基于信息機(jī)房的可視化電力調(diào)度在電力企業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

鄭超雷，史奎山，陳江堯

（浙江華云信息科技有限公司，浙江杭州 310012）

信息，通常泛指所有經(jīng)由通信、存儲(chǔ)或處理的形式處理的傳播內(nèi)容；機(jī)房，在傳統(tǒng)意義上為傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)的場(chǎng)所，隨著社會(huì)的進(jìn)步，機(jī)房的定義已變遷為在通信、電力等領(lǐng)域用于機(jī)器集中運(yùn)作的空間，一般指存放相關(guān)服務(wù)器以及設(shè)備的地方[1]。信息機(jī)房可以認(rèn)為是一個(gè)采集信息，并將信息經(jīng)過(guò)處理后向外部傳遞，同時(shí)又將該信息進(jìn)行自身保留的場(chǎng)地化信息設(shè)備[2-3]，該設(shè)備涵蓋了服務(wù)器、電腦、交換機(jī)及備用電源等。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，信息機(jī)房?jī)?nèi)的相關(guān)設(shè)備種類越來(lái)越多樣化，機(jī)房?jī)?nèi)部的場(chǎng)地及用能規(guī)模也在同步擴(kuò)大，日趨龐大且復(fù)雜的信息機(jī)房若發(fā)生故障，極可能造成正常的數(shù)據(jù)采集、輸送、保存過(guò)程中斷，會(huì)給電力單位乃至當(dāng)?shù)氐闹圃炱髽I(yè)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失[4-6]。

近年來(lái)可視化技術(shù)在中國(guó)電力自動(dòng)化領(lǐng)域中得到了大力的發(fā)展，現(xiàn)已成為電力系統(tǒng)中電力調(diào)度以及穩(wěn)態(tài)運(yùn)行監(jiān)控的重要輔助方式[7-8]。在宏觀電力調(diào)度層面，已有部分研究人員對(duì)它進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)[9]中認(rèn)為電力調(diào)度可以以智能機(jī)器調(diào)度員理論為基礎(chǔ)展開設(shè)計(jì)，相比傳統(tǒng)人力，該理論中的智能機(jī)器調(diào)度員的自學(xué)習(xí)能力及自適應(yīng)能力在電力調(diào)度中都具備明顯的優(yōu)勢(shì)。文獻(xiàn)[10]提到一種可視化技術(shù)的架構(gòu)，該可視化技術(shù)架構(gòu)的主要用途為提供智能化服務(wù)。但受限于當(dāng)時(shí)的科技水平，且當(dāng)時(shí)社會(huì)對(duì)電力穩(wěn)定性的要求并不高，因此該架構(gòu)的提出并沒有取得理想的效果。

文獻(xiàn)[11]對(duì)電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行了研究，在該研究中，分別將圖像、模型及數(shù)據(jù)信息相結(jié)合，共同融入到電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，完成了可視化電力調(diào)度在某省級(jí)行政區(qū)域電網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用及過(guò)程的分析。文獻(xiàn)[12]研究了一種針對(duì)輸電網(wǎng)管理的控制理論，對(duì)電網(wǎng)電力調(diào)控手段及電力調(diào)控的管理2 方面進(jìn)行了分析，提出將信息機(jī)房作為電力調(diào)控及管理中心。文獻(xiàn)[13]通過(guò)研究電網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，分析了可視化技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要性，闡述了可視化技術(shù)架構(gòu)的應(yīng)用。文獻(xiàn)[14]提出了電力系統(tǒng)設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)概念，認(rèn)為可以將可視化技術(shù)引入到電力設(shè)備的日常監(jiān)測(cè)和維運(yùn)中，提高電力調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)度效率的同時(shí)，同步促進(jìn)工作人員管理策略的及時(shí)更改。

綜合來(lái)看，大量的研究和實(shí)踐都聚焦于將可視化的技術(shù)手段應(yīng)用在電力企業(yè)宏觀電力調(diào)度架構(gòu)的分析上，尚未有更細(xì)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)踐——將可視化技術(shù)與信息機(jī)房相結(jié)合，共同作用于電力企業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)中。

本文通過(guò)分析信息機(jī)房的可視化電力調(diào)度在電力企業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，闡釋了可視化技術(shù)在信息機(jī)房電力調(diào)度中的重要性，并在研究過(guò)程中，分析可視化技術(shù)在電力系統(tǒng)信息機(jī)房中實(shí)現(xiàn)的方法，為電力調(diào)度系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 信息機(jī)房設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)架構(gòu)

信息機(jī)房可以認(rèn)為是一個(gè)采集信息，并將信息經(jīng)過(guò)處理后向外部傳遞，同時(shí)又將該信息進(jìn)行自身保留的場(chǎng)地化信息設(shè)備。

雖然信息機(jī)房涵蓋了服務(wù)器、電腦、交換機(jī)以及備用電源等物理硬件，它在電力自動(dòng)化過(guò)程中通常被視作一個(gè)完整的運(yùn)行模塊。從數(shù)據(jù)流向角度著手，采用信息采集端與信息處理端相分離的方式，設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于信息機(jī)房的跨區(qū)、兼容采集流程，結(jié)合采集管理器、Prometheus 采集中心、采集器以及文件交換組件4 個(gè)子模塊[15]完成數(shù)據(jù)流動(dòng)和管理，具體內(nèi)容如圖1 所示。

圖1 信息機(jī)房設(shè)備數(shù)據(jù)采集流程圖

由圖1 可知，I區(qū)網(wǎng)絡(luò)Prometheus 采集中心匯總各個(gè)采集點(diǎn)所采集到的信息，并將匯總的信息傳送到采集管理器中，采集管理器對(duì)傳送上來(lái)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀??；I區(qū)網(wǎng)絡(luò)的采集管理器將讀取到的信息提交給交換目錄。III區(qū)網(wǎng)絡(luò)中的Prometheus 采集中心對(duì)自區(qū)各采集點(diǎn)信息進(jìn)行匯總，并將匯總的信息傳送到采集管理器中，由III區(qū)交換目錄對(duì)自區(qū)采集管理器數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀取并接受采集管理器配置。

2 個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的交換目錄通過(guò)隔離裝置進(jìn)行文件交換。III區(qū)交換目錄獲取到I區(qū)交換目錄傳送數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。III區(qū)網(wǎng)絡(luò)的采集管理器獲取交換來(lái)的數(shù)據(jù)信息后及時(shí)上報(bào)給數(shù)據(jù)庫(kù)，準(zhǔn)時(shí)完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)任務(wù)。

2 機(jī)房可視化電力調(diào)度系統(tǒng)概述

2.1 系統(tǒng)需求分析

提高電力系統(tǒng)的效率是開展電力自動(dòng)化設(shè)計(jì)的首要考慮因素，將可視化運(yùn)維融合入電力調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一方面能直觀獲取數(shù)據(jù)變化，另一方面能夠結(jié)合數(shù)據(jù)分析支撐決策，高效體現(xiàn)當(dāng)前實(shí)體系統(tǒng)的配置可行性和性能情況[16]。

針對(duì)電力調(diào)控系統(tǒng)信息機(jī)房的可視化設(shè)計(jì)，可以在界面中重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流向和實(shí)體機(jī)組的線上數(shù)字孿生映射、集成化控制等功能。

2.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)需求分析的基礎(chǔ)上，完成電力自動(dòng)化系統(tǒng)的功能模塊的劃分，如圖2 所示。

圖2 電力自動(dòng)化系統(tǒng)功能

電力自動(dòng)化系統(tǒng)一共涵蓋了7 大方向內(nèi)容，分別為監(jiān)控、告警、配置、統(tǒng)計(jì)分析、安全、維護(hù)和系統(tǒng)管理模塊[17]。本文設(shè)計(jì)在電力自動(dòng)化系統(tǒng)信息機(jī)房中的分區(qū)數(shù)據(jù)來(lái)源同樣出自上述7 個(gè)方向的模塊建設(shè)，分別是：①實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊。信息機(jī)房中涵蓋多套復(fù)合關(guān)聯(lián)組件，且設(shè)備數(shù)量較多，因此對(duì)信息機(jī)房?jī)?nèi)部的各類各處組件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控尤為重要。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊檢測(cè)機(jī)房?jī)?nèi)部的設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行質(zhì)量，同時(shí)排查存在火災(zāi)隱患區(qū)域、定期監(jiān)測(cè)灰塵堆積和靜電情況等。②告警管理模塊。當(dāng)機(jī)房?jī)?nèi)部出現(xiàn)不安全因素時(shí)，告警管理模塊對(duì)報(bào)警事項(xiàng)進(jìn)行評(píng)定，如果確定為不安全因素，則進(jìn)行告警提示，并在告警后通過(guò)顯示器畫面提示不安全因素產(chǎn)生的具體位置。③配置管理模塊。該模塊可通過(guò)機(jī)房中設(shè)備的計(jì)算承載、功耗和容量等信息分析設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)。④數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析模塊。該模塊對(duì)信息機(jī)房中各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總，形成相關(guān)的數(shù)據(jù)報(bào)表、圖像報(bào)表及數(shù)字孿生圖像。⑤安全管理模塊。該模塊可通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析模塊生成相關(guān)的數(shù)據(jù)報(bào)表或圖像報(bào)表，分析確定系統(tǒng)存在危險(xiǎn)的隱患位置及最佳處置決策，快速配置安全管理資源。⑥維護(hù)管理模塊。工作人員在系統(tǒng)中提前設(shè)定系統(tǒng)的巡視路線和周期，一旦發(fā)現(xiàn)存在隱患的區(qū)域，則通過(guò)維護(hù)管理模塊進(jìn)行維穩(wěn)處理。⑦系統(tǒng)管理模塊。該模塊可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理，具體的管理內(nèi)容包括工作人員事務(wù)處理的權(quán)限設(shè)置、系統(tǒng)日常維穩(wěn)事項(xiàng)等。

2.3 系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

各個(gè)模塊發(fā)揮效用還需要對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)[18]，本文設(shè)計(jì)的軟件架構(gòu)采用了3 層式（3-tier）區(qū)分設(shè)計(jì)，具體如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)形式

用戶界面層用于體現(xiàn)接口界面以及顯示器的界面情況；中間的業(yè)務(wù)邏輯層負(fù)責(zé)對(duì)下一層采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)將信息傳遞給上一層；數(shù)據(jù)訪問層采用DAO Interface 和DAO Factory 對(duì)機(jī)房信息進(jìn)行獲取。

3 機(jī)房可視化電力調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 場(chǎng)景分割算法

在信息機(jī)房可視化電力調(diào)度的過(guò)程中，最關(guān)鍵的是“可視”，“可視”離不開對(duì)信息機(jī)房的場(chǎng)景管理。本文利用數(shù)字孿生技術(shù)，運(yùn)用三維圖像綜合模擬機(jī)房?jī)?nèi)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)實(shí)體，以及機(jī)房及其內(nèi)部設(shè)備關(guān)聯(lián)耦合情況。傳統(tǒng)的三維圖像模擬對(duì)此類復(fù)雜場(chǎng)景的線上映射處理較為困難，因此本設(shè)計(jì)中引入了場(chǎng)景分割算法，幫助解決三維場(chǎng)景模擬的用時(shí)及內(nèi)容細(xì)化問題[19-20]。

在進(jìn)行場(chǎng)景分割前，先完成信息機(jī)房的可視化流程梳理。信息機(jī)房相關(guān)的原始數(shù)據(jù)經(jīng)由特定公式進(jìn)行數(shù)據(jù)變換，輸出結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表后，進(jìn)一步可視化映射轉(zhuǎn)化形成用于三維圖形化的可視化基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，最后通過(guò)視圖變化與關(guān)聯(lián)構(gòu)建，形成用戶可見視圖。實(shí)現(xiàn)步驟如圖4 所示。

圖4 信息機(jī)房可視化步驟

因電力調(diào)度信息機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備繁雜，且運(yùn)維過(guò)程的交互關(guān)系，普通的管理算法的模擬效果并不理想。因此，在本文設(shè)計(jì)的信息機(jī)房可視化技術(shù)中使用了代價(jià)函數(shù)法幫助進(jìn)行場(chǎng)景分割，用代價(jià)函數(shù)法獲取整個(gè)場(chǎng)景分割算法訓(xùn)練集中的所有數(shù)據(jù)誤差的平均值，同時(shí)加入防止過(guò)擬合的正則化項(xiàng)，快速找到最優(yōu)解。在確定代價(jià)函數(shù)后，進(jìn)一步為空間分割算法確定分割因子，具體示意圖如圖5 所示。

圖5 空間場(chǎng)景分割示意圖

由圖5 可知，V（AABB）代表空間被AABB 盒場(chǎng)景覆蓋，并在X、Y、Z這3 個(gè)坐標(biāo)軸的距離分別為lx、ly、lz，盒V（AABB）中心在三維坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)是O（Ox，Oy，Oz）。假設(shè)從穿越盒V（AABB）中心垂直X、O、Z平面，分割平面向左向右的2 部分，分別是Vl、Vr。因此坐標(biāo)中心到分割平面的距離為x，Vl、Vr的表面積用S（Vl）和S（Vr）來(lái)表示。如果空間內(nèi)有2 個(gè)相互平行的光線，則該光線投入兩側(cè)空間的概率可用Pl、Pr來(lái)表示：

在此計(jì)算過(guò)程中，會(huì)損耗一定的計(jì)算資源，該計(jì)算資源可用代價(jià)函數(shù)C（V）來(lái)表示。假設(shè)信息機(jī)房的環(huán)境用Ct來(lái)表示，該環(huán)境中各個(gè)點(diǎn)、線、面的相關(guān)交疊過(guò)程中，所產(chǎn)生的代價(jià)為Ci，則空間代價(jià)可用公式表示為C（V）=Ct+Pl×C（Vl）+Pr×C（Vr）。

場(chǎng)景分割過(guò)程中，要實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)物的監(jiān)控，則需在物品單位的基礎(chǔ)上，關(guān)注機(jī)房?jī)?nèi)物體的完整情況，所以分割因子的確定很關(guān)鍵。如果環(huán)境中有V1，V2，…，Vm個(gè)包圍盒時(shí)，此時(shí)要計(jì)算出空間分割代價(jià)函數(shù)，計(jì)算它在橫向軸上面的偏導(dǎo)：

偏導(dǎo)數(shù)凸顯了代價(jià)函數(shù)在橫向上的變化速率，加強(qiáng)了分割平面的選取效率。

調(diào)度效率η可通過(guò)下式求出：

式中：k為耦合因子的數(shù)值，可表示傳遞速率；DSГГ為電力調(diào)度能量損耗速率的數(shù)值。調(diào)度效率值與電力調(diào)度速度以及自動(dòng)化系統(tǒng)調(diào)度性能成正相關(guān)的關(guān)系。

通過(guò)以上公式可獲取信息機(jī)房數(shù)據(jù)流的效率情況。

3.2 三維可視化場(chǎng)景建模

3.2.1 單棒圖

在信息機(jī)房管理中，單棒圖可促進(jìn)工作人員對(duì)信息機(jī)房運(yùn)行狀態(tài)的感知，通過(guò)展示信息機(jī)房電力調(diào)度的圖形化數(shù)據(jù)，幫助工作人員編制電力調(diào)度策略和信息機(jī)房管理策略。但單棒圖也存在缺陷，如單棒圖屬于二維技術(shù)，它形成的場(chǎng)景模擬圖像屬于非立體圖像，且圖像畫質(zhì)較為模糊，在其環(huán)境管理圖像中，工作人員無(wú)法查看機(jī)房?jī)?nèi)部設(shè)備的詳細(xì)信息。為了改善這一問題，可以將三維可視化技術(shù)融入其中，通過(guò)單棒圖體現(xiàn)機(jī)房環(huán)境的相關(guān)指標(biāo)，并利用單棒圖體現(xiàn)設(shè)備的無(wú)功備用狀態(tài)，以中間高度和總高度確定設(shè)備的容載量和運(yùn)行狀態(tài)。該做法的好處為可在不需要圖元類型選擇的基礎(chǔ)上體現(xiàn)圖元結(jié)構(gòu)，從整體來(lái)看，提高了信息機(jī)房電力調(diào)度的效率。在坐標(biāo)屬性中分析未體現(xiàn)的數(shù)值與圖像的區(qū)別，并將數(shù)值進(jìn)行順序列隊(duì)，可以直觀體現(xiàn)隊(duì)列主棒和副棒之間的差異性。當(dāng)無(wú)需區(qū)分未體現(xiàn)的數(shù)值與圖像的區(qū)別時(shí)，可通過(guò)顯示器體現(xiàn)三維單棒圖，并在圖像中凸顯棒的最大值，確定棒的最大值的三維占比。單棒圖無(wú)論是單一圖元還是整個(gè)圖形都可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)查看。

3.2.2 圖形三維旋轉(zhuǎn)

為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)形成圖像的旋轉(zhuǎn)功能，以此為基礎(chǔ)預(yù)判設(shè)備故障，本文采用了圖形三維旋轉(zhuǎn)技術(shù)。該技術(shù)在去除設(shè)備安全隱患方面有突出的優(yōu)勢(shì)，不僅可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)房電力調(diào)度的各類數(shù)據(jù)，還可將數(shù)據(jù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，工作人員可全方位查看數(shù)據(jù)以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。該技術(shù)所用的計(jì)算方式為變化法。三維旋轉(zhuǎn)示意圖如圖6所示。觀察三維旋轉(zhuǎn)角度，由逆時(shí)針方向開始模型轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，B為正數(shù)，而在順時(shí)針方向模型轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，B為負(fù)數(shù)，因此可得基本坐標(biāo)公式。

圖6 三維旋轉(zhuǎn)示意圖

當(dāng)單一圖像經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)后，形成一個(gè)新的圖形，坐標(biāo)原點(diǎn)和三條坐標(biāo)軸不變；變更了三維圖形的信息后，坐標(biāo)也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)變化。工作人員則需要將新的圖形進(jìn)行類型確認(rèn)，新的坐標(biāo)也要進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，確認(rèn)新的圖元。在實(shí)際的模擬計(jì)算中，可通過(guò)圖元類型以及字符進(jìn)行再次模擬，將點(diǎn)、線、圖相連接，形成一個(gè)新的旋轉(zhuǎn)圖像，此時(shí)新旋轉(zhuǎn)圖中的定點(diǎn)和交點(diǎn)會(huì)進(jìn)行變換，變成一個(gè)更為立體的三維圖像，方便工作人員對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行分析。

3.2.3 三維可視化場(chǎng)景建模

雖然二維可視化技術(shù)用途較為廣泛，可以對(duì)負(fù)責(zé)的數(shù)據(jù)進(jìn)行最基本的處理，有一定的數(shù)據(jù)直觀性，能為電力調(diào)度策略的制定提供部分依據(jù)，但是利用二維可視化技術(shù)形成的場(chǎng)景模擬圖像并不是立體圖像，且圖像畫質(zhì)較為模糊，在其環(huán)境管理圖像中，工作人員無(wú)法獲取包括內(nèi)部設(shè)備狀態(tài)等在內(nèi)的詳細(xì)信息。因此，可以將三維可視化技術(shù)與單棒圖相結(jié)合，將信息機(jī)房?jī)?nèi)部相關(guān)設(shè)備的無(wú)功備用情況、安全隱患以及運(yùn)行分析等進(jìn)行三維化體現(xiàn)，可以利用各圖形的相對(duì)空間位置和相對(duì)長(zhǎng)度來(lái)模擬設(shè)備的實(shí)體。

為了更加直觀體現(xiàn)機(jī)房?jī)?nèi)部情況，在本文算法的基礎(chǔ)上，建立信息機(jī)房?jī)?nèi)部環(huán)境的可視化平面模型。本文利用上述的算法及技術(shù)手段對(duì)電力自動(dòng)化系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備全生命周期的資源容量、系統(tǒng)承載、能耗等的日常管理，并在此基礎(chǔ)上盡可能提升機(jī)房?jī)?nèi)部設(shè)備性能，同時(shí)基于各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)優(yōu)化效率，加強(qiáng)電力調(diào)度體系及電力系統(tǒng)線路穩(wěn)定性。

三維場(chǎng)景組織如圖7 所示。

圖7 三維場(chǎng)景組織圖

三維可視化技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)為通過(guò)三維技術(shù)構(gòu)建機(jī)房?jī)?nèi)場(chǎng)景，確定場(chǎng)景內(nèi)環(huán)境的交互性。其技術(shù)步驟如下：通過(guò)場(chǎng)景包圍盒體現(xiàn)三維可視化運(yùn)維場(chǎng)景，建立代價(jià)函數(shù)，通過(guò)代價(jià)函數(shù)分割場(chǎng)景，完成含有三維可視化技術(shù)接口通信的三維場(chǎng)景模型，通過(guò)接口通信實(shí)現(xiàn)運(yùn)維以及電力調(diào)度的可視化工作。通過(guò)以上步驟，可以獲得場(chǎng)景組織。

根據(jù)實(shí)物狀態(tài)量或目標(biāo)值與動(dòng)態(tài)實(shí)物動(dòng)作量之間的關(guān)聯(lián)情況及數(shù)據(jù)表征，工作人員進(jìn)行針對(duì)性的電力調(diào)度決策介入。其中，為實(shí)現(xiàn)動(dòng)作可行性評(píng)估以及對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)調(diào)度設(shè)備動(dòng)作空間的規(guī)范，采用式（1）—式（3）進(jìn)行算法補(bǔ)充，具體如下：

式中：sj為第j個(gè)狀態(tài)變量；xi為第i個(gè)決策變量；為算法針對(duì)xi正向調(diào)整的決策動(dòng)作空間；為算法針對(duì)xi負(fù)向調(diào)整的決策動(dòng)作空間。

控制量和狀態(tài)量之間存在定量數(shù)學(xué)關(guān)系，為：

式中：gj（x）為狀態(tài)變量sj與決策向量x之間的定量關(guān)系函數(shù)；ωij為第i個(gè)可控制變量xi與第j個(gè)狀態(tài)變量sj之間的先行相關(guān)權(quán)重值。

工作人員需要將電力調(diào)度決策的難度和復(fù)雜程度降低，可進(jìn)一步細(xì)化具體的動(dòng)作值，提高電力調(diào)度的決策精度。

4 結(jié)果與分析

4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

以某市變電站的機(jī)房可視化電力調(diào)度系統(tǒng)為研究對(duì)象，部署以下環(huán)境，評(píng)估電力調(diào)度可視化結(jié)果。

服務(wù)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)為MyEclipse_4.0.0.0，JDK 為JDK1.8.32，Web 服務(wù)框架為JAX-WS+JAXB，服務(wù)部署服務(wù)器為Weblogic 12cR2，JMS 服務(wù)器為Weblogic 12cR2，服務(wù)總線為 Oracle Service Bus 11gR1（11.1.1.7.0），UDDIServer 為Weblogic 12cR2。

4.2 系統(tǒng)有效性分析

為驗(yàn)證信息機(jī)房可視化的電力調(diào)度體系在維持電壓穩(wěn)定性方面具有良好的優(yōu)勢(shì)，本章節(jié)根據(jù)調(diào)度維持后電壓失衡情況開展設(shè)計(jì)，對(duì)電力調(diào)度系統(tǒng)增益性進(jìn)行驗(yàn)證，從3D 模型構(gòu)建效率和資源占用情況進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)2020 年中國(guó)某城市電力調(diào)度線路電壓失衡情況進(jìn)行測(cè)試。橫向?qū)Ρ榷S可視化技術(shù)、Shape Coding可視化技術(shù)以及本文的三維可視化技術(shù)下的3 種電力調(diào)度系統(tǒng)，對(duì)電壓失衡情況在某一時(shí)間段的發(fā)生率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，電壓失衡測(cè)試結(jié)果如表1 所示。

表1 電壓失衡測(cè)試結(jié)果 單位：%

由表1 可知，和無(wú)任何維穩(wěn)措施下的電壓失衡發(fā)生率相比，利用Shape Coding 可視化電力調(diào)度系統(tǒng)對(duì)線路進(jìn)行維穩(wěn)處理后，其電壓失衡發(fā)生率均在22.8%以上；利用二維可視化電力調(diào)度系統(tǒng)對(duì)線路進(jìn)行維穩(wěn)處理后，其電壓失衡發(fā)生率均在25.7%以上；而采用本文提出的三維可視化電力調(diào)度系統(tǒng)對(duì)線路進(jìn)行維穩(wěn)處理后，其電壓失衡發(fā)生率最低為7.6%，最高為12.7%。由此可見，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在降低電壓失衡發(fā)生率方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。

4.3 系統(tǒng)調(diào)度效率分析

為了驗(yàn)證本文系統(tǒng)在調(diào)度效率方面的有效性，需對(duì)電力調(diào)度效率進(jìn)行對(duì)比分析。當(dāng)調(diào)度距離增加時(shí)，對(duì)整個(gè)電力調(diào)度的速率會(huì)產(chǎn)生一定的影響，此時(shí)系統(tǒng)性能越好，則影響越小。采用二維可視化電力調(diào)度系統(tǒng)、Shape Coding 可視化電力調(diào)度系統(tǒng)以及本文系統(tǒng)進(jìn)行電力調(diào)度效率比較，其比較結(jié)果如圖8 所示。

圖8 電力調(diào)度效率比較結(jié)果

由圖8 可知，隨著調(diào)度距離增加，二維可視化電力調(diào)度系統(tǒng)的整體調(diào)度效率曲線先升后降，且最高調(diào)度效率為17%；Shape Coding 可視化電力調(diào)度系統(tǒng)的整體調(diào)度效率曲線也呈先升后降的趨勢(shì)，調(diào)度效率最高點(diǎn)為35%；本文的三維可視化電力調(diào)度系統(tǒng)的電力調(diào)度效率曲線與前面2 種曲線趨勢(shì)極為相近，但和其他2 種自動(dòng)化系統(tǒng)相比，本文的三維可視化電力調(diào)度系統(tǒng)的電力調(diào)度效率最高，調(diào)度效率峰值達(dá)到50%，說(shuō)明本文的三維可視化電力調(diào)度系統(tǒng)效率水平顯著。

4.4 場(chǎng)景分割算法分析

在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步通過(guò)比對(duì)不同計(jì)算方法下系統(tǒng)對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境的三維模擬以及渲染的資源使用情況來(lái)判斷場(chǎng)景分割算法效率。使用八叉樹算法的可視化電力調(diào)度系統(tǒng)、使用Cell-portal 算法的可視化電力調(diào)度系統(tǒng)，以及使用本文的場(chǎng)景分割算法的可視化電力調(diào)度系統(tǒng)對(duì)信息機(jī)房?jī)?nèi)的機(jī)柜、空調(diào)以及UPS 進(jìn)行3D 場(chǎng)景模擬并生成3D 場(chǎng)景圖，三者使用的計(jì)算資源耗損情況如表2 所示。

表2 三種算法對(duì)比 單位：ms

由表2 可以看出，在八叉樹算法下的可視化電力調(diào)度系統(tǒng)中，信息機(jī)房?jī)?nèi)機(jī)柜的計(jì)算資源耗損為135 ms、空調(diào)計(jì)算資源耗損為86 ms、UPS 計(jì)算資源耗損為67 ms；Cell-portal 算法下的可視化電力調(diào)度系統(tǒng)中，信息機(jī)房?jī)?nèi)機(jī)柜的計(jì)算資源耗損為98 ms、空調(diào)計(jì)算資源耗損為77 ms、UPS 計(jì)算資源耗損為57 ms；場(chǎng)景分割算法下的可視化電力調(diào)度系統(tǒng)中，信息機(jī)房?jī)?nèi)機(jī)柜的計(jì)算資源耗損為49 ms、空調(diào)計(jì)算資源耗損為37 ms、UPS 計(jì)算資源耗損為32 ms，相比而言，場(chǎng)景分割算法下的計(jì)算耗損要比另外2 種方法減少很多。因此，利用三維可視化技術(shù)可有效提高環(huán)境場(chǎng)景生成速度，控制低量的計(jì)算損耗。

5 結(jié)論

隨著中國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電力自動(dòng)化所需要的設(shè)備數(shù)量以及種類也在不斷增加，因此對(duì)這些設(shè)備的管理是電力正常運(yùn)行的關(guān)鍵。對(duì)設(shè)備的管理主要通過(guò)觀察設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)信息，以此判定設(shè)備是否正常運(yùn)行。本文對(duì)信息機(jī)房的可視化調(diào)度過(guò)程進(jìn)行了相關(guān)研究，分析場(chǎng)景分割等算法下優(yōu)化機(jī)房?jī)?nèi)部設(shè)備的性能、利用信息機(jī)房出入的各類數(shù)據(jù)流維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的可實(shí)施性。結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的方法可以有效降低電壓失衡情況的發(fā)生率、提高調(diào)度效率，信息機(jī)房數(shù)字孿生場(chǎng)景生成速度也有較好保證，為電力調(diào)度系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。