電力行業數據可視化系統研究與實現

江蘇電力信息技術有限公司 談葉月

自動化技術、信息化技術在電力系統中的應用，可以實現對傳統技術的創新以及對信息數據的收集，利用信息技術的分析功能，可以達到優化電力系統各項工作環節，提高電力系統的穩定性以及工作效率，滿足人們的用電需求。現階段電力系統技術在不斷進步，各種智能化、信息化的設備也不斷應用于電力系統中。隨著智能化、信息化設備的廣泛應用，電力系統產生了大量的信息，而這些信息就是大數據信息。大數據為電力系統工作提供了極大的支撐作用。因此實現電力系統數據可視化，可以將各種大量的數據信息形成直觀的圖形或體表，以便電力系統工作人員更加準確的判斷數據信息，從而為調度決策提供信息依據。

1 電力系統數據可視化設計的原則

數據可視化研究和實現具有較強的實用性，由于電力系統中數據信息具有數量較大、較為紛雜的特點，同一類型的數據可以形成不同形式的可視化目標。這就需要在電力系統數據可視化的實際研究中掌握具體的使用需求，利用可視化技術形成重要信息圖表，以便電力系統工作人員可以更好的分析數據，從而做出調度決策。電力系統數據可視化設計原則主要設計到交互設計技術，通過交互設計技術保障電力系統工作人員可以看到實施的數據信息，提高電力系統工作效率。將可視化組件應用于系統中并根據實際數據需求做出相應配置，就可以實現電力系統數據可視化的功能。實現電力系統數據可視化的過程中，需對電力系統對外數據接口的提供以及服務的調用進行綜合考慮，而兩者之間的有機結合會涉及到數據適配和過濾等環節。另外，可視化組件會提供一些數據信息參數設置[1]。

2 電力系統數據可視化技術研究

數據可視化技術不僅為電力系統的穩定、高效、安全運行提供了保證，而且也能夠提高電力系統對數據的調度水平，強化數據分析能力，因此數據可視化技術的研究，需從以下幾方面著手。

2.1 云計算技術

隨著互聯網技術不斷深化發展，云計算技術的數據儲存、分析等方面的功能為大數據技術發展提供了一定技術支持。云計算具有較高的容錯率，是為部署在價格較低的硬件而設計的，并且具有超大數據集程序的處理能力，以分布式文化處理技術為基礎[2]，使電力系統中的數據儲存工作變得更加便捷，另外，此技術還涵蓋較多的智能應用技術。

2.2 區域密度可視化技術

區域密度可視化技術可以將電力系統中每一個區域的數據信息進行直觀的展示，目前常用于用電負荷密度可視化中。區域密度可視化技術可以在電力系統中形成一定的隨機點，如果隨機點在對應的區域中，輸出這個點，但是如果不在區域內，也可以通過在此生成隨機點方式再次進行判斷，在電力系統中的應用，可以不斷持續此步驟，直到滿足數據可視化要求[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

等高線是各相鄰點連接成的封閉曲線，構造節點運行的等高線可以反應電力系統各個節點的運行狀態，還能對電力系統的各個節點風險隱患進行預測，等高繪制技術在電力系統數據可視化中應用具有較強的數據聯系性。電力系統對信息數據的分析，不僅需要保證數據的真實性、準確性，而且也需要避免數據傳輸錯誤以及數據丟失的情況。而且圖表的展示較為直觀，可以讓電力系統的工作人員直觀的看到想要掌握的電力信息，較為復雜的圖表反而為電力系統工作帶來一系列麻煩[4]。只有較為直觀、易理解的信息展示，才能幫助電力系統提升工作效率。對電力系統產生的各種數據進行分析，才能夠得出準確的電力系統工作過程中生產、經營等方面數據信息的聯系規律，然后通過對數據信息的分析，找出影響數據的因素，充分利用分析結果，解決掉電力系統中隱藏的危險，并根據分析結果做出科學的決策，改善電力系統資源調配情況，提高電力系統的工作效率和質量。

2.4 前端可視化技術選擇

前段可視化技術種類較多，現階段應用較為廣泛的有HighCharts、ECharts、D3等可視化技術[5]，在電力系統對前端可視化技術選擇過程中，需從多方面進行考慮，比如實現的難易程度、是否開源以及圖表類型是否支持等。HighCharts兼容大部分瀏覽器，同時支持縮放等功能，該軟件可以為個人用戶以及得到授權的企業提供免費服務，具有方便制定的優點，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，適用于數據量較大的情況，但支持圖表類型也較為有限。D3也完全免費，方便定制，適用于計算密集情況，支持圖表類型較為豐富。

2.5 三維可視化技術

可視化技術可以通過模擬三維立體空間實現數據信息的可視化顯示，在信息表達方面具有極強的能力，電力系統工作人員可以通過觀察三維圖形的方式掌握電力系統工作過程中的故障以及工作效率。電力系統數據可視化一般是在電力網絡圖形的基礎上進行展現的，當前的電力系統數據可視化方案通常是在二維圖形展現基礎上制定的，并通過嵌入并集成電力系統三維可視化模塊實現的。在電力系統工作過程中，三維可視化顯示采用兩種實現方式，一種為三維箭頭，用戶可以通過三角箭頭對方向性較強的線路數據進行直觀的表達，箭頭大小和方向都需根據數據大小進行調整。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據信息，管道的大小也是根據數據大小進行調整的。另外，電力系統的三維可視化技術有很多，但其實現技術需借助特定的系統平臺，由于電力系統數據可視化需求較為多樣，所以應結合電力系統實際工作所需科學的選擇可視化圖形實現技術。

3 電力系統數據可視化應用分析

電力系統的數據可視化是基于大數據技術以及可視化技術發展實現的，電力系統的數據可視化將完成對電力系統工作的監控、在線監測、應急指揮以及智能查詢等功能，同時電力系統的數據可視化可以展示電力系統以及相關設施運行情況，突出異常信息顯示，提升風險預測能力，實現電力系統交互功能。

3.1 應急指揮應用

電力系統應用數據可視化可以快速調度工作的各種資源，以對歷史數據分析作為途徑，實現電力應急狀態下從電力系統工作現場收集并分析數據，從而制定應急處置方案，實現資源的協調支配，構建調動靈活的一體化應急指揮數據可視化平臺。對于電力系統工作中的突發狀況，能夠實現快速反應，將電力系統工作故障位置及故障原因直觀地呈現給電力系統工作人員，可以為工作人員的檢修維護工作提供信息支持，減少電力系統工作故障帶來的影響，提升電力系統故障解決效率，從而保障人們生產生活中的用電安全。

3.2 運行監控應用

對于電力系統各設備運行參數進行檢測，再以多種圖表形式展現出來，對電力系統運行過程進行全方位信息檢測，包括氣象信息、雷電信息檢測等，并提供報警系統，將影響范圍和影響程度進行匯總。對電力系統每條線路運行狀況定期進行檢測，排查線路中可能存在的安全隱患，重點注意鳥類經過較多的區域，在電力系統一體化應急指揮數據可視化平臺中，需對鳥類經過較多區域制定風險預警檢測計劃，減少鳥類對電力系統工作的影響。同時對于生活區的線路定期進行檢查，杜絕私自接線等不良行為，避免發生電力系統故障，為人們生產生活用電帶來安全隱患。

3.3 快速仿真和建模

在電力系統中應用快速仿真模型，可以對電力系統工作過程中的售電數據、法律法規、風險預測進行分析[6]，保障電力系統工作過程的安全性和準確性，并在電力系統工作中提供超前仿真，利用性能數據測試和通信系統對電壓、頻率、設備的實時信息進行模擬，然后根據模擬狀態進行在線分析，確定當前電力系統設備運行狀態，保證其安全性、穩定性。

3.4 自定義模式

電力系統數據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準數據可視化展示需求，根據實際需求，自定義電力系統數據可視化的數據源、顯示方式以及顯示內容等，構成操作簡單的電力數據可視化模式，同時支持應急指揮平臺的快速反應，以及對電力系統日常監測，完成對電力系統工作故障以及安全隱患進行科學處理。

3.5 可視化場景展示

電力數據可視化系統能夠針對主配電網的運行狀態信息進行收集，并持續監控配電網運行信息，在有限的屏幕中展示各項關鍵信息。

3.5.1 可視化工具

可視化技術的快速發展本身也是大數據時代下的一種需求，數據信息的可視化能夠為數據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，是數據價值挖掘的基本要素。近些年電力行業的快速發展，其規模也在不斷拓展，數據信息也更加復雜，如何將復雜的電力數據信息轉變為用戶可以直接感受的視覺圖像成為了一個問題、一個需求、一個趨向，而利用不同工具則可以產生不同的可視化視覺效果。

例如Excel 是廣泛應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建的優勢，不管是2D 可視化還是3D 可視化都能發揮理想效果，這也是當前很多電力企業廣泛應用的技術支持工具與服務工具；Fusioncharts 相較于前者更具專業性，所繪制出的圖像在視覺呈現效果上也更加優秀。

3.5.2 可視化展示

其一，電網模型潮流圖。電網模型潮流圖是電網模型的圖形表達技術手段，能夠更加生動具體地展現電網的主體框架信息，同時還能利用遙測和遙信等技術手段，通過計算結果來強調重點區域情況；其二，以地理背景為基礎的展示圖。地理背景圖主要將優化后的示意性地理背景為基礎，結合電網監測工作的具體需求，利用可視化的方式反饋出某一區域的電網運行情況，根本目的在于利用三維可視化的圖形界面展示功能，為電力企業的市場營銷決策提供可視化的數據支持。

4 結語

電力系統數據可視化技術在近些年來已經成為我國相關研究者的研究熱點，也在實踐中取得較為優異的成績，但是在電力系統大量紛雜的數據中形成高精度、高分辨率的數據可視模式，還需對智能算法、交互圖形處理技術進行深入研究。與此同時現階段電力系統數據可視化研究成果并未得到全方位的應用，所以還需研究人員在電力系統數據可視化研究中偏重于數據圖形展示等功能，深度挖掘綜合應用，實現電力系統的數據可視化、多樣化、精細化的全面發展。