基于多維度的電力系統(tǒng)調度報表數(shù)據改造提升方案

劉顯茁，翟 哲，張 勇，王 巍，邱生敏，張 坤，張德亮，郭自豪

(1.南方電網電力調度控制中心，廣東 廣州 510623；2.北京清大科越股份有限公司，北京 100084)

0 引言

電網調控運行需要對大量數(shù)據進行分析，對系統(tǒng)運行機理、運行策略等做出判斷，進行全方位的綜合決策[1]。而調度中會產生運行方式、調度計劃等多種報表，這類報表涵蓋了調度運行的大部分數(shù)據。現(xiàn)階段大數(shù)據技術日益成熟，面對海量的數(shù)據，調度報表的編制也面臨著數(shù)據改造提升方面的挑戰(zhàn)。

目前，針對電力報表的報送方案以及報送系統(tǒng)的研究較多[2-8]，但是針對報表數(shù)據改造提升方案的研究較少。為此，本文提出了一種基于多維度的數(shù)據改造提升方案。

1 新形勢下電網調度數(shù)據應用

1.1 電力調度數(shù)據的發(fā)展趨勢

電網調度業(yè)務主要包括運行計劃、實施運行、運行評估、運行方式和運行支撐5個部分。目前，我國電網形成了不同的調度業(yè)務模式，主要的特點包括復合不斷增加、電網結構日益復雜，超大規(guī)模、遠距離交直流混聯(lián)電網網架結構日益擴大，清潔能源發(fā)展迅速，可再生能源大量接入電網。這些新形勢對于電網的運行提出了更高的要求，同時也增加了電網對數(shù)據管理方面的優(yōu)化要求，電力調度應實時維護這類數(shù)據，并且進行智能輔助決策，還要加強對數(shù)據的安全校核，優(yōu)化運行策略。由于特高壓電網的運行，大規(guī)模互聯(lián)電網要求調度自動化信息高度共享和頻繁交流，因此現(xiàn)階段電力調度需要建立數(shù)據高效交換和數(shù)據高度共享的環(huán)境，保證電力系統(tǒng)模型的拼接和數(shù)據的準確性和一致性，加強基于云計算、大數(shù)據的實時數(shù)據處理技術。新形勢下，電網運行控制技術的發(fā)展，要求重新調整調度自動化系統(tǒng)的應用功能，且調度數(shù)據化、管理信息化對調度業(yè)務的支撐作用越來越顯著，故加強數(shù)據模型的管理，完善信息化系統(tǒng)的功能應用，提高電力調度系統(tǒng)的準確度，進而提高系統(tǒng)對調度業(yè)務的支撐能力，才能提升大電網的智能調度水平。

1.2 電力調度數(shù)據管理現(xiàn)狀

隨著電網規(guī)模不斷擴大，新能源、電動汽車和分布式電源等日益接入電網，電網的發(fā)電側和用戶側都呈現(xiàn)出多樣化的形態(tài)，增加了電力調度數(shù)據的數(shù)據量和數(shù)據內容。對于我國目前的電網調度數(shù)據模型和參數(shù)的維護，主要是電力調度部門和有關單位通過紙質材料上報參數(shù)模型，系統(tǒng)分析、保護、自動化等各專業(yè)通過手工錄入的方式更新，并維護各自的數(shù)據庫模型。但是在新形勢下，我國電網規(guī)模快速發(fā)展，電網結構和設備變化頻繁，數(shù)據模型和數(shù)據參數(shù)的維護量相當大，目前由于缺少較好的模型參數(shù)收集和整理機制，建模業(yè)務流程信息化支撐手段不足，不能夠適應新形勢下電網調度業(yè)務形態(tài)的發(fā)展要求，數(shù)據的改造提升任務仍然很大，主要凸顯在當前離線電力系統(tǒng)分析和計算在線應用、設備參數(shù)運行及管理等環(huán)節(jié)分散、凌亂，數(shù)據來源不夠清晰，數(shù)據的有效性較差，不能夠滿足不同區(qū)域間電力調度互聯(lián)信息的數(shù)據交換要求。

1.3 電力調度報表改造提升方案

針對電力調度業(yè)務的數(shù)據改造管理提升，首先應當基于統(tǒng)一的數(shù)據管理平臺，數(shù)據統(tǒng)一管理平臺分為生產控制大區(qū)和管理信息大區(qū)。對調度數(shù)據網絡和綜合數(shù)據網絡進行相應的管理，通過統(tǒng)一數(shù)據管理平臺，將安全校核實時監(jiān)控預警、調度計劃等與主調和省調等調度單位進行溝通。通過統(tǒng)一數(shù)據平臺的管理，能夠建立包括運行類設備、規(guī)劃類設備和運行方式類數(shù)據的電網計算標準數(shù)據庫，為智能電網調度運行管理優(yōu)化的各個功能模塊提供相應的接口，同時，為傳統(tǒng)離線計算軟件、調度計算需求提供相應的計算模型導出，能夠實現(xiàn)電網調度數(shù)據的集中管理、平臺管理和流程化管理，實現(xiàn)各級調度數(shù)據的分級維護，統(tǒng)一共享。基于該數(shù)據平臺，可以進行多維度電力調度數(shù)據的升級改造提升分析，完善總調接收中調上報數(shù)據接口，完善報表模塊，支撐各調度一體化的月報編制要求，涵蓋周、月、季、年的時間維度，通過對電廠、發(fā)電機組、輸電線路、變電站、站內設備、母線和斷面等多對象維度，全面揭示電力調度運行的情況，根據新形勢下的需求擴展報表體系功能，運行綜合評估分析，提升統(tǒng)計分析質量，加強調度網絡安全管理等。

因此，基于統(tǒng)一數(shù)據平臺的多維度數(shù)據報表提升管理主要包括完成調度月報、調度年報數(shù)據上報的流程化管理，實現(xiàn)調度周報、調度月報和調度年報等報表材料的一鍵生成，接入調度數(shù)據綜合應用挖掘和分析應用深化，完善主題維度、時間維度、對象維度和管理維度的調度運行綜合分析，評估、完成網絡安全管理。

2 基于多維度的調度報表數(shù)據方案

2.1 報表功能構架

電力調度數(shù)據需要實現(xiàn)技術開發(fā)一體化、報表管理一體化、報表維護一體化和用戶體驗一體化。其中，報表管理和報表維護是屬于電力調度報表數(shù)據提升的重要內容。報表管理一體化，就是要基于調度標準，遵從一體化的報表定義規(guī)范，包括地址的定義、內容和屬性域等定義，保障分布式查詢的正確完整；報表維護的一體化，就是需要各級調度機構上傳數(shù)據統(tǒng)一使用由調度中心發(fā)布的標準文件模板，保障各級調度統(tǒng)一據分析內部系統(tǒng)的數(shù)據模型完全一致。為了實現(xiàn)這2個一體化，需要建立報表功能構架，如圖1所示。

圖1 功能構架

電力調度報表的功能構架可以分為橫向部分和縱向部分。橫向上，各級調度根據統(tǒng)一的調度管理要求，通過統(tǒng)一的數(shù)據采集器，實現(xiàn)與其他個體調度以及其他各級調度系統(tǒng)之間的各類應用和模型數(shù)據的信息交互。總調業(yè)務人員、中調業(yè)務人員和地調業(yè)務人員均可以對報表展現(xiàn)客戶端進行相應的操作，包括HTML輸出、Word輸出、PPT輸出、PDF輸出、Excel輸出和普通文本輸出。通過這類輸出的形式，各級調度人員進行報表的協(xié)同編制，需要根據各級調度的運行習慣以及所管轄區(qū)域內電網調度形式展開報表編制，并進行信息交互。報表的協(xié)同編制需要報表的服務端進行相應的服務提供。最后，通過多種形式的報表管理方式，對電力報表內容進行讀取和發(fā)布。縱向上，在服務端，首先根據數(shù)據庫、HML、Excel等存儲內容進行電力調度數(shù)據源設計器和報表設計的編制，通過支持多種數(shù)據SQL查詢和存儲查詢的數(shù)據引擎，對調度運行數(shù)據進行抽取。根據不同地區(qū)、不同級別調度人員對于調度信息需求的不同，實現(xiàn)相應的計算引擎處理，最終提供給各級調度人員可視化運行的展示，利用計算機圖形學和圖像處理技術，將數(shù)據和報表轉換成圖像或者圖形等可顯示的形式，并融合交互處理，實現(xiàn)調度的報表可視化。最終通過數(shù)據報送、報表下發(fā)機制，實現(xiàn)各級調度之間的數(shù)據和報表一體化傳輸與資源共享，實現(xiàn)數(shù)據上報的自動監(jiān)控以及數(shù)據錯誤的自動提醒等。

2.2 報表報送模式

現(xiàn)階段調度報表報送模式為中調通過Excel表格上傳到總調OMS系統(tǒng)，實現(xiàn)調度月報數(shù)據的上傳。本文對調度報表上傳模式進行改進，通過中調OS2系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析，并且對報表模塊采用數(shù)據服務總線的形式上報到總調OMS，總調OMS繼續(xù)通過報表解析模塊將解析后的報表存入相應的數(shù)據庫中，調度數(shù)據綜合評估分析與報表系統(tǒng)作為最終調度報表數(shù)據的提取源頭，實現(xiàn)總調OMS直接獲取中調調度月報數(shù)據。相比原有模式，這種調度報表報送模式具有一定的優(yōu)勢，可以看出總調下發(fā)到中調OS2統(tǒng)計分析與報表的數(shù)據不再需要通過總調OMS系統(tǒng)的校核，從而大大減輕了調度報表的報送流程，并且通過OS2系統(tǒng)提高了調度報表的數(shù)據精準度。報送模式如圖2所示。

圖2 報表報送模式

2.3 接口實現(xiàn)方式

數(shù)據交換接口采用WebService方式實現(xiàn)，具體應用交換的數(shù)據采用標準的XML文件格式。

數(shù)據傳輸方法用于傳輸數(shù)據到接收方接口服務器。數(shù)據傳輸開始時，由發(fā)送方生成GUID來唯一標識此次數(shù)據交換過程，同時XML格式的數(shù)據將被轉換為byte數(shù)組，保證了較大數(shù)據量的傳輸。

數(shù)據查詢方法適用于向對端接口服務器查詢數(shù)據。發(fā)送方首先生成此次查詢的GUID作為唯一標識，并且傳入XML形式的查詢條件。對端接口服務接收到查詢條件之后，調用其他應用系統(tǒng)查詢數(shù)據，并將查詢的結果組織成為XML格式，最后將此的XML格式數(shù)據轉換為byte數(shù)組返回給發(fā)送方。

文件傳輸方法專門提供文件傳輸使用。發(fā)送方首先生成此次文件傳輸?shù)奈ㄒ粯俗RGUID，并將所需發(fā)送的文件通過base64編碼轉換后組織為XML字符串，之后系統(tǒng)將XML字符串轉換為byte數(shù)組形式傳遞給接收方，接收方接口服務收到數(shù)據之后，返回是否成功或者異常標識。

2.4 數(shù)據采集與校驗

電力調度報表數(shù)據提升系統(tǒng)能夠提供多種方式、從多種業(yè)務系統(tǒng)中對數(shù)據進行采集，并且將信息進行加工，從而加載到所需要的系統(tǒng)數(shù)據庫中。主要的數(shù)據采集方式包括數(shù)據庫鏡像、數(shù)據抽取轉換加載、針對特殊情形的數(shù)據分析統(tǒng)計系統(tǒng)自帶的加載軟件，以及用戶通過數(shù)據平臺提供的API開發(fā)的數(shù)據接口軟件等。通過對各類數(shù)據源的數(shù)據抽取和綜合挖掘進行數(shù)據的轉換，再通過數(shù)據合理性校驗完成數(shù)據加載，實現(xiàn)總調數(shù)據庫和中調數(shù)據庫的數(shù)據同步，最終形成報表的可視化分析。數(shù)據校驗流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據校驗流程

為避免出現(xiàn)入口數(shù)據不準確、有偏差的情況，在數(shù)據分析過程中，尤其是在數(shù)據收集和提取過程中，應當通過采用自動校驗機制，預先設定數(shù)據校驗規(guī)則等方式，生成可靠的基礎數(shù)據。數(shù)據校驗方式有基礎校驗和插件校驗2種。基礎校驗實現(xiàn)單指標數(shù)據的限值、格式和精度等基礎規(guī)則的校驗，主要針對各類具體指標的數(shù)據校驗；插件校驗能夠實現(xiàn)多指標間的復雜業(yè)務邏輯、公式算法(如爬坡率)等規(guī)則的校驗功能。通過這2種校驗方式，生成校驗報告，能夠給調度人員提供相應的指導。

3 多維度數(shù)據改造提升與調度智能分析決策

通過調度運行數(shù)據庫的建立，實現(xiàn)調度運行數(shù)據的實時更新和在線匹配，從而與已建立的專家?guī)爝M行比對，綜合分析事故和設備運行狀態(tài)信息，實現(xiàn)智能調度分析決策功能。由于電網調度員需要收集和處理的數(shù)據、日志和報表日趨復雜多樣，分散的數(shù)據采集以及物理的網絡隔離均增加了調度智能分析決策的實施難度，容易出現(xiàn)調度過程中的失誤率。通過本文所提的多維度電力調度運行數(shù)據改造提升方案，可以打通各級調度之間以及各調度應用系統(tǒng)之間的數(shù)據壁壘，統(tǒng)一數(shù)據結構與數(shù)據標準，可以按照數(shù)據的屬性包括有功、無功、電壓、頻率和煤耗量等進行分類，按照調度分層分區(qū)的原則進行查詢，滿足面向調度業(yè)務需求的數(shù)據庫構建需求。

面向調度需求的數(shù)據，主要包括電網運行數(shù)據、事件型數(shù)據、運行規(guī)則類數(shù)據、知識類數(shù)據和填報類數(shù)據等。只有形成了統(tǒng)一的數(shù)據池，才能夠在電網發(fā)生故障或其他異常情況時，觸發(fā)智能分析決策系統(tǒng)，利用專家?guī)旌蛿?shù)據庫的相關信息進行比對，自動生成信息報告，實現(xiàn)調度的輔助決策功能。本文所提出的多維度數(shù)據庫提升方案，就是在不同調度級別、不同調度維度實現(xiàn)數(shù)據的整合提升，從而能夠適應新形勢大電網互聯(lián)背景下，對電網調度數(shù)據應用的需求。

以多維度數(shù)據報表展示為案例，指標采集系統(tǒng)與調度報表管理系統(tǒng)可以通過相關軟件功能實現(xiàn)可視化展示，從而完成對傳統(tǒng)報表數(shù)據的改造和提升。其展示構架如圖4所示。

圖4 多維度數(shù)據展示案例

4 結束語

提出了一種基于多維度的電力系統(tǒng)調度報表數(shù)據改造提升方案。首先分析了新形勢下電力調度數(shù)據的發(fā)展趨勢，對電力調度數(shù)據的管理現(xiàn)狀進行分析，然后給出電力調度報表改造提升方案的總體思路。基于電力調度多維度，設計相應的報表功能構架、報表報送模式和報表接口實現(xiàn)方案等，特別針對數(shù)據采集過程中的數(shù)據校驗進行詳細分析，說明數(shù)據校驗在報表數(shù)據提升中的關鍵作用。本文的數(shù)據改造提升方案，能夠在利用電力系統(tǒng)多維度信息的基礎上形成多功能的應用模塊，實現(xiàn)對系統(tǒng)的調度報表數(shù)據的規(guī)劃和利用。