基于電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)展示與分析平臺

費冬虎, 李也白, 陸生兵, 凌紅星

(國網(wǎng)浙江長興縣供電公司, 浙江 長興 313100)

隨著電網(wǎng)向著智能化方向發(fā)展,為了及時地了解設(shè)備的運行狀態(tài)和用戶的用電信息,目前相關(guān)的單位通過對輸變電設(shè)備狀態(tài)信息、用電信息、配電自動化信息以及發(fā)電集團等信息的采集,產(chǎn)生了大量實時數(shù)據(jù),繼而沉淀生成海量歷史數(shù)據(jù),這為今后電網(wǎng)的智能化提供了數(shù)據(jù)支撐[1-3].

面對海量的實時數(shù)據(jù),如何更好地使用這些離散的海量數(shù)據(jù)變得越來越重要[4-10].現(xiàn)有的實時數(shù)據(jù)存儲方式為離散的點狀結(jié)構(gòu),只有該系統(tǒng)的專業(yè)人員可以看懂,而業(yè)務(wù)應(yīng)用的客戶往往無法獲取某個變電站、某條線路或者某幾個電壓等級相關(guān)的某些屬性.因此,如何在百萬級乃至千萬級的測點中篩選出客戶需要的測點,建立一套基于電網(wǎng)設(shè)備的實時數(shù)據(jù)模型是實時數(shù)據(jù)應(yīng)用迫在眉睫的需求.

1 實時數(shù)據(jù)庫

1.1 海迅實時數(shù)據(jù)庫

海迅實時數(shù)據(jù)庫是處理具有時間序列特性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),其主要特點在于有著極高的數(shù)據(jù)插入和數(shù)據(jù)查詢檢索效率.同時,為了長時間存儲海量歷史數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)庫還使用高效的有損壓縮算法和無損壓縮算法,使得數(shù)據(jù)所占的空間大大減少.

在數(shù)據(jù)處理方面,海迅實時數(shù)據(jù)庫采用“測點名稱”這一標(biāo)識符來標(biāo)識所存儲的數(shù)據(jù),每一個數(shù)據(jù)都由時標(biāo)、值和質(zhì)量碼3部分組成.其數(shù)據(jù)格式如圖1所示.

圖1 海迅實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)格式

基于這一“三元”式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),海迅數(shù)據(jù)庫采用了有損和無損混合壓縮算法對數(shù)據(jù)進行平滑、高效壓縮,開發(fā)質(zhì)量碼存儲,支持跨平臺數(shù)據(jù)處理、每秒百萬的數(shù)據(jù)提交效率以及每秒數(shù)十萬的數(shù)據(jù)查詢效率.海迅數(shù)據(jù)庫支持原始值、插值和階梯值3種數(shù)據(jù)檢索模式,可以滿足對歷史數(shù)據(jù)查詢的多樣化需求.

1.2 海迅計算工具

根據(jù)用戶配置的符合計算服務(wù)腳本語法的公式和腳本,海迅計算工具對海迅數(shù)據(jù)庫或Oralce數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行進一步的運算處理,使得數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)具有更好的可讀性和可用性.每個計算服務(wù)實例可承擔(dān)每秒上千個的計算任務(wù),包括基于事件觸發(fā)的計算、基于周期的計算和定時觸發(fā)的計算等.

海迅計算工具支持的公式包括基本的數(shù)學(xué)運算公式,基本的邏輯運算符和關(guān)系運算腳本,自定義公式3類.自定義公式包括支持海迅數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)運算公式、Oracle數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)運算公式和時間運算公式,并且可以定制加載第三方函數(shù)庫.支持海迅數(shù)據(jù)的公式包括歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計公式(最大值、最小值、平均值和求和)、實時值和歷史值獲取等;支持Oracle數(shù)據(jù)庫的公式包括單列數(shù)值型屬性列數(shù)據(jù)的最大值、最小值、平均值和求和統(tǒng)計公式,獲取單列數(shù)值型屬性列某個數(shù)據(jù)和向Oracle提交數(shù)據(jù)公式;時間運算公式包括獲取當(dāng)前時間,獲取當(dāng)前時間向前或向后推移一段時間的時間,獲取某個時刻向前向后推移一段時間的時間,計算兩個時間點相差的秒數(shù)等.

1.3 基于PMS的電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)模型

電網(wǎng)設(shè)備模型描述了電網(wǎng)設(shè)備的統(tǒng)一資源標(biāo)識符、設(shè)備所屬地域、設(shè)備的電壓等級等設(shè)備元數(shù)據(jù)信息.量測模型是供電邏輯的有機組成部分,是對電力系統(tǒng)資源量測屬性的規(guī)范化描述,它由量測模板、量測和量測值3個對象組成.準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)模型基于測點模型,即按照<時間戳、測點名、量測值、質(zhì)量碼>4元組來組織存儲實時數(shù)據(jù).本文使用基于生產(chǎn)管理系統(tǒng)(Production Management System,PMS)的電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)模型,該模型是對設(shè)備功能位置和物力設(shè)備量測屬性的規(guī)范化描述.PMS設(shè)備模型在平臺端進行存儲,并使用代碼和人工的方式,將調(diào)度主網(wǎng)和配網(wǎng)的實時數(shù)據(jù)測點模型對應(yīng)到相應(yīng)的設(shè)備上,以實現(xiàn)通過設(shè)備進行實時數(shù)據(jù)的選取和分析等工作.基于PMS的電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)模型構(gòu)造如圖2所示.

注:EMS—能量管理系統(tǒng);DMS—配電管理系統(tǒng).

圖2基于PMS的電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)模型構(gòu)造

2 基于模型的實時數(shù)據(jù)展示與分析平臺設(shè)計

基于模型的實時數(shù)據(jù)展示與分析平臺是在海迅門戶系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,結(jié)合設(shè)備量測實時數(shù)據(jù)模型,形成一個用戶可以借助模型作為工具,自定義數(shù)據(jù)展示方式(如餅圖、曲線圖),同時對實時數(shù)據(jù)進行計算分析.整合分析現(xiàn)有實時數(shù)據(jù)接入、訪問模式,分析提煉出適應(yīng)電網(wǎng)數(shù)據(jù)交互的共用的實時數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)方式,實現(xiàn)基于關(guān)系庫、E文件、Web Service的配置化實時數(shù)據(jù)交互,將實時數(shù)據(jù)的性能發(fā)揮到最大.由此可見,通過上述實時數(shù)據(jù)展示與分析平臺的建立,將建立公司層面的實時數(shù)據(jù)平臺,實現(xiàn)歷史、實時數(shù)據(jù)的模型化管理,可以提供高效的信息整合、交換和存儲,為跨部門、跨專業(yè)的實時數(shù)據(jù)應(yīng)用提供有力的數(shù)據(jù)支撐.

基于PMS模型的實時數(shù)據(jù)與分析平臺共有菜單管理、組件管理、頁面模板管理、資源發(fā)布與管理、數(shù)據(jù)加工管理、實時數(shù)據(jù)交互模塊、實時數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)模型展示8大功能模塊,如圖3所示.

圖3 基于PMS模型的實時數(shù)據(jù)展示與

(1) 菜單管理 包括節(jié)點樹形管理和橫向菜單管理兩大部分.節(jié)點樹形管理是對定制化頁面的管理,橫向菜單管理是對橫向布局結(jié)構(gòu)的管理.一個橫向菜單對應(yīng)一個節(jié)點樹形菜單,樹形節(jié)點菜單由節(jié)點組成,頁面以節(jié)點的形式存儲.菜單管理包括添加、修改、刪除功能.

(2) 組件管理 Web組件管理是個性化功能的重要組成部分,借助svg的矢量化性能為數(shù)據(jù)的展示提供豐富多樣的形式.主要有曲線圖組件、餅狀圖組件、條形圖組件、棒圖組件等.在沒有數(shù)據(jù)模型的情況下,需要在整個數(shù)據(jù)庫中搜索離散的測點,然后將其綁定在組件中.通過測點,數(shù)據(jù)模型與組件產(chǎn)生關(guān)聯(lián),即組件通過調(diào)用數(shù)據(jù)模型獲得測點.組件實例化流程見圖4.

(3) 頁面模板管理 頁面模板是指頁面的布局形式,上下格局,左右格局等.用戶可以根據(jù)二次開發(fā)接口豐富已有的頁面模板.頁面模板管理包括模板的增加、刪除、預(yù)覽等功能.

圖4 組件實例化流程

(4) 資源發(fā)布與管理 是對平臺所需要的資源進行管理,包括上傳和刪除功能.

(5) 數(shù)據(jù)加工管理 包括服務(wù)管理,計算點管理,加工狀態(tài)展示,公式管理4大部分.數(shù)據(jù)加工管理是對實時數(shù)據(jù)測點進行一定的數(shù)據(jù)計算公式或者業(yè)務(wù)運算服務(wù),通過數(shù)據(jù)加工可以獲得一些最大值或最小值,以及求和、平均等一系列的運算.可以很好地分離數(shù)據(jù)層與應(yīng)用層,提高應(yīng)用層的性能.數(shù)據(jù)加工的對象是測點,計算結(jié)果以測點值的形式保存.數(shù)據(jù)加工服務(wù)通過測點與數(shù)據(jù)模型產(chǎn)生關(guān)聯(lián),其流程如圖5所示.服務(wù)管理主要包括登錄數(shù)據(jù)加工服務(wù)器,連接數(shù)據(jù)加工服務(wù)實例,斷開數(shù)據(jù)加工服務(wù);計算點管理主要包括數(shù)據(jù)查詢,計算點新增,計算點修改,計算點刪除等功能;加工狀態(tài)展示包括加工狀態(tài)的圖表展示;公式管理包括公式的描述信息和示例,公式新增到常用和從常用中刪除等.

圖5 生成計算測點流程

(6) 實時數(shù)據(jù)交互模板 包括Web Service接入、關(guān)系庫接入和E文件接入3個部分,以及接口新增、修改、刪除等功能.通過實時數(shù)據(jù)交互工具可實現(xiàn)配置化實時數(shù)據(jù)的訪問和接入,減少重復(fù)開發(fā)的工作,降低開發(fā)成本,減輕業(yè)務(wù)應(yīng)用和運行維護人員的工作負(fù)擔(dān).

(7) 數(shù)據(jù)模型展示 引入PMS實時數(shù)據(jù)模型的檢索方式,讓實時數(shù)據(jù)脫離離散化的結(jié)構(gòu)形式,可以讓實時數(shù)據(jù)的測點信息從業(yè)務(wù)角度展示.讓精通業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的人員更方便地使用數(shù)據(jù),充分發(fā)揮實時數(shù)據(jù)的作用.

3 工程實用

在海量實時數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,浙江長興縣供電公司通過對基于電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)展示與分析平臺的搭建,使基于PMS的設(shè)備模型和調(diào)度主配網(wǎng)設(shè)備模型再次完成與海量實時數(shù)據(jù)的掛接關(guān)系,在海量平臺的關(guān)系庫中形成一個完整的電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)設(shè)備模型,以方便各大業(yè)務(wù)部門對海量平臺的接入和訪問工作.在該系統(tǒng)中,通過實時數(shù)據(jù)交互工具,可以快速完成實時數(shù)據(jù)的接入功能;通過數(shù)據(jù)加工模塊,增加了數(shù)據(jù)使用范圍,豐富了實時數(shù)據(jù)功能;通過定制化功能,從樹狀模型結(jié)構(gòu)中找到測點,形成自定義的圖形展示形式,并發(fā)布應(yīng)用.通過工程實際應(yīng)用可知,基于電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)展示與分析平臺,滿足了業(yè)務(wù)人員對數(shù)據(jù)使用的易用性要求,又增加了數(shù)據(jù)展示的多樣化要求.目前系統(tǒng)的各項功能運行穩(wěn)定,用戶體驗良好,具有很好的可移植性.

4 結(jié) 論

(1) 基于PMS模型的實時數(shù)據(jù)展示與分析平臺,結(jié)合了數(shù)據(jù)模型的優(yōu)勢,將離散的實時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化,增加了數(shù)據(jù)的使用性能;

(2) 利用所開發(fā)的實時數(shù)據(jù)交互模板,可以快速便捷地接入實時數(shù)據(jù),并通過個性化的數(shù)據(jù)展示功能展示數(shù)據(jù),完成了數(shù)據(jù)從接入到使用的完整流程;

(3) 將離散的實時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化,使工作人員可以在不了解底層實時數(shù)據(jù)的情況下,通過模型,更好地處理實時數(shù)據(jù),及時了解系統(tǒng)運行的狀態(tài),大大提升了管理能力.

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