（电路与系统专业论文）基于web的电网运行状态可视化关键技术研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 开究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 也个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 向个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 旦。 论文作者签名：伍肆趟 日 期：蛰i2 ：盘z 圣 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子 允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 水分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手 果存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 之作者签名：翟树导师签名：三 期：望丛型 山东大学硕士学位论文 目录 中文摘要i a 1 8 i s t r a c t i 第一章绪论1 1 1课题背景及研究意义l 1 2 国内外研究现状。2 1 3 本论文研究的问题及主要贡献2 1 4 关键技术采取的解决方案3 1 5本论文的组织结构4 第二章基于w e b 的电网可视化主要技术原理5 2 1 电网运行状态可视化方法。5 2 2w e b g l3 d 绘图标准：6 2 3 基于w e b g l 的x 3 d o m 框架。8 2 3 1 x 3 d o m 基本结构8 2 3 2场景和节点9 2 3 3事件和路出1 0 2 3 4 j a v a s c r i p t 控制。l o 2 4 w e b 应用的b s 模式lo 第三章电网模型图元库设计。1 2 3 1线路潮流饼图1 2 3 2动画潮流13 3 3颜色等值面l4 3 4 标尺i5 3 5 三维可填充圆柱1 6 第四章电网运行状态可视化系统设计1 7 4 1 基于w e b 的可视化系统结构l7 4 1 1应用s t n u t s 2 的b s 架构分析1 7 4 1 2电网可视化系统模块设计1 8 4 1 3 浏览器中电网场景的文时更新1 9 4 1 4 电网数据松散耥合2 1 4 2 电网状态细节的逐层展示2 2 4 2 1逐层展示的原因与口的2 2 4 2 2 统一图校描述( u m g f ) 2 3 4 2 3 u m g f 编辑； 需求分析2 5 4 2 4 u m g f 编辑器整体设计2 6 4 2 5 浏览器中的场景逐层展示2 8 4 3 c h r o m e 扩展对系统性能的监控2 9 第五章基于w e b 的可视化系统应用案例3l 5 1 系统的开发运行环境31 5 2 上苑供电区域2 2 0 k v 负载率案例3l 5 3 泰安供电区域负载率案例3 2 第六章结论。j 3 4 山东大学硕士学位论文 6 1 课题总结3 4 6 2改进方向一3 5 参考文献一3 6 致谢 3 9 攻读学位期间发表的学术论文目录4 0 山东大学硕：t ：学位论文 c o n te n t s a b s t r a c ti nc h i n e s e l a b s t r a c t l c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1 s u b j e c tb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e 1 1 2r e s e a r c hs t a t u s e s 2 1 3 p r o b l e m sa n dt h em a i nc o n t r i b u t i o n so f t h i sp a p e r 2 1 4t h es o l u t i o n so fi ( e yt e c h n o l o g i e s 3 1 5t h es t r u c t u r eo ft h i sp a p e r 4 c h a p t e r2m a i nt e c h n i c a ip r i n c i p l e so fw e b b a s e dg r i dv i s u a l i z a t i o n 5 ：! 1v i s u a l i z a t i o nm e t h o d sf o rr u n t i m es t a t eo fg r i d 5 2 2w e b g l3 dg r a p h i cs t l i n d a r d 6 2 3t h ew e b g l b a s e df r a m e w o r kx 3 d o m 8 2 3 1b a s i cs t r u c t u r eo f x 3 d o m j 8 2 3 2s c e n ea n dn o d e 9 2 3 3e v e n ta n dr o u t e 1o ：! 3 4c o n t r o lx 3 d o m b yj a v a s c r i p t 1 ( ) 2 4t h eb sm o d eo fw e ba p p l i c a t i o n 10 c h a p t e r3t h ed e s i g no f g r i dm o d e l sf i g u r el i b r a r y 12 3 1l i n ef l o wp i ec h a r t s 12 3 ：!a n i m a t e df l o w s ：l3 3 3 c o n t o u r i n gl i n ed a t a i z l 3 4 g a u g e i ： 3 53 dc y l i n d e r 16 c h a p t e r4d e s i g no fv i s u a l i z a t i o ns y s t e mf o rr u n - t i m e s t a t eo fg r i d 17 4 1t h es t r u c t u r eo fw e b - b a s e dv i s u a l i z a t i o ns y s t e m 17 4 1 1t h es t r u t s 2a p p l i c a t i o no fb ss t r u c t u r e 17 4 1 2g r i dv i s u a l i z a t i o ns y s t e mm o d u l e sd e s i g n 18 4 1 3r e a l t i m eu p d a t eo f t h eg r i di nb r o w s e r l9 4 1 4t h el o o s e l yc o u p l e dg r i dd a t a 21 4 2 l a y e 卜b y l a y e rd i s p l a yo fg r i ds t a t u sd e t a i l s 2 2 4 2 1 t h er e a s o na n dp u r p o s eo fl a y e r - b y l a y e rd i s p l a y 2 2 4 2 2u n i f i e dm o d e lg r a p h i cf o r m a t ( u m g f ) 2 3 4 2 3n e e d sa n a l y s i so fu m g fe d i t o r 2 5 4 2 4t h eo v e r a l is t r u c t u r eo fu m g fe d i t o r ：1 6 4 。2 5t h el a y e r - b y l a y e rd i s p l a yo fs c e n ei nb r o w s e r 2 8 4 3c h r o m ee x t e n s i o no nt h es y s t e mp e r f o r m a n c em o n i t o r i n g 2 9 c h a p t e r5 t h ea p p l i c a t i o n so fw e b - b a s e dv i s u a l i z a t i o ns y s t e m 3 l 5 1 d e v e l o p m e n ta n dr u n t i m ee n v i r o n m e n to fs y s t e m 3 l 5 2 e x a m p l eo f2 2 0 k vl o a d i n gr a t e sf o rs h a n g y u a na r e a 3 l 5 3 e x a m p l eo fl o a d i n gr a t e sf o r1 r a i a na r e a 。3 2 c h a p t e r6 c o n c l u s i o n s ：；z i 6 1t h es u m m a r yo ft h es u b i e c t 3 4 山东大学硕士学位论文 6 2 i m p r o v e m e n td i r e c t i o n s 3 5 r e f e r e n c e ：；6 a c k n o w l e d g e m e n t s 3 9 p a p e r sa n dp r o j e c t s 4 0 山东大学硕二e 学位论文 中文摘要 随着智能电网建设的不断发展，可视化系统已成为新一代智能调度系统的 重要组成部分。电网运行状态可视化就是利用计算机图形学和图形处理技术， 在屏幕上展现包含二维或三维模型的电网场景，并使其具有交互性，从而帮助 调度人员更快得掌握电网运行状态，及时处理越限事故。目前传统的电例可视 化技术已经比较完善，但由于大部分采用c s ( 客户机月艮务器) 模式，使其仍存 在大量问题，如开发周期长，部署安装所花费的人力及财力资源较高，系统版 本更新困难，维护任务量大。b s ( 汶i 览器月艮务器) 模式是一种新的w e b 应用开 发方式，系统的业务逻辑伞部在应用服务器端实现，用户通过浏览器处理业务， 降低了开发、部署、维护的成本，这种体系结构也成为目前应用软件开发的首 选。为了尽可能解决传统电网可视化系统存在的问题，提高电网可视化的应用 范围，将过去基于桌面应用程序的可视化技术应用到浏览器的需求被提上日程。 由于电力系统对于访问安全限制的需求，其w e b 应用般要避免浏览器插件的 安装，而h t m l 5 和w e b g l 标准的发布使丌发人员可以借助系统显卡在浏览 器中流畅地展示三维场景，免去开发渲染插件的麻烦，为电网可视化系统的w e b 化实现提供了优秀的平台。 本课题研究的主要目的是寻找有效、合理的方法，在w e b 环境。卜- 通过无插 件的浏览器，将电恻运行状态进行可视化展示，并对可视化系统设计过程中出 现的场景模型创建，实时电网数据获取，设备图元及其坐标描述，无级缩放， 系统性能监视等关键技术进行设计研究。从而帮助调度人员提高工作效率，在 使用过程中获得更好的用户体验。 本文首先介绍了课题的研究背景，并对系统w e b 化的可行性进行了分析。 结合基于w e b g l 的x 3 d o m 框架，研究了通过x 3 d o m 核心节点开发包含二 维及二维内容的电网模型图元库，利用j a v a s c r i p t 脚本完成w e b 交互式三维场 景制作，使用a j a x 技术实现与服务器端的异步数据交互，在浏览器端展示实 时数据等内容。系统使用b s 模式，提高了系统应用范围，减少了系统维护成 本。采用了面向服务的架构，允许组件之问通过独立的标准接口进行通信，降 低了可视化应用与数据库的耦合度。该系统还具有友盘的人机交互界而，仅需 鼠标就可完成对电网场景的缩放，实现电网细节的切换。然后本文通过上苑供 电区域案例以及泰安供电区域案例，验证了基于w e b 的电网运行状念可视化技 术的可行件和实用性。最后埘整个课题进行了总结，指 系统- i j 仍存锄：的缺陷， 以及h 后可以改进的方向。 关键词：电网运行状态；可视化：无插件； b s 模； 山东大学硕：j ：学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e l l i g e n tg r i d ，t h ev i s u a l i z a t i o ns y s t e mh a sb e e nt h e i m p o r t a n tc o m p o n e n to f n e wi n t e l l i g e n ts c h e d u l i n gs y s t e m b yu s i n gc o m p u t e rg r a p h i c s a n dg r a p h i c sp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y , t h er u n - t i m es t a t eo fg r i dv i s u a l i z a t i o nc a n d i s p l a yi n t e r a c t i v eg r i ds c e n ew h i c hc o n t a i n st w o - - d i m e n s i o n a lo rt h r e e d i m e n s i o n a l m o d e l s i tp r o v i d e sr a p i dh e l pf o ro p e r a t o r st oc o n t r o lt h er u n - t i m es t a t eo fg r i da n d s o l v et h el i m i tv i o l a t i o n s c u r r e n t l yp e o p l ed ol o t so fr e s e a r c ho nt h et r a d i t i o n a lg r i d v i s u a l i z a t i o n h o w e v e r , d u et ot h ec s ( c l i e n t s e r v e r ) m o d e ，m o s to fv i s u a l i z a t i o n s y s t e m sh a v em a n yp r o b l e m s ，s u c ha sal o n gd e v e l o p m e n tc y c l e ，t h ed e m a n do f m o r eh u m a na n df i n a n c i a lr e s o u r c e s ，t h ed i f f i c u l t yt ou p d a t es y s t e m ，m o r et a s k so f m a i n t e n a n c e t h eb s ( b r o w s e r s e r v e r ) m o d ei san e wd e v e l o p m e n tm e t h o df o rw e b a p p l i c a t i o n s i tr e a li z e st h eb u s i n e s sl o g i co na p p li c a t i o ns e r v e r , a n dt h eu s e r sc a n h a n d l et h e i rb u s i n e s sb yb r o w s e rs i m p l y b e c a u s eo ft h el o w e rc o s to fd e v e l o p m e n t ， i n s t a l l a t i o na n dm a i n t e n a n c e ，t h i sa r c h i t e c t u r ei su s e dt od e v e l o pt h ea p p l i c a t i o n s o f t w a r ea sp r e f e r r e d i no r d e rt os o l v et h ee x i s t i n gp r o b l e m si nt r a d i t i o n a lg r i d v i s u a l i z a t i o ns y s t e ma n di n c r e a s et h er a n g eo fa p p l i c a t i o n s ，t h ed r a f t i n gt e c h n i q u e s o nd e s k t o pa p p l i c a t i o n sn e e dt ob eu s e di nb r o w s e r f o rt h es a f e t yr e q u i r e m e n t sb y p o w e rs y s t e m ，i t i s s u g g e s t e dt oa v o i di n s t a l lb r o w s e rp l u g i n s t h e r e l e a s eo f h t m l 5a n dw e b g ls t a n d a r da l l o w sd e v e l o p e rt or e n d e r3 ds c e n e sa n dm o d e l si n b r o w s e r sb yu s i n gs y s t e mg r a p h i c sc a r d t h e r e f o r e ，w ee l i m i n a t et h et r o u b l et o d e v e l o pr e n d e r i n gp l u g i n a n d i t b r i n g sa ne x c e l l e n tp l a t f o r mf o rw e b - b a s e dg r i d v i s u a l i z a t i o ns y s t e m o n et a r g e to f t h i ss u b j e c ti st of i n da ne f f e c t i v ea n dr e a s o n a b l ew a yt ov i s u a l i z e t h eo p e r a t i n gg r i ds t a t ei na d d o nf r e eb r o w s e r s w ea l s od e s i g na n ds t u d ys o m ek e y t e c h n o l o g i e so fv i s u a l i z a t i o ns y s t e m ，s u c ha sb u i l d i n gm o d e l si ns c e n e ，t h er u n - t i m e g r i dd a t aa c q u i s i t i o n ，d e s c r i p t i o no fd e v i c ef i g u r e sa n dc o o r d i n a t e s ，s t e p l e s sz o o m a n ds y s t e mp e r f o r m a n c em o n i t o r i n g t hi ss u b j e c tp r o v i d e ss o m ee f f e c t i v em e t h o d s a n dab e t t e ru s e re x p e r i e n c et od i s p a t c h e r s a tf i r s t ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n do ft h i ss h b j e c ta n da n a l y z e st h e f e a s i b i l i t yo fw e b b a s e ds y s t e m t h es y s t e ma p p l i e st h ex 3 d o mf r a m e w o r kt h a t b a s eo nw e b g lt od e v e l o pb a s i cc o m p o n e n t so fg r i dm o d e l s ，w h i c hc o n t a i n s t w o - d i m e n s i o n a l ( 2 d ) a n dt h r e e d i m e n s i o n a l ( 3 d ) c o n t e n t sb yt h ec o r en o d e o f x 3 d o m i no r d e rt or e a l i z er u n - t i m ed a t ad i s p l a y , t h em o d e ld e s c r i b e si n t e r a c t i v e 山东大学硕士学位论文 3 da n i m a t i o nw i t hj a v a s c r i p ta n de x c h a n g e sa s y n c h r o n o u sd a t aw i t hs e r v e rb yu s i n g a j a xt e c h n o l o g y u s i n gb sm o d ei n c r e a s e st h er a n g eo fa p p l i c a t i o na n dr e d u c e s t h em a i n t e n a n c ec o s t s t or e d u c et h ec o u p l i n gd e g r e eo fv i s u a l i z a t i o na p p l i c m i o n s a n dd a t a b a s e s ，w eu s eas e r v i c e - o r i e n t e da r c h i t e c t u r es ot h a tt h ec o m 【p o n e n t sc a n c o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e rb yi n d e p e n d e n ta n ds t a n d a r di n t e r f a c e s t h i ss y s t e m a l s oh a saf r i e n d l yi n t e r a c t i v ei n t e r f a c et or e a l i z et h ez o o mo fg r i ds c e n ea n ds w i t c h t h eg r i dd e t a i l s f i n a l l y , b yt h ee x a m p l e so fs h a n g y u a na r e aa n dt a i a na r e a ，t h e p a p e rs h o w st h a tt h ew e b - b a s e dt e c h n o l o g i e sa r ef e a s i b l ea n dp r a c t i c a b l ei n v i s u a l i z a t i o nf o rr u n - t i m es t a t eo f g r i d t h e ni ts u m m a r i z e st h ew h o l es u b j e c t , p o i n t s o u tt h ed i s a d v a n t a g e so f s y s t e ma n dd e s c r i b e st h ei m p r o v e dd i r e c t i o ni nt h ef u t u r e k e y w o r d s ：r u n - t i m es t a t eo f g r i d ；v i s u a l i z a t i o n ；n op l u g i n s ；b sm o d e ； 山东大学硕： ：学位论文 第一章绪论 1 1 课题背景及研究意义 随着电力系统的建设和电力自动化系统的发展，电网规模逐步扩大，结构 也日趋复杂。传统的调度自动化系统使得电网调度人员难以从大最数据中获取 对电网的整体认知，经验不足的调度人员在面对紧急状况时难以正确处理，这 就让电网调度的安全性和经济性难以得到保障。电网运行状态可视化系统在减 少断电事故风险中起到了至关重要的作用，因为可视化能够帮助调度员快速评 估系统状态潜在的改变，并且帮助他们规划和纠正控制方案【i 。l 。智能化的电网 监控会主动监视整个电网的运行状态，当达到预警或者告警状态时，自动通知 调度员，同时还能把传统的电网安全分析计算应用到电网监视，使得监视结果 更具有预见性和科学性。 智能电网的快速发展推动了人们对电力系统可视化技术的不断研究与应 用。近些年来人们的研究主要集中于如何更有意义、更效率得对电网信息进行 可视化”棚。这些可视化的应用一般都使用c s ( 客户端朋陵务器) 模式，通过面 向桌面应用程序的绘图技术对电力系统三维场景进行绘制。然而基于c s 模式 的可视化系统开发、部署与维护的成本高【7 】，需要在客户端安装专用软件，当 网络故障时可能导致数据不，致。而b s ( 浏览器朋艮务器) 的模式能较好地解 决上述问题。 由于电力系统本身对于安全性的要求，需要避免在浏览器上安装捅件，以 至于很多使用浏览器捅件的可视化技术未能应用到电力系统中。h t m l 5 标准l 的发布使人们可以在w e b 中进行更成熟的应用开发。其中h t m l 5 中新加入的 c a n v a s 标签便可以帮助用户直接在浏览器中绘制图形。2 0 1 0 年上半年完成并发 布的w e b g l l 9 】是一种3 d 绘图标准，它可以为h t m l 5 中的c a n v a s 提供硬件3 d 加速渲染，从而使用系统显卡在浏览器中展示3 d 场景和模型，开发人员也不 需要再丌发用1 ：网页的渲染插件。 最早的网络二三维( w e b 3 d ) 技术是v r m l ( v i r t u a lr e a l i t ym o d e l i n gl a n g u a g e ) ， 即虚拟现实建模语言，可以存网负上构建真实世界的场景模型，具备平台无关 性i 旧) 。1 9 9 8 年v r m l 组织更名为w e b 3 d 组织，并定制了新的标准x 3 d 】 ( e x t e n s i b l e3 d ) ，到2 0 0 0 年春，w e b 3 d 组织究成从v r m l 到x 3 d 的转换。 x 3 d o m 是基于w e b g l 的一种开源框架，它的前身j 下是x 3 d 。x 3 d o m 继承了 x 3 d 巾通过在h t m l 添加d o m ( 文档对缘模型) 元素来捕述3 d 场景内容的 方= 【l = ，再使用w e b g l 对其进行底层实王见，无需渲染插件口i j 可构建虚拟场景。 这业新发钳的w e b 标j c f l i 和技术使得f 乜网运行状念展示的w e b 化成为可能， 随嚣技术的不断完善，不仅是传统p c 机，像下机、平板电脑等于持移动设备 山东大学硕二i ：学位论文 也可通过浏览器访问电网运行状态可视化系统，达到移动办公效果，使调度人 员获得更好的便利与用户体验i i2 1 。 1 2 国内外研究现状 在国外，美国u i u c 大学的t h o m a sj o v e r b y e 教授及其项目组对电力系统 可视化研究做出了突出的贡献。他们提出了很多创新的方法来显示大量电力系 统数据，如研究了如何通过选择性过滤电力系统单线信息来改善人们对单线图 中特定元件信息的注意力，展示了如何使用标尺在单线图中实现无功功率可视 化，以及如何使用等高线显示网络母线的功率注入。他们的项目还通过实验用 人性因素来估计电力系统可视化的效率，使研究能够更快投入到工程应用【l 3 1 。 在国内，许多高校和企业在电网可视化调度方面也取得了人量成果。像四 川大学电气信息学院和四川省电力公司合作的可视化系统将项目进度以3 d 立 体方式呈献给项只管理人员i l4 1 。山东积成电二r 股份有限公司开发的i e s s d s 6 0 0 电网智能调度系统，引入了面向主题的电网监视，通过主题可以把与某个角度 相关的信息集中展现，结合基于3 d 显示技术开发的可视化平台，调度员可以 更灵活、更全面、更直观地感知电网的状态i l 引。 近些年随着新的w e b 技术的发布和我国网络环境的不断提高，人们也开始 对基于w e b 的可视化系统展开研究。文献【16 】利用v r m l 在w e b 页晰上交互 地展现3 d 模型，实现了两种可视化服务器的原型架构。文献【1 7 】将v r m l 语 言与j a v a 语言相结合，讨论了他们的通信原理和方法，利用j a v a 获取场景中指 定点的坐标、信息，并对场景进行动态控制，在此基础卜建立了虚拟校园导航 的应用实例。文献【i8 】使用s v g 脚本语言实现了生物信息学交互式可视化，并 讲述了可视化数据对象及i 叮视化图形对象的设计思想。文献【1 9 】使用微软的 w p f 技术和x a m l 可扩展应用程序标记语言，开发了基于w e b 的电力系统可 视化图形软件，用户可以通过鼠标操作完成大部分工作，具有友好的人机交互 页而。文献【2 0 】使用x 3 d 技术提出了产品三维模型可视化的方法，将c a d 模 型转换为x 3 d 文件，解决了在即时交互过程中传输大量图形数据所产牛的问题。 1 3 本论文研究的问题及主要贡献 本论文研究的问题包括： ( 1 ) 目前基于浏览器的应用是软件制造商给用户提供软件的重要方向。由于 访问安全限制方而的考虑，通过无插件的w e b 技术实现电网可视化成 为新的问题。本文研究了在浏览器中无插件地创建二维和三维图形的方 法，并在此基础卜，开发了常用电网模型图元库。使得可视化系统可以 通过调用图元库，存浏览器端完成对电网运行状态的展示和更新。 ( 2 ) 传统的l 乜网可视化系统采用c s 模式进行客户端和服务器的数据通信， ， 山东大学硕士学位论文 在使用过程中产生了开发周期长、部署维护耗费大和系统更新困难等问 题。本文分析了使用b s 模式开发w e b 电网可视化系统的优势，并以 此对可视化系统进行了设计开发，完成了浏览器与服务器的实时通信。 ( 3 ) 在电网可视化这种分布式应用的开发过程中，要保证可视化系统与数据 库的松散耦合，从而方便软件的复用和开发。针对可视化应用的特点， 采用w e bs e r v i c e 定义了系统的数据接口，降低了可视化应用与数据库 的耦合度。 ( 4 ) 目前电网可视化系统普遍采用j p e g 或j p g 格式的位图图片作为底图， 当场景放大到一定程度时，由于分辨率不够，不可避免得会产生文字模 糊、线条参差不齐的现象。当场景缩小到一定程度时，大量设备模型又 会集中在一个较小的区域，使场景变得杂乱不堪，让调度员不能方便的 获取电网故障信息。为了提高用户体验，增加软件竞争力，本文设计开 发了统一罔模描述格式( u m g f ) 来描述电力系统设备图元及其坐标信 息，通过底图和设备模型逐层展示的方式解决上述问题。 ( 5 ) 当基于w e b 的电网可视化系统持续运行时间过长，由于硬件条件不足 或浏览器内存的泄露，可能会导致系统贞面运行变缓甚至崩溃。为了保 证系统运行的稳定，研究了通过c h r o m e 扩展监控系统运行状态的方法。 本论文的主要主要贡献有以卜三点： ( 1 ) 研究了使用无插件渲染技术在浏览器中展示电网运行状态的方法。使用 x 3 d o m 框架设计开发了的电网模型图元库，可以在浏览器巾动态创建 和更新电网场景。 ( 2 ) 使用b s 模式和w e bs e r v i c e 对系统进行设计，扩大了电网运行状态可 视化的应用范围。 ( 3 ) 设计开发了统一图模描述格式对电力系统设备及其坐标信息进行描述， 采用逐层展示方式实现浏览器中电网场景的无级缩放和细节切换。 1 4 关键技术采取的解决方案 对各项犬键技术研究所采取的解决方案如下： ( 1 ) 采用基于w e b g l 的x 3 d o m 框架对浏览器中电网模犁图元库进行开发。 使用j a v a s c r i p t 语言对场景中模型的创建、更新、删除进行控制。 ( 2 ) 使用s t r u t s 2 作为b s 模式卜可视化系统的w e b 开发框架。选择 j s o n ( j a v a s c r i p to b j e c tn o t a t i o n ) 格式的- 宁符串作为浏览器与服务器电 例数据交互的载体。 3 ) 采用a p a c h ec x f 框架来实现电网实时数据服务的发印与使用，降低可 视化系统与数据h i 的耦合度。 3 山东大学硕士学位论文 ( 4 ) 利用微软提供的m f c 基础类库设计开发u m g f 编辑器，生成统一图模 格式的电网场景描述文件。 ( 5 ) 采用c h r o m e 扩展对在c h r o m e 或c h r o m i u m 浏览器中运行的可视化系 统进行性能监控，保证系统的稳定运行。 1 5 本论文的组织结构 电网可视化的基本功能就是将电网运行数据以二维或三维的模型展示出来， 再通过其它可视化方法描述电网整体运行状态。本课题的主要工作就是将传统 可视化系统的功能在w e b 环境下使用无插件技术进行实现，并对系统开发过程 中的关键技术进行研究。 。 因此本论文各章节的具体内容如下： 第一章绪论。介绍了课题背景、研究意义及国内外研究现状。说明了本论 文所研究的问题和主要创新点。最后叙述了关键技术研究过程中所使用的解决 方案。 第二章基于w e b 的电网可视化主要技术原理。首先研究了可以在浏览器端 无插件创建3 d 场景的w e b g l 绘图标准，并对基于w e b g l 的x 3 d o m 框架做 了详细说明。然后分析了采用b s 模式进行系统架构的优点。对电网运行状态 可视化方法进行简单介绍。 第三章电网模型图元库设计。研究了使用x 3 d o m 框架开发电嘲模型图元 库的方法，包括饼图、动画潮流、等值面、三维训+ 填充圆柱、标尺的动态创建 与更新。描述了这些可视化手段的展示效果以及如何帮助调度人员快速获取电 网信息和状态。 第四章电网运行状念可视化系统设计。首先研究了通过s t r u t s 2 进行可视化 系统b s 架构的方法。介绍了以a i a x 异步通信实现浏览器中电网场景实时更新 的原理。阐述了如何利用面向服务的c x f 框架定义电网数据接口，实现数据与 业务处理的松散耦合。之后研究了通过逐层展示电叫细节，解决场景缩放常见 问题的方法。分析了实现无级缩放所面临的技术问题及解决办法，包括通过 u m g f ( 统一图模描述格式) 描述电力系统设备图元及其举标信息，使用设计 模式的思想进行u m g f 图形编辑器的设计，以及浏览器端通过鼠标对电网三维 场景无级缩放的实现方案。最后研究了通过c h r o m e 扩展对电网可视化系统性 能进行监控，保障系统的稳定运行的方法。 第五章基于w e b 的可视化系统应用案例。通过上苑供电区域2 2 0 k v 负载 率案例和泰安供电区域负载案例，验证了基于w e b 的电i 】l 】9 运行状态可视化系统 的可行性和实用性。 第六章结论。总结了全文的研究- t 作，并指出系统口f 以改进与完善的地方。 4 山东大学硕士学位论文 第二章基于w e b 的电网可视化主要技术原理 2 1 电网运行状态可视化方法 电网在运行过程中会产生大量的电力系统数据，这些数据包括直接测量或 间接计算得到的数据以及电力设备的额定参数。电网运行状态可视化就是一种 以交互图形的方式来表示大量信息的方法，在这种方法下，信息与背后的电力 系统是相关联的。 对于电网运行过程中的电力潮流计算结果或s c a d a 数据，过去常用的可 视化方法是使用表格或者基于变电站的单线图显示，在e m s 中心，人们常用一 个基本的静态图板来补充这些信息，图板上通过许多不同颜色的灯来指示各种 系统设备的动态数据。之后人们又研究了一些二维技术用来补充或者在某些情 况代替这种显示方法，如饼图、动画潮流、等值面、标尺等。有时为了将更多 维的信息融合到显示图而不造成显示混乱和无序混淆，可以将显示图从二维扩 展到三维，这样也就自然产生了许多三维的展示技术，如圆柱、圆锥、空问连 线等。三维展示技术较平面二维技术多出了高度信息，同时也引入了体积的概 念。采用三维展示技术可以在同样图元密度的平面图基础上展示更多的信息。 使用单线罔虽然能