陳勵(lì)凡
(新疆大學(xué),新疆 烏魯木齊 830000)
在電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大過程中,電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和業(yè)務(wù)能力發(fā)生了巨大的改變,為保障電力系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展,維護(hù)用戶的用電安全,需要實(shí)時(shí)監(jiān)控和評(píng)價(jià)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。如何建立一個(gè)安全且有序的電力監(jiān)管方式是目前電力公司急需解決的問題[1]。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中,以對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的挖掘和采集為主要方法,在大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)中評(píng)價(jià)電力系統(tǒng)的運(yùn)行效果,受人工采集工作效率低和格式不準(zhǔn)確等因素影響,目前無法對(duì)電力的運(yùn)行狀態(tài)和業(yè)務(wù)發(fā)展情況做出一個(gè)統(tǒng)一的評(píng)價(jià),影響了電網(wǎng)的持續(xù)運(yùn)行,因此需要建立一個(gè)實(shí)時(shí)高效的運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)[2]。多維度動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇和建設(shè)能夠?yàn)殡娏镜陌l(fā)展提供方向,為不同的業(yè)務(wù)形式提供決策依據(jù),進(jìn)而維護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
對(duì)電力系統(tǒng)的指標(biāo)體系設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)重要意義:第一是能夠?yàn)殡娏φ{(diào)度部門提供依據(jù)。各級(jí)調(diào)度單位在整理數(shù)據(jù)時(shí)可通過不同的指標(biāo)評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn),在有邏輯和格式化的手段中合理化約束采集到的電力數(shù)據(jù)。第二是在電力系統(tǒng)中建立評(píng)價(jià)指標(biāo),能夠匯總整合完后的數(shù)據(jù)信息至整個(gè)指標(biāo)體系,并永久地在數(shù)據(jù)庫中保存數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)生電力系統(tǒng)故障時(shí),可以隨時(shí)調(diào)出數(shù)據(jù)信息,對(duì)比其現(xiàn)有的數(shù)據(jù)與歷史信息,完成對(duì)現(xiàn)行電力系統(tǒng)的運(yùn)行評(píng)價(jià)?;谠撐膽?yīng)用大數(shù)據(jù)可視化技術(shù),研究電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)的多維動(dòng)態(tài)交互式展示方法,為靈活運(yùn)用各項(xiàng)指標(biāo)提供技術(shù)支持。
電網(wǎng)的調(diào)度業(yè)務(wù)最主要的目標(biāo)就是保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行,因此對(duì)電網(wǎng)的多維度動(dòng)態(tài)指標(biāo)設(shè)定需要以安全主題為前提,在時(shí)間維度中確保電力系統(tǒng)的供電安全。一般情況下,對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量的評(píng)價(jià)可以從時(shí)間維度上分析電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量,在設(shè)定安全指標(biāo)集合后對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)范圍進(jìn)行分類,并通過實(shí)時(shí)監(jiān)控和事后評(píng)估兩種形式實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行效益情況的評(píng)價(jià)[3]。此次以典型的樹狀結(jié)構(gòu)劃分電網(wǎng)運(yùn)行多維動(dòng)態(tài)指標(biāo),具體情況見表1。
根據(jù)表1所示,此次選擇的二級(jí)指標(biāo)分別為安全管理、質(zhì)量管理、效益評(píng)估和公平評(píng)價(jià)。從電網(wǎng)安全運(yùn)行的角度,通過對(duì)電網(wǎng)的質(zhì)量評(píng)估實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶進(jìn)行安全供電的目標(biāo),以此持續(xù)性地保障電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。具體化統(tǒng)計(jì)每項(xiàng)指標(biāo),通過相關(guān)數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理,在對(duì)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)的分析中更直觀地評(píng)估電力系統(tǒng)。以線路的平均負(fù)載率為例,分析統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)的輸電線路的平均負(fù)載情況,計(jì)算公式如公式(1)所示。
表1 電網(wǎng)運(yùn)行多維動(dòng)態(tài)指標(biāo)
式中:q為線路的平均負(fù)載;w為線路的運(yùn)行點(diǎn);e為線路的實(shí)際傳輸有功功率;r為線路的穩(wěn)定限值容量;t為單一節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間;y為電力系統(tǒng)的總行總時(shí)間。
計(jì)算線路平均復(fù)雜的指標(biāo)能夠直觀地展示電力系統(tǒng)全網(wǎng)中各個(gè)線路的輸電占用情況[4]。除此以外,從預(yù)測(cè)線路的負(fù)荷正確與否能夠分析電力系統(tǒng)中的電量是否平衡,系統(tǒng)的設(shè)備安排是否規(guī)范,以此設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間是否符合規(guī)定,計(jì)算方式如公式(2)所示。
式中:u為日負(fù)荷的預(yù)測(cè)正確率;i為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)測(cè)負(fù)荷;o為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際負(fù)荷;p為日負(fù)荷曲線的監(jiān)測(cè)核點(diǎn)數(shù)。其中為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)測(cè)偏差率。
計(jì)算不同指標(biāo)值能夠在一定程度上分析電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況,但由于指標(biāo)所評(píng)價(jià)的對(duì)象具有差異性和量級(jí)性,需要整合指標(biāo)體系匯總的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的預(yù)處理。通過極差化理論分析數(shù)據(jù),按照“極大型”、“極小型”、“區(qū)間型”,多維度分類這三個(gè)類型的指標(biāo),如公式(3)~(5)所示。
公式(3)為計(jì)算“極大型”指標(biāo)的方式。公式(4)為“極小型”的計(jì)算方法,公式(5)為“區(qū)間型”的指標(biāo)處理方法。
根據(jù)極差化的理論方式劃分樹狀的指標(biāo)體系,并利用大數(shù)據(jù)可視化功能對(duì)電力系統(tǒng)中的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行交互式展示形式區(qū)分。
可以通過維度表示運(yùn)行數(shù)據(jù),進(jìn)而分析和展示電力運(yùn)行數(shù)據(jù),在觀察電力數(shù)據(jù)期間,以某個(gè)角度或者某個(gè)層級(jí)描述信息,以此設(shè)定不同類型的電力數(shù)據(jù)的關(guān)系,則指標(biāo)的可視化交互展示過程即電力數(shù)據(jù)形態(tài)元素的構(gòu)成過程。在一組電力數(shù)據(jù)中會(huì)存在數(shù)值維度、時(shí)間維度以及文本和空間維度。如在EXCEL表格文本中每一行的標(biāo)題即可理解為數(shù)據(jù)的維度,以大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)進(jìn)行交互式展示是指標(biāo)多維度動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)。
在可視化的形式設(shè)計(jì)中,最基本的操作是視覺元素的構(gòu)建,分別包括“點(diǎn)”和“線”兩種形式[5]?!包c(diǎn)”元素可以為圓圈、圓點(diǎn)、正方形點(diǎn)、三角形點(diǎn)等,代表數(shù)據(jù)信息中的單一指標(biāo)。當(dāng)接觸到某一個(gè)“點(diǎn)”元素之后,能夠分析其所涵蓋的指標(biāo)內(nèi)容;“線”元素則表示指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性。在交互操作過程中,當(dāng)點(diǎn)擊到某一個(gè)“線”元素時(shí),能夠顯示出不同指標(biāo)之間的具體聯(lián)系,滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行情況的監(jiān)督和評(píng)價(jià)。而進(jìn)行指標(biāo)的多維度動(dòng)態(tài)交互展示時(shí),賦予每個(gè)維度指標(biāo)數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)化意義,然后按照對(duì)應(yīng)的內(nèi)容傳遞信息,主要的表征方式見表2。
根據(jù)表2中的類型所示,以大數(shù)據(jù)可視化展示交互式多維動(dòng)態(tài)指標(biāo)信息內(nèi)容,不同的可視化形態(tài)設(shè)計(jì)方式能夠表征多種電力數(shù)據(jù)類型。其中在數(shù)據(jù)量級(jí)的選擇上,通過大數(shù)據(jù)處理方式能夠完成TB和PB為單位的電力數(shù)據(jù);在數(shù)據(jù)類型的處理上,既能夠分析結(jié)構(gòu)式的電力數(shù)據(jù),也能夠處理非結(jié)構(gòu)的電力數(shù)據(jù);并且當(dāng)電力數(shù)據(jù)為不確定類型時(shí),可以將其轉(zhuǎn)化為相類似的對(duì)象進(jìn)行資源分析,并預(yù)測(cè)出該數(shù)據(jù)的未來發(fā)展趨勢(shì)[6]。展示不同的電力元件,如圓柱和圓錐還可以表示不同的越線元件,顏色的深淺程度表示變化的程度,在交互過程中顯示出詳細(xì)的信息內(nèi)容。而當(dāng)元素不能直接被應(yīng)用時(shí),可以通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換展示信息內(nèi)容,如公式(6)~(8)所示。
表2 電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)可視化表征類型及功能
式中:k為變換前的坐標(biāo);k'為變換矩陣;χ為變換角度。平移方式采用公式(7)完成,tranlate(cX,cY)為平移口令;縮放方式通過公式(8)完成,scale(v11,v22)為縮放口令。在電力系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)展示中,應(yīng)用大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)可以直觀了解電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài),并通過各個(gè)指標(biāo)之間的聯(lián)系挖掘和整合電力大數(shù)據(jù)機(jī)械,發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行相關(guān)的間接指標(biāo)。至此,已通過大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)的多維動(dòng)態(tài)交互式展示方法設(shè)計(jì)。
上文中通過大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)設(shè)計(jì)了電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)的多維動(dòng)態(tài)展示方法,為證明新方法可以投入電網(wǎng)中進(jìn)行有效使用,該文選擇某省智能電網(wǎng)測(cè)試新方法的性能,從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)信息和運(yùn)行狀態(tài)兩個(gè)方面分析可視化的交互過程。
該省智能電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)的多維信息包括多個(gè)項(xiàng)目,從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)展示來看,分為電網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)展示和特定站內(nèi)信息展示。通過該文方法展示電網(wǎng)結(jié)構(gòu)信息,具體如圖1所示。
圖1(a)中結(jié)合地理信息圖形,通過電壓等高線的形式展示了電網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)信息,其中“粗雙線”表示240kV電壓等級(jí),“單線”表示120kV電壓等級(jí),“細(xì)雙線”表示65kV電壓等級(jí),“圓圈”表示變電站。當(dāng)選定某個(gè)特定站內(nèi)結(jié)構(gòu)時(shí),圖1(b)中顯示出站內(nèi)具體設(shè)備信息,如“三個(gè)疊加圓圈”表示繞組變壓器,“淺色長方體”代表斷路器,“深色長方體”表示斷路器處于斷開狀態(tài)。說明在該文方法應(yīng)用下,能夠展示電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的信息指標(biāo)。
圖1 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)信息展示
電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的信息展示是以多樣化的形式展示電網(wǎng)系統(tǒng)中實(shí)時(shí)運(yùn)行的設(shè)備情況,使工作人員能夠直觀地監(jiān)控電網(wǎng)。以變壓器負(fù)載率監(jiān)控為對(duì)象,在該文方法應(yīng)用下實(shí)現(xiàn)交互式展示,結(jié)果如圖2所示。
如圖2所示,通過該文方法將變壓器負(fù)載率作為一組指標(biāo),可以展示其負(fù)載率和裕度?!爸鶢顖D”為變壓器的負(fù)載率,“深色”填充部分為有功占額定功率的比例,“淺色”部分代表裕度。綜合兩組結(jié)果可見該文方法能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的具體信息指標(biāo)展示,應(yīng)用效果良好。
圖2 變壓器負(fù)載率展示
為了更加直觀地管理電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù),從海量數(shù)據(jù)中尋找重要信息,該文選擇大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)新的電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)的多維度動(dòng)態(tài)交互式展示方法,并通過試驗(yàn)測(cè)試論證了方法的有效性。在電網(wǎng)運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)化流程中,以多種形式展示各項(xiàng)指標(biāo),各級(jí)調(diào)度單位能夠在所負(fù)責(zé)的板塊內(nèi),自主查詢電網(wǎng)的運(yùn)行情況,實(shí)現(xiàn)電力業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的管理。但由于此次研究時(shí)間有限,在測(cè)試環(huán)節(jié)驗(yàn)證了新方法的有效性,沒有選擇多個(gè)展示方法完成對(duì)比測(cè)試,具有一定的不足之處,因此后續(xù)還需要更深一層地研究和分析該方面,為電網(wǎng)的穩(wěn)定和可靠運(yùn)行提供理論支持。