基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的智能電網(wǎng)可視化平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

徐磊++馬慶峰++王庭鈞

摘 要：大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力系統(tǒng)智能調(diào)度領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，涉及電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測與診斷、電能損耗分析、負荷分布式控制、用戶側(cè)短期用電負荷預(yù)測、在線安全穩(wěn)定分析及智能預(yù)警等多個方面。大數(shù)據(jù)技術(shù)的深入應(yīng)用將對我國未來電力生產(chǎn)經(jīng)營模式的轉(zhuǎn)變及其可持續(xù)發(fā)展，特別是智能電網(wǎng)建設(shè)產(chǎn)生深遠影響。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng) 可視化平臺 大數(shù)據(jù)

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）03（a）-0125-02

基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的智能電網(wǎng)可視化平臺的建設(shè)，進一步鞏固提升了三集五大和SG-ERP建設(shè)成果，通過與其他子項統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，提升了現(xiàn)有平臺對電力大數(shù)據(jù)的存儲、計算、分析和管控能力。運用物聯(lián)網(wǎng)及云計算技術(shù)，提升了對海量用電信息采集、處理與分析能力，用戶能耗分析，用電方案優(yōu)化能力，電力負荷預(yù)測分析能力，配電網(wǎng)故障搶修精益化分析能力，構(gòu)建了以業(yè)務(wù)趨勢預(yù)測、用電行為數(shù)據(jù)價值挖掘為主的大數(shù)據(jù)服務(wù)體系，實現(xiàn)了與智能電網(wǎng)總體工程中各子項的全方位集成。通過多媒體動畫技術(shù)，三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)及Flash等技術(shù)，實時、直觀地反映了保定電谷智能電網(wǎng)的建設(shè)成果并對智能電網(wǎng)的各項業(yè)務(wù)進行實時監(jiān)控。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 整體架構(gòu)

智能電網(wǎng)可視化平臺將整體采用大數(shù)據(jù)技術(shù)架構(gòu)進行構(gòu)建，容納全景的電網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括電網(wǎng)運行、檢修和能量采集過程中產(chǎn)生的海量、異構(gòu)、多態(tài)的數(shù)據(jù)集合。智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)信息平臺提供的海量數(shù)據(jù)和云計算模式，在提供高性能的并行處理能力的基礎(chǔ)上，大數(shù)據(jù)技術(shù)不僅可以實現(xiàn)智能調(diào)度領(lǐng)域的高級應(yīng)用，同時還能解決狀態(tài)檢測、電能損耗分析等領(lǐng)域所遇到的問題，并在負荷分布式控制和用戶側(cè)短期負荷預(yù)測方面取得突破。

1.2 技術(shù)架構(gòu)

智能電網(wǎng)可視化平臺系統(tǒng)采用先進大數(shù)據(jù)處理技術(shù)、云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，結(jié)合公司管理理念、智能電網(wǎng)發(fā)展狀況，按照系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容和設(shè)計原則進行設(shè)計。平臺建設(shè)從技術(shù)架構(gòu)上分成3個層次，包括前臺展示層、中間服務(wù)層和后臺數(shù)據(jù)層，如圖1所示。

（1）前臺展示層。多媒體技術(shù)采用Maya、3D Max動畫建模工具及3D和2D的整合軟件Virtools；前臺開發(fā)采用Flash Builder，融合流行的三維動畫技術(shù)采用Flash界面展現(xiàn)豐富多彩的智能電網(wǎng)建設(shè)成果。

（2）中間服務(wù)層。系統(tǒng)采用JAVA作為中間服務(wù)層開發(fā)工具，JAVA具有良好的可移植性與可擴充性，是當前中間服務(wù)層采用較多的技術(shù)。同時大數(shù)據(jù)分析技術(shù)架構(gòu)為JAVA提供接口支持，為完善分析建模、模型運行、模型發(fā)布提供服務(wù)。協(xié)助大數(shù)據(jù)分布式計算配置支持，滿足實時應(yīng)用（業(yè)務(wù)監(jiān)控、實時決策）、離線應(yīng)用（統(tǒng)計分析、預(yù)測/挖掘、可視化）的分析挖掘需求，為公司分析決策應(yīng)用構(gòu)建提供基礎(chǔ)中間層支撐。

（3）后臺數(shù)據(jù)服務(wù)層。該方案引入基于Hadoop架構(gòu)的分布式存儲、并行計算和多維索引技術(shù)，立足電力行業(yè)大數(shù)據(jù)自身特點，通過建立分布式并行計算平臺（以下簡稱分布式平臺），結(jié)合數(shù)據(jù)中心，解決電力運行過程中需要準實時大規(guī)模信息采集、高吞吐、大并發(fā)地數(shù)據(jù)存取和快速高效地分析計算的業(yè)務(wù)系統(tǒng)存在的性能瓶頸問題。

2 系統(tǒng)功能模塊

智能電網(wǎng)可視化平臺分為6個部分，分別是新能源、優(yōu)質(zhì)服務(wù)、智能變電站、配電自動化、配網(wǎng)故障搶修、輸電線路在線監(jiān)測。智能電網(wǎng)可視化平臺6個模塊基本囊括保定供電公司智能電網(wǎng)建設(shè)工程所有子項內(nèi)容，對各項核心業(yè)務(wù)進行分析展示同時又將各子項有機地關(guān)聯(lián)起來，使整個智能電網(wǎng)建設(shè)工程緊密結(jié)合。

2.1 新能源

新能源模塊首先對中國電谷發(fā)展產(chǎn)業(yè)以及保定電谷發(fā)展情況進行介紹，其次對國網(wǎng)保定供電公司光伏發(fā)電與電風力發(fā)電等新能源進行介紹。保定地區(qū)新能源發(fā)電場主要集中在淶源、曲陽等西部山區(qū)，這里也是河北省太行山光伏示范帶的建設(shè)區(qū)域。通過圖形化界面，將目前保定地區(qū)新能源總裝機容量、發(fā)電量以及2020年預(yù)計裝機容量、發(fā)電量等數(shù)據(jù)性信息直觀、全面地展示出來。另外，除了集中式的光伏電站，在主動式配電網(wǎng)理念不斷發(fā)展，高滲透率分布式電源接入越來越普遍的情況下，保定市的分布式光伏發(fā)展同樣迅速，目前，已經(jīng)接入的有企業(yè)用戶，比如英利廠區(qū)光伏、四方三伊廠區(qū)光伏等，居民用戶等分布式光伏發(fā)電用戶?？梢暬脚_需要對以上分布式光伏的裝機容量、發(fā)電量、上網(wǎng)電量等數(shù)據(jù)進行展示。

系統(tǒng)從裝機容量、實時負荷、發(fā)電量、節(jié)能減排4個角度，對新能源業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行分析并通過多種方式進行展示。裝機容量首先通過GIS地圖對保定地區(qū)光伏發(fā)電、風力發(fā)電項目分布情況進行標識，點擊某一發(fā)電項目圖標可跳轉(zhuǎn)到詳細頁面，對其發(fā)電量、實時負荷等指標進行展示。實時負荷部分對新能源集中式光伏發(fā)電站、風力發(fā)電站實時負荷進行展示，實現(xiàn)方式為頁面嵌入D5000系統(tǒng)具體指標。發(fā)電量部分，以省公司數(shù)據(jù)中心推送的實時數(shù)據(jù)為依據(jù)，根據(jù)具體業(yè)務(wù)需求進行指標分析。節(jié)能減排部分是通過發(fā)電量結(jié)合具體換算公式，推算出二氧化碳減排及節(jié)約煤效益。

同時，在淶源、曲陽等新能源發(fā)電項目現(xiàn)場安裝攝像頭，通過網(wǎng)路將攝像頭傳來的實時視頻畫面展示到可視化平臺系統(tǒng)當中。

2.2 優(yōu)質(zhì)服務(wù)

有了清潔的能源源頭，在用戶端還要為用戶提供更優(yōu)質(zhì)、便捷的服務(wù)。可視化平臺主要從電動汽車充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、電能替代、掌上電力、智生活等方面對清潔能源帶來的優(yōu)質(zhì)服務(wù)進行介紹。系統(tǒng)通過Flash等多媒體技術(shù)將以上各項服務(wù)生動、直觀地展示出來。

通過柱狀圖、曲線圖等形式，對優(yōu)質(zhì)服務(wù)所涉及到的電動汽車充電站建設(shè)情況、掌上電力APP注冊用戶統(tǒng)計、智生活A(yù)PP注冊用戶統(tǒng)計、電動汽車充電電流統(tǒng)計4個方面進行統(tǒng)計分析?？梢暬脚_對優(yōu)質(zhì)服務(wù)中的掌上電力、智生活兩個方面進行重點介紹。用戶通過下載掌上電力APP，便可在手機終端上進行電費繳納、用電查詢等操作，通過可視化平臺將手機APP操作流程界面投放到大屏幕上。

國網(wǎng)保定供電公司在源盛嘉禾小區(qū)建設(shè)有智能家居樣板間，用戶可以通過一款名為“智生活”的APP來遠程控制里面的家居設(shè)施，比如晚上下班回到家里，只需一鍵開啟夜間模式，系統(tǒng)會自動打開客廳的燈、關(guān)上窗簾、打開電視，如果天氣熱還可以打開空調(diào)、設(shè)置一個舒適的溫度等，還可以實現(xiàn)智能通風、能耗分析、用電優(yōu)化、節(jié)能提醒等功能，讓用戶充分享受智能用電、智慧生活帶來的舒適和便捷。可視化平臺通過在樣板間中安裝的攝像頭，將整個“智生活”操作過程展示在大屏幕中。

2.3 智能變電站

智能變電站包括的電氣設(shè)備、智能一次設(shè)備等七大主要模塊，同時對保定地區(qū)特高壓架構(gòu)圖進行展示。智能電網(wǎng)可視化平臺對保定目前已投運的智能變電站進行了三維立體仿真模擬，通過可視化平臺可看到變電站每一個設(shè)備的安裝情況及變電站全景。

2.4 配電自動化

該模塊通過運用Flash技術(shù)，從配電自動化系統(tǒng)、配網(wǎng)聯(lián)絡(luò)圖、單線圖3個方面對配電自動化子項進行了介紹，配電自動化模塊對配網(wǎng)主站系統(tǒng)進行了集成。

2.5 配網(wǎng)故障搶修

配網(wǎng)搶修通過多媒體動畫技術(shù)，從95598用戶報修平臺到搶修平臺、故障點展示最終到搶修車輛軌跡4個環(huán)節(jié)對配網(wǎng)搶修全過程進行了仿真模擬，讓用戶切身感受到配網(wǎng)故障搶修全過程。智能電網(wǎng)可視化平臺從配網(wǎng)故障搶修系統(tǒng)獲取搶修工單數(shù)據(jù)，以柱狀圖及表單形式對最新工單處理情況進行展示。通過點擊某一時間點對應(yīng)的柱狀圖，下面表單中便會列出具體表單明細。

2.6 輸電線路在線檢測

輸電線路在線監(jiān)測部分，可視化平臺通過webservice方式從生產(chǎn)系統(tǒng)獲取實時數(shù)據(jù)并作出指標展示。這里通過與省公司GIS平臺對接，在GIS地圖中對保定地區(qū)各電壓等級輸電線路、桿塔、終端設(shè)備等進行了準確定位，同時通過點擊某一桿塔上的檢測設(shè)備，可及時獲取現(xiàn)場最新情況，包括絕緣子污穢度、導線弧垂度、現(xiàn)場畫面指標等。

3 結(jié)語

綜上，應(yīng)用大數(shù)據(jù)架構(gòu)建設(shè)智能電網(wǎng)可視化平臺，通過將底層的數(shù)據(jù)進行抽取、清洗、轉(zhuǎn)換、計算、分析，能夠?qū)崟r、準確地對智能電網(wǎng)的各項業(yè)務(wù)進行實時監(jiān)控，解決電力生產(chǎn)、調(diào)度運行過程中需要準實時大規(guī)模信息采集、高吞吐、大并發(fā)地數(shù)據(jù)存取和快速高效地分析計算的問題。大數(shù)據(jù)技術(shù)及其核心技術(shù)云計算，對未來我國電力產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營模式轉(zhuǎn)變及其可持續(xù)發(fā)展，特別是對于我國智能電網(wǎng)的建設(shè)將產(chǎn)生深遠影響，大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力系統(tǒng)智能調(diào)度領(lǐng)域，包括電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測與診斷、電能損耗分析、負荷分布式控制和用戶側(cè)短期用電負荷預(yù)測、在線安全穩(wěn)定分析及智能預(yù)警等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

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