配電供電區域數據可視化技術的研究與實現

黃雄 程范賢 林少佳 岑瓊霞 黃日瑞 陳銳忠 林家文 張國剛

摘要：隨著配電網規模的擴大以及計算機技術的應用與發展，為了提高人員處理和分析配電供電區域數據的效率，可視化技術得到了廣泛的應用。供電區域數據可視化技術將復雜的數據轉換成為更加值觀的圖像，幫助工作人員更加直觀地理解數據的含義。本文介紹了配電供電區域數據可視化技術的相關技術SVG技術、XML技術以及Java 3D技術，并針對目前配電供電區域數據可視化發展過程中存在的問題，提出合理的改善措施及方法，為之后的電網數據可視化技術的研究奠定了理論基礎。

關鍵字：配電供電區域數據;可視化技術;SVG技術;XML技術;Java 3D技術

Research and Implementation of Data Visualization Technology in Distribution Power Supply Area

Abstract： In recent years， with the expansion of distribution network scale and the application and development of computer technology， in order to improve the efficiency of personnel processing and analysis of data in distribution and power supply areas， visualization technology has been widely used. The power area data visualization technology transforms complex data into more value-oriented images， helping staff to understand the meaning of the data more intuitively. This paper introduces SVG technology， XML technology and Java 3D technology related to data visualization technology of power distribution and power supply area， and proposes reasonable improvement measures and methods for the problems existing in the development process of data distribution area data distribution. The research on grid data visualization technology laid the theoretical foundation.

Keywords： distribution power supply area data; visualization technology; SVG technology; XML technology; Java 3D technology

0 引言

作為電網系統中最為重要的環節之一，配電網承擔著為用戶供電的重要任務，同時也是整個電網系統之中最基本的組成部分。在電力系統中，一般將便壓縮低壓側直接或者經過降壓處理之后提供給用戶進行供電的網絡稱為配電網。根據電網的區域或者服務對象不同，可以將配電網分為城市配電網和農村配電網兩種;根據電壓的高低可以將配電網分為高壓配電網、中壓配電網以及低壓配電網三種，其中高壓配電網指的是電壓為110KV、63KV以及35KV的配電網，中壓為10KV和6KV，低壓配電網為380V和220V。

我國經濟的發展和人們生活水平的提高，居民生活中的電器數量增加，因此導致居民用電量快速增長，國家對于配電網建設的重視程度也愈來愈高，配電網規模日益擴大，也就導致電網運行過程中產生龐大數據量，工作調度人員容易遺漏一些潛在的數據信息。因而為了保障整個電網可靠、安全的運行，必須要提高調度人員對于電網區域數據的處理和分析效率和準確性，因而可視化技術在配電供電區域中的應用也就更加的廣泛。

可視化技術就是將各種繁雜的數據轉換成為更加清晰值觀的圖像或者圖形方式，幫助人們更加值觀的理解數據或者數據運行過程的含義的目的。通過目前研究表明，人們對于圖像敏感程度要大于對數據的敏感程度，在配電供電區域中運用可視化技術，便于調度工作人員從可視化的圖形之中及時地發現配電網絡中存在的問題以及變化趨勢，從而可以更快作出決策，提高決策的效率和安全性[1-2]。

1 可視化技術應用的關鍵技術

1.1SVG技術

SVG（Scalable Vector Graphics）技術是以XML語言為基礎的一種矢量圖形技術，通過SVG技術可在網頁上顯示出質量比較好的矢量圖形，同時也可以將圖形無限量放大且保證圖形不會失真，仍然具有較高的分辨率。同時SVG技術還具有多項圖像處理功能例如圖像色彩漸變功能、濾鏡功能等。由于SVG的諸多優勢，近些年來在各行各業中SVG技術的應用都十分廣泛，在電力數據可視化技術中，IEC提出要將SVG技術作為電力系統之中圖形使用的唯一標準，之后SVG技術也必然在電力數據系統重的應用更為的廣泛，尤其是在配電供電區域數據可視化技術系統中。

SVG技術對文字、圖像、圖形、過濾器操控、可重用單元以及色彩漸變六種對象，借助于這些對象，可以對圖形進行編輯例如添加一些特殊的文字標注，同時可以將一些基礎的圖像進行組合生成更為專業復雜的圖形，同時也可以通過這六種對象對圖形進行集合變化等等。另外，SVG技術的交互功能也很強大，可以利用一些編程語言與外界環境實現交互從而實現系統所需要的功能，圖1為SVG的基本繪圖元素結構圖。

圖1 SVG的基本繪圖元素結構圖

1.2XLM技術

XLM（Extensible Markup Lauguage）是由W3C設計的用來描述數據的語言，類似于HTML超文本語言，目前，在計算機應用領域中XLM的應用非常廣泛，主要用于數據的處理、交換和儲存。

XML是一種文檔數據的編碼格式，其中含有多種數據信息，在使用的時候必須要利用特定的解析器才可以將文本中信息解讀出來，因而對于XML的應用必須要利用專門的XML解析器。常用的XML解析方法有：DOM、JDOM、SAX和DOM4J，根據不同的場合應用不同的方法。圖2為XML文檔樹型結構。

圖2 XML文檔樹型結構

1.3Java3D技術

從本質上來講，Java3D就是一個交互式三維圖形應用的百年城接口，其可以與多個軟件例如Swing、Java2D、AWT等等良好結合。Java3D是以場景圖模型為基礎的層次比較高的三維動畫開發工具，在使用過程之中程序員可以更加關注三維空間的對象和布局方面，而避免被其他的色彩或者光照問題所困擾，其運用目標主要是：

（1）用戶可以實現在瀏覽器中自由觀看和操作三維動態圖形;

（2）一次編譯，多次運行;

（3）跨平臺性質，適用于不同的軟件平臺。

Java3D技術數據結構采用的是一種以場景圖為表現形式的數據結果，因而Java3D程序的編寫十分簡便，首先建立一個三維的場景圖，之后對圖形中的觀察位置進行定義并且將觀察參數進行設置正確，之后便可以在顯示器上觀看運行結果。

2 可視化技術正在配電供電區域中的應用

2.1 技術路線

配電網可視化平臺展現出電網各部分的建設內容，展示出配電供電區域綜合的建設成果，同時還能夠對電網知識。配電供電區域可視化技術數據通過ETL抽取工具進行數據的展示、清理和轉換。通過數據接口將各個系統例如區域新能源管理系統、用電信息采集系統、配網搶修管理系統、實時視頻監控系統等集成，可以將用戶用電的實時數據、用電信息以及設備的運行狀況等電網系統的關鍵指標傳輸到可視化平臺之中，并進行數據的挖掘和分析，通過可視化技術更加直觀的展現出來。引導配電供電區域中的電力企業將系統的生產運行方式不斷優化，進而推動電力企業的技術改革和發展，轉變為耗能低、排放低、效率高的綠色企業。

目前配電供電區域必須以SG-ERP成果為基礎，以開源分布式處理為基本框架，結合數據架構，對數據的存儲功能、使用功能以及管理功能進行進一步的優化。將電力公司內外數據融合，集成數據的采集、存儲、計算等工具，構建出一個公司大數據平臺，為電網的生產、管理經營以及服務提供數據的實時采集、檢測、分析等提供統一的數據和工具服務，提升電力公司的整體的數據支撐能力。

2.2 智能電網可視化平臺基礎體系架構

根據可視化平臺構建原則以及配電供電區域電力企業的具體需求，初步設計出一個智能電網可視化平臺架構如圖3所示：

圖3 智能電網可視化平臺架構

智能電網可視化平臺的構建有助于各個子系統或者子模塊之間的獨立性增強，同時這些子模塊之間還可以根據用戶需求進行動態的組合，子模塊之間的組合并不是通過直接耦合的方式，而是通過數據庫的聯系經由框架進行組合，子模塊的修改也只是模塊內部進行的局部修改，并不會導致修改的進一步擴大，因而使得系統的可維護性大大提高，系統開發風險降低，系統安全性提高。

2.3 基于GIS技術的電力大數據可視化

GIS基于空間數據庫、屬性數據庫以及其他應用數據庫的公共基礎平臺。GIS技術擁有公共性和基礎性，因而在這個平臺上能夠構建出滿足各種需求的圖形、空間分析等諸多功能的應用系統。因而基于平臺的應用角度，GIS技術的電力大數據可視化的結構如下圖4所示：

圖4 基于GIS技術的電力大數據可視化示意圖

2.4 應用場景

根據不同的業務需求，本文從用戶、電力企業、監管部門以及政府的層面上，分析不同業務場景的需求。

2.4.1 設備關聯與用電風險預警

配電供電區域可視化技術的利用可以對設備的故障進行實時關聯分析并對故障風險進行預警分析。目前在配電企業中使用的幾個主要系統為電網調度安全內控管理平臺、配電圖紙系統、配電自動化系統、調度主站系統、配電工作管理系統以及配網智能搶修指揮平臺。但是這些系統在目前的應用之中關聯性不強，數據不能夠實現實時同步，且數據分析大多還是必須要依靠人工的分析，當數據量比較大的時候，工作人員的分子工作將十分繁重且準確度比較差。因而可以運用可視化技術，建立配電可視化平臺在整個系統之中增加分析功能，并且能夠及時給出一些解決的方案和建議。

2.4.2 新能源智能電網可視化平臺建設

通過運用智能電網可視化平臺，綜合展示新能源、清潔能源例如風能、太陽能等的整體運行情況，通過將各類的新能源發電系統與自動化調度下系統集成，實現相關數據之間的共享，幫助工作人員可以更好掌握以及實時掌控新能源對電網的整體影響。

2.4.3 優質服務

通過FLASH等多媒體技術的運用可以介紹系能源在電動汽車經濟型、掌上電力、電動汽車充電網站等生活的諸多方面的便捷服務以及優質服務。不僅可以展現出電力企業提供的優質服務，以及為了達到客戶滿意所作出的巨大努力，同時還可以使人們對智能電網所帶來的便利之處有一個充分的認識。

2.4.4 用電行為分析

電力企業的營銷部門可以根據用戶的用電習慣，分析內在邏輯管理，例如分析反竊電行為，若是僅僅通過傳統分析方法，那么最后的結果非常不準確，疑似竊電用戶較多，因而只能對疑似竊電用戶的大約5%進行檢查確認。

針對大量的數據，可以利用電力大數據可視化技術對用戶用電行為進行分析，并將其用電行為的歷史數據儲存到電力大數據可視化平臺之中，進一步確定該用戶是否具有異常用電行為。避免用戶出現違規違章用電行為，最大程度降低偷竊電行為的出現概率，提高售電收入，同時針對竊電行為發生頻繁的地區必須設置預警功能。

2.4.5 運檢全覆蓋

在對電網桿塔或者線路進行巡視時，盡管已經采用非開放平臺和自有平臺獲得PAD支持，但是由于人力物力的局限性，并不能達到運檢的全覆蓋行，同時目前的桿塔和線路信息均是靜態的，無法獲取其動態信息，因而必須借助于電力大數據可視化技術，建立一個相對成熟的數據模型從而實現電網運檢的全覆蓋。

2.4.6 輸配、營配貫通

目前我國大部分電力公司還不能實現輸電與配電及輸配與營配的貫通，利用電力大數據可視化技術，對資源進行整合，各部門工作協同，促進電力企業的營運、運檢等部門在客戶服務品質的提升，從而做到當出現故障時，可以準確定位客戶報修位置、快速判斷配網故障、可視化介入、制定科學配電計劃，最終實現輸配、營配貫通。

2.4.7 配網故障搶修

通過電力大數據可視化技術可以對配電設備的信息進行及時的監測及進行實時的反饋。同時與配電自動化系統結合，對配電網整體運行狀態進行綜合管控，利用多媒體技術，針對配網搶修的四個環節：用戶的保修到搶修平臺、故障點展示到搶修車輛軌跡進行仿真模擬，使用戶對配網故障搶修的全過程有一個更好的了解。

2.4.8 在線監測輸電線路

基于GIS技術的電力大數據可視化可以獲取電力相關數據，構建配電供電區域智能電網的電力設備分布圖，實現精細化管理，將重點設施例如變電站、配電線路等在系統中通過建模展示出來，實時同步監測設施的運行狀態，動態反映電網在某一時間點的運行狀態。

2.4.9 由電力數據判斷經濟發展情況

經濟部門可以利用基于GIS技術的電力大數據可視化對工商業用戶的用電數據，結合當地的經濟發展的數據，構建以電力數據為基礎的不同地區、不同行業的經濟預測模型，充分發揮出電力消費數據的前導效應，幫助政府預測經濟發展的動向，及時進行產業的調整以及經濟的調控。

3 結語

可視化技術是大數據挖掘分析技術的高級運用，因此引起電網企業的重視，并且可以實現大數據挖掘技術的最大潛力，推動我國智能電網的建設工作。目前在電網企業中大數據挖掘技術的發展十分迅速，但是將大量數據轉化為高分辨率、高精度的更加直觀的圖像業務模型、圖形處理以及智能算法的工具開發研究還不夠深入，因而配電供電區域可視化系統功能還需進一步的研究。

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黃雄（1984-）男， 工程師、從事電力設備工作。