智能調(diào)度大數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)探究

郭曉玨 潘楠 安裕強(qiáng) 歐陽世波?陳啟用

【摘要】? ? 科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，互聯(lián)網(wǎng)的逐漸深入，帶動(dòng)了電網(wǎng)智能化發(fā)展，電力行業(yè)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代。在智能電網(wǎng)建設(shè)中，為保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，電力調(diào)度是關(guān)鍵，承擔(dān)著監(jiān)視并控制電網(wǎng)運(yùn)行、管理各種電力業(yè)務(wù)的重任。隨著電網(wǎng)智能化水平不斷提升，電力數(shù)據(jù)逐漸增多，原有可視化技術(shù)已經(jīng)無法滿足需求，電力調(diào)度的困難度增大，電網(wǎng)運(yùn)行可靠性受到影響，阻礙了智能電網(wǎng)發(fā)展步伐。對(duì)此，文章探討了智能調(diào)度大數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)，以便及時(shí)識(shí)別智能電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)并控制，增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行可靠性。

【關(guān)鍵詞】? ? 智能調(diào)度? ? 大數(shù)據(jù)? ? 可視化技術(shù)

前言：

大數(shù)據(jù)時(shí)代下，全球各個(gè)數(shù)據(jù)密集型產(chǎn)業(yè)越發(fā)重視數(shù)據(jù)價(jià)值的挖掘，以此提升企業(yè)整體水平與行業(yè)競爭力，在電力領(lǐng)域中，隨著智能化水平提升，電力行業(yè)也進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，如何在海量電力數(shù)據(jù)中挖掘有用數(shù)據(jù)，豐富電網(wǎng)運(yùn)行與反饋環(huán)節(jié)，及時(shí)、準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行中的異常并解決，提高電力調(diào)度智能化，增強(qiáng)電力運(yùn)行可靠性，成為電力行業(yè)發(fā)展重點(diǎn)[1]?？梢暬夹g(shù)，能夠?qū)⒅悄艽髷?shù)據(jù)中挖掘的預(yù)警、故障信息以形象生動(dòng)形象展示，為電網(wǎng)調(diào)度智能化提供技術(shù)支持。文章對(duì)此展開探討。

一、智能調(diào)度的概念和功能

智能調(diào)度，主要將調(diào)度中心各項(xiàng)業(yè)務(wù)、各個(gè)環(huán)節(jié)智能化與精益化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘、量測(cè)采集、系統(tǒng)分析、建模、計(jì)劃制定等的智能化分析、智能化預(yù)警以及自動(dòng)化控制。高度集成、一體化的智能調(diào)度系統(tǒng)是電網(wǎng)未來發(fā)展必然趨勢(shì)，為達(dá)成該目標(biāo)，智能調(diào)度不僅要擁有傳統(tǒng)調(diào)度系統(tǒng)的功能，如：輔助調(diào)度員決策、全景監(jiān)控等，還要通過智能化方式協(xié)助自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)維，具體擁有如下功能：1）風(fēng)險(xiǎn)分析功能。 實(shí)現(xiàn)了由整體到局部對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行中各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的完全掌控，其中，電網(wǎng)運(yùn)行的趨勢(shì)分析，在線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，安全運(yùn)行指標(biāo)的計(jì)算等，為電網(wǎng)運(yùn)行提供了預(yù)警信息，輔助電網(wǎng)調(diào)度人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn)，提前做好風(fēng)險(xiǎn)管控，提升電網(wǎng)運(yùn)行可靠性、安全性。2）全景監(jiān)控。大數(shù)據(jù)時(shí)代，電力調(diào)度實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)的全面感知與監(jiān)控，在對(duì)海量電力數(shù)據(jù)處理與挖掘時(shí)，為電力調(diào)度的高級(jí)應(yīng)用、潮流計(jì)算提供信息支持，先進(jìn)可視化技術(shù)的應(yīng)用，將電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài) 、異常信息實(shí)時(shí)展現(xiàn)。3）輔助決策功能[2]。在電網(wǎng)運(yùn)行出現(xiàn)故障后，電力調(diào)度能夠自動(dòng)判斷故障所在位置并給出恢復(fù)策略，當(dāng)自動(dòng)化控制方式無法將潛在危險(xiǎn)消除時(shí)，能夠主動(dòng)通過人機(jī)交互界面，提出操作建議，協(xié)助工作人員決策。4）自動(dòng)控制功能。智能調(diào)度以現(xiàn)有電壓自動(dòng)控制、自動(dòng)發(fā)現(xiàn)控制、電網(wǎng)實(shí)時(shí)緊急控制等控制手段作為基礎(chǔ)，根據(jù)電網(wǎng)監(jiān)控信息，實(shí)現(xiàn)有功無功、主配網(wǎng)、在線優(yōu)化調(diào)度等的控制工作。5）可視化功能。智能調(diào)度通過人機(jī)交互方式與可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了調(diào)度工作流程的動(dòng)態(tài)可視化，不同監(jiān)控場(chǎng)景能夠自由切換，業(yè)務(wù)監(jiān)控畫面自動(dòng)導(dǎo)航，為調(diào)度人員提供更清晰、直觀認(rèn)知，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障，能夠迅速對(duì)故障點(diǎn)定位，并全程跟蹤故障修復(fù)情況，增強(qiáng)電力調(diào)度水平。

二、電力智能調(diào)度大數(shù)據(jù)

新形勢(shì)下，我國電網(wǎng)逐漸向智能化升級(jí)改造，電網(wǎng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，為保障電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，智能調(diào)度的高效運(yùn)行成為關(guān)鍵。電力調(diào)度是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，其中涵蓋了輸變電、發(fā)電用電、配電等多項(xiàng)系統(tǒng)，與一般生產(chǎn)調(diào)度不同，電能產(chǎn)供銷都是在瞬間完成，即發(fā)電量、用電量保持平衡狀態(tài)，因此，電力調(diào)度應(yīng)隨時(shí)保障發(fā)電與用電負(fù)荷之間的平衡。并且，電力調(diào)度還應(yīng)做好電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控、潮流計(jì)算、事故處理等任務(wù)，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，保證電力行業(yè)各環(huán)節(jié)穩(wěn)定運(yùn)行[3]。在電力調(diào)度過程中，為實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度，電力調(diào)度數(shù)據(jù)應(yīng)具有大體量、多種類、數(shù)據(jù)即交互、即共情、速度快等優(yōu)勢(shì)，并深入挖掘基礎(chǔ)、應(yīng)用、實(shí)時(shí)、環(huán)境數(shù)據(jù)源，為智能調(diào)度提供數(shù)據(jù)支持。

其中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：主要指設(shè)備臺(tái)賬、電網(wǎng)模型等變化較小的數(shù)據(jù)信息，該類型數(shù)據(jù)分散于不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)（OMS、EMS等）內(nèi)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)：主要指能夠?qū)崟r(shí)展現(xiàn)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)大多處于AMI、WAMS與SCADA內(nèi)。應(yīng)用數(shù)據(jù)：其中包含報(bào)表數(shù)據(jù)、監(jiān)控預(yù)警數(shù)據(jù)、預(yù)測(cè)計(jì)劃數(shù)據(jù)等。環(huán)境數(shù)據(jù)：主要指天氣、經(jīng)濟(jì)、地理、人口等類型的數(shù)據(jù)信息，該類數(shù)據(jù)多應(yīng)用在電力調(diào)度大數(shù)據(jù)聯(lián)合分析內(nèi)。在電力智能調(diào)度中，為有效發(fā)揮大數(shù)據(jù)的作用，提升電力調(diào)度質(zhì)量，應(yīng)充分挖掘大數(shù)據(jù)的價(jià)值，不僅要發(fā)揮大數(shù)據(jù)集成、高性能計(jì)算、存儲(chǔ)等基礎(chǔ)功能，還要實(shí)現(xiàn)調(diào)度業(yè)務(wù)、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的結(jié)合。須知，若產(chǎn)出數(shù)據(jù)無業(yè)務(wù)指引與詮釋，則數(shù)據(jù)是機(jī)械且盲目的，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性與實(shí)際不相符，甚至存在數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。因此，在電力調(diào)度數(shù)據(jù)挖掘時(shí)，業(yè)務(wù)內(nèi)容為關(guān)鍵因素。

三、智能調(diào)度大數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)

隨著人們生活水平提升，對(duì)電力需求量不斷加大，電網(wǎng)規(guī)模呈現(xiàn)出爆炸性增長，推動(dòng)了電力市場(chǎng)化改革，傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行 正面對(duì)新的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：其一，傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行方式主要依照人工經(jīng)驗(yàn)，缺乏科學(xué)性與準(zhǔn)確性;其二，傳統(tǒng)電網(wǎng)的運(yùn)行方式發(fā)電均衡，潮流波動(dòng)小，電力市場(chǎng)化改革后，諸多市場(chǎng)成員報(bào)價(jià)影響了發(fā)電均衡性，潮流變化明顯;其三，電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大，電力運(yùn)行計(jì)算量增大，傳統(tǒng)運(yùn)行方式中，主要以人工計(jì)算為主，增大了工作人員負(fù)擔(dān)，極易導(dǎo)致判斷失誤現(xiàn)象。其四，電網(wǎng)構(gòu)架越發(fā)復(fù)雜，電器元件數(shù)量與類型明顯增很多，增大了運(yùn)行場(chǎng)景、潮流計(jì)算復(fù)雜性，影響了調(diào)度人員判斷和電網(wǎng)優(yōu)化，難以得到直觀結(jié)果，不利于電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行[4]。由此可知，傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行方式已經(jīng)無法滿足電力體制需求，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，形成新的高效直觀、多元化電網(wǎng)運(yùn)行方式成為關(guān)鍵。智能調(diào)度大數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)的出現(xiàn)，滿足了電力市場(chǎng)需求。下文對(duì)可視化技術(shù)的應(yīng)用展開分析。

3.1異常值可視化分析

智能調(diào)度大數(shù)據(jù)主要包含正常與異常狀態(tài)兩種，而根據(jù)數(shù)據(jù)偏離程度，異常狀態(tài)又分為告警與預(yù)警狀態(tài)。在電力調(diào)度運(yùn)行中，首先應(yīng)設(shè)定數(shù)據(jù)正常值與異常值之間的分界點(diǎn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或相應(yīng)規(guī)范將采集、計(jì)算的數(shù)據(jù)指標(biāo)依照等級(jí)不同設(shè)定預(yù)警與告警閾值，通過閃爍、高亮或特殊顏色表示著重突出異常值，輔助調(diào)度人員判斷異常情況與決策，保障電網(wǎng)可靠運(yùn)行。

3.2匯總情況可視化分析

在匯總情況可視化時(shí)，通過將對(duì)比潮流計(jì)算結(jié)果、告警數(shù)據(jù)、屬性信息等簡化歸類，整理為可視化圖表，保障運(yùn)行人員能夠通過圖表迅速發(fā)現(xiàn)其中潛在規(guī)律。匯總情況在展示可視化方案時(shí)，需要通過分類可視化、趨勢(shì)可視化兩種方式展現(xiàn)，其中，分類可視化根據(jù)類別將視圖分析數(shù)據(jù)歸類匯總，著重突出各運(yùn)行方式下數(shù)據(jù)差異程度。趨勢(shì)可視化主要根據(jù)周期匯總視圖數(shù)據(jù)，通過同比與環(huán)比分析，著重分析各潮流方案下數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)與規(guī)律。

3.3關(guān)聯(lián)度可視化分析

潮流計(jì)算結(jié)果和電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、告警信息等存在潛在聯(lián)系，若將信息關(guān)聯(lián)程度量化，并進(jìn)行視圖展示，對(duì)于運(yùn)行方式優(yōu)選具有重要作用[5]。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、態(tài)勢(shì)感知技術(shù)的應(yīng)用，有助于深入關(guān)聯(lián)分析不同環(huán)節(jié)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的數(shù)據(jù)、潮流計(jì)算結(jié)果，根據(jù)可視化技術(shù)，統(tǒng)計(jì)并分層分區(qū)顯示相關(guān)指標(biāo)項(xiàng)，便于調(diào)度人員由結(jié)果追根溯源，快速尋找原因，提高電力調(diào)度可靠性。另外，指標(biāo)項(xiàng)之間關(guān)聯(lián)程度還可利用可視化方式突出顯示，提高多潮流方案對(duì)比的直觀與清晰度。

四、智能調(diào)度大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的應(yīng)用

4.1二維可視化技術(shù)應(yīng)用

在智能調(diào)度大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)應(yīng)用時(shí)，二維可視化主要表現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：其一，動(dòng)態(tài)潮流法。潮流作為電力調(diào)度運(yùn)行中常見情況，動(dòng)態(tài)潮流的可視化不僅能夠?qū)⒊绷髯兓闆r實(shí)時(shí)展現(xiàn)，還能夠根據(jù)潮流數(shù)量、流動(dòng)速度確定負(fù)荷情況，同時(shí)，還能夠通過限額、裕度直觀掌握潮流改變大小與改變方向。所以，在電力智能化調(diào)度中，應(yīng)用可視化技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)信息直觀性，為調(diào)度行為提供了便利。其二，單品圖法。在二維可視化技術(shù)中，單品圖法應(yīng)用包含如下幾點(diǎn)：1）有助于調(diào)度人員快速尋找單品圖法下最大數(shù)據(jù)，對(duì)其所處區(qū)域做好顏色填充工作，并有效標(biāo)準(zhǔn)最大數(shù)據(jù)位置情況。2）通過系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程與最大數(shù)據(jù)，確定扇形區(qū)域。3）通過電力系統(tǒng)運(yùn)行情況，選擇規(guī)定顏色，填充扇形區(qū)域，直觀呈現(xiàn)電力調(diào)度數(shù)據(jù)信息。其三，等值線法。該方法能夠?qū)㈦娏φ{(diào)度不同類型數(shù)據(jù)直觀呈現(xiàn)，如：線路負(fù)載率、變壓器負(fù)載率、節(jié)點(diǎn)電壓，以此促進(jìn)調(diào)度人員準(zhǔn)確及時(shí)掌握智能電網(wǎng)運(yùn)行情況，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

4.2三維可視化技術(shù)應(yīng)用

在智能電網(wǎng)發(fā)展中，三維可視化技術(shù)的應(yīng)用，主要通過虛擬顯示技術(shù)構(gòu)建電力運(yùn)行區(qū)域三維模型。在處理三維圖像時(shí)，主要放在單棒圖、圖像的三維旋轉(zhuǎn)上。單棒圖由主棒和對(duì)比棒構(gòu)成，主棒用來顯示運(yùn)行數(shù)據(jù)，一定程度上能夠表示變電器、電容器安全情況，促進(jìn)操作人員掌握電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況。圖形三維旋轉(zhuǎn)則能夠全方位展現(xiàn)電力圖。

4.3電力系統(tǒng)地理圖形的可視化應(yīng)用

在智能調(diào)度大數(shù)據(jù)可視技術(shù)應(yīng)用于地理圖形可視化中時(shí)，可通過引進(jìn)地圖圖形，實(shí)現(xiàn)地理圖形、區(qū)域電力系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，根據(jù)所得電力系統(tǒng)可視化地圖，動(dòng)態(tài)展現(xiàn)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。在電力調(diào)度時(shí)，若電力線路、電力設(shè)備等出現(xiàn)故障，可直接通過地圖展現(xiàn)，通過大數(shù)據(jù)快速定位，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決故障，促進(jìn)電力系統(tǒng)可持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

五、總結(jié)

互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)紛紛進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，電力企業(yè)在智能化發(fā)展過程中，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生成電力數(shù)據(jù)不斷增多，增大了電力智能調(diào)度的困難度，阻礙了智能電網(wǎng)發(fā)展?？梢暬夹g(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用，能夠及時(shí)預(yù)警電網(wǎng)運(yùn)行中潛在故障，并準(zhǔn)確定位、直觀展現(xiàn)故障點(diǎn)，輔助調(diào)度人員及時(shí)解決故障，促進(jìn)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，全面提升電力智能調(diào)度水平，推動(dòng)電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]陳海拔， 顧全， 董羊城，等. 基于大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)調(diào)度控制智能告警系統(tǒng)[J]. 電子設(shè)計(jì)工程， 2019， 27（11）：91-95.

[2]馮磊，黃其兵.基于智能的配電網(wǎng)電力大數(shù)據(jù)三維場(chǎng)景可視化分析[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2020（1）：189-192.

[3]王婷，衛(wèi)少鵬，周彤.智能調(diào)度的研究現(xiàn)狀及前沿[J].物流科技，2019，42（11）：5-9.

[4]李里.可視化技術(shù)在電網(wǎng)調(diào)度中的應(yīng)用及問題分析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（16）：183-184.

[5]劉進(jìn)進(jìn)， 吳輝， 葉偉. 基于可視化生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用與研究[J]. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， 2019， 32（5）：145-145.