拟场景的构建以及大区域场景的高速浏览，为实现站场、基地、小区、城市的数字化仿真打下了基础。

基于高分辨率遥感影像数据的图像分析结果，有助于建立起目标区域内地理地形分类范式，在数字地球上提供基于要素分析和空间分析的电力设计功能，使得电力设计整体工作更加科学和快速，电网建设设计成本降低，并使得最终的数字化选线设计工作成果能够快速进行数字化移交。而以往在1：5万地形图上进行电力设计，由于地形图数据更新太慢，地形图数据大部分都很陈旧，而实际现场真实情况变化很大，室内设计的电网线路路径到现场往往发现不理想，调、接幅度较大，需要改线调查，增加投资。

4、图数综合可视化仿真的关键技术

电力设计的电力系统可视化，是指在电力设计过程中，不但设计过程是基于ArcGIS技术平台的，而且也要求电力设计所涉及的各种资源对象的电力系统可视化仿真显示。Sheppard提出了电力系统可视化需要遵守的五条基本原则，即代表性、精确性、可信度、清晰度和无偏见性。目前常用的电力系统可视化技术有以下几种。第一，计算机透视图法，这种方法的拟真性较差；第二，计算机影像编修法；第三，计算机绘图及3D模型，其适用性较差；第四，计算机模型及影像合成；第五，录像仿真法，其适用性较差；第六种，虚拟现实法。在辽宁电网实际建设工作中，我们使用了基于融合了虚拟现实（VR）技术和计算机软件DirectX电力系统渲染技术来实现电力设计的电力系统可视化。

电力设备模型具有数据海量、密度大、精度高等特点，因而在实际的电力系统数字地理信息系统的建设中，我们采用利用细节层次模型技术结合金字塔技术，实现快速高效的海量地形、自然环境在电力系统环境下的渲染问题，研究地形匹配技术，实现设施、设备等对象模型与地形模型的结合问题。利用粒子模型、骨骼动画技术解决设备状态、气象变化等电力系统特效展现问题。利用电力系统曲线、曲面拟合算法实现电力线、电网生产、电网管理过程的图形绘制问题。利用负载平衡技术，解决在网络环境下多级快速获取、浏览数据的问题。

5、结语

电力系统可视化的发展，缩短了现实世界和计算机虚拟世界的差距，并且拓宽了人们的视野，不仅使人们更加清楚地认识这个世界，还为人们改造世界提供了很好的指导作用。

随着计算机、ArcGIS、VR、遥感等技术以及国民经济的快速发展，经过多年来的努力，我国的电力企业已经开发了一批适合中国电力行业设计、生产和管理实际的GIS应用系统，并在电力设计、生产和管理上发挥了重要作用。就目前电力信息化发展的趋势和全国城市级字化建设的进程来看，加快和提高电力ArcGIS应用系统的建设，是电力企业提高管理水平、提升服务水平和电力产业水平的技术发展的需要，也是国家整体信息化发展的必然趋势。

参考文献

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[2]隋博.新时期变电站视频监控系统的建设研究[J].电力信息化,2011,9.

[3]崔燕明,刘孝先,马超,等.电网视频监控系统及接口技术标准[J].电力系统自动化,2010,34(20).