基于電網(wǎng)數(shù)據(jù)展示的可視化技術實現(xiàn)研究

王明

摘 要：隨著電網(wǎng)信息化建設的不斷深入，如何提高業(yè)務人員對電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析處理的能力并展示電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息，顯得尤為重要。可視化是指用圖形的方式將信息視覺上的美感和直觀性傳達出來。可視化技術在可視化領域中扮演著重要的角色，對于提升用戶體驗、幫助用戶理解數(shù)據(jù)以及快速挖掘出潛在價值等都有著巨大的作用。文章針對可視化技術在電網(wǎng)數(shù)據(jù)展示中的應用展開了相關研究。

關鍵詞：電網(wǎng)數(shù)據(jù)展示;可視化技術：系統(tǒng)實現(xiàn)

中圖法分類號：TP391文獻標識碼：A

１ 引言

目前，我國電網(wǎng)信息化建設正處于快速發(fā)展的階段，但是對于電網(wǎng)企業(yè)而言，其數(shù)據(jù)統(tǒng)計和管理也面臨著很多問題，如數(shù)據(jù)冗余、缺乏有效的分析方法和可視化手段等。我國現(xiàn)有的電網(wǎng)信息系統(tǒng)主要有２種模式：一種是采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的方式，如北京電力調(diào)度控制中心（簡稱北京電調(diào)）使用的ＭＩＳ 系統(tǒng)；另一種是采用Ｅｃｌｉｐｓｅ 和Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ 開發(fā)的基于Ｂ／ Ｓ架構的電子政務系統(tǒng)。為了幫助電網(wǎng)企業(yè)實現(xiàn)對電網(wǎng)信息系統(tǒng)的管理，以及提高工作人員工作效率和業(yè)務能力，將電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行科學、高效、直觀的展示成為當前電網(wǎng)企業(yè)數(shù)據(jù)展示的迫切需求。

２ 可視化技術在電網(wǎng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的應用

２．１ 數(shù)據(jù)倉庫

數(shù)據(jù)倉庫是一個集成了多個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成平臺，可提供和分析多個獨立系統(tǒng)中的大量信息，并對電網(wǎng)運行過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)進行綜合分析和挖掘，以做出更好的決策。在可視化技術支持下，可以便捷地在數(shù)據(jù)倉庫中完成各類數(shù)據(jù)可視化分析，從而了解數(shù)據(jù)間的關系以及數(shù)據(jù)在企業(yè)中的使用情況。

以電力系統(tǒng)為例，可通過可視化技術實現(xiàn)各類電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)分析。將所有設備信息、電力系統(tǒng)各部分的信息、電量信息等進行全面直觀的展示，達到全面掌握電力系統(tǒng)運行情況和各部分運行狀態(tài)的目的。對于典型電網(wǎng)業(yè)務，從用戶角度來看，用戶可以在數(shù)據(jù)倉庫中查看到具體某一臺設備或某個區(qū)域在特定時間段內(nèi)運行的情況，了解其生產(chǎn)經(jīng)營情況；從調(diào)度角度來看，可以掌握某一地區(qū)整體運行狀況以及各部分具體情況；從電廠角度來看，可以了解到某一電廠的具體運行情況以及各個機組工作是否正常等；從發(fā)電企業(yè)角度來看，可以了解到該地區(qū)電網(wǎng)發(fā)電能力、發(fā)電量占比等信息；從電網(wǎng)運行管理人員角度來看，可以了解到電網(wǎng)設備運行狀況及設備類型、功能是否正常等信息。

典型電網(wǎng)業(yè)務包括實時采集業(yè)務、預測分析業(yè)務、綜合調(diào)度業(yè)務等。其中，實時采集業(yè)務主要包括歷史數(shù)據(jù)實時采集和實時分析；預測分析業(yè)務主要包括中長期電力需求預測分析、電量預測分析以及負荷預測等。

２．２ 數(shù)據(jù)分析與預測

目前，數(shù)據(jù)分析和預測是電網(wǎng)公司經(jīng)營管理的重要決策手段，根據(jù)數(shù)據(jù)分析和預測，公司領導能夠及時發(fā)現(xiàn)業(yè)務發(fā)展中存在的問題，提前制定措施，做出相應的決策。在數(shù)據(jù)分析與預測中，采用可視化技術可以有效提高數(shù)據(jù)分析和預測的效率。目前，在電力行業(yè)，可以使用一些可視化分析工具來處理數(shù)據(jù)倉庫的海量數(shù)據(jù)。通常情況下，電力行業(yè)公司可以使用一些簡單的可視化工具將信息更加直觀、高效地展示出來。

時間序列預測圖將各個時期的歷史數(shù)據(jù)與當前的參數(shù)相結合來預測未來一段時間的情況。在時間序列分析中，預測圖可以分為２ 類：趨勢預測圖和周期預測圖。趨勢預測圖：在時間序列預測中使用趨勢圖對未來數(shù)據(jù)進行分析，可以有效描述當前和過去發(fā)生的數(shù)據(jù)，并識別出未來發(fā)生的可能。周期預測圖：使用周期模型來描述一個過程或者一段時間內(nèi)正在發(fā)生的事情或工作行為。它可以顯示每個過程中正在發(fā)生和已經(jīng)結束的事情（如某時間段內(nèi)已經(jīng)進行了多少工作），同時它還能顯示當前正在進行的工作以及相關活動。在周期模型中使用一個表示過去變化和事件之間關系的函數(shù)。趨勢圖的主要缺點是它只能顯示統(tǒng)計上相關程度較高的信息，并且在預測圖中也只能顯示部分已知信息（如某一天、某一月或某一年）。

此外，通過應用預測圖還能發(fā)現(xiàn)那些時間序列中具有高度相關性的信息，從而可以對其進行更深入的分析。

２．３ 電網(wǎng)運行監(jiān)視和控制

電網(wǎng)運行監(jiān)視和控制系統(tǒng)包含電力調(diào)度中心、變電站、發(fā)電企業(yè)等，其主要是以圖形化的方式顯示各個設備之間的關系和情況，還可對其中的設備進行定位，是電力系統(tǒng)安全可靠運行的重要保障。傳統(tǒng)的圖形化操作方式較為煩瑣，不便于操作和理解。近年來，隨著圖形技術、圖像處理技術和計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展，在電網(wǎng)運行監(jiān)視和控制系統(tǒng)中應用可視化圖形技術成為可能。

調(diào)度中心可通過網(wǎng)絡數(shù)據(jù)可視化平臺實現(xiàn)對電網(wǎng)設備和資源的實時監(jiān)控，系統(tǒng)中的設備主要有變電站主變壓器、母線開關、斷路器等，各設備之間通過輸電線路連接，電網(wǎng)各節(jié)點通過電力通信網(wǎng)絡與調(diào)度中心實現(xiàn)實時交互。輸電線路是電網(wǎng)中最基本也最重要的組成部分，其運行狀態(tài)對電網(wǎng)運行安全和電能質(zhì)量有很大影響。電力企業(yè)可采用基于地理信息系統(tǒng)（ＧＩＳ）平臺上的輸電線路圖形化界面進行輸電線路狀態(tài)的實時監(jiān)測，并將采集到的地理數(shù)據(jù)進行集成顯示；可以根據(jù)地理信息系統(tǒng)平臺上采集到的地理信息，利用基于ＧＩＳ 平臺上強大的空間分析功能對輸電線路運行狀態(tài)進行定位和評估；還可以在ＧＩＳ 平臺上建立輸電線路模型庫，使電網(wǎng)運行人員能夠直觀地對輸電線路進行狀態(tài)評估和預測，為電力企業(yè)運行維護和規(guī)劃決策提供更加科學準確、高效便捷的依據(jù)。在發(fā)電企業(yè)中，電網(wǎng)運行監(jiān)視和控制系統(tǒng)主要是對發(fā)電設備進行監(jiān)測、控制和管理。

２．４ 決策支持系統(tǒng)

決策支持系統(tǒng)是利用計算機技術來解決和分析決策問題，為決策者提供決策依據(jù)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常包括以下幾個主要功能：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、分析挖掘、預測和模擬、可視化。決策支持系統(tǒng)可以對收集到的數(shù)據(jù)進行一系列的分析、加工、處理，得到所需要的結論或者意見，從而為決策者提供必要的信息。

決策支持系統(tǒng)從大量數(shù)據(jù)中提取有效信息并進行分析研究是一個復雜的過程，要對大量的數(shù)據(jù)進行分析和處理，需要消耗大量的時間和精力。通過可視化技術對海量數(shù)據(jù)進行處理并以圖形化和多維空間的方式呈現(xiàn)給決策者，從而使決策者能夠以較少的精力獲得較多的信息，這樣可以提高決策效率。

在可視化技術中，利用圖形來展示信息、知識或模型的方法稱為可視化方法。將可視化方法應用于電網(wǎng)運行中，可對電網(wǎng)運行中發(fā)生的事件或設備狀態(tài)進行分析處理并做出預測和模擬，為決策者提供必要的信息，以做出科學合理的決策。例如：（１）基于圖形與曲線相結合及動態(tài)效果直觀顯示設備運行狀態(tài)及異常情況，利用圖形并結合曲線對設備運行情況進行分析預測，并可隨時監(jiān)控設備運行狀態(tài)變化趨勢并及時采取措施；（２）基于圖形與時間相結合及動態(tài)效果直觀顯示設備運行情況及異常情況，利用圖形實時展示各變電站、各線路及各電壓等級的運行情況。用戶可通過人機交互界面在圖中任意點擊或者拖動位置信息、時間、設置條件等關鍵參數(shù)進行查看，動態(tài)展示設備運行狀態(tài)的變化趨勢。

３ 電網(wǎng)數(shù)據(jù)展示的可視化技術分析

電網(wǎng)可視化系統(tǒng)通過對主配電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行有效的數(shù)據(jù)信息采集和監(jiān)視，并在有限的屏幕區(qū)域提供多種展示［１］ 。

３．１ 資料存取

在電力系統(tǒng)中，為保證并行性，本文提出了一種基于Ｊ２ＥＥ 技術框架的多層次結構模型，并進行了多層結構模型的設計與實現(xiàn)。整個技術體系結構包括信息層、處理層、表現(xiàn)層和終端層。

在接口的實施模式上， 可以采用比較常見的Ｗｅｂｓｅｒｖｉｃｅ 方程式以及Ｗｅｂｓｅｒｖｉｃｅ 的規(guī)范框架，將外面的數(shù)據(jù)物件進行包裝，并與外界的系統(tǒng)進行整合和數(shù)據(jù)互動。通過ＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅ 的方式，可提高用戶的服務質(zhì)量和效率。

（１）確定要選取的資料，對資料的來源進行詳細的剖析，并要求各廠商協(xié)助，將有關的資料一并提交；

（２）從格式、數(shù)據(jù)規(guī)范等角度分析所要提取的數(shù)據(jù)，編制數(shù)據(jù)要求表；

（３）決定各服務間的界面實施模式，以統(tǒng)一的界面規(guī)格，要求各部門或各相關的系統(tǒng)提供商進行合作；

（４）建立數(shù)據(jù)界面，完成數(shù)據(jù)采集與界面的管理，并在界面上進行數(shù)據(jù)傳送時對運行日志進行記錄；

（５）接口的聯(lián)合調(diào)試，保證數(shù)據(jù)的完整和符合要求，需要其他廠家的聯(lián)合調(diào)試。最終，在對應的資源庫中配置顯示系統(tǒng)，并利用界面來獲得業(yè)務信息，從而實現(xiàn)顯示屏幕的作用。

３．２ 可視化數(shù)據(jù)庫

可視化數(shù)據(jù)庫主要用于電網(wǎng)企業(yè)各類數(shù)據(jù)的管理與分析，對電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行高效、直觀、形象的展示?？梢暬瘮?shù)據(jù)庫主要有２ 大類：一是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，二是數(shù)據(jù)倉庫。

可視化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是利用各種可視化技術將電網(wǎng)企業(yè)各類數(shù)據(jù)進行集中管理和分析的系統(tǒng)，主要功能包括數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理、信息檢索、可視化展示等。

目前，隨著計算機技術和互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，電網(wǎng)企業(yè)信息管理的方式不斷進步。電力企業(yè)應用比較廣泛的是ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ ２０００ 及以上版本， Ｏｒａｃｌｅ ９ｉ、Ｏｒａｃｌｅ １０ｇ 等數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)也在逐漸替代傳統(tǒng)的企業(yè)信息管理方式。通過可視化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行展示分析，具有直觀性強、信息量大的特點。

可視化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一個功能強大的信息管理平臺，其基于Ｗｅｂ 應用程序編程接口技術，與ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ ２０００／２０００ 及以上版本無縫集成和交互，利用豐富多樣的圖表和圖形對電網(wǎng)企業(yè)各類信息數(shù)據(jù)進行可視化展示分析［２～３］ 。

電力企業(yè)應用比較廣泛的有電網(wǎng)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營決策、調(diào)度自動化、營銷業(yè)務、售電業(yè)務、客服業(yè)務和網(wǎng)絡建設等業(yè)務系統(tǒng)。

可視化數(shù)據(jù)庫主要用于電力企業(yè)管理信息系統(tǒng)和內(nèi)部ＥＲＰ 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)展示，如電網(wǎng)生產(chǎn)調(diào)度運行、設備檢修、物資管理等過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)信息。目前應用比較廣泛的可視化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ２０００ 及以上版本。

３．３ 可視化的情景演示

可視化技術與當前大數(shù)據(jù)的發(fā)展相適應，數(shù)據(jù)的可視化成為數(shù)據(jù)的有效補充，也是數(shù)據(jù)挖掘的先決條件。在電力發(fā)展過程中，將復雜的數(shù)據(jù)信息轉換為可視化是一種必然。

（１） Ｅｘｃｅｌ 是一款基本的圖形繪制軟件，它具有多種性能，能夠產(chǎn)生多種不同的圖形。

（２）具有跨平臺、快速構建特點的Ｉｃｈａｒｔｊｓ，其二維和三維呈現(xiàn)形式成為當今許多企業(yè)所喜愛的一種技術手段和服務手段。

（３） Ｆｕｓｉｏｎｃｈａｒｔｓ 所產(chǎn)生的圖像與另外２ 種類型的圖像相比更加專業(yè)。

電力網(wǎng)絡建模的基本方法是電力系統(tǒng)的基本圖解，該方法不僅能直觀地顯示電力系統(tǒng)的基本結構，還能利用遙信、遙測等各種應用的運算，在某些地區(qū)進行顯示。

在此基礎上，利用增強的示意圖環(huán)境監(jiān)測電力系統(tǒng)，以可視化方式顯示該地區(qū)的電力系統(tǒng)，其最終目標是為電力系統(tǒng)的市場決策提供支持。

４ 結束語

本文根據(jù)電網(wǎng)數(shù)據(jù)展示的特點，對電網(wǎng)數(shù)據(jù)的可視化展示進行了深入分析，提出了幾種適合電網(wǎng)數(shù)據(jù)可視化展示的方法。對可視化技術在電網(wǎng)數(shù)據(jù)展示中的應用進行了全面深入的介紹，旨在引起讀者對電網(wǎng)數(shù)據(jù)可視化展現(xiàn)技術的重視，從而進一步加強對可視化技術在電網(wǎng)數(shù)據(jù)展示中應用的研究。

隨著可視化技術的不斷發(fā)展，其在電力領域中已經(jīng)有越來越多的應用。相信未來隨著電力領域相關技術和方法、工具的不斷成熟，以及電力行業(yè)用戶對可視化技術應用需求、認知程度的不斷提升，可視化技術必將在電力行業(yè)得到越來越廣泛的應用。

參考文獻：

［１］ 李希娟．大數(shù)據(jù)時代下的數(shù)據(jù)可視化研究［Ｄ］．保定：河北大學，２０１４．

［２］ 曾悠．大數(shù)據(jù)時代背景下的數(shù)據(jù)可視化概念研究［Ｄ］．杭州：浙江大學，２０１４．

［３］ 楊彥波，劉濱，祁明月．信息可視化研究綜述［Ｊ］．河北科技大學學報，２０１４，３５（341 乢uc2１P