電力行業(yè)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

江蘇電力信息技術(shù)有限公司 談葉月

自動化技術(shù)、信息化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)技術(shù)的創(chuàng)新以及對信息數(shù)據(jù)的收集，利用信息技術(shù)的分析功能，可以達(dá)到優(yōu)化電力系統(tǒng)各項(xiàng)工作環(huán)節(jié)，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及工作效率，滿足人們的用電需求。現(xiàn)階段電力系統(tǒng)技術(shù)在不斷進(jìn)步，各種智能化、信息化的設(shè)備也不斷應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。隨著智能化、信息化設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)產(chǎn)生了大量的信息，而這些信息就是大數(shù)據(jù)信息。大數(shù)據(jù)為電力系統(tǒng)工作提供了極大的支撐作用。因此實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化，可以將各種大量的數(shù)據(jù)信息形成直觀的圖形或體表，以便電力系統(tǒng)工作人員更加準(zhǔn)確的判斷數(shù)據(jù)信息，從而為調(diào)度決策提供信息依據(jù)。

1 電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)的原則

數(shù)據(jù)可視化研究和實(shí)現(xiàn)具有較強(qiáng)的實(shí)用性，由于電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息具有數(shù)量較大、較為紛雜的特點(diǎn)，同一類型的數(shù)據(jù)可以形成不同形式的可視化目標(biāo)。這就需要在電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化的實(shí)際研究中掌握具體的使用需求，利用可視化技術(shù)形成重要信息圖表，以便電力系統(tǒng)工作人員可以更好的分析數(shù)據(jù)，從而做出調(diào)度決策。電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)原則主要設(shè)計(jì)到交互設(shè)計(jì)技術(shù)，通過交互設(shè)計(jì)技術(shù)保障電力系統(tǒng)工作人員可以看到實(shí)施的數(shù)據(jù)信息，提高電力系統(tǒng)工作效率。將可視化組件應(yīng)用于系統(tǒng)中并根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)需求做出相應(yīng)配置，就可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化的功能。實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化的過程中，需對電力系統(tǒng)對外數(shù)據(jù)接口的提供以及服務(wù)的調(diào)用進(jìn)行綜合考慮，而兩者之間的有機(jī)結(jié)合會涉及到數(shù)據(jù)適配和過濾等環(huán)節(jié)。另外，可視化組件會提供一些數(shù)據(jù)信息參數(shù)設(shè)置[1]。

2 電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)研究

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)不僅為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效、安全運(yùn)行提供了保證，而且也能夠提高電力系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的調(diào)度水平，強(qiáng)化數(shù)據(jù)分析能力，因此數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的研究，需從以下幾方面著手。

2.1 云計(jì)算技術(shù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷深化發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)的數(shù)據(jù)儲存、分析等方面的功能為大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展提供了一定技術(shù)支持。云計(jì)算具有較高的容錯(cuò)率，是為部署在價(jià)格較低的硬件而設(shè)計(jì)的，并且具有超大數(shù)據(jù)集程序的處理能力，以分布式文化處理技術(shù)為基礎(chǔ)[2]，使電力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)儲存工作變得更加便捷，另外，此技術(shù)還涵蓋較多的智能應(yīng)用技術(shù)。

2.2 區(qū)域密度可視化技術(shù)

區(qū)域密度可視化技術(shù)可以將電力系統(tǒng)中每一個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行直觀的展示，目前常用于用電負(fù)荷密度可視化中。區(qū)域密度可視化技術(shù)可以在電力系統(tǒng)中形成一定的隨機(jī)點(diǎn)，如果隨機(jī)點(diǎn)在對應(yīng)的區(qū)域中，輸出這個(gè)點(diǎn)，但是如果不在區(qū)域內(nèi)，也可以通過在此生成隨機(jī)點(diǎn)方式再次進(jìn)行判斷，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以不斷持續(xù)此步驟，直到滿足數(shù)據(jù)可視化要求[3]。算法流程表如表1所示。

表1 算法流程表

2.3 等高線繪制方法

等高線是各相鄰點(diǎn)連接成的封閉曲線，構(gòu)造節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的等高線可以反應(yīng)電力系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，還能對電力系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)隱患進(jìn)行預(yù)測，等高繪制技術(shù)在電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化中應(yīng)用具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)聯(lián)系性。電力系統(tǒng)對信息數(shù)據(jù)的分析，不僅需要保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性，而且也需要避免數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤以及數(shù)據(jù)丟失的情況。而且圖表的展示較為直觀，可以讓電力系統(tǒng)的工作人員直觀的看到想要掌握的電力信息，較為復(fù)雜的圖表反而為電力系統(tǒng)工作帶來一系列麻煩[4]。只有較為直觀、易理解的信息展示，才能幫助電力系統(tǒng)提升工作效率。對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，才能夠得出準(zhǔn)確的電力系統(tǒng)工作過程中生產(chǎn)、經(jīng)營等方面數(shù)據(jù)信息的聯(lián)系規(guī)律，然后通過對數(shù)據(jù)信息的分析，找出影響數(shù)據(jù)的因素，充分利用分析結(jié)果，解決掉電力系統(tǒng)中隱藏的危險(xiǎn)，并根據(jù)分析結(jié)果做出科學(xué)的決策，改善電力系統(tǒng)資源調(diào)配情況，提高電力系統(tǒng)的工作效率和質(zhì)量。

2.4 前端可視化技術(shù)選擇

前段可視化技術(shù)種類較多，現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的有HighCharts、ECharts、D3等可視化技術(shù)[5]，在電力系統(tǒng)對前端可視化技術(shù)選擇過程中，需從多方面進(jìn)行考慮，比如實(shí)現(xiàn)的難易程度、是否開源以及圖表類型是否支持等。HighCharts兼容大部分瀏覽器，同時(shí)支持縮放等功能，該軟件可以為個(gè)人用戶以及得到授權(quán)的企業(yè)提供免費(fèi)服務(wù)，具有方便制定的優(yōu)點(diǎn)，但支持圖表類型較為有限。ECharts 支持所有主流瀏覽器，支持移動端縮放，屬于完全免費(fèi)，適用于數(shù)據(jù)量較大的情況，但支持圖表類型也較為有限。D3也完全免費(fèi)，方便定制，適用于計(jì)算密集情況，支持圖表類型較為豐富。

2.5 三維可視化技術(shù)

可視化技術(shù)可以通過模擬三維立體空間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的可視化顯示，在信息表達(dá)方面具有極強(qiáng)的能力，電力系統(tǒng)工作人員可以通過觀察三維圖形的方式掌握電力系統(tǒng)工作過程中的故障以及工作效率。電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化一般是在電力網(wǎng)絡(luò)圖形的基礎(chǔ)上進(jìn)行展現(xiàn)的，當(dāng)前的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化方案通常是在二維圖形展現(xiàn)基礎(chǔ)上制定的，并通過嵌入并集成電力系統(tǒng)三維可視化模塊實(shí)現(xiàn)的。在電力系統(tǒng)工作過程中，三維可視化顯示采用兩種實(shí)現(xiàn)方式，一種為三維箭頭，用戶可以通過三角箭頭對方向性較強(qiáng)的線路數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀的表達(dá)，箭頭大小和方向都需根據(jù)數(shù)據(jù)大小進(jìn)行調(diào)整。另一種方式就是三維管道圖形，主要利用線路方向分布的圓柱管道圖形來展示數(shù)據(jù)信息，管道的大小也是根據(jù)數(shù)據(jù)大小進(jìn)行調(diào)整的。另外，電力系統(tǒng)的三維可視化技術(shù)有很多，但其實(shí)現(xiàn)技術(shù)需借助特定的系統(tǒng)平臺，由于電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化需求較為多樣，所以應(yīng)結(jié)合電力系統(tǒng)實(shí)際工作所需科學(xué)的選擇可視化圖形實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

3 電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用分析

電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化是基于大數(shù)據(jù)技術(shù)以及可視化技術(shù)發(fā)展實(shí)現(xiàn)的，電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化將完成對電力系統(tǒng)工作的監(jiān)控、在線監(jiān)測、應(yīng)急指揮以及智能查詢等功能，同時(shí)電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化可以展示電力系統(tǒng)以及相關(guān)設(shè)施運(yùn)行情況，突出異常信息顯示，提升風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測能力，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)交互功能。

3.1 應(yīng)急指揮應(yīng)用

電力系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)可視化可以快速調(diào)度工作的各種資源，以對歷史數(shù)據(jù)分析作為途徑，實(shí)現(xiàn)電力應(yīng)急狀態(tài)下從電力系統(tǒng)工作現(xiàn)場收集并分析數(shù)據(jù)，從而制定應(yīng)急處置方案，實(shí)現(xiàn)資源的協(xié)調(diào)支配，構(gòu)建調(diào)動靈活的一體化應(yīng)急指揮數(shù)據(jù)可視化平臺。對于電力系統(tǒng)工作中的突發(fā)狀況，能夠?qū)崿F(xiàn)快速反應(yīng)，將電力系統(tǒng)工作故障位置及故障原因直觀地呈現(xiàn)給電力系統(tǒng)工作人員，可以為工作人員的檢修維護(hù)工作提供信息支持，減少電力系統(tǒng)工作故障帶來的影響，提升電力系統(tǒng)故障解決效率，從而保障人們生產(chǎn)生活中的用電安全。

3.2 運(yùn)行監(jiān)控應(yīng)用

對于電力系統(tǒng)各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢測，再以多種圖表形式展現(xiàn)出來，對電力系統(tǒng)運(yùn)行過程進(jìn)行全方位信息檢測，包括氣象信息、雷電信息檢測等，并提供報(bào)警系統(tǒng)，將影響范圍和影響程度進(jìn)行匯總。對電力系統(tǒng)每條線路運(yùn)行狀況定期進(jìn)行檢測，排查線路中可能存在的安全隱患，重點(diǎn)注意鳥類經(jīng)過較多的區(qū)域，在電力系統(tǒng)一體化應(yīng)急指揮數(shù)據(jù)可視化平臺中，需對鳥類經(jīng)過較多區(qū)域制定風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警檢測計(jì)劃，減少鳥類對電力系統(tǒng)工作的影響。同時(shí)對于生活區(qū)的線路定期進(jìn)行檢查，杜絕私自接線等不良行為，避免發(fā)生電力系統(tǒng)故障，為人們生產(chǎn)生活用電帶來安全隱患。

3.3 快速仿真和建模

在電力系統(tǒng)中應(yīng)用快速仿真模型，可以對電力系統(tǒng)工作過程中的售電數(shù)據(jù)、法律法規(guī)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測進(jìn)行分析[6]，保障電力系統(tǒng)工作過程的安全性和準(zhǔn)確性，并在電力系統(tǒng)工作中提供超前仿真，利用性能數(shù)據(jù)測試和通信系統(tǒng)對電壓、頻率、設(shè)備的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行模擬，然后根據(jù)模擬狀態(tài)進(jìn)行在線分析，確定當(dāng)前電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，保證其安全性、穩(wěn)定性。

3.4 自定義模式

電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化需具備自定義模式及功能，自定義模式可以滿足各類綜合性標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)可視化展示需求，根據(jù)實(shí)際需求，自定義電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化的數(shù)據(jù)源、顯示方式以及顯示內(nèi)容等，構(gòu)成操作簡單的電力數(shù)據(jù)可視化模式，同時(shí)支持應(yīng)急指揮平臺的快速反應(yīng)，以及對電力系統(tǒng)日常監(jiān)測，完成對電力系統(tǒng)工作故障以及安全隱患進(jìn)行科學(xué)處理。

3.5 可視化場景展示

電力數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)能夠針對主配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行收集，并持續(xù)監(jiān)控配電網(wǎng)運(yùn)行信息，在有限的屏幕中展示各項(xiàng)關(guān)鍵信息。

3.5.1 可視化工具

可視化技術(shù)的快速發(fā)展本身也是大數(shù)據(jù)時(shí)代下的一種需求，數(shù)據(jù)信息的可視化能夠?yàn)閿?shù)據(jù)分析工作提供更有力的支持，為管理和決策提供更完整可靠的依據(jù)，是數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘的基本要素。近些年電力行業(yè)的快速發(fā)展，其規(guī)模也在不斷拓展，數(shù)據(jù)信息也更加復(fù)雜，如何將復(fù)雜的電力數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩艨梢灾苯痈惺艿囊曈X圖像成為了一個(gè)問題、一個(gè)需求、一個(gè)趨向，而利用不同工具則可以產(chǎn)生不同的可視化視覺效果。

例如Excel 是廣泛應(yīng)用的繪圖和表格制作軟件，功能齊全且能夠生成不同類型的圖像信息；Ichartjs 軟件則有著跨平臺與高效構(gòu)建的優(yōu)勢，不管是2D 可視化還是3D 可視化都能發(fā)揮理想效果，這也是當(dāng)前很多電力企業(yè)廣泛應(yīng)用的技術(shù)支持工具與服務(wù)工具；Fusioncharts 相較于前者更具專業(yè)性，所繪制出的圖像在視覺呈現(xiàn)效果上也更加優(yōu)秀。

3.5.2 可視化展示

其一，電網(wǎng)模型潮流圖。電網(wǎng)模型潮流圖是電網(wǎng)模型的圖形表達(dá)技術(shù)手段，能夠更加生動具體地展現(xiàn)電網(wǎng)的主體框架信息，同時(shí)還能利用遙測和遙信等技術(shù)手段，通過計(jì)算結(jié)果來強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)區(qū)域情況；其二，以地理背景為基礎(chǔ)的展示圖。地理背景圖主要將優(yōu)化后的示意性地理背景為基礎(chǔ)，結(jié)合電網(wǎng)監(jiān)測工作的具體需求，利用可視化的方式反饋出某一區(qū)域的電網(wǎng)運(yùn)行情況，根本目的在于利用三維可視化的圖形界面展示功能，為電力企業(yè)的市場營銷決策提供可視化的數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié)語

電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在近些年來已經(jīng)成為我國相關(guān)研究者的研究熱點(diǎn)，也在實(shí)踐中取得較為優(yōu)異的成績，但是在電力系統(tǒng)大量紛雜的數(shù)據(jù)中形成高精度、高分辨率的數(shù)據(jù)可視模式，還需對智能算法、交互圖形處理技術(shù)進(jìn)行深入研究。與此同時(shí)現(xiàn)階段電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化研究成果并未得到全方位的應(yīng)用，所以還需研究人員在電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化研究中偏重于數(shù)據(jù)圖形展示等功能，深度挖掘綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化、多樣化、精細(xì)化的全面發(fā)展。