基于智能的配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化分析

江蘇電力信息技術(shù)有限公司 袁佳琰

在供電總需求量不斷增多的背景下，城市標(biāo)志性建筑、大型公共場所等地變電所的數(shù)量不斷增加，對于供電安全穩(wěn)定性、可靠性提出了更加嚴(yán)格的要求，電力企業(yè)通過擴(kuò)大智能的配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用覆蓋面，能夠確保電力輸送工作的正常進(jìn)行。

1 基于智能的配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化的重要性

配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)的三維場景重構(gòu)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)深度挖掘的基礎(chǔ)，也是待解決的重要內(nèi)容，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，基于智能的配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化成為現(xiàn)實(shí)，建立三維數(shù)據(jù)可視化模型之后可對配電網(wǎng)的信息數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而利用大數(shù)據(jù)技術(shù)等對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行配電網(wǎng)相關(guān)信息的統(tǒng)計(jì)分析，從而實(shí)現(xiàn)信息融合和自適應(yīng)調(diào)度，最后可有效提升配電網(wǎng)的電力大數(shù)據(jù)深度挖掘目標(biāo)。

2 智能配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用場景分析

2.1 用電行為分析

可對收集到的用電數(shù)據(jù)信息進(jìn)行聚合處理，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)整合用戶的電力應(yīng)用信息，同時(shí)結(jié)合用戶的信息數(shù)據(jù)，思考服務(wù)優(yōu)化策略。在分析數(shù)據(jù)時(shí)需要充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐娜丝跀?shù)量、地理環(huán)境及天氣氣候等，意識到客觀因素對用戶電力應(yīng)用的影響，分析時(shí)將所有信息數(shù)據(jù)整體為有機(jī)整體，思考數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，掌握其中相互影響程度，從而對用戶的用電行為模式進(jìn)行分析，總結(jié)相關(guān)規(guī)律，例如通過對客戶的用電負(fù)荷、用電量及電費(fèi)消耗等建立綜合性的評價(jià)系統(tǒng)模型，可在技術(shù)層面更為深刻地展示客戶用電行為模式，可助力電力單位更為深刻地理解用戶，從而提供更令人滿意的服務(wù)。

2.2 用電負(fù)荷預(yù)測

負(fù)荷數(shù)據(jù)是負(fù)荷預(yù)測的基礎(chǔ)，想要準(zhǔn)確進(jìn)行負(fù)荷數(shù)據(jù)預(yù)測，掌握負(fù)荷變化規(guī)律有重要作用。負(fù)荷數(shù)據(jù)包括實(shí)時(shí)負(fù)荷和歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)兩部分，其中實(shí)時(shí)負(fù)荷是當(dāng)前的電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷實(shí)際值，而歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)是以往的歷史數(shù)據(jù)，通過結(jié)合當(dāng)前數(shù)據(jù)分析歷史數(shù)據(jù)可更為全面地掌握負(fù)荷變化規(guī)律，掌握規(guī)律之后可更好的分析負(fù)荷需求，其中氣象變化、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口變化等均會(huì)對用電負(fù)荷產(chǎn)生影響，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對電網(wǎng)的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，可為后續(xù)的電網(wǎng)規(guī)劃和節(jié)能經(jīng)濟(jì)調(diào)整等提供有效參考。

3 智能的配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

3.1 主站層

智能配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)的主站層通常在配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控室內(nèi)部，主要涵蓋電力智能配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)的主機(jī)、負(fù)責(zé)相關(guān)數(shù)據(jù)上傳的數(shù)據(jù)解壓包，工作人員需要對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控管理和深入分析。智能配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)可以為其提供具有專用通道的通訊模塊，使用以太網(wǎng)硬件作為通訊的接口，運(yùn)用OPC 形式或其他種類的通訊協(xié)議，向上級調(diào)度系統(tǒng)傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)信息，從而實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)的集成效果[1]。

3.2 網(wǎng)絡(luò)通信層

工作人員通過使用通訊管理機(jī)，可以針對配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控現(xiàn)場的設(shè)備實(shí)施通訊管理，能夠收集各種設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)和具體參數(shù)，將其集中處理后，壓縮傳輸至主站層。網(wǎng)絡(luò)通信層可以被視為信息中轉(zhuǎn)單元，其能夠直接接收到主站層下達(dá)的指令，并將其直接傳達(dá)給各種裝置中。圖1為一種網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。

圖1 配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

3.3 現(xiàn)場設(shè)備層

變電站智能配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備層通常會(huì)安裝在中低壓的變配電場地中，主要涵蓋微機(jī)保護(hù)設(shè)備、多種功能的儀表、直流屏幕、電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置等，現(xiàn)場設(shè)備層主要任務(wù)是收集各種數(shù)據(jù)和設(shè)備的狀態(tài)信息，可以將其發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)通訊層。與此同時(shí)，現(xiàn)場設(shè)備層可以作為智能配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行單元，直接執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)通訊層下達(dá)的各種指令。

4 智能的配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)具有的功能

4.1 人機(jī)交互功能

正常情況下，智能的配電網(wǎng)具備的CAD 單線圖可以直接展現(xiàn)出中壓配電網(wǎng)絡(luò)、低壓配電網(wǎng)絡(luò)的接線狀況，該系統(tǒng)能夠進(jìn)行多個(gè)畫面的自由切換，還具有畫面導(dǎo)航的功能。該配電系統(tǒng)具備空間地理狀態(tài)的主畫面，主畫面上可以直接顯現(xiàn)出智能的配電網(wǎng)各個(gè)電力回路的運(yùn)行情況，并且具備回路帶電功能、故障著色功能。智能的配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)的主要電參量可以直接展示在人機(jī)交互界面上，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)刷新。

4.2 用戶管理

智能配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)可以針對不同級別的客戶給予不同使用權(quán)限，能夠避免由于非專業(yè)人員的錯(cuò)誤操作影響系統(tǒng)運(yùn)行安全，有助于確保智能的配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)的安全可靠性。工作人員在對重要電力回路進(jìn)行合閘操作時(shí)，需要具有操作權(quán)限的用戶輸入口令，在工程師級別用戶輸入操作口令后，方能順利進(jìn)行該操作。

4.3 數(shù)據(jù)采集處理功能

智能的配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測現(xiàn)場電力設(shè)備的電參值大小、功率因數(shù)大小、三相電壓值高低、電能大小、溫度變化等，并將這些數(shù)據(jù)直接展現(xiàn)出來，或是運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方式整理數(shù)據(jù)信息再將其展示出來，工作人員需要將重要的、具有參考價(jià)值的數(shù)據(jù)儲存到系統(tǒng)中，可以為后續(xù)配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控管理提供參考依據(jù)。

4.4 分析趨勢曲線

該系統(tǒng)不但提供了實(shí)時(shí)的曲線分析界面，而且具有歷史數(shù)據(jù)的橫向分析界面，工作人員通過分析調(diào)用電力回路的曲線趨勢，能夠測算出電力設(shè)備的電荷負(fù)載情況、電氣設(shè)備的信號波動(dòng)情況。在分析歷史趨勢曲線時(shí)，工作人員可以根據(jù)已經(jīng)儲存到系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)查看該回路趨勢，便于工作人員對當(dāng)前監(jiān)測的變配電網(wǎng)絡(luò)實(shí)施質(zhì)量分析。

4.5 報(bào)表管理

智能的配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)具備標(biāo)準(zhǔn)的電能報(bào)表方式，可以依照用戶的實(shí)際需要設(shè)計(jì)報(bào)表形式，系統(tǒng)能夠自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，這就意味著系統(tǒng)可以自行生成多樣化的運(yùn)行報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表、設(shè)備故障報(bào)表、預(yù)警記錄等，工作者通過查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，打印系統(tǒng)中已經(jīng)記錄在冊的數(shù)據(jù)值，即能夠直接生成電能月度報(bào)表、季度報(bào)表、年度報(bào)表[2]。

4.6 記錄安全事故和故障預(yù)警

智能的配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)可以詳細(xì)記錄用戶的操作數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的開關(guān)變位情況、參量的變化等，其不但能夠清晰記錄發(fā)生安全事故的時(shí)間段、當(dāng)時(shí)的值班人員，而且可以記錄故障預(yù)警的總次數(shù)和單次預(yù)警的具體時(shí)間、具體位置，便于工作人員及時(shí)根據(jù)預(yù)警排查故障。

4.7 五遙功能

智能的配電網(wǎng)系統(tǒng)不但具有遙信功能、遙控功能、遙測功能和遙調(diào)功能，并且具備遙設(shè)功能。如圖2所示，是具有五遙功能的數(shù)字變電站監(jiān)控系統(tǒng)。

圖2 具有五遙功能的數(shù)字變電站監(jiān)控系統(tǒng)

其遙信功能實(shí)際上是指系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測開關(guān)運(yùn)行情況、安全保護(hù)情況，計(jì)算機(jī)可以直接根據(jù)這些信息實(shí)時(shí)展示監(jiān)測數(shù)據(jù)、自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警，其遙控功能主要是指工作人員通過操控計(jì)算機(jī)選取適宜的開關(guān)號、合閘信息、分閘信息，且可以直接在電腦屏幕上反饋出開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)可以直接實(shí)時(shí)記錄操作的起始時(shí)間[3]。

系統(tǒng)的遙測功能是利用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)收集電壓值、電流值、功率值等，并將其整合成為相應(yīng)的報(bào)表，系統(tǒng)的遙調(diào)功能主要是運(yùn)用在變壓器的調(diào)壓處理上，遙設(shè)功能一般是用于修正繼電保護(hù)裝置的定值、檢查各類儀表的運(yùn)行情況。

5 智能的配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

5.1 應(yīng)用優(yōu)勢

由于我國地理情況比較復(fù)雜，衛(wèi)星影像的覆蓋面積越來越廣，對于資料的精準(zhǔn)度要求比較高，對于工作人員的技術(shù)能力要求更為嚴(yán)格。在進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差劃分時(shí)，工作人員應(yīng)該綜合考慮實(shí)際作業(yè)的便捷性與可行性，以較為科學(xué)的方式劃分加密區(qū)域，每個(gè)加密分區(qū)的面積基本是大體相同的，可以將加密分區(qū)作為作業(yè)單元，從而進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差處理。根據(jù)各個(gè)加密分區(qū)內(nèi)管控點(diǎn)數(shù)量以及布局情況，工作人員需要分別在足量管控和稀少管控條件下進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差處理。

對于那些具有充足數(shù)量且處于均勻分布狀態(tài)的加密分區(qū)而言，劃分區(qū)域網(wǎng)平差可以減少衛(wèi)星影像存在的誤差，從而順利達(dá)到提高區(qū)域衛(wèi)星影像精準(zhǔn)定位的目標(biāo)。若是加密分區(qū)的管控點(diǎn)比較少，在連接點(diǎn)分布狀態(tài)相對密集、比較均勻時(shí)，可以使用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)匹配，運(yùn)用人工補(bǔ)充技術(shù)以及修測技術(shù)作為輔助處理，可以在局域網(wǎng)技術(shù)上有所突破，進(jìn)而完成稀少管控條件下的區(qū)域網(wǎng)平差測算[4]。

在優(yōu)化區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差后，核心的處理方式主要涵蓋三方面內(nèi)容，第一方面，對區(qū)域內(nèi)管控存在問題的位置，需要對衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進(jìn)行有針對性的幾何校驗(yàn)，能夠獲得特殊時(shí)間段的衛(wèi)星影像參數(shù)、精密的數(shù)據(jù)，從而提高衛(wèi)星影像本身的精度水平，可以為稀少管控條件下的高精度平差提供有效的校準(zhǔn)方案。第二方面，工作人員需要深入分析區(qū)域網(wǎng)內(nèi)部衛(wèi)星影像出現(xiàn)的誤差以及分布回路，可以利用區(qū)域網(wǎng)直接在平差處理的過程中完成衛(wèi)星影像的誤差抵消處理，有助于提高衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。第三方面，工作人員可以在資料不全面的情況下，充分運(yùn)用地理信息數(shù)據(jù)，比如激光測高數(shù)據(jù)、城市區(qū)域航測影像等。工作人員可以結(jié)合區(qū)域網(wǎng)平差處理計(jì)算的數(shù)據(jù)結(jié)果，重新更新衛(wèi)星影像的模型參數(shù)，從而產(chǎn)生區(qū)域網(wǎng)平差處理后的影像。

5.2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

工作人員在設(shè)計(jì)智能的配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，主要采用分層設(shè)計(jì)和分布式設(shè)計(jì)的方式，既可以滿足通信配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控體系設(shè)計(jì)的基本要求，而且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控管控，從而使操作者在不到達(dá)現(xiàn)場的情況下也可以掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

5.3 開發(fā)環(huán)境

智能化智能的配電網(wǎng)主要是由現(xiàn)場的運(yùn)行管理人員進(jìn)行探究管理，通過運(yùn)用分層管理，可以避免大量的用戶在同一時(shí)間訪問系統(tǒng)，但是對系統(tǒng)穩(wěn)定性、反應(yīng)速度提出了更加嚴(yán)格的要求，工作人員應(yīng)該根據(jù)具體情況展開全面分析，方可選取與系統(tǒng)適配性較高的運(yùn)行環(huán)境。

5.4 用戶管理模塊設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)智能的配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，主要涵蓋登錄、注銷、權(quán)限設(shè)置等，該模塊應(yīng)該實(shí)施統(tǒng)一管理和用戶操作權(quán)限分配式管理，電力企業(yè)可以將具有不同操作權(quán)限的工作人員劃分為管理人員、運(yùn)維人員、高級用戶和開發(fā)設(shè)計(jì)者，系統(tǒng)管理人員能夠以自定義的方式增添角色，并結(jié)合實(shí)際情況給予新角色修正數(shù)據(jù)、查看數(shù)據(jù)等操作權(quán)限，從而保證智能配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)分配式權(quán)限的靈活性。為了進(jìn)一步健全實(shí)景三維服務(wù)系統(tǒng)，應(yīng)該使用3D 映射技術(shù)以及Cesium 開源庫進(jìn)行三維實(shí)景數(shù)據(jù)的可視化分析，在增設(shè)矢量數(shù)據(jù)以及柵格數(shù)據(jù)的疊加處理、統(tǒng)計(jì)分析功能以后，可以支持二維影像、三維影像的一體化展示，具備跨平臺處理、高精準(zhǔn)度計(jì)算、自主化添加系統(tǒng)功能的特征，可以分別在遠(yuǎn)距離、近距離進(jìn)行可視化分析。在航測距離比較遠(yuǎn)的時(shí)候，可以查看細(xì)節(jié)性內(nèi)容，有助于提升數(shù)據(jù)顯示效果。通過不斷優(yōu)化完善實(shí)景三維可視化配電網(wǎng)數(shù)據(jù)，可以獲取比較符合我國基本國情的三維信息資源和經(jīng)過更新處理的業(yè)務(wù)體系，能夠更好地促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)[5]。

現(xiàn)如今，智能的配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)在電力企業(yè)的普及率逐漸升高，相關(guān)工作人員需要對配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場景可視化監(jiān)控系統(tǒng)具備一定的認(rèn)知能力，方能在實(shí)際使用該系統(tǒng)的過程中充分發(fā)揮出其價(jià)值。