蒙红发

摘   要：随着电网的不断发展，可视化技术已逐步運用于电网系统中，使得工作人员能够更加直观地了解配电网各个位置的相关信息。配电网运行状态实时监控数据可视化的发展和应用，无论是在电网的实时监控，还是在电网运行信息的分析管理等方面都发挥着重要作用。因此，文章将进行相关研究，为配电网运行状态数据可视化提供理论支持。

关键词：配电网;运行状态;实时监控;数据;可视化

随着我国经济的不断发展和电力市场的不断完善，对于电力的需求也越来越大。随之，配电网的组网结构愈加复杂，组网规模也在逐渐扩大，配电网需要处理的数据量也越来越大。在数据量日益庞大的网络环境下，相关工作人员的工作量也在不断加大。所以，要想保证工作人员的工作效率和数据处理的准确性，配电网参数运行可视化技术得到了推广和应用，借助该技术能够实现将数据转化成图片，使数据更加直观、具象化，帮助运行人员迅速找出关键数据，提高工作效率、保证工作质量。

1    配电网运行参数可视化技术的基本原理

配电网在发展中逐渐实现运行参数的可视化，通常采用的方法有两种。

（1）借助仿真软件对实际的电路进行仿真处理，使其能够通过图片的形式展示出来。（2）基于能量管理系统（Energy Management System，EMS）或是配电管理系统（Distribution Management System，DMS），通过软件包实现可视化。借助地理信息系统平台功能和模块实现可视化，或者是独立开发。无论哪一种，在开发和使用过程中都应该遵守国际电工技术委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）制定的IEC61970（与能量管理系统的接口标准）与IEC61978（与配电管理系统的接口标准）。

其中，IEC组织对于电力系统图形标准进行了统一，统一使用可缩放的矢量图形（Scalable Vector Graphics，SVG）技术。万维网组织联盟在运行参数规定中统一了标准，即要基于可扩展标记语言（eXtensible Markup Language，XML）的矢量图形技术。SVG技术能够实现对不同对象的独立程序编写，最终实现配电网运行状态参数的可视化。

2    数据可视化设计原则

数据可视化设计的目标明确，其在开发和实际应用中应该根据数据对象进行实用性设计，保证得到的结果真实、有效。相对于传统信息而言，数据信息具有多维度、全覆盖的特点，借助可视化技术能够体现出多种信息。所以，可视化设计首先要对客户的需求进行调查和分析，根据其需求筛选出需要的重点数据，选取合适的可视化数据形式。由此，可视化的结果能够实现需求信息的强调，剔除无关或关联较少的数据，进而反映出事件的相似和差异，判定业务运行是否正常。借助数据可视化能够快速发现问题所在，获得科学、合理的可视化方案，保证数据监控的有效性和便捷性。

要进行数据可视化的界面设计，不仅要遵循设计心理学原则，还需要按照交互设计原则进行设计。其中，设计心理学是心理学的分支学科，在设计中对人机交互设计具有指导意义。随着近几年设计行业的发展，用户体验越来越成为设计的重要方向，这就更需要在设计中注重设计心理学的深入，为用户创建良好的人机交互环境，通过科学手段提高用户体验。在人机交互设计中，应该针对各类限制性因素进行考量，保证用户在使用过程中能够看到各种可行操作，方便用户根据自我意图完成所需操作，达到自然匹配的效果。

总而言之，数据可视化设计，无论是在图形表现形式上，还是在功能服务上都应该注重用户控制感，将信息量控制在较易理解的范围内，减少需要的关注点。例如，在进行数据追踪的过程中，可以将需要的数据进行实时、动态处理，生成单一信息图表，并且将需要的数据进行整理，表现出数据的变化。而对于需要分析的数据，应该根据需要整理出检索和交互式图标，注重数据的关联度体现。最后，针对说明型数据，应该通过色彩、字体等方法营造数据的冲击力，帮助用户快速理解说明型数据。

随着可视化技术的发展和完善，对于不同数据的需求也越来越不同，所以，数据也需要各种不同的展示方式。要实现数据的可视化，首先，要确定必须展示的数据内容，了解需要展现的目标，便于充分展示数据。此外，还需要注重数据展现形式的美感和可读性，保证数据在可视化处理之后更具实用性。

3    线路型数据的二维可视化

配电网运行过程中，需要不同类型的数据来满足系统不同的功能，据此，将数据分为节点型和线路型数据。其中，线路型数据指的是线路潮流计算的相关数据，大多数需要通过箭头等来表示潮流方向，然后，用饼图或者柱状图来体现数据的大小。而对于节点型数据，指的主要是配电网运行需要的节点参数，其主要的表现形式是等高线、柱状图或者双柱状图。

3.1  线路型数据圆饼图画法

饼状图的绘制步骤主要有以下几步：确定饼状图的3要素，点、直线和圆弧。能够解析XML文档，获取配电网运行的相关参数。将获得数据转化成图形，确定圆弧的终点。

在SVG中要进行圆弧的绘制，需要按绘制点、绘制线以及绘制圆弧的指令进行。其中，M（绘制点指令）和L（绘制线指令）主要负责给出点的左边和连线任务，但是，A（绘制圆弧指令）需要确定长轴长度、短轴长度、圆弧与水平方向夹角、圆弧绘制方向以及终点坐标，才能最终确定饼状图，绘好后对图形进行填充就完成了。

3.2  节点型数据的二维可视化

要进行配电系统等高线的可视化，最重要的是进行节点电压参数的整理，此外，也可以对电价显示和线路负载等参数进行可视化。等高线的绘制主要有以下几个步骤：（1）数据网格化。（2）等值点的绘制和追踪。（3）等值线的绘制和光滑处理。（4）填充。

在实现数据网格化的过程中，需要完成网格的加密，来保证等高线的精度和数据的准确性。二维可视化流程如图1所示。

（1）构建Delaunay网络并加密。Delaunay网络的绘制工作，是需要经平面上离散的点组成结构合适的三角形，而且保证图形的不重叠。在Delaunay网络的构建过程中，主要有三角网生长算法、逐点插入算法和分割合并算法等方法。

（2）等值点的生成。在数据等值点确定中，可以根据函数Z=F（x，y）来确定，其中Z的值为常数h，根据不同的h值可以绘制出不同的h曲线，然后，将得到的h曲线沿Z轴投影到XOY平面上，就形成了不同的等值线。

（3）等值线的追踪。要对两条等值线的关系进行判断，就需要进行等值线的追踪，确定其是否相连。

在等值线的追踪过程中，根据要求，首先，将各等值线的端点集合分析，形成链表。在得到的集合结果中，將相邻的等值线的各端点进行标记、分析，判断其是否相等，若相等说明等值线封闭。

（4）等值线光滑处理。上述步骤完成之后，将得到的等值点序列进行连接和分析，初步形成等值曲线。然后再采用B样条曲线法、Bezier曲线法等方法进行等值线的光滑处理，保证其能够符合系统需求。

（5）构造非闭合区。将光滑处理后的曲线进行填充，对不同非闭合曲线上的Xmin点排序进行填充，并且利用上述方法，对某地配电网地理接线图进行了电压显示，结果如图2所示。

4    结语

随着信息技术的发展和大数据时代的到来，人们对于事故的认知、确定性的建立以及对未来的规划更具科学性，能够更加合理地实现资源的配置。在电网不断发展的大背景下，可视化技术已逐步运用于电网系统中，使得工作人员能够更加直观地了解配电网各个位置的相关信息，推动了配电网的发展和完善。

[参考文献]

[1]田甜.可视化电能监测管理系统的设计与实现[D].重庆：重庆大学，2016.

[2]葛贤军.主动配电网多源协同优化调度系统设计与实现[D].天津：天津大学，2016.

[3]鲍玺辰.可视化智能配电网的预警研究[D].沈阳：东北大学，2014.

[4]龚志勇.乐山配电网三维可视化计算机系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2012.

[5]赵凤英.电力地理信息系统在配电自动化中的应用研究[D].青岛：青岛大学，2006.