李 響，邢文濤

(1.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司物資公司， 鄭州 450000；2.國(guó)網(wǎng)汝州市供電公司，河南 平頂山 467000)

0 引 言

全國(guó)用電需求不斷增加，電力供應(yīng)要求不斷提高，電力系統(tǒng)需不斷發(fā)展適應(yīng)多樣化的用電需求[1]。在更加復(fù)雜的供電背景下，要確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定，需對(duì)其進(jìn)行有效監(jiān)管，以最快的速度對(duì)系統(tǒng)中存在的問題進(jìn)行全面的了解和反饋，因此可視化技術(shù)在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用[2]。在可視化數(shù)據(jù)的發(fā)展初期，其主要是以表格的形式展示數(shù)據(jù)，而隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于數(shù)據(jù)的處理能力不斷提高，以圖形、動(dòng)畫為展示方式的可視化技術(shù)逐漸成熟，將其應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，對(duì)于不同運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的展示具有極高的適配性[3]。就現(xiàn)階段的可視化技術(shù)而言，圖形展示對(duì)于信息規(guī)模大、數(shù)據(jù)變化頻繁的電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理顯得更加實(shí)用，在二維甚至是三維的圖形展示中信息的特征可以以更加直觀的方式呈現(xiàn)在監(jiān)管人員面前，節(jié)約中間的分析環(huán)節(jié)[4]。對(duì)于三維可視化技術(shù)，其可以更加直觀地展示電力系統(tǒng)更高環(huán)節(jié)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。關(guān)于可視化的研究，文獻(xiàn)[5]提出了一種以網(wǎng)絡(luò)邊界健壯性為研究對(duì)象的電力系統(tǒng)可視化處理技術(shù)，其充分考慮了電力系統(tǒng)與第三方平臺(tái)之間的對(duì)接需求，以設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)性為強(qiáng)化目標(biāo)，通過可視化技術(shù)分析了網(wǎng)絡(luò)邊界的健壯性，以此為基礎(chǔ)判斷出電力系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的安全性和穩(wěn)定性，并將網(wǎng)絡(luò)流量和邊界防火墻安全策略進(jìn)行可視化處理，為內(nèi)網(wǎng)安全防護(hù)列表提供更加直觀的數(shù)據(jù)支撐，測(cè)試結(jié)果表明，其可有效提高電力系統(tǒng)在安全管理方面的效益，但在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程中，會(huì)造成一定數(shù)據(jù)損失；文獻(xiàn)[6]將三維可視化技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)的監(jiān)控環(huán)節(jié)之中，以解決電力監(jiān)控系統(tǒng)畫面表現(xiàn)能力比較弱的問題。利用三維可視化技術(shù)將監(jiān)控系統(tǒng)采集到的信息以更加立體的形式展現(xiàn)，將多個(gè)監(jiān)控畫面融入到同一個(gè)三維環(huán)境之中，由此通過一個(gè)窗口就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)監(jiān)控范圍內(nèi)所有信息的準(zhǔn)確監(jiān)管，但其主要是對(duì)電力系統(tǒng)表觀情況的監(jiān)控，對(duì)于細(xì)節(jié)性的數(shù)據(jù)監(jiān)管仍需要人工分析。

基于此，該文提出基于可縮放矢量圖形 (scalable vector graphics, SVG)的可視化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究。充分利用SVG的可伸縮且不失真的屬性特征，開發(fā)以電力系統(tǒng)為核心的可視化實(shí)現(xiàn)技術(shù)，并構(gòu)建可視化框架[7]。試驗(yàn)驗(yàn)證其在性能方面的穩(wěn)定性以及在展示效果方面的可靠性。

1 基于SVG技術(shù)的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化研究

1.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

由于電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是處于實(shí)時(shí)變化的狀態(tài)中，為此，該文在對(duì)其進(jìn)行視圖化處理之前，需要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。按照數(shù)據(jù)歸一化處理的基本原則，在不降低數(shù)據(jù)質(zhì)量等級(jí)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建以數(shù)據(jù)類型為劃分標(biāo)準(zhǔn)的處理方法[8]。假設(shè)采集到的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)為A(s，u，v)，其中，s表示數(shù)據(jù)在電力系統(tǒng)中的關(guān)聯(lián)屬性，u表示數(shù)據(jù)自身的屬性，v表示數(shù)據(jù)的更新速度，那么此時(shí)，在以u(píng)為目標(biāo)的數(shù)據(jù)分類中，對(duì)其進(jìn)行歸一化處理的方式可以表示為

(1)

式中：A′表示歸一化處理后的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù);a1、a2、a3分別表示s、u、v指標(biāo)要素在A中占的權(quán)重;δ表示對(duì)應(yīng)的劃分標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，δ的取值主要取決于電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)波動(dòng)的范圍和程度。

以此為基礎(chǔ)，將采集到的數(shù)據(jù)歸一化處理后，再對(duì)其進(jìn)行整體性地?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，該階段的轉(zhuǎn)化主要是確保數(shù)據(jù)可以適應(yīng)SVG技術(shù)的應(yīng)用[9]?？紤]到SVG技術(shù)是一種矢量化的處理方法，為了確保轉(zhuǎn)化后的圖像在放縮處理過程中不會(huì)由于圖像失幀而引起電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失，將數(shù)據(jù)矢量化處理，其處理方式為

f(A)=kA′

(2)

式中：f(·)表示矢量化處理函數(shù);k表示矢量轉(zhuǎn)換系數(shù)。

在利用式(2)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，需要結(jié)合系統(tǒng)數(shù)據(jù)的變化速度，在用電波峰以及波谷出現(xiàn)的前后，會(huì)影響數(shù)據(jù)的變化幅度，此時(shí)需要對(duì)矢量轉(zhuǎn)換系數(shù)作出適應(yīng)性調(diào)節(jié)，該文設(shè)置其閾值為[0.50,0.95]，以此提高矢量化轉(zhuǎn)換的完整性。

通過這樣的方式，完成數(shù)據(jù)的矢量化轉(zhuǎn)換，為后續(xù)的可視化處理提供基礎(chǔ)。

1.2 基于SVG的可視化圖像繪制

在上述基礎(chǔ)上，為了提高SVG在電力系統(tǒng)中的通用性，該文對(duì)可視化圖像的繪制是直接使用SVG 的自有構(gòu)件對(duì)其進(jìn)行繪制。為滿足電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化對(duì)數(shù)據(jù)展示的基本要求，對(duì)圖形繪制工具進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，將iESDrawTool作為繪制圖形的模型，并將上文矢量化處理后的數(shù)據(jù)在圖形模型的信息保存為XML文件，以此降低后期調(diào)用時(shí)的計(jì)算量。運(yùn)用C++語(yǔ)言，建立起iESDrawTool與目標(biāo)可視化矢量圖之間的功能關(guān)聯(lián)。此時(shí)得出的矢量圖為矢量圖元，還需要對(duì)圖像的細(xì)節(jié)進(jìn)一步作出定義。結(jié)合電力系統(tǒng)對(duì)可視化應(yīng)用中的實(shí)際需要，將iESDrawTool繪制的矢量圖分為線、站圖元、位圖元三部分。當(dāng)繪制出參照?qǐng)D像后，在上文輸出的XML文件中進(jìn)行分層繪制。此時(shí)的繪制主要是避免由于數(shù)據(jù)變化過于密集引起繪制的圖像出現(xiàn)重合，借助SVG，先將元圖像在不失幀的條件下放大，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行繪制。需要注意的是，對(duì)其進(jìn)行保存處理時(shí)要避免存儲(chǔ)為圖片格式，需以圖形的格式保存至XML文件中。其保存流程如圖1所示。

圖1 可視化處理文件保存流程

按照?qǐng)D1的方式完成對(duì)圖像的保存后，將其備份到電力系統(tǒng)的引擎中，為后續(xù)的調(diào)用提供基礎(chǔ)。上文也已經(jīng)提到，電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是以動(dòng)態(tài)的形式存在的，因此，在將生成的圖像保存到引擎中時(shí)，也建立了相應(yīng)的動(dòng)態(tài)庫(kù)，當(dāng)需要對(duì)可視化圖像中的詳細(xì)信息進(jìn)行分析時(shí)，可以根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)庫(kù)具體的API參數(shù)，在系統(tǒng)的后臺(tái)以包裝的形式將圖形發(fā)送到系統(tǒng)前端后臺(tái)服務(wù)。需要注意的是，由于現(xiàn)階段電力系統(tǒng)聯(lián)合管理機(jī)制逐漸發(fā)展，在圖形生成引擎實(shí)現(xiàn)的過程中，需要充分考慮到可視化圖形的跨平臺(tái)應(yīng)用需求，為此，可以使用C++、QT對(duì)動(dòng)態(tài)庫(kù)進(jìn)行編程，使得SVG圖形生成引擎保存的圖形在縮放比例、縮放策略、過濾條件、格式上均滿足應(yīng)用需求。

2 試驗(yàn)測(cè)試

分別采用文獻(xiàn)[5]和文獻(xiàn)[6]提出的可視化方法作為對(duì)照組，在相同的試驗(yàn)環(huán)境內(nèi)開展試驗(yàn)測(cè)試，對(duì)比3種方法在數(shù)據(jù)可視化處理方面的性能。

2.1 測(cè)試環(huán)境設(shè)置

以某電力供電站為試驗(yàn)對(duì)象，該供電站覆蓋周圍25 km2的供電需求，不僅負(fù)責(zé)周圍居民用電的主要供應(yīng)，同時(shí)也是附近工業(yè)用電的主要來源。發(fā)電站對(duì)應(yīng)的心理系統(tǒng)客戶端使用用戶界面為HTMLZDD0015，對(duì)應(yīng)的服務(wù)器端使用的是Linux服務(wù)程序，系統(tǒng)的構(gòu)架形式為SSM結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)設(shè)置的數(shù)據(jù)采集端口共計(jì)8個(gè)，型號(hào)均為ZDSP8080。該發(fā)電站的用電數(shù)據(jù)采集是以數(shù)字形式進(jìn)行的，最終不同數(shù)據(jù)匯總到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，相關(guān)工作人員需要利用相應(yīng)的工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次計(jì)算，以此判斷用電數(shù)據(jù)中是否存在異常，以及用電數(shù)據(jù)表現(xiàn)出的特征。但是，由于用電規(guī)模較大，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也相應(yīng)地較多，導(dǎo)致計(jì)算工作量無法適配數(shù)據(jù)的采集效率，導(dǎo)致對(duì)數(shù)據(jù)分析的及時(shí)性有待提高。為此，文中通過可視化技術(shù)將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像的形式，并分析其可視化處理的效果。

2.2 測(cè)試分析對(duì)比

在上述基礎(chǔ)上，以某1小時(shí)內(nèi)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)為試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，對(duì)比結(jié)果如圖2～4所示。

由圖2～4可知，該文設(shè)計(jì)方法在線損率、關(guān)口電量、損失電量方面都十分接近實(shí)際值，且優(yōu)于文獻(xiàn)[5]、文獻(xiàn)[6]方法，這是由于該文方法使用了SVG技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可縮放矢量圖形，因此不會(huì)因?yàn)閳D像的處理而降低數(shù)據(jù)的精度，也不會(huì)對(duì)關(guān)口電量及損失電量造成影響。

圖2 線損率對(duì)比圖

圖3 關(guān)口電量數(shù)值對(duì)比圖

圖4 損失電量數(shù)值對(duì)比圖

3 結(jié) 語(yǔ)

電力系統(tǒng)的管理不僅關(guān)系到供電質(zhì)量的高低，也是對(duì)電力供應(yīng)進(jìn)行合理調(diào)節(jié)的關(guān)鍵， 可視化不僅可以更加直觀地得到數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì)和特征，對(duì)于減少數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算時(shí)間也是極為有利的。該文提出基于SVG的可視化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，利用SVG技術(shù)將電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可縮放矢量圖形，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的有效性，提高數(shù)據(jù)分析和處理效率。