CN111540029A - 一种基于插值的变电站负载率可视化方法 - Google Patents

一种基于插值的变电站负载率可视化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于插值的变电站负载率可视化方法，根据变电站负载率数据和经纬度坐标数据，利用逆距离权重算法异步计算出面数据负载率值，所述面数据负载率值是指画布中每个模拟点的负载率计算值；同时计算出画布中各模拟点对应的投影位置信息；再将各模拟点的负载率计算值映射为对应的着色值，在展示界面中按各模拟点的着色值和与其匹配的投影位置进行渲染，实现可视化。本发明实现了地理区域负载率的整体成像可视化，为变电站负载率全局性监控运维及决策提供直观图像可视化支持，保障电网安全高效运行，同时还有效提升了负载率可视化的加载速度。

Description

一种基于插值的变电站负载率可视化方法
技术领域
本发明涉及一种变电站负载率可视化方法。
背景技术
随着终端用户用电量增长，电网负荷不断加大，变电站内变压器出现过载运行的情况时有发生。为及时有效掌握变电站运行良好状况，调度人员需要手动调阅变电站运行负载数据。由于变电站基数大，此过程耗时长，对变电站和电网的安全稳定运行埋下了潜在的安全隐患。
针对上述问题，中国发明专利公开号CN 106199248A公开了一种电网负载可视化实现方法及装置，提出了一种利用三维柱状图显示变压器负载率，三维饼图显示线路负载，并结合三维地理图可视化电网负载的方案。该方案较为直观的显示了电网运行负载率数据，但存在如下问题：
首先，变电站与变电站之间是相互连接的，地理区域内变电站越是临近，负载率相似度率越高，柱状图和饼图无法展现这种地理区域内变电站间负载率关联性。
其次，现有的可视化方案中，监控变压器负载平均耗时为10S，远远超出用户耐受程度，计算加载速度慢。
发明内容
本发明提出了一种基于插值的变电站负载率可视化方法，其目的是：(1)提升负载率可视化加载速度；(2)实现地理区域负载率的整体成像可视化，为变电站负载率全局性监控运维及决策提供直观图像可视化支持，保障电网安全高效运行。
本发明技术方案如下：
一种基于插值的变电站负载率可视化方法，步骤为：
(1)设置变电站负载率的梯度监测范围，根据负载率的梯度配置对应的着色方案；
(2)针对要监测的变电站信息，准备变电站负载率数据和区域内的经纬度坐标数据；
(3)根据变电站负载率数据和经纬度坐标数据，利用逆距离权重算法异步计算出面数据负载率值，所述面数据负载率值是指画布中每个模拟点的负载率计算值；同时计算出画布中各模拟点对应的投影位置信息；
(4)按步骤(1)的着色方案，将各模拟点的负载率计算值映射为对应的着色值；
(5)在展示界面中按各模拟点的着色值和与其匹配的投影位置进行渲染，实现可视化。
作为该方法的进一步改进，步骤(3)中的逆距离权重算法异步计算的具体步骤为：
(S1)初始化参数值；
(S2)在画布上建立X-Y轴坐标系，计算所需的模拟点数；
(S3)依次遍历所有模拟点，若完成遍历则转至(S8),否则转至步骤(S4)；
(S4)对于当前模拟点，遍历每个变电站；对于各变电站，计算该变电站在画布上的投影位置：
Figure BDA0002467431030000031
Figure BDA0002467431030000032
其中，R为地球半径值，lat为变电站纬度值，lng为变电站经度值，Ω为圆周率值，a、b、c和d为预设的常量值；level为地图展示比例等级；
(S5)计算当前模拟点和当前变电站之间的距离dist，如果dist值小于画布上单元格宽度值w且该变电站负载率值大于预设的maxMatchValue，则将该变电站负载率值赋予maxMatchValue，并作为该模拟点的负载率计算值的候选值，然后跳转至步骤(S4)，否则转至(S6)；
(S6)计算当前变压器对当前模拟点的逆距离权重预测值影响因子：
Figure BDA0002467431030000033
Figure BDA0002467431030000034
其中，value为当前变电站的负载率样本值；exp为预设的指数等级；
若变电站遍历完成，则将该模拟点的所有numerator和denominator分别累加，得到sum_numerator和sum_denominator，然后转至步骤(S7)，否则转至步骤(S4)；
(S7)若maxMatchValue存在有效值，则直接将maxMatchValue赋予至该模拟点的负载率计算值caculateValue，然后转至步骤(S3)；否则，根据步骤(S6)的结果计算该模拟点的负载率计算值：
Figure BDA0002467431030000041
然后跳转至步骤(S3)，继续遍历；
(S8)模拟点遍历完成后，将所有模拟点的负载率计算值返回。
作为该方法的进一步改进，步骤(S1)的参数值设置包括：设置映射画布的宽map.width和高map.height，设置地图展示比例等级level，设置需要绘制的矩形单元格的宽度w，设置变量maxMatchValue，设置逆距离插值算法参数——指数等级exp。
作为该方法的进一步改进，步骤(S2)的具体计算方法为：
Figure BDA0002467431030000042
Figure BDA0002467431030000043
numX为X轴上的模拟点数，numY为Y轴上的模拟点数，画布上的模拟点总数为points＝numX*numY。
作为该方法的进一步改进：所述梯度监测范围包含上下界临界预警范围。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：(1)本方法引入变电站“负载率场”的概念，将离散点数据拓展为平面数据，使用逆距离权值插值算法客观地模拟了变电站间负载率的相互影响关系，从变电站点监控升级为区域整体监控，视觉效果好，为电网运行决策提供有力支撑；(2)通过一次性整体遍历计算插值点，有效提升了变电站负载率可视化数据加载速度，克服了现有柱状图、饼图和扇形区域渲染方案耗时长的问题，实现了变电站负载率成像可视化计算加载效率的有效提升。
附图说明
图1为本发明中逆距离权重算法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的技术方案：
一种基于插值的变电站负载率可视化方法，步骤为：
(1)设置变电站负载率的梯度监测范围，根据负载率的梯度配置对应的着色方案；所述梯度监测范围包含上下界临界预警范围。
本实施例中，根据变电站负载率值高低，设置range[0,10]之间为界的梯度值，为有效识别变电站运行负荷状况，以及方便后续着色方案设计，将上述梯度值依照负载率的高低划分为四个相对独立的子区间：
超低功率运行状态subrange[0,2]，简称Low；
正常功率运行状态subrange(2,6]，简称Middle；
较高功率运行状态subrange(6,8]，简称High；
超高功率运行状态subrange(8,10]，简称Extra；
其中，Low被定义为临界下限预警范围，Extra被定义为临界上限预警范围。
着色方案：Low区间选取依次加深的RGB白灰渐进色填充0、1、2三个着色点；Middle区间选取依次加深的RGB绿色渐进色填充3、4、5、6四个着色点；High区间选取依次加深的RGB黄色渐进色填充7、8两个着色点；Extra区间选取依次加深的RGB红的渐进色填充9、10两个着色点。
(2)针对要监测的变电站信息，准备变电站负载率数据和区域内的经纬度坐标数据。
选取确定要监测的变电站电压等级[10kV,30kV,220kV,…]类型信息，将其作为参数调用平台接口，获取该电压类型所涉及变电站的当前负载率和经纬度信息，并存入substationInfos变量中，以备后续步骤使用。
(3)根据变电站负载率数据和经纬度坐标数据，利用逆距离权重算法异步计算出面数据负载率值，所述面数据负载率值是指画布中每个模拟点的负载率计算值；同时计算出画布中各模拟点对应的投影位置信息。
如图1，上述逆距离权重算法异步计算的具体步骤为：
(S1)初始化参数值，包括：设置映射画布的宽map.width和高map.height，设置地图展示比例等级level，设置需要绘制的矩形单元格的宽度w，设置变量maxMatchValue，设置逆距离插值算法参数——指数等级exp；
(S2)在画布上建立X-Y轴坐标系，计算所需的模拟点数；
具体计算方法为：
Figure BDA0002467431030000061
Figure BDA0002467431030000062
numX为X轴上的模拟点数，numY为Y轴上的模拟点数，画布上的模拟点总数为points＝numX*numY；
(S3)沿从左至右、从上至下的顺序，依次遍历所有模拟点，若完成遍历则转至(S8),否则转至步骤(S4)；
(S4)对于当前模拟点，遍历每个变电站数据substationInfos，对于各变电站，计算该变电站在画布上的投影位置：
Figure BDA0002467431030000071
Figure BDA0002467431030000072
其中，R为地球半径值，lat为变电站纬度值，lng为变电站经度值，Ω为圆周率值，a、b、c和d为预设的常量值，依次取常量值：2.495320233665337，0.5，-2.495320233665337，0.5；level为地图展示比例等级；
(S5)计算当前模拟点和当前变电站之间的距离dist，如果dist值小于画布上单元格宽度值w且该变电站负载率值大于预设的maxMatchValue，则将该变电站负载率值赋予maxMatchValue，并作为该模拟点的负载率计算值的候选值，然后跳转至步骤(S4)，否则转至(S6)；
(S6)根据逆距离权重规则及区域内相邻相连变电站负载率影响因素：地理区域内距离近变电站负载率值比距离远的变电站负载率值相互影响性更强，计算当前变压器对当前模拟点的逆距离权重预测值影响因子：
Figure BDA0002467431030000073
Figure BDA0002467431030000081
其中，value为当前变电站的负载率样本值；exp为预设的指数等级；
若变电站遍历完成，则将该模拟点的所有numerator和denominator分别累加，得到sum_numerator和sum_denominator，然后转至步骤(S7)，否则转至步骤(S4)；
(S7)若maxMatchValue存在有效值，则直接将maxMatchValue赋予至该模拟点的负载率计算值caculateValue，然后转至步骤(S3)；否则，根据步骤(S6)的结果计算该模拟点的负载率计算值：
Figure BDA0002467431030000082
caculateValue计算过程中，通过对距离因素相除，实现了距离越近变电站数据对模拟值影响越大、反之影响越小的处理效果，从而使计算结果与变电站之间是相互连接的、地理区域内变电站越是临近负载率相似度率越高这些基本事实相匹配。
然后将所得caculateValue值追加至data容器中，跳转至步骤(S3)，继续遍历；
(S8)模拟点遍历完成后，将所有模拟点的负载率计算值返回。
(4)按步骤(1)的着色方案，将各模拟点的负载率计算值映射为对应的着色值。
本实施例中，调用梯度函数gradient，将步骤(1)中的梯度值range[1,10]和对应着色方案值作为参数传入，生成颜色梯度序列seriesColor。将步骤(3)生成的负载率值(data容器)依次与颜色梯度序列seriesColor相互匹配，得到所需的着色数据，供后续使用。
(5)在展示界面中按各模拟点的着色值和与其匹配的投影位置进行渲染，实现可视化。
具体的渲染过程为：按照上述步骤(3)中(S2)的顺序(从左至右，从上至下)循环遍历，在遍历过程中按照先入先出原则依次提取data数据中的着色值，并根据所需绘制单元格的宽度w着色绘制矩形框。从左至右、从上至下将所有矩形绘制完毕，完成变电站负载率可视化工作。
将如上可视化方法，实施于生产环境下，在画布宽和高map取值800*800px，地图展示比例等级level为9级，矩形单元格的宽度w为2px,指数等级exp取3的情况下，该可视化过程相关耗时如下:
表1负载率可视化耗时
变电站数目 负载可视化耗时(S)
35kV变电站 77 2.86
110kV变电站 248 3.63
220kV变电站 123 3.38
通过表1可以看出，变电站负载率可视化耗时控制在了用户可耐受程度的范围内，较已有技术方案明显提升了计算加载速度。并且该方案实现了地理区域负载率的整体成像可视化，为变电站负载率全局性监控运维及决策提供了直观图像的可视化支持，达到了更好地保障电网安全高效运行的目的。

Claims (5)

1.一种基于插值的变电站负载率可视化方法，其特征在于步骤为：
(1)设置变电站负载率的梯度监测范围，根据负载率的梯度配置对应的着色方案；
(2)针对要监测的变电站信息，准备变电站负载率数据和区域内的经纬度坐标数据；
(3)根据变电站负载率数据和经纬度坐标数据，利用逆距离权重算法异步计算出面数据负载率值，所述面数据负载率值是指画布中每个模拟点的负载率计算值；同时计算出画布中各模拟点对应的投影位置信息；
(4)按步骤(1)的着色方案，将各模拟点的负载率计算值映射为对应的着色值；
(5)在展示界面中按各模拟点的着色值和与其匹配的投影位置进行渲染，实现可视化。
2.如权利要求1所述的基于插值的变电站负载率可视化方法，其特征在于步骤(3)中的逆距离权重算法异步计算的具体步骤为：
(S1)初始化参数值；
(S2)在画布上建立X-Y轴坐标系，计算所需的模拟点数；
(S3)依次遍历所有模拟点，若完成遍历则转至(S8),否则转至步骤(S4)；
(S4)对于当前模拟点，遍历每个变电站；对于各变电站，计算该变电站在画布上的投影位置：
Figure FDA0002467431020000011
Figure FDA0002467431020000021
其中，R为地球半径值，lat为变电站纬度值，lng为变电站经度值，Ω为圆周率值，a、b、c和d为预设的常量值；level为地图展示比例等级；
(S5)计算当前模拟点和当前变电站之间的距离dist，如果dist值小于画布上单元格宽度值w且该变电站负载率值大于预设的maxMatchValue，则将该变电站负载率值赋予maxMatchValue，并作为该模拟点的负载率计算值的候选值，然后跳转至步骤(S4)，否则转至(S6)；
(S6)计算当前变压器对当前模拟点的逆距离权重预测值影响因子：
Figure FDA0002467431020000022
Figure FDA0002467431020000023
其中，value为当前变电站的负载率样本值；exp为预设的指数等级；若变电站遍历完成，则将该模拟点的所有numerator和denominator分别累加，得到sum_numerator和sum_denominator，然后转至步骤(S7)，否则转至步骤(S4)；
(S7)若maxMatchValue存在有效值，则直接将maxMatchValue赋予至该模拟点的负载率计算值caculateValue，然后转至步骤(S3)；否则，根据步骤(S6)的结果计算该模拟点的负载率计算值：
Figure FDA0002467431020000024
然后跳转至步骤(S3)，继续遍历；
(S8)模拟点遍历完成后，将所有模拟点的负载率计算值返回。
3.如权利要求2所述的基于插值的变电站负载率可视化方法，其特征在于步骤(S1)的参数值设置包括：设置映射画布的宽map.width和高map.height，设置地图展示比例等级level，设置需要绘制的矩形单元格的宽度w，设置变量maxMatchValue，设置逆距离插值算法参数——指数等级exp。
4.如权利要求3所述的基于插值的变电站负载率可视化方法，其特征在于步骤(S2)的具体计算方法为：
Figure FDA0002467431020000031
Figure FDA0002467431020000032
numX为X轴上的模拟点数，numY为Y轴上的模拟点数，画布上的模拟点总数为points＝numX*numY。
5.如权利要求1至4任一所述的基于插值的变电站负载率可视化方法，其特征在于：所述梯度监测范围包含上下界临界预警范围。
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