电力系统参数的可视化研究
|
摘要
随着电力系统规模的不断扩大，它的运行状态也越来越复杂多变，调度人员在工作中需要处理大量的数据，任务繁重。随着能量管理系统(EMS)高级应用软件的不断完善和计算机计算速度的不断提升，各种分析计算结果源源不断地产生；电力系统的发展(如系统互联、电力市场化)，也使得经济类数据大量地涌现出来。现有EMS中的数据显示方式已经不能满足实际需要。因此，如何合理地显示大量数据，减轻调度人员工作强度和提高工作效率，已成为急待解决的问题。
可视化技术是八十年代后期随着计算机技术发展而出现的一个新兴研究领域。它的主要目的是更加有效的分析和处理越来越多的科学和工程数据，提高工作效率，促进科学和工程技术的发展。
本文结合可视化技术与计算机技术，对电力系统参数的显示问题进行了深入的研究，设计了一个电力系统参数的可视化软件。本系统以Windows XP为开发平台，以Visual C++6.0为开发工具，数据库部分使用的是SQL Server 2000，以面向对象技术作为设计思想，采用模块化程序设计方法，具有一定的通用性。
本文首先介绍了可视化软件技术的发展过程，结合电力系统自身的特点和实际要求，完成了电力系统参数可视化软件的总体框架，规划了本软件的组成模块以及各模块之间的关系；并将系统分为图形绘制平台和运行部分；接着对于系统各个部分所用到的关键技术进行了阐述，重点对面向对象技术、图形技术和数据库技术等进行了详细的说明。
在图形绘制平台部分用到了图形技术，主要是运用GDI函数绘制基本的图元，并实现了图元的拾取、复制、粘贴等编辑功能；在数据库设计方面，重点介绍了视图与数据库接口方面的知识，通过ADO来连接图元参数与数据库里的数据；最后介绍了数据显示技术的实现，包括动态箭头的显示、饼形图的可视化和三维可视化的显示。在这些技术的基础上，实现了电力系统的潮流可视化和母线的电压幅值三维可视化，并结合运行实例，在IEEE 36节点的单线图上进行了验证。
With the development of power system, its operating state is more and more complex. The operators need to deal with a great deal of data, whose tasks are heavy. With the improving of the application software of energy management system (EMS) and the increasing of the computer calculating speed, kinds of results come into being. The development of power system brings a great deal of economic data. The present method of displaying data cannot be satisfactory. So a good way is needed to display the data so as to improve the operators' working efficiency.
The visualization technology is a new research domain with the developing of the computer technology at the end of the 1980s. It is used to analyze and deal with an immense amount of information and to improve working efficiency.
This paper carries through a deep research on the display of data in power system combining the visualization technology and computer technology, and has successfully designed the visualization software of data in power system. The system is designed regarding Windows XP as operation system, and Visual C++ 6.0 as developing tool, and SQL Server 2000 as database. The system have the characteristic of modularization, and have universal property, its planning idea is object - oriented technology.
This paper mainly illustrates the design progress of the visualization technology and accomplishes the overall structure of the visualization software of data according to the features and requirements of power system, and makes out the composing modules and the relationships between them; The system is divided into two parts: configuring platform and running platform; Then the paper focuses on the key techniques used in each part of the system emphasizing the Object-Oriented technique, graph technique and database technique.
Graph technique is mainly used in the part of graph configuration. It mainly refers to drawing with GDI functions, and carries out the functions of collect, copy, paste and so on; At the aspect of database it manly introduces the knowledge of the view and database interface , and connects the data between the figure and database using ADO; Finally, the paper introduces the technique of data display, including the display of dynamic arrows, pie and three-dimension. Based on these visualizations technologies, visualizations in the power flow and bus voltage three-dimension are implemented. The characteristics of software are shown in concrete application combining with running example on IEEE 36.
可视化技术是八十年代后期随着计算机技术发展而出现的一个新兴研究领域。它的主要目的是更加有效的分析和处理越来越多的科学和工程数据，提高工作效率，促进科学和工程技术的发展。
本文结合可视化技术与计算机技术，对电力系统参数的显示问题进行了深入的研究，设计了一个电力系统参数的可视化软件。本系统以Windows XP为开发平台，以Visual C++6.0为开发工具，数据库部分使用的是SQL Server 2000，以面向对象技术作为设计思想，采用模块化程序设计方法，具有一定的通用性。
本文首先介绍了可视化软件技术的发展过程，结合电力系统自身的特点和实际要求，完成了电力系统参数可视化软件的总体框架，规划了本软件的组成模块以及各模块之间的关系；并将系统分为图形绘制平台和运行部分；接着对于系统各个部分所用到的关键技术进行了阐述，重点对面向对象技术、图形技术和数据库技术等进行了详细的说明。
在图形绘制平台部分用到了图形技术，主要是运用GDI函数绘制基本的图元，并实现了图元的拾取、复制、粘贴等编辑功能；在数据库设计方面，重点介绍了视图与数据库接口方面的知识，通过ADO来连接图元参数与数据库里的数据；最后介绍了数据显示技术的实现，包括动态箭头的显示、饼形图的可视化和三维可视化的显示。在这些技术的基础上，实现了电力系统的潮流可视化和母线的电压幅值三维可视化，并结合运行实例，在IEEE 36节点的单线图上进行了验证。
With the development of power system, its operating state is more and more complex. The operators need to deal with a great deal of data, whose tasks are heavy. With the improving of the application software of energy management system (EMS) and the increasing of the computer calculating speed, kinds of results come into being. The development of power system brings a great deal of economic data. The present method of displaying data cannot be satisfactory. So a good way is needed to display the data so as to improve the operators' working efficiency.
The visualization technology is a new research domain with the developing of the computer technology at the end of the 1980s. It is used to analyze and deal with an immense amount of information and to improve working efficiency.
This paper carries through a deep research on the display of data in power system combining the visualization technology and computer technology, and has successfully designed the visualization software of data in power system. The system is designed regarding Windows XP as operation system, and Visual C++ 6.0 as developing tool, and SQL Server 2000 as database. The system have the characteristic of modularization, and have universal property, its planning idea is object - oriented technology.
This paper mainly illustrates the design progress of the visualization technology and accomplishes the overall structure of the visualization software of data according to the features and requirements of power system, and makes out the composing modules and the relationships between them; The system is divided into two parts: configuring platform and running platform; Then the paper focuses on the key techniques used in each part of the system emphasizing the Object-Oriented technique, graph technique and database technique.
Graph technique is mainly used in the part of graph configuration. It mainly refers to drawing with GDI functions, and carries out the functions of collect, copy, paste and so on; At the aspect of database it manly introduces the knowledge of the view and database interface , and connects the data between the figure and database using ADO; Finally, the paper introduces the technique of data display, including the display of dynamic arrows, pie and three-dimension. Based on these visualizations technologies, visualizations in the power flow and bus voltage three-dimension are implemented. The characteristics of software are shown in concrete application combining with running example on IEEE 36.
引文
[1] 陈玮，罗毅，涂光瑜等．动态监视下电力系统状态的可视化．电力系统自动化，2004，28(8)：68-71
[2] Overbye T J, Weber J D, Pattern K J. Analysis and Visualization of Market Power in Electric Power Systems. In: Proceedings of the 32nd Annual Hawaii International Conference on System Seciences. 199.10
[3] Weber J D, Overbye Y J. Voltage Contours for Power System Visualization. IEEE Trans on Power Systems, 2000,15(1):404-409
[4] Overbye T J, Wiegmann D A, Sun Y. Human Factors Aspects of Power System Voltage Contour Visualization. IEEE Trans on Power Systems, 2003,18(1): 76-82
[5] Power World Corporation. Power World Retriever User's Guide. http://www.powerworld.com
[6] Thomas J. Overbye. Power System Visualization. Thomas J. Overby. 电力系统自动化，2005，29(16)：60-65
[7] 胡之武，邱家驹，王康元．电力系统节点运行数据等高线可视化实现方法．电力系统自动化，2005，29(8)：55～59
[8] 赵贺，吕阳，李卫东．电力系统运行状态的耦合多屏显示．电网技术，2005，29(17)：44-48
[9] 韩祯祥，吕捷，邱家驹．科学计算可视化及其在电力系统中的应用前景．电网技术，1996，20(7)：22-27
[10] McCormick B H, DeFanti T A, Brawn M D, et al. Visualization in Scientific Computing Graphics, 1987,21 (6), Special Issue
[11] DeFanti T A, Brown M D, McCormick B H. Visualization: Expanding Scientific and Engineering Research Opportunities. IEEE Computer, 1989,22(8):12～25
[12] 王兴，朱文东，谢开等，可视化的微机电网操作模拟软件包，电网技术，1995，15(8)：48-50
[13] 栗然，张光华，卢锦玲等，可视化环境吓的配电网操作票通用化实现，电力系统自动化，2001，25(10)：47-50
[14] 张伏生，王海坤，马林国，可视化的配电网线损计算与管理系统，继电器，2001，29(11)：27-31
[15] 廖小平，韦元养，钟志华，用户自主式的通用开票可视化设计系统，电力系统自动化，2001，25(12)：48-50
[16] 王天华，范明天，王平洋等．基于地理信息系统平台的配电网空间负荷预测．电网技术，1999．，23(5)：42-47
[17] 刘娆，李卫东，吕阳．电力系统运行状态可视化技术综述．电力系统自动化，2004，28(8)：92-99
[18] Gronquist J, Sethares W, Alverado F, et al. Animated vectors for Visualization of Power System Phenomena, IEEE Transaction on Power Systems, 1996, 11(1): 267-273
[19] 唐陇军，邱家驹．基于3维地理信息系统的输电线路管理系统．电网技术，2003，27(10)：43-47
[20] 候凯元，闵勇，陈磊．基于轨迹方法的简单电力系统稳定域的可视化．电力系统自动化，2004，28(11)：22-27
[21] 杨光编译．电网可视化技术．国际电力，2004，8(2)：45-47
[22] Richard Johnsonbaugh，Martin K．面向对象程序设计．北京：机械工业出版社，2003：3-378
[23] 刘弘，刘希玉．面向对象程序设计．北京：清华大学出版社，2005：282-412
[24] Hearn D．计算机图形学．北京：电子工业出版社，2005：1-63
[25] 曾长军．SQL Server数据库原理及应用．北京：人民邮电出版社，2005：14-162
[26] 邹丰益，陈小兵，赵永峰．SQL Server 2000培训教程．北京：清华大学出版社，2002：94-162
[27] 郑阿奇，丁有和．Visual C++教程．北京：机械工业出版社，2004：1-251
[28] 朱振元，朱承．C++程序设计与应用开发．北京：清华大学出版社，2005：1-124
[29] 戴锋．Visual C++程序设计基础．北京：清华大学出版社，2001：307-389
[30] 朱晴婷，黄海鹰，陈莲君．Visual C++程序设计．北京：清华大学出版社，2004：26-312
[31] 李于剑．Visual C++实践与提高—图形图像编程篇．北京：中国铁道出版社，2001：1-39
[32] 刘莉，霍利民，等．面向对象的电力系统图形软件的设计与实现．长沙电力科学院学报(自然科学版)，2004，19(4)：58-61
[33] 刘秀玲，陈超英，常光宇．电力系统可视化图形生成系统．电力系统及其自动化学报，2001，13(5)：33-35
[34] 高嬿，孟祥萍，宫清先．实用的可视化电力系统软件的开发与应用．中国电力，2005，38(4)：67-69
[35] 孟繁晶，刘刀桂．Visual C++实践与提高—数据库篇．北京：中国铁道出版社，2001：415-502
[36] 郭培源．电力系统自动控制新技术．北京：科学出版社．2001：128-153
[37] 孟祥萍，高嬿．电力系统分析．高等教育出版社．2004
[38] 熊信银，张步涵．电力系统工程基础．武汉：华中科技大学出版社．2005：209-295
[39] 刘天琪．邱晓燕．电力系统分析理论．北京：科学出版社2004：1-147
[40] 杨帆，丁坚勇．配电网电力生产管理信息系统．高电压技术，2005，31(9)78-80
[41] 王健，卢娟．可视化编程在电力系统测控技术中实现．电力自动化设备，2004，24(2)：92-95
[42] 徐国智，汪孝萱．Visual C++数据库开发实例精粹．北京：电子工业出版社，2006：15-88
[43] 王宏，李玉东，李罡．Visual C++实战演练．北京：人民邮电出版社，2000：50-143
[44] Bruce Eckel．C++编程思想．北京：机械工业出版社，2002：47-142
[45] 启明工作室编著．Visual C++_+数据库应用实例完全解析．北京：人民邮电出版社，2006：1-37
[46] 杨富国，王浩，唐巧琪等．Visual C++程序开发案例解析．北京：清华大学出版社；北京交通大学出版社，2006：59-112
[47] 明日科技，王瑞，于速等．Visual C++数据库系统开发完全手册．北京：人民邮电出版社，2006：177-258
[2] Overbye T J, Weber J D, Pattern K J. Analysis and Visualization of Market Power in Electric Power Systems. In: Proceedings of the 32nd Annual Hawaii International Conference on System Seciences. 199.10
[3] Weber J D, Overbye Y J. Voltage Contours for Power System Visualization. IEEE Trans on Power Systems, 2000,15(1):404-409
[4] Overbye T J, Wiegmann D A, Sun Y. Human Factors Aspects of Power System Voltage Contour Visualization. IEEE Trans on Power Systems, 2003,18(1): 76-82
[5] Power World Corporation. Power World Retriever User's Guide. http://www.powerworld.com
[6] Thomas J. Overbye. Power System Visualization. Thomas J. Overby. 电力系统自动化，2005，29(16)：60-65
[7] 胡之武，邱家驹，王康元．电力系统节点运行数据等高线可视化实现方法．电力系统自动化，2005，29(8)：55～59
[8] 赵贺，吕阳，李卫东．电力系统运行状态的耦合多屏显示．电网技术，2005，29(17)：44-48
[9] 韩祯祥，吕捷，邱家驹．科学计算可视化及其在电力系统中的应用前景．电网技术，1996，20(7)：22-27
[10] McCormick B H, DeFanti T A, Brawn M D, et al. Visualization in Scientific Computing Graphics, 1987,21 (6), Special Issue
[11] DeFanti T A, Brown M D, McCormick B H. Visualization: Expanding Scientific and Engineering Research Opportunities. IEEE Computer, 1989,22(8):12～25
[12] 王兴，朱文东，谢开等，可视化的微机电网操作模拟软件包，电网技术，1995，15(8)：48-50
[13] 栗然，张光华，卢锦玲等，可视化环境吓的配电网操作票通用化实现，电力系统自动化，2001，25(10)：47-50
[14] 张伏生，王海坤，马林国，可视化的配电网线损计算与管理系统，继电器，2001，29(11)：27-31
[15] 廖小平，韦元养，钟志华，用户自主式的通用开票可视化设计系统，电力系统自动化，2001，25(12)：48-50
[16] 王天华，范明天，王平洋等．基于地理信息系统平台的配电网空间负荷预测．电网技术，1999．，23(5)：42-47
[17] 刘娆，李卫东，吕阳．电力系统运行状态可视化技术综述．电力系统自动化，2004，28(8)：92-99
[18] Gronquist J, Sethares W, Alverado F, et al. Animated vectors for Visualization of Power System Phenomena, IEEE Transaction on Power Systems, 1996, 11(1): 267-273
[19] 唐陇军，邱家驹．基于3维地理信息系统的输电线路管理系统．电网技术，2003，27(10)：43-47
[20] 候凯元，闵勇，陈磊．基于轨迹方法的简单电力系统稳定域的可视化．电力系统自动化，2004，28(11)：22-27
[21] 杨光编译．电网可视化技术．国际电力，2004，8(2)：45-47
[22] Richard Johnsonbaugh，Martin K．面向对象程序设计．北京：机械工业出版社，2003：3-378
[23] 刘弘，刘希玉．面向对象程序设计．北京：清华大学出版社，2005：282-412
[24] Hearn D．计算机图形学．北京：电子工业出版社，2005：1-63
[25] 曾长军．SQL Server数据库原理及应用．北京：人民邮电出版社，2005：14-162
[26] 邹丰益，陈小兵，赵永峰．SQL Server 2000培训教程．北京：清华大学出版社，2002：94-162
[27] 郑阿奇，丁有和．Visual C++教程．北京：机械工业出版社，2004：1-251
[28] 朱振元，朱承．C++程序设计与应用开发．北京：清华大学出版社，2005：1-124
[29] 戴锋．Visual C++程序设计基础．北京：清华大学出版社，2001：307-389
[30] 朱晴婷，黄海鹰，陈莲君．Visual C++程序设计．北京：清华大学出版社，2004：26-312
[31] 李于剑．Visual C++实践与提高—图形图像编程篇．北京：中国铁道出版社，2001：1-39
[32] 刘莉，霍利民，等．面向对象的电力系统图形软件的设计与实现．长沙电力科学院学报(自然科学版)，2004，19(4)：58-61
[33] 刘秀玲，陈超英，常光宇．电力系统可视化图形生成系统．电力系统及其自动化学报，2001，13(5)：33-35
[34] 高嬿，孟祥萍，宫清先．实用的可视化电力系统软件的开发与应用．中国电力，2005，38(4)：67-69
[35] 孟繁晶，刘刀桂．Visual C++实践与提高—数据库篇．北京：中国铁道出版社，2001：415-502
[36] 郭培源．电力系统自动控制新技术．北京：科学出版社．2001：128-153
[37] 孟祥萍，高嬿．电力系统分析．高等教育出版社．2004
[38] 熊信银，张步涵．电力系统工程基础．武汉：华中科技大学出版社．2005：209-295
[39] 刘天琪．邱晓燕．电力系统分析理论．北京：科学出版社2004：1-147
[40] 杨帆，丁坚勇．配电网电力生产管理信息系统．高电压技术，2005，31(9)78-80
[41] 王健，卢娟．可视化编程在电力系统测控技术中实现．电力自动化设备，2004，24(2)：92-95
[42] 徐国智，汪孝萱．Visual C++数据库开发实例精粹．北京：电子工业出版社，2006：15-88
[43] 王宏，李玉东，李罡．Visual C++实战演练．北京：人民邮电出版社，2000：50-143
[44] Bruce Eckel．C++编程思想．北京：机械工业出版社，2002：47-142
[45] 启明工作室编著．Visual C++_+数据库应用实例完全解析．北京：人民邮电出版社，2006：1-37
[46] 杨富国，王浩，唐巧琪等．Visual C++程序开发案例解析．北京：清华大学出版社；北京交通大学出版社，2006：59-112
[47] 明日科技，王瑞，于速等．Visual C++数据库系统开发完全手册．北京：人民邮电出版社，2006：177-258