基于多源数据融合与分析的配电网可视化诊断系统的构建

数据库技术

Database

Technology

电子技术与软件工程

Electronic

Technology

&

Software

Engineering

基于多源数据融合与分析的配电网可视化诊断系统的构建

文

/

马立红'王海生'宁光涛'杨陵霞

2

刘保柱

2

（

1

.海南电网有限责任公司

海南省海口市

570203

2

.北京国科恒通科技股份有限公司

北京市

100085

）

摘

要

：

本文面对配电网诊断涉及的信息化系统繁杂

、

共享融合程度不高

、

数据规模巨大等问题

，

设计了基于多源数据融合与分析的

配电网可视化诊断系统

。

文章首先介绍了系统的架构和诊断指标体系的构建

；

其次从数据处理

、

问题自动诊断

、

可视化展示三个方面介绍

了系统的主要功能

；

最后通过系统的试点应用

，

展示了系统可视化诊断的应用及成效

。

该系统的应用可实现电网薄弱环节的精准定位

，

为

配电网现划提供信息化辅助手段

。

关键词

：

多源数据融合

；

配电网

；

可视化

；

诊断

1

引言

配电网诊断工作涉及的数据信息分散于各系统

，

主要包括资产

表

1

：

系统相关技术组件

技术组件

Spark

YARN

HBase

Orcale

维度建模

ETL

管理系统

、

营销业务系统

、

调度自动化系统

、

计量自动化系统

、

配

网

GIS

平台

，

涉及的数据量大

、

计算量大

。

虽然海南数字电网平台

集成了这些业务系统的源数据

，

但面向规划业务

，

这些系统的数据

描述

基于内存的大数据计算框架

融合共享程度并不高

，

这就导致了规划人员无法全面掌握配电网真

实运行情况

，

无法及时定量了解配电网存在问题的严重程度和所在

集群管理器，

让

Spark

在存储数据的物理节点上运行

分布式数据库

，

支持结构化数据存储

关系型数据库

多维建模

，

可以存储关注维度的各个层次的数据

ETL

主要用于汇总和计算

VUE

位置

；

且配电网问题的数据收资需各个部门配合

，

电网诊断效率低

下

。

针对上述问题

，

本文设计并构建了基于多源数据融合与分析的

l

：

I

控件

Bootstrap

Echarts

图标俎件

lebGIS

基础

TI

组件

渲染引擎

配电网可视化诊断系统

，

通过海南数字电网平台集成了资产管理系

统

、

营销业务系统

、

调度自动化系统

、

计量自动化系统

、配网

GIS

器

（

统计分析服务

）

（

拓扑分析服务）

（

数据可视化眼务

）

（

空

信息

务

）

fil

1K

（

地理舉务

）

平台等外部系统的数据

；

利用

GIS

技术

、

多源数据信息融合技术

，

实现配电网地理信息

、

拓扑信息

、

台账信息

、

运行信息的充分融合；

计算

同时采用分布式Spark

集群技术处理电网运行大数据

，

通过

“

维度

建模

+ETL

”

技术实现业务指标的统计汇总

，最终实现了配电网薄

+E1L

.

I

批■计算

~

|

(Spark)

弱环节的自动诊断和基于

GIS

的诊断结果可视化展示

。

2

系统设计

2.1

系统架构

数据

存镐

关系数据库

（

Oracle

）

据库

(Hbase)

系统通过海南数字电网平台获取数据源

，

以

Spark

大数据处

理框架为核心

，

使用关系数据库

Orcale

和分布式NoSQL

数据库

HBase

结合的存储方式来存储大数据

，

在网络

（

Web

）

端提供统计

pCIWR*

[

!

―负站理―

系紡

I

I

I

―

营

4

业务

—

■

I

[

电尿

is

I

|

调雯自备化系|

i

计■看気化系|敷字电

I

I

系统

I

I

卫台

I

I

金

I

I

金

I

冃平台:

图

1:

系统架构

q

]

匚

爭

q

分析服务

、

拓扑分析服务

、

数据可视化服务

、空间信息服务

、

地理

服务等

，

为配电网诊断指标可视化提供服务支持

。

系统架构如图

1

所示

，

系统相关技术组件如表

1

所示

。

2.1.1

数据集成

HBase

数据库进行存储

，

对于电力供需

、

电网设备

、

用户信息

、

拓

扑关系

、

地理信息等结构复杂

、

数据量稍小的数据使用关系型数据

系统釆用了服务接口集成的方式通过数字电网平台接入资产

管理系统

、

营销业务系统

、

调度自动化系统

、

计量自动化系统

、

电

库

Oracle

进行存储

。

2.1.3

数据计算

网

GIS

平台等系统的共享数据

。

其中电网运行数据通过历史服务接

入

，

设备台账

、

用户信息通过

CIM

服务接入

，

配网

GIS

数据通过

系统采用分布式

Spark

集群技术处理电网运行大数据

，

通过

Hadoop

集群管理器

（

YARN

）

服务访问集群中的机器

，

集群的规模

可根据处理量的大小进行弹性增减

。

当一个计算任务提交至

Spark

WebService

的方式接入

，

再通过数据校验

、

融合

、

转换等操作

，

形

成面向规划业务的基础数据

。

后

，

驱动器节点负责中央协调

，

调度各个执行器节点处理任务

，

计

算结果存储在Oracle

中

。

2.1.2数据存储

系统根据数据量和数据结构等特征

，

将数据分开存储

，

其中

电网运行数据这种数据量大且结构简单的数据用大数据存储技术

对于大多数业务指标的统计计算所涉及的数据量并非海量数

据

，

系统釆用了传统的

“

维度建模

+ETL

”

技术来实现指标的计算

，

通过对数据进行不同粒度的汇总与计算

，

生成各粒度

、各业务维度

•资助科技项目信息

：基于主配网协同

、源网荷互动的智能电网规划关键技术研究

。

204

电子技术与软件工程

Electronic

Technology

&

Software

Engineering

的计算结果

，

支持前端数据的快速展现和各维度的上下级钻取联动

，

数据库技术

Database

Technology

视划星础数拯

全方位展示指标分析情况

。

1

电力供;

t

1

拓扑关系

'UMS*

1

1

电

M

运行

|

HIPM

fl

|

2.1.4

数据应用服务

基于

C

卄和

JAVA

开发体系

，应用服务提供统计分析服务、

拓

敏

naeri

数据处理

扑分析服务

、

数据可视化服务

、

空间信息服务

、

地理服务等应用服

务，

为配电网诊断结果可视化提供服务支撑

。

5

牛:一

'

*^4

1

一

一

i

令~

*

卜

2.1.5

数据展现

MS

关鼻

j

人*

|

j

_

厂•门卜

f

-*•1

2

含

li

通过

UI

控件

‘

Bootstrap

等基础UI

组件

，

提供表单

、

提示框

、

表格

、

树

、容器等控件，

统一系统的界面样式

；

使用

Echarts

图表组件

，

进行数据的柱图

、

折线图等可视化展示

；

通过

VUE

及

WebGIS

等

图

2

：

多源异构数据融合处理过程

数据源

|海嚴运疔效据|

网架拓扑

*

界面渲染引擎将服务端输出的数据模型绑定到

UI

组件中

，

实现前

端界面的渲染

。

|设备台账属性|

..............................................

1

.......................................................

2.

2

诊断指标构建

基于多源数据融合与分析的配电网可视化诊断

，

包括供电能力

处理

方法

|

Spark

计纂框架|

4

I

拓扑分析

|电气计算|

|设备和属杵统计|

诊断

、

网架结构诊断

、设备水平诊断

、

供电质量诊断四个方面

。

綾路飒載分析

供电半餐

供电町林杵

（

1

）

供电能力诊断

：

线路负载率分析、

线路装接配变容量

、

配交負・分尊

接线楔式

坏网化率

线损半

|电藐化率］

1

1

配变负载率分析

、

城镇户均配变容量

、

农村户均配变容量等

。

现状

诊断

|运行年

PR

i

|髙损配变|

线册电压越限

典型接线率

平均分段

n

（

2

）

网架结构诊断

：

线路供电半径

、线路典型接线率

、

线路

联络率

（

包括线路站间联络率

）

、

线路可转供率

、

线路平均分段数等

。

配受电压越顒

供电艇力诊断

!

IE

电白动化

i

I

I

网舉结构诊斷

问牌库管理

I

I

I

供电质■诊断

I

区县向

I

.逐级汇总

I

（

3

）

设备水平诊断

：

线路运行年限分析

、

配变运行年限分析

、

绝缘化率和电缆化率

、

线路配电自动化覆盖率等

。

（

4

）

供电质量诊断

：

线路首末端电压越限

、

配变低压侧电压

展现

I

可视化展示

I

I

il

统

详情向卜估収

I

图

3:

问题自动诊断分析功能

越限

、

供电可靠性

、

线损率等

。

3

系统功能

3.

1

多源异构数据融合处理

从数据集成模块集成的生数据

，

经过数据校验

、

数据融合

、

数

据转换等数据清洗流程

，

形成熟数据

，

来支撑规划业务应用

。

其中，

数据校验包括从完整性

、

一致性

、

正确性三方面对数据进行全方位

检查

；

数据融合将营

、

配

、

调三个部门的数据利用自动融合

、

特征

融合

、

人工融合的方式实现贯通

；

数据转换将来自不同系统异构的

数据

，

按照规划专业的习惯

，

对数据进行重新整合

，

形成面向规划

业务的基础数据

。

具体流程如图

2

所示

。

3.2

问题自动诊断分析

在电网

GIS平台和多维数据融合的基础上

，

系统可展示现状电

网沿布图和相应的网络拓扑接线图

，

同时提供了电网设备属性信息

、

图

4:

诊断结果可视化展示界面

线路

、

配变的重过载分析

，

主要包括

：

最大负载率

、

最大负载

出现时间

、

重载次数

、

重载持续时间

、

过载次数

、

过载持续时间

；

网架拓扑信息和电网历史运行数据

。基于构建好的诊断指标体系

、

内置算法及相关判断标准

，

系统能够基于这些多维信息自动进行全

网或局部电网的诊断分析

，

自动生成问题列表

；

并从供电能力

、

网

线路

、

配变的电压越限分析

，

主要包括

：

偏低次数

、

偏低持续时间

、

最低电压

、

最低电压出现时间

、

偏高次数

、

偏高持续时间

、

最高电

架结构

、

供电质量

、

设备水平

4

个方面对诊断结果进行可视化展示

，

支持区县向上逐级汇总

，

统计向下钻取查看详情

。

问题自动诊断分

析功能如图

3

所示

。

压

、

最高电压出现时间

。

3.2.2

基于拓扑分析的网架诊断和电气计算

实际的配电网网络结构复杂

，

数据量非常大

，

要识别出网络的

3.2.1

基于海量运行数据的供电能力分析

供电能力分析主要依托于调度自动化系统和计量自动化系统的

接线模式

，

人工方法并不可取

。

基于此

，

开展了基于网络拓扑分析

和模式识别理论的研究

，

系统在网络拓扑分析的基础上

，

结合各种

接线模式的具体特征

，

可有效地自动识别配电网典型接线模式和联

络线路判断功能

，

从而全面了解配电网结构特征

，发现其薄弱环节

。

历史量测数据

，

此类数据生产粒度为

5

・

15

分钟

，

每年大约有

10TB

的数据量

，

这种场景下

，

单机的数据库引擎很难应付海量数据的扫

描计算

。

针对上述问题

，

系统采用

Spark

大数据计算技术

，

对海量

运行数据进行预处理

，

实现线路

、

配变的全年重过载分析

、

电压越

限分析

。

基于拓扑结构的识别

，

再结合负荷与设备运行参数等

，

系统提

供潮流

、

短路

、

可靠性等电气计算功能

，从而对配电网不同接线模

式的可靠性

、潮流线损

、

电压降等进行定量的理论分析计算

。

205

数据库技术

Database

Technology

电子技术与软件工程

Electronic

Technology

&

Software

Engineering

图表化等可视化展示

，

将指标不合格或导致薄弱环节的设备使用特

殊颜色或图符着重标出

，

实现诊断问题的可视化追根溯源和精准定

位

，

辅助规划人员制定规划方案

。

4

系统应用

目前该系统已在海口供电局试点应用

，

在配电网诊断方面发挥

了重要的作用，

依托该系统可科学诊断电网薄弱环节

，

实现问题设

备的可视化追踪溯源和精准定位

，

辅助调整优化配电网规划项目

，

提高了电网精准投资性

，

有力支撑了电网规划业务的开展。

系统基

于融合的多源数据自动生成面向规划业务的基础数据

，

并提供自动

诊断功能

，

大幅度减少了规划人员的工作量

，

有效提高了规划效率

，

保证了工作质量

。

下面以诊断结果可视化展示为例来介绍系统的应

用情况

。

图

4

为线路负载率诊断结果可视化界面

，

图形区根据诊断指标

的正常和异常情况对电网进行了着色渲染

，

右侧栏以图表的方式展

图

5:

问题线路定位

示了各供电分区的负载率指标情况

，

可使规划人员一目了然的了解

分区分畑珀

全部

m

负辞砌

■

负

IE

状亦

重过载的分布情况

。

•

违跑空电站名秤

开始賣诲

示

共

57

制己曇

序

号

1

供电分

区类

C

线路名称

MOkVfHS

畳大龟

3KA

)

227.23

平均员

fttSi

瞬

)

i

状态

(%)

<%>

点击图

4

右侧栏的

【

问题线路

】

，

然后选中某条记录

，

可在图

■taut

出现

丽

2019-09-04

04OW)0

201WJ1-03

0801:00

次

Bl

1

过

KU

决敷

0

形区实现该线路的精准定位

，

如图

5

所示

。

站

2

C

lOVlikE

tt

16

86

97

11

点击图

4

或图

5

右侧栏的

【

查看详细

】

按钮

，

可进入图

6,

查

11OKV

奔

英

U

1lOkVf2g

白

lOkVWJttt

374.93

17.62

93

73

3

0

看单条线路的详细信息

，

并可通过负载状态筛选只显示重

、

过载的

线路

。

3

C

264,48

2121

110.20

站

4

C

35kV=iI

2019-06-02

0908:00

2019-1006

051000

201901-03

OMIflO

30

在图

6

中

，

点击某条记录的线路名称

，

可进入图

7,

査看该

1

10kV;L»tJ

189

14

21

56

96.99

0

钻

C

220kVfi»

线路的年

、

月

、

日负荷曲线变化情况(注

：

系统

2018

年只采集了

1

〜

7

月份的运行数据)

。

丘海

5

356.09

22.11

«9

02

4

0

鉛

图

6:

线路详情

5

结束语

本文设计的基于多源数据融合与分析的配电网可视化诊断系

3.2.3

基于设备台账属性的静态统计

基于设备台账属性的静态统计

，

可实现线路电缆化率

/

绝缘化

率、

线路运行年限

、

配变运行年限

、

线路配电自动化覆盖率

、

高损

统

，

在配电网地理接线图的基础上

，

提供配电网电力设备的基础属

性信息

、

拓扑信息、

运行信息的融合

，

而且能够根据集成的多源信

息自动进行全网或局部电网的自动诊断

，

并自动生成问题列表

；

同

时提供基于GIS

背景的图上标注

、

着色渲染等可视化展示

，

实现配

配变率

、

线路装接配变容量

、

户均配变容量等指标的自动计算

，

这

些指标可反映配电网的装备水平和供电裕量

，

从侧面反映配电网的

供电能力和供电可靠性

。

电网薄弱环节的可视化溯源和精准定位

，

为配电网规划提供了全新

的信息化辅助手段

。

参考文献

[1]

赵明欣

，刘伟，

陈海

，

滕林

，

刘思革

，

苏剑.

《

配电网规划设

3.

3

基于

GIS

的可视化结果展示

针对目前配电网规划工作中电网图形与业务数据耦合度不高

，

电网诊断分析结果仅采用

“

台账式明细表

+

统计表”

的方式等问题

，

开展了基于地理信息可视化技术的多源数据融合和图形渲染等技术

计技术导则

》解读

[J],

供用电

,2016,

33

(02):2-7.

[2]

胡军

，

尹立群

，

李振，

郭丽娟

，段炼

，

张玉波.基于大

数据挖掘技术的输变电设备故障诊断方法

[J].

高电压技

研究

，

系统基于集成的多源数据

，

实现了问题的自动诊断分析

，

并

形成面向规划业务的诊断结果可视化展示界面

，

通过多种可视化方

式展示各项指标

，

对电网网架情况做出评价

。

3.3.1

多来源地图显示支持

基于底层地图数据管理的支持

，

系统能够支持离线切片地图

、

CAD

矢量地理图以及支持南网

GIS

平台地图的接口方式

，

可提供

术

,

2017,43

(11):

3690-3697.

[3]

陈雪

，

宁桂华

，曹港基.基于多源异构数据融合的配网规划决

策系统研究

[J].

通讯世界

,2016

(13):

133-135.

[4]

梁庆发

，

梁志宇

，

郑国珊.基于

GIS

的多源异构数据整合方法

研究

[J].

测绘与空间地理信息

,

2015,38

(06):144-146.

[5]

孟庆强

，

胡牧

，

孙立华

，

郑浩泉.面向电力大数据的多数据流

卫星影像

、街道建筑物等多套地图背景，

为用户提供更清晰地规划

区域地理信息，

有利于规划人员对网架的理解

，

同时为规划电网的

实时处理技术研究

[J].

计算机与数字工程

,

2018,46

(05):987-

网架编辑提供参考

。

3.3.2

诊断结果可视化

系统基于配电网自动诊断分析结果

，

提供基于

GIS

的诊断结果

可视化展示，

从供电能力、

网架结构

、

供电质量

、

设备水平

4

个方

991.

[6]

Holden

Karau,Andy

Konwinski,Patrick

Wende

11

,

Matei

Zaharia.

Spark

快速大数据分析

[M]

.

北京

：

人民邮电出版

社

,

2015.

面，

将各项指标在配电网地理接线图上进行图上标注

、

着色渲染

、

[7]

ZAHARIA

M,

XIN

R,

WENDELL

P,

et

al.

Apache

Spark:

206

电子技术与软件工程

Electr

onic

Tech

no

logy

&

Software

Engi

neeri

ng

数据库技术

Database

Technology

4

2018

年

WlhVi*

：

■丈.

佃

.fw

当

IW

割

201MJ2

»

■犬

・

U.»2MW

•小

■

OMW

图

7:

线路运行信息

A

unified

engine

for

b

i

g

data

process

ing[J]

.

Communications

of

ACM,

2016,

59

(11):

56-65.

主要研究方向为配电网规划设计.

宁光涛

(

1961-)

,

男

，

安徽省阜阳市人.大学本科学历

，

教高.

主要研究方向为电网规划与生产运彳亍°

作者简介

马止红

(

1983-),

女

，河北省石家庄市人.大学本科学历

，

工程师.

主要研究方向为

110

千伏及以下智能配电网规划设计.

杨陵疫

(

1986-),

女

，

河北省衡水市人.大学本科学历.主要研

究方向为配电网规划设计°

刘保柱

(

1980-

),

男，天津市蓟县人.大学本科学历.主要研究

方向为数据挖掘与云计算.

王海生

(

1986-

),

男

，

黑龙江省宁安市人.大学本科学历，工程师.

207