基于電網(wǎng)數(shù)據(jù)展示的可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)研究

王明

摘 要：隨著電網(wǎng)信息化建設(shè)的不斷深入，如何提高業(yè)務(wù)人員對(duì)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?？梢暬侵赣脠D形的方式將信息視覺(jué)上的美感和直觀性傳達(dá)出來(lái)?？梢暬夹g(shù)在可視化領(lǐng)域中扮演著重要的角色，對(duì)于提升用戶體驗(yàn)、幫助用戶理解數(shù)據(jù)以及快速挖掘出潛在價(jià)值等都有著巨大的作用。文章針對(duì)可視化技術(shù)在電網(wǎng)數(shù)據(jù)展示中的應(yīng)用展開了相關(guān)研究。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)數(shù)據(jù)展示;可視化技術(shù)：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

中圖法分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

１ 引言

目前，我國(guó)電網(wǎng)信息化建設(shè)正處于快速發(fā)展的階段，但是對(duì)于電網(wǎng)企業(yè)而言，其數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和管理也面臨著很多問(wèn)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(guó)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(kù)的方式，如北京電力調(diào)度控制中心（簡(jiǎn)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(gòu)的電子政務(wù)系統(tǒng)。為了幫助電網(wǎng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(wù)能力，將電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)、高效、直觀的展示成為當(dāng)前電網(wǎng)企業(yè)數(shù)據(jù)展示的迫切需求。

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

２．１ 數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是一個(gè)集成了多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，可提供和分析多個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)中的大量信息，并對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和挖掘，以做出更好的決策。在可視化技術(shù)支持下，可以便捷地在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)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(guān)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(guò)可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)各類電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)分析。將所有設(shè)備信息、電力系統(tǒng)各部分的信息、電量信息等進(jìn)行全面直觀的展示，達(dá)到全面掌握電力系統(tǒng)運(yùn)行情況和各部分運(yùn)行狀態(tài)的目的。對(duì)于典型電網(wǎng)業(yè)務(wù)，從用戶角度來(lái)看，用戶可以在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中查看到具體某一臺(tái)設(shè)備或某個(gè)區(qū)域在特定時(shí)間段內(nèi)運(yùn)行的情況，了解其生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)情況；從調(diào)度角度來(lái)看，可以掌握某一地區(qū)整體運(yùn)行狀況以及各部分具體情況；從電廠角度來(lái)看，可以了解到某一電廠的具體運(yùn)行情況以及各個(gè)機(jī)組工作是否正常等；從發(fā)電企業(yè)角度來(lái)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(yùn)行管理人員角度來(lái)看，可以了解到電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況及設(shè)備類型、功能是否正常等信息。

典型電網(wǎng)業(yè)務(wù)包括實(shí)時(shí)采集業(yè)務(wù)、預(yù)測(cè)分析業(yè)務(wù)、綜合調(diào)度業(yè)務(wù)等。其中，實(shí)時(shí)采集業(yè)務(wù)主要包括歷史數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和實(shí)時(shí)分析；預(yù)測(cè)分析業(yè)務(wù)主要包括中長(zhǎng)期電力需求預(yù)測(cè)分析、電量預(yù)測(cè)分析以及負(fù)荷預(yù)測(cè)等。

２．２ 數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)

目前，數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)是電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)管理的重要決策手段，根據(jù)數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)，公司領(lǐng)導(dǎo)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)發(fā)展中存在的問(wèn)題，提前制定措施，做出相應(yīng)的決策。在數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)中，采用可視化技術(shù)可以有效提高數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)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(lái)處理數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)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(jiǎn)單的可視化工具將信息更加直觀、高效地展示出來(lái)。

時(shí)間序列預(yù)測(cè)圖將各個(gè)時(shí)期的歷史數(shù)據(jù)與當(dāng)前的參數(shù)相結(jié)合來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間的情況。在時(shí)間序列分析中，預(yù)測(cè)圖可以分為２ 類：趨勢(shì)預(yù)測(cè)圖和周期預(yù)測(cè)圖。趨勢(shì)預(yù)測(cè)圖：在時(shí)間序列預(yù)測(cè)中使用趨勢(shì)圖對(duì)未來(lái)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以有效描述當(dāng)前和過(guò)去發(fā)生的數(shù)據(jù)，并識(shí)別出未來(lái)發(fā)生的可能。周期預(yù)測(cè)圖：使用周期模型來(lái)描述一個(gè)過(guò)程或者一段時(shí)間內(nèi)正在發(fā)生的事情或工作行為。它可以顯示每個(gè)過(guò)程中正在發(fā)生和已經(jīng)結(jié)束的事情（如某時(shí)間段內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行了多少工作），同時(shí)它還能顯示當(dāng)前正在進(jìn)行的工作以及相關(guān)活動(dòng)。在周期模型中使用一個(gè)表示過(guò)去變化和事件之間關(guān)系的函數(shù)。趨勢(shì)圖的主要缺點(diǎn)是它只能顯示統(tǒng)計(jì)上相關(guān)程度較高的信息，并且在預(yù)測(cè)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(guò)應(yīng)用預(yù)測(cè)圖還能發(fā)現(xiàn)那些時(shí)間序列中具有高度相關(guān)性的信息，從而可以對(duì)其進(jìn)行更深入的分析。

２．３ 電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)視和控制

電網(wǎng)運(yùn)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(gè)設(shè)備之間的關(guān)系和情況，還可對(duì)其中的設(shè)備進(jìn)行定位，是電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)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(lái)，隨著圖形技術(shù)、圖像處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)視和控制系統(tǒng)中應(yīng)用可視化圖形技術(shù)成為可能。

調(diào)度中心可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)設(shè)備和資源的實(shí)時(shí)監(jiān)控，系統(tǒng)中的設(shè)備主要有變電站主變壓器、母線開關(guān)、斷路器等，各設(shè)備之間通過(guò)輸電線路連接，電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)通過(guò)電力通信網(wǎng)絡(luò)與調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(yùn)行狀態(tài)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)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(tái)上的輸電線路圖形化界面進(jìn)行輸電線路狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將采集到的地理數(shù)據(jù)進(jìn)行集成顯示；可以根據(jù)地理信息系統(tǒng)平臺(tái)上采集到的地理信息，利用基于ＧＩＳ 平臺(tái)上強(qiáng)大的空間分析功能對(duì)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行定位和評(píng)估；還可以在ＧＩＳ 平臺(tái)上建立輸電線路模型庫(kù)，使電網(wǎng)運(yùn)行人員能夠直觀地對(duì)輸電線路進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估和預(yù)測(cè)，為電力企業(yè)運(yùn)行維護(hù)和規(guī)劃決策提供更加科學(xué)準(zhǔn)確、高效便捷的依據(jù)。在發(fā)電企業(yè)中，電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)視和控制系統(tǒng)主要是對(duì)發(fā)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、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(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)解決和分析決策問(wèn)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(gè)主要功能：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、分析挖掘、預(yù)測(cè)和模擬、可視化。決策支持系統(tǒng)可以對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的分析、加工、處理，得到所需要的結(jié)論或者意見(jiàn)，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(jìn)行分析研究是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，要對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，需要消耗大量的時(shí)間和精力。通過(guò)可視化技術(shù)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)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(shù)中，利用圖形來(lái)展示信息、知識(shí)或模型的方法稱為可視化方法。將可視化方法應(yīng)用于電網(wǎng)運(yùn)行中，可對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行中發(fā)生的事件或設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行分析處理并做出預(yù)測(cè)和模擬，為決策者提供必要的信息，以做出科學(xué)合理的決策。例如：（１）基于圖形與曲線相結(jié)合及動(dòng)態(tài)效果直觀顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及異常情況，利用圖形并結(jié)合曲線對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，并可隨時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)變化趨勢(shì)并及時(shí)采取措施；（２）基于圖形與時(shí)間相結(jié)合及動(dòng)態(tài)效果直觀顯示設(shè)備運(yùn)行情況及異常情況，利用圖形實(shí)時(shí)展示各變電站、各線路及各電壓等級(jí)的運(yùn)行情況。用戶可通過(guò)人機(jī)交互界面在圖中任意點(diǎn)擊或者拖動(dòng)位置信息、時(shí)間、設(shè)置條件等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行查看，動(dòng)態(tài)展示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的變化趨勢(shì)。

３ 電網(wǎng)數(shù)據(jù)展示的可視化技術(shù)分析

電網(wǎng)可視化系統(tǒng)通過(guò)對(duì)主配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)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(shù)框架的多層次結(jié)構(gòu)模型，并進(jìn)行了多層結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。整個(gè)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)包括信息層、處理層、表現(xiàn)層和終端層。

在接口的實(shí)施模式上， 可以采用比較常見(jiàn)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(jìn)行包裝，并與外界的系統(tǒng)進(jìn)行整合和數(shù)據(jù)互動(dòng)。通過(guò)ＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅ 的方式，可提高用戶的服務(wù)質(zhì)量和效率。

（１）確定要選取的資料，對(duì)資料的來(lái)源進(jìn)行詳細(xì)的剖析，并要求各廠商協(xié)助，將有關(guān)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(wù)間的界面實(shí)施模式，以統(tǒng)一的界面規(guī)格，要求各部門或各相關(guān)的系統(tǒng)提供商進(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)對(duì)運(yùn)行日志進(jìn)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(duì)應(yīng)的資源庫(kù)中配置顯示系統(tǒng)，并利用界面來(lái)獲得業(yè)務(wù)信息，從而實(shí)現(xiàn)顯示屏幕的作用。

３．２ 可視化數(shù)據(jù)庫(kù)

可視化數(shù)據(jù)庫(kù)主要用于電網(wǎng)企業(yè)各類數(shù)據(jù)的管理與分析，對(duì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效、直觀、形象的展示?？梢暬瘮?shù)據(jù)庫(kù)主要有２ 大類：一是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，二是數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。

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

目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)企業(yè)信息管理的方式不斷進(jìn)步。電力企業(yè)應(yīng)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(kù)系統(tǒng)也在逐漸替代傳統(tǒng)的企業(yè)信息管理方式。通過(guò)可視化數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示分析，具有直觀性強(qiáng)、信息量大的特點(diǎn)。

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

電力企業(yè)應(yīng)用比較廣泛的有電網(wǎng)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策、調(diào)度自動(dòng)化、營(yíng)銷業(yè)務(wù)、售電業(yè)務(wù)、客服業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

可視化數(shù)據(jù)庫(kù)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(yùn)行、設(shè)備檢修、物資管理等過(guò)程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)信息。目前應(yīng)用比較廣泛的可視化數(shù)據(jù)庫(kù)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(shù)與當(dāng)前大數(shù)據(jù)的發(fā)展相適應(yīng)，數(shù)據(jù)的可視化成為數(shù)據(jù)的有效補(bǔ)充，也是數(shù)據(jù)挖掘的先決條件。在電力發(fā)展過(guò)程中，將復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)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(tái)、快速構(gòu)建特點(diǎn)的Ｉｃｈａｒｔｊｓ，其二維和三維呈現(xiàn)形式成為當(dāng)今許多企業(yè)所喜愛(ài)的一種技術(shù)手段和服務(wù)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(luò)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(jié)構(gòu)，還能利用遙信、遙測(cè)等各種應(yīng)用的運(yùn)算，在某些地區(qū)進(jìn)行顯示。

在此基礎(chǔ)上，利用增強(qiáng)的示意圖環(huán)境監(jiān)測(cè)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(biāo)是為電力系統(tǒng)的市場(chǎng)決策提供支持。

４ 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)電網(wǎng)數(shù)據(jù)展示的特點(diǎn)，對(duì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)的可視化展示進(jìn)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(duì)可視化技術(shù)在電網(wǎng)數(shù)據(jù)展示中的應(yīng)用進(jìn)行了全面深入的介紹，旨在引起讀者對(duì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)可視化展現(xiàn)技術(shù)的重視，從而進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)可視化技術(shù)在電網(wǎng)數(shù)據(jù)展示中應(yīng)用的研究。

隨著可視化技術(shù)的不斷發(fā)展，其在電力領(lǐng)域中已經(jīng)有越來(lái)越多的應(yīng)用。相信未來(lái)隨著電力領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)和方法、工具的不斷成熟，以及電力行業(yè)用戶對(duì)可視化技術(shù)應(yīng)用需求、認(rèn)知程度的不斷提升，可視化技術(shù)必將在電力行業(yè)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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