配電供電區(qū)域數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)

黃雄 程范賢 林少佳 岑瓊霞 黃日瑞 陳銳忠 林家文 張國(guó)剛

摘要：隨著配電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，為了提高人員處理和分析配電供電區(qū)域數(shù)據(jù)的效率，可視化技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。供電區(qū)域數(shù)據(jù)可視化技術(shù)將復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為更加值觀的圖像，幫助工作人員更加直觀地理解數(shù)據(jù)的含義。本文介紹了配電供電區(qū)域數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的相關(guān)技術(shù)SVG技術(shù)、XML技術(shù)以及Java 3D技術(shù)，并針對(duì)目前配電供電區(qū)域數(shù)據(jù)可視化發(fā)展過(guò)程中存在的問(wèn)題，提出合理的改善措施及方法，為之后的電網(wǎng)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的研究奠定了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵字：配電供電區(qū)域數(shù)據(jù);可視化技術(shù);SVG技術(shù);XML技術(shù);Java 3D技術(shù)

Research and Implementation of Data Visualization Technology in Distribution Power Supply Area

Abstract： In recent years， with the expansion of distribution network scale and the application and development of computer technology， in order to improve the efficiency of personnel processing and analysis of data in distribution and power supply areas， visualization technology has been widely used. The power area data visualization technology transforms complex data into more value-oriented images， helping staff to understand the meaning of the data more intuitively. This paper introduces SVG technology， XML technology and Java 3D technology related to data visualization technology of power distribution and power supply area， and proposes reasonable improvement measures and methods for the problems existing in the development process of data distribution area data distribution. The research on grid data visualization technology laid the theoretical foundation.

Keywords： distribution power supply area data; visualization technology; SVG technology; XML technology; Java 3D technology

0 引言

作為電網(wǎng)系統(tǒng)中最為重要的環(huán)節(jié)之一，配電網(wǎng)承擔(dān)著為用戶(hù)供電的重要任務(wù)，同時(shí)也是整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)之中最基本的組成部分。在電力系統(tǒng)中，一般將便壓縮低壓側(cè)直接或者經(jīng)過(guò)降壓處理之后提供給用戶(hù)進(jìn)行供電的網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為配電網(wǎng)。根據(jù)電網(wǎng)的區(qū)域或者服務(wù)對(duì)象不同，可以將配電網(wǎng)分為城市配電網(wǎng)和農(nóng)村配電網(wǎng)兩種;根據(jù)電壓的高低可以將配電網(wǎng)分為高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)以及低壓配電網(wǎng)三種，其中高壓配電網(wǎng)指的是電壓為110KV、63KV以及35KV的配電網(wǎng)，中壓為10KV和6KV，低壓配電網(wǎng)為380V和220V。

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，居民生活中的電器數(shù)量增加，因此導(dǎo)致居民用電量快速增長(zhǎng)，國(guó)家對(duì)于配電網(wǎng)建設(shè)的重視程度也愈來(lái)愈高，配電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大，也就導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生龐大數(shù)據(jù)量，工作調(diào)度人員容易遺漏一些潛在的數(shù)據(jù)信息。因而為了保障整個(gè)電網(wǎng)可靠、安全的運(yùn)行，必須要提高調(diào)度人員對(duì)于電網(wǎng)區(qū)域數(shù)據(jù)的處理和分析效率和準(zhǔn)確性，因而可視化技術(shù)在配電供電區(qū)域中的應(yīng)用也就更加的廣泛。

可視化技術(shù)就是將各種繁雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為更加清晰值觀的圖像或者圖形方式，幫助人們更加值觀的理解數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)運(yùn)行過(guò)程的含義的目的。通過(guò)目前研究表明，人們對(duì)于圖像敏感程度要大于對(duì)數(shù)據(jù)的敏感程度，在配電供電區(qū)域中運(yùn)用可視化技術(shù)，便于調(diào)度工作人員從可視化的圖形之中及時(shí)地發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)中存在的問(wèn)題以及變化趨勢(shì)，從而可以更快作出決策，提高決策的效率和安全性[1-2]。

1 可視化技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

1.1SVG技術(shù)

SVG（Scalable Vector Graphics）技術(shù)是以XML語(yǔ)言為基礎(chǔ)的一種矢量圖形技術(shù)，通過(guò)SVG技術(shù)可在網(wǎng)頁(yè)上顯示出質(zhì)量比較好的矢量圖形，同時(shí)也可以將圖形無(wú)限量放大且保證圖形不會(huì)失真，仍然具有較高的分辨率。同時(shí)SVG技術(shù)還具有多項(xiàng)圖像處理功能例如圖像色彩漸變功能、濾鏡功能等。由于SVG的諸多優(yōu)勢(shì)，近些年來(lái)在各行各業(yè)中SVG技術(shù)的應(yīng)用都十分廣泛，在電力數(shù)據(jù)可視化技術(shù)中，IEC提出要將SVG技術(shù)作為電力系統(tǒng)之中圖形使用的唯一標(biāo)準(zhǔn)，之后SVG技術(shù)也必然在電力數(shù)據(jù)系統(tǒng)重的應(yīng)用更為的廣泛，尤其是在配電供電區(qū)域數(shù)據(jù)可視化技術(shù)系統(tǒng)中。

SVG技術(shù)對(duì)文字、圖像、圖形、過(guò)濾器操控、可重用單元以及色彩漸變六種對(duì)象，借助于這些對(duì)象，可以對(duì)圖形進(jìn)行編輯例如添加一些特殊的文字標(biāo)注，同時(shí)可以將一些基礎(chǔ)的圖像進(jìn)行組合生成更為專(zhuān)業(yè)復(fù)雜的圖形，同時(shí)也可以通過(guò)這六種對(duì)象對(duì)圖形進(jìn)行集合變化等等。另外，SVG技術(shù)的交互功能也很強(qiáng)大，可以利用一些編程語(yǔ)言與外界環(huán)境實(shí)現(xiàn)交互從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需要的功能，圖1為SVG的基本繪圖元素結(jié)構(gòu)圖。

圖1 SVG的基本繪圖元素結(jié)構(gòu)圖

1.2XLM技術(shù)

XLM（Extensible Markup Lauguage）是由W3C設(shè)計(jì)的用來(lái)描述數(shù)據(jù)的語(yǔ)言，類(lèi)似于HTML超文本語(yǔ)言，目前，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中XLM的應(yīng)用非常廣泛，主要用于數(shù)據(jù)的處理、交換和儲(chǔ)存。

XML是一種文檔數(shù)據(jù)的編碼格式，其中含有多種數(shù)據(jù)信息，在使用的時(shí)候必須要利用特定的解析器才可以將文本中信息解讀出來(lái)，因而對(duì)于XML的應(yīng)用必須要利用專(zhuān)門(mén)的XML解析器。常用的XML解析方法有：DOM、JDOM、SAX和DOM4J，根據(jù)不同的場(chǎng)合應(yīng)用不同的方法。圖2為XML文檔樹(shù)型結(jié)構(gòu)。

圖2 XML文檔樹(shù)型結(jié)構(gòu)

1.3Java3D技術(shù)

從本質(zhì)上來(lái)講，Java3D就是一個(gè)交互式三維圖形應(yīng)用的百年城接口，其可以與多個(gè)軟件例如Swing、Java2D、AWT等等良好結(jié)合。Java3D是以場(chǎng)景圖模型為基礎(chǔ)的層次比較高的三維動(dòng)畫(huà)開(kāi)發(fā)工具，在使用過(guò)程之中程序員可以更加關(guān)注三維空間的對(duì)象和布局方面，而避免被其他的色彩或者光照問(wèn)題所困擾，其運(yùn)用目標(biāo)主要是：

（1）用戶(hù)可以實(shí)現(xiàn)在瀏覽器中自由觀看和操作三維動(dòng)態(tài)圖形;

（2）一次編譯，多次運(yùn)行;

（3）跨平臺(tái)性質(zhì)，適用于不同的軟件平臺(tái)。

Java3D技術(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用的是一種以場(chǎng)景圖為表現(xiàn)形式的數(shù)據(jù)結(jié)果，因而Java3D程序的編寫(xiě)十分簡(jiǎn)便，首先建立一個(gè)三維的場(chǎng)景圖，之后對(duì)圖形中的觀察位置進(jìn)行定義并且將觀察參數(shù)進(jìn)行設(shè)置正確，之后便可以在顯示器上觀看運(yùn)行結(jié)果。

2 可視化技術(shù)正在配電供電區(qū)域中的應(yīng)用

2.1 技術(shù)路線

配電網(wǎng)可視化平臺(tái)展現(xiàn)出電網(wǎng)各部分的建設(shè)內(nèi)容，展示出配電供電區(qū)域綜合的建設(shè)成果，同時(shí)還能夠?qū)﹄娋W(wǎng)知識(shí)。配電供電區(qū)域可視化技術(shù)數(shù)據(jù)通過(guò)ETL抽取工具進(jìn)行數(shù)據(jù)的展示、清理和轉(zhuǎn)換。通過(guò)數(shù)據(jù)接口將各個(gè)系統(tǒng)例如區(qū)域新能源管理系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)、配網(wǎng)搶修管理系統(tǒng)、實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)等集成，可以將用戶(hù)用電的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、用電信息以及設(shè)備的運(yùn)行狀況等電網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)傳輸?shù)娇梢暬脚_(tái)之中，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的挖掘和分析，通過(guò)可視化技術(shù)更加直觀的展現(xiàn)出來(lái)。引導(dǎo)配電供電區(qū)域中的電力企業(yè)將系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行方式不斷優(yōu)化，進(jìn)而推動(dòng)電力企業(yè)的技術(shù)改革和發(fā)展，轉(zhuǎn)變?yōu)楹哪艿?、排放低、效率高的綠色企業(yè)。

目前配電供電區(qū)域必須以SG-ERP成果為基礎(chǔ)，以開(kāi)源分布式處理為基本框架，結(jié)合數(shù)據(jù)架構(gòu)，對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能、使用功能以及管理功能進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。將電力公司內(nèi)外數(shù)據(jù)融合，集成數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、計(jì)算等工具，構(gòu)建出一個(gè)公司大數(shù)據(jù)平臺(tái)，為電網(wǎng)的生產(chǎn)、管理經(jīng)營(yíng)以及服務(wù)提供數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、檢測(cè)、分析等提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和工具服務(wù)，提升電力公司的整體的數(shù)據(jù)支撐能力。

2.2 智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)基礎(chǔ)體系架構(gòu)

根據(jù)可視化平臺(tái)構(gòu)建原則以及配電供電區(qū)域電力企業(yè)的具體需求，初步設(shè)計(jì)出一個(gè)智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)架構(gòu)如圖3所示：

圖3 智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)架構(gòu)

智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)的構(gòu)建有助于各個(gè)子系統(tǒng)或者子模塊之間的獨(dú)立性增強(qiáng)，同時(shí)這些子模塊之間還可以根據(jù)用戶(hù)需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)的組合，子模塊之間的組合并不是通過(guò)直接耦合的方式，而是通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的聯(lián)系經(jīng)由框架進(jìn)行組合，子模塊的修改也只是模塊內(nèi)部進(jìn)行的局部修改，并不會(huì)導(dǎo)致修改的進(jìn)一步擴(kuò)大，因而使得系統(tǒng)的可維護(hù)性大大提高，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)降低，系統(tǒng)安全性提高。

2.3 基于GIS技術(shù)的電力大數(shù)據(jù)可視化

GIS基于空間數(shù)據(jù)庫(kù)、屬性數(shù)據(jù)庫(kù)以及其他應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)的公共基礎(chǔ)平臺(tái)。GIS技術(shù)擁有公共性和基礎(chǔ)性，因而在這個(gè)平臺(tái)上能夠構(gòu)建出滿足各種需求的圖形、空間分析等諸多功能的應(yīng)用系統(tǒng)。因而基于平臺(tái)的應(yīng)用角度，GIS技術(shù)的電力大數(shù)據(jù)可視化的結(jié)構(gòu)如下圖4所示：

圖4 基于GIS技術(shù)的電力大數(shù)據(jù)可視化示意圖

2.4 應(yīng)用場(chǎng)景

根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求，本文從用戶(hù)、電力企業(yè)、監(jiān)管部門(mén)以及政府的層面上，分析不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景的需求。

2.4.1 設(shè)備關(guān)聯(lián)與用電風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

配電供電區(qū)域可視化技術(shù)的利用可以對(duì)設(shè)備的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)分析并對(duì)故障風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警分析。目前在配電企業(yè)中使用的幾個(gè)主要系統(tǒng)為電網(wǎng)調(diào)度安全內(nèi)控管理平臺(tái)、配電圖紙系統(tǒng)、配電自動(dòng)化系統(tǒng)、調(diào)度主站系統(tǒng)、配電工作管理系統(tǒng)以及配網(wǎng)智能搶修指揮平臺(tái)。但是這些系統(tǒng)在目前的應(yīng)用之中關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，數(shù)據(jù)不能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)同步，且數(shù)據(jù)分析大多還是必須要依靠人工的分析，當(dāng)數(shù)據(jù)量比較大的時(shí)候，工作人員的分子工作將十分繁重且準(zhǔn)確度比較差。因而可以運(yùn)用可視化技術(shù)，建立配電可視化平臺(tái)在整個(gè)系統(tǒng)之中增加分析功能，并且能夠及時(shí)給出一些解決的方案和建議。

2.4.2 新能源智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)建設(shè)

通過(guò)運(yùn)用智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)，綜合展示新能源、清潔能源例如風(fēng)能、太陽(yáng)能等的整體運(yùn)行情況，通過(guò)將各類(lèi)的新能源發(fā)電系統(tǒng)與自動(dòng)化調(diào)度下系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)之間的共享，幫助工作人員可以更好掌握以及實(shí)時(shí)掌控新能源對(duì)電網(wǎng)的整體影響。

2.4.3 優(yōu)質(zhì)服務(wù)

通過(guò)FLASH等多媒體技術(shù)的運(yùn)用可以介紹系能源在電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)濟(jì)型、掌上電力、電動(dòng)汽車(chē)充電網(wǎng)站等生活的諸多方面的便捷服務(wù)以及優(yōu)質(zhì)服務(wù)。不僅可以展現(xiàn)出電力企業(yè)提供的優(yōu)質(zhì)服務(wù)，以及為了達(dá)到客戶(hù)滿意所作出的巨大努力，同時(shí)還可以使人們對(duì)智能電網(wǎng)所帶來(lái)的便利之處有一個(gè)充分的認(rèn)識(shí)。

2.4.4 用電行為分析

電力企業(yè)的營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)可以根據(jù)用戶(hù)的用電習(xí)慣，分析內(nèi)在邏輯管理，例如分析反竊電行為，若是僅僅通過(guò)傳統(tǒng)分析方法，那么最后的結(jié)果非常不準(zhǔn)確，疑似竊電用戶(hù)較多，因而只能對(duì)疑似竊電用戶(hù)的大約5%進(jìn)行檢查確認(rèn)。

針對(duì)大量的數(shù)據(jù)，可以利用電力大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)對(duì)用戶(hù)用電行為進(jìn)行分析，并將其用電行為的歷史數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到電力大數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)之中，進(jìn)一步確定該用戶(hù)是否具有異常用電行為。避免用戶(hù)出現(xiàn)違規(guī)違章用電行為，最大程度降低偷竊電行為的出現(xiàn)概率，提高售電收入，同時(shí)針對(duì)竊電行為發(fā)生頻繁的地區(qū)必須設(shè)置預(yù)警功能。

2.4.5 運(yùn)檢全覆蓋

在對(duì)電網(wǎng)桿塔或者線路進(jìn)行巡視時(shí)，盡管已經(jīng)采用非開(kāi)放平臺(tái)和自有平臺(tái)獲得PAD支持，但是由于人力物力的局限性，并不能達(dá)到運(yùn)檢的全覆蓋行，同時(shí)目前的桿塔和線路信息均是靜態(tài)的，無(wú)法獲取其動(dòng)態(tài)信息，因而必須借助于電力大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，建立一個(gè)相對(duì)成熟的數(shù)據(jù)模型從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)檢的全覆蓋。

2.4.6 輸配、營(yíng)配貫通

目前我國(guó)大部分電力公司還不能實(shí)現(xiàn)輸電與配電及輸配與營(yíng)配的貫通，利用電力大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，對(duì)資源進(jìn)行整合，各部門(mén)工作協(xié)同，促進(jìn)電力企業(yè)的營(yíng)運(yùn)、運(yùn)檢等部門(mén)在客戶(hù)服務(wù)品質(zhì)的提升，從而做到當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以準(zhǔn)確定位客戶(hù)報(bào)修位置、快速判斷配網(wǎng)故障、可視化介入、制定科學(xué)配電計(jì)劃，最終實(shí)現(xiàn)輸配、營(yíng)配貫通。

2.4.7 配網(wǎng)故障搶修

通過(guò)電力大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)可以對(duì)配電設(shè)備的信息進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測(cè)及進(jìn)行實(shí)時(shí)的反饋。同時(shí)與配電自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)合，對(duì)配電網(wǎng)整體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合管控，利用多媒體技術(shù)，針對(duì)配網(wǎng)搶修的四個(gè)環(huán)節(jié)：用戶(hù)的保修到搶修平臺(tái)、故障點(diǎn)展示到搶修車(chē)輛軌跡進(jìn)行仿真模擬，使用戶(hù)對(duì)配網(wǎng)故障搶修的全過(guò)程有一個(gè)更好的了解。

2.4.8 在線監(jiān)測(cè)輸電線路

基于GIS技術(shù)的電力大數(shù)據(jù)可視化可以獲取電力相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建配電供電區(qū)域智能電網(wǎng)的電力設(shè)備分布圖，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，將重點(diǎn)設(shè)施例如變電站、配電線路等在系統(tǒng)中通過(guò)建模展示出來(lái)，實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)，動(dòng)態(tài)反映電網(wǎng)在某一時(shí)間點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)。

2.4.9 由電力數(shù)據(jù)判斷經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況

經(jīng)濟(jì)部門(mén)可以利用基于GIS技術(shù)的電力大數(shù)據(jù)可視化對(duì)工商業(yè)用戶(hù)的用電數(shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展的數(shù)據(jù)，構(gòu)建以電力數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的不同地區(qū)、不同行業(yè)的經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)模型，充分發(fā)揮出電力消費(fèi)數(shù)據(jù)的前導(dǎo)效應(yīng)，幫助政府預(yù)測(cè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)向，及時(shí)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)的調(diào)整以及經(jīng)濟(jì)的調(diào)控。

3 結(jié)語(yǔ)

可視化技術(shù)是大數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)的高級(jí)運(yùn)用，因此引起電網(wǎng)企業(yè)的重視，并且可以實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的最大潛力，推動(dòng)我國(guó)智能電網(wǎng)的建設(shè)工作。目前在電網(wǎng)企業(yè)中大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的發(fā)展十分迅速，但是將大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為高分辨率、高精度的更加直觀的圖像業(yè)務(wù)模型、圖形處理以及智能算法的工具開(kāi)發(fā)研究還不夠深入，因而配電供電區(qū)域可視化系統(tǒng)功能還需進(jìn)一步的研究。

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黃雄（1984-）男， 工程師、從事電力設(shè)備工作。