可視化技術(shù)在電力信息系統(tǒng)運(yùn)維中的應(yīng)用研究

段 勵(lì)，劉 梅，謝喬富，張興偉，許 琦，尹學(xué)念

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司 曲靖供電局，云南 曲靖 655000）

0 引 言

應(yīng)用于能源系統(tǒng)的可視化技術(shù)為系統(tǒng)的運(yùn)營和維護(hù)提供高效服務(wù)，簡(jiǎn)化系統(tǒng)操作與維護(hù)流程。電力建設(shè)的可視化管理通過信息系統(tǒng)完成了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)跟蹤并發(fā)出預(yù)警信息，讓運(yùn)維人員的分析和決策工作得到了有力的支撐，運(yùn)維環(huán)節(jié)的簡(jiǎn)化大大提升了工作效率[1]。在我國能源信息系統(tǒng)領(lǐng)域，可視化技術(shù)的應(yīng)用并未完全成熟，為了進(jìn)一步發(fā)揮可視化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，需針對(duì)可視化技術(shù)在電力系統(tǒng)運(yùn)維中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究。

1 可視化技術(shù)概述

可視化技術(shù)有效融合了圖像技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成信息處理，經(jīng)過數(shù)字化處理將信息以直觀圖形的方式呈現(xiàn)出來?？梢暬夹g(shù)的組成元素包括了計(jì)算、信息以及數(shù)據(jù)等，在具體的應(yīng)用領(lǐng)域中可視化技術(shù)具有明顯的綜合性和系統(tǒng)性，突破了以往人際交互模式的局限，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)水平的不斷提高?？梢暬夹g(shù)在電力系統(tǒng)運(yùn)維中的中應(yīng)用可有效提升系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性[2]。具有強(qiáng)大管理功能的可視化技術(shù)在具體的運(yùn)維管理應(yīng)用中能構(gòu)建一個(gè)完整的可視化系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況，另外還能實(shí)現(xiàn)集約化電力系統(tǒng)管理，在安全運(yùn)行方面為電力系統(tǒng)提供有力的保障，通過三維模型展示來有效控制每項(xiàng)參數(shù)和節(jié)點(diǎn)，確保運(yùn)維工作的科學(xué)性。

2 可視化技術(shù)特點(diǎn)

就其本質(zhì)而言，信息可視化技術(shù)等同于信息反饋的流程，將抽象化的數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)，以可視化的方式呈現(xiàn)電子化物理數(shù)據(jù)。通常情況下，信息數(shù)據(jù)是不具備自動(dòng)映射到物理空間的功能，這在很大程度上增加了多種信息模型實(shí)現(xiàn)直觀可視的難度。突破這一限制的有效方式就是借用一個(gè)視覺結(jié)構(gòu)來明確數(shù)據(jù)鏈接，將信息直觀的呈現(xiàn)出來[3]?；陔娏ㄔO(shè)的視覺結(jié)構(gòu)大致分為3個(gè)部分，其中也凸顯了可視化技術(shù)幾個(gè)不同的特點(diǎn)。一是在數(shù)據(jù)研究的基礎(chǔ)上將數(shù)據(jù)信息真實(shí)且完整的反映出來，以直觀性和可視化的形式刺激人們的感官功能與理解能力，確保數(shù)據(jù)處理質(zhì)量；二是可視化技術(shù)具有人機(jī)互動(dòng)功能，在電力工作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的環(huán)節(jié)提供可視化窗口服務(wù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高效的數(shù)據(jù)傳輸和共享利用；三是可直接以空間為介質(zhì)完成數(shù)據(jù)編碼，對(duì)圖形屬性進(jìn)行標(biāo)識(shí)，以此來按照計(jì)劃構(gòu)建理想的視覺結(jié)構(gòu)并形成最終的可視化效果[4]。通過復(fù)雜的程序?qū)⒊橄笊踔岭s亂的數(shù)據(jù)變成可以直觀感受到的可視化圖像信息，如圖1所示。

圖1 電力信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)步驟

3 可視化電力系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用

在電力企業(yè)飛速發(fā)展的過程中，實(shí)現(xiàn)突破性提升的主要是電力系統(tǒng)的運(yùn)行范圍和電力技術(shù)的執(zhí)行效率與效果，可視化技術(shù)在此背景下直接完成了超大占比的電力系統(tǒng)運(yùn)營應(yīng)用。一方面，有效的將可視化技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)能夠簡(jiǎn)化電力系統(tǒng)運(yùn)營壓力管理；另一方面，偏向于關(guān)注網(wǎng)絡(luò)結(jié)果和動(dòng)態(tài)可視化的電力系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)能反向?yàn)榭梢暬夹g(shù)的安全應(yīng)用提供有力保障[5]。

3.1 信息可視化

電力系統(tǒng)運(yùn)行終端在可視化技術(shù)的應(yīng)用下得以優(yōu)化，以更直接的方式清晰呈現(xiàn)信息數(shù)據(jù)，從而提升可視化技術(shù)的驅(qū)動(dòng)能力。借助可視化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)真實(shí)反饋各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，發(fā)揮監(jiān)測(cè)環(huán)境和跟蹤數(shù)據(jù)的功能來保障電力運(yùn)行質(zhì)量。在具體的電力工作環(huán)節(jié)中，基于對(duì)數(shù)據(jù)有效性的分析確保每個(gè)電力運(yùn)行決策階段數(shù)據(jù)信息的客觀性和準(zhǔn)確性。實(shí)際上信息挖掘和決策過程會(huì)受到運(yùn)營、最終工作目標(biāo)以及維護(hù)等多種因素差異性的影響而出現(xiàn)等效的情況，因此需要將可視化技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)運(yùn)維工作，從而提升維護(hù)階段信息數(shù)據(jù)的處理質(zhì)量[6]。

可視界面是完成信息可視化的主要平臺(tái)，通過接口收集而來的信息在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中顯示，這就是人機(jī)交互的核心接口。接口顯示層的設(shè)計(jì)主要考慮了松散耦合與模塊化，還一并將關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)納入消息呈現(xiàn)板塊，與此同時(shí)又充分利用了商業(yè)系統(tǒng)中的警告、拓?fù)鋱D、表格以及報(bào)告等，詳細(xì)且全面的整理了特定信息給客戶。一般情況下可視化界面的操作流程主要有3步，一是了解數(shù)據(jù)特征，以調(diào)整信息監(jiān)控形式的方法完成數(shù)據(jù)特征統(tǒng)一與處理，構(gòu)建科學(xué)的信息系統(tǒng)；二是圍繞用戶真實(shí)且直接的使用需求分析并制定電力企業(yè)運(yùn)營發(fā)展計(jì)劃，深度融合電氣企業(yè)戰(zhàn)略性發(fā)展計(jì)劃和用戶需求，最好能在整個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)一步拓展用戶需求；三是以可視化技術(shù)為中心，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)營特點(diǎn)和系統(tǒng)功能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境做好科學(xué)分析以及風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)[7]。

3.2 基于SVG的可視化電力系統(tǒng)技術(shù)

可縮放矢量圖形（Scalable Vector Graphics，SVG）是一種專業(yè)性的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以綜合深入分析采集到的信息數(shù)據(jù)。具體的技術(shù)應(yīng)用會(huì)以XML的形式將二維圖形作為主要語言完成系統(tǒng)表達(dá)，再結(jié)合可視化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)雙向無障礙訪問。另有一些腳本設(shè)置還能高效處理信息，借助DOM技術(shù)提升處理程序的流暢性，另外Web網(wǎng)頁也能有效處理電力系統(tǒng)中的運(yùn)行信息。

3.2.1 靜態(tài)電網(wǎng)信息可視化應(yīng)用

電力系統(tǒng)信息可視化中的SVG技術(shù)主要體現(xiàn)在靜態(tài)電網(wǎng)中，通常情況下從數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)安全以及設(shè)備管理這3個(gè)方面考慮即可。其中數(shù)據(jù)可視化主要是通過SVG圖形技術(shù)的運(yùn)用來確保電力系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮，電流數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)以及負(fù)荷數(shù)據(jù)的獲取[8]。從安全保障層面考慮，需使用多種不同的計(jì)算方式完成供電系統(tǒng)分析，準(zhǔn)確有效的采取故障解決措施，確保電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

3.2.2 動(dòng)態(tài)電網(wǎng)信息可視化應(yīng)用

從動(dòng)態(tài)層面分析電網(wǎng)信息系統(tǒng)可視化技術(shù)可知，其能在電網(wǎng)運(yùn)行過程中精準(zhǔn)提取數(shù)據(jù)段落并完成實(shí)時(shí)性分析，以此來確保整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的流暢性。動(dòng)態(tài)電網(wǎng)可視化技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)可基于同步相量測(cè)量單元（phasor measurements units，PMU）數(shù)據(jù)來完成，該項(xiàng)技術(shù)還能在線控制監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，具有動(dòng)態(tài)反映功能的PMU數(shù)據(jù)可準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，從而幫助電力系統(tǒng)可視化技術(shù)發(fā)揮實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能。

3.3 大數(shù)據(jù)鏈接

云計(jì)算技術(shù)對(duì)所有數(shù)據(jù)的傳輸與處理都是通過Internet來完成的，通常情況下該項(xiàng)技術(shù)在能源信息系統(tǒng)中的應(yīng)用體現(xiàn)在分解或撤防相關(guān)程序。選用與之相對(duì)應(yīng)的計(jì)算方式完成數(shù)據(jù)處理，再將其上傳到終端系統(tǒng)，其中的云計(jì)算包含的主要部分就是物理數(shù)據(jù)層、資源層以及SOA編譯層[9]。云計(jì)算技術(shù)不僅能清晰呈現(xiàn)圖像，還能廣泛搜集各種類型的信息，基于反饋的視覺圖像和信息提供有效的恢復(fù)服務(wù)。通過對(duì)各種差異化圖像特征的對(duì)比與分析，提供詳細(xì)的顏色、文本以及關(guān)鍵字等重要信息?，F(xiàn)代化的先進(jìn)智能技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造良好的環(huán)境條件，其中最有價(jià)值的就是標(biāo)記功能和智能控制操作。借助云計(jì)算平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)傳感器中每一項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行深入分析，如此便可為電力系統(tǒng)開發(fā)與升級(jí)提供科學(xué)決策的依據(jù)。

4 電力信息系統(tǒng)運(yùn)維中可視化技術(shù)的應(yīng)用方案

4.1 數(shù)據(jù)處理

處于運(yùn)行狀態(tài)的電力信息系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可大致分為兩種，一種是系統(tǒng)硬件運(yùn)營的動(dòng)態(tài)化數(shù)據(jù)，另一種則是業(yè)務(wù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。無論哪種數(shù)據(jù)，只有采用與之相對(duì)應(yīng)的方法才能實(shí)現(xiàn)有效收集，通過一次次細(xì)致化的整理后將其傳遞給后續(xù)工作環(huán)節(jié)，為下一步工作提供科學(xué)開展的理論支撐，成為易于處理和加工的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

4.2 數(shù)據(jù)挖掘

針對(duì)已經(jīng)全面收集完成且經(jīng)過整合處理后的數(shù)據(jù)，要深入開發(fā)和拓展應(yīng)用就需要深度挖掘這些數(shù)據(jù)中的價(jià)值[10]。數(shù)據(jù)挖掘本身復(fù)雜性較高，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和關(guān)聯(lián)性規(guī)則這種具有特殊性的算法逐步分析彬挖掘隱藏在各個(gè)數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，以此發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后的深刻意義，最大化發(fā)揮可視化技術(shù)的功能與優(yōu)勢(shì)，將數(shù)據(jù)結(jié)果直觀呈現(xiàn)在電力系統(tǒng)運(yùn)維管理人員面前。

4.3 知識(shí)與數(shù)據(jù)結(jié)果的表現(xiàn)

經(jīng)過專業(yè)化技術(shù)處理后的復(fù)雜數(shù)據(jù)最終以可視化圖像和統(tǒng)計(jì)圖的方式呈現(xiàn)給人們，完成結(jié)果反饋。不過值得注意的是數(shù)據(jù)可視化只是數(shù)據(jù)處理的第一步，電力系統(tǒng)運(yùn)維人員在后續(xù)工作中還要認(rèn)真篩選有異常表現(xiàn)的數(shù)據(jù)，以此來精準(zhǔn)預(yù)測(cè)或判斷電力系統(tǒng)運(yùn)營過程中可能出現(xiàn)的故障及故障位置，及時(shí)采取有效的處理措施。從這個(gè)角度來說，數(shù)據(jù)可視化可以幫助電力系統(tǒng)運(yùn)維人員做出科學(xué)決策[11]。相對(duì)傳統(tǒng)但實(shí)用性很高的一種可視化處理方法就是統(tǒng)計(jì)圖表，以柱狀圖、折線圖或餅狀圖等形式呈現(xiàn)相關(guān)內(nèi)容，方便管理工作人員理解利用，讓系統(tǒng)運(yùn)營管理情況精簡(jiǎn)、直觀且真實(shí)的反映出來，如圖2所示。

圖2 綜合指數(shù)機(jī)及指標(biāo)情況的可視化流程

5 結(jié) 論

總而言之，電力系統(tǒng)在整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平飛速提升的過程中實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。從一定程度來說，可視化技術(shù)在電力工程建設(shè)中的應(yīng)用還未完全成熟，在系統(tǒng)應(yīng)用的完整性和可靠性方面都存在提升的空間。圍繞可視化技術(shù)在電力信息系統(tǒng)運(yùn)維中的應(yīng)用展開探討，對(duì)信息可視化、大數(shù)據(jù)連接以及SVG電力系統(tǒng)技術(shù)等常見的可視化技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分析，希望能給相關(guān)工作人員提供有價(jià)值的參考。