物联网设备支撑下的智能电网数据分析与可视化

摘要

本发明提出物联网设备支撑下的智能电网数据分析与可视化平台与方法。平台包括可视化端、数据采集端、数据模拟端、稳定性判定端以及结果执行端。数据模拟端预置有多个局部电网模拟系统。稳定性判定端接收每个局部电网模拟系统的输出结果进行稳定性判断；结果执行端基于稳定性判断结果，选择至少一个智能电网设备的状态参数进行调节，以使得被选择的至少一个智能电网设备及其邻接设备构成的局部电网的稳定性大于预设值。可视化端用于相关过程的可视化。方法包括响应于用户点击服务图标，确定所述服务图标对应的目标地域范围内的多个智能电网设备；在所述人机交互界面上显示所述选择的至少一个智能电网设备及其邻接设备的拓扑结构。

说明书

技术领域

本发明属于物联网与智能电网技术领域，尤其涉及一种物联网设备支撑下的智能电网数据分析与可视化平台、方法、以及实现所述方法的可视化终端与电子设备。

背景技术

2009年5月，国家电网公司明确提出要建设具有信息化、自动化、互动化的智能电网，计划到2020年全面建成统一坚强的安全智能电网体系。目前已经启动了斥资三千亿的建设计划，并且实施了一系列的应用工程建设。通过在智能电网中引入物联网技术，可以对电网相关的外界因素进行感知，构建传感网的监测网络对影响电网运行的因素进行全方位的监测和响应。

目前，智能电网的监测和辅助系统主要是基于IEC61850协议将变电站的相关信息采集上来，在数字急控中心进行预警、处理和反馈。变电站的主要组成部分包括智能管理，关键设备在线状态监控、避雷器、电流监测、动力环境的监控和视频监控。智能变电站系统有一个智能管理软件平台，这个平台通过对采集上来的变电站的信息进行分析之后，帮助监控人员对站内的状况进行监控，提供及时可靠的监控支撑能力。

例如，中国发明专利公开CN113410910A提出基于智能融合终端的配电台区监测系统，包括：熔断器采集模块，用于采集跌落式熔断器的状态信息；测温传感器，设于所述配电变压器的表面，用于采集所述配电变压器的温度；数据集中器，与所述测温传感器通信连接，用于接收所述测温传感器发送的所述配电变压器的温度信息；智慧开关，设于用户进线配电箱中，用于采集用户线路侧的信息；智能融合终端，与所述配电变压器电连接并采集所述配电变压器的电力信息，所述智能融合终端还分别与所述熔断器采集模块、所述数据集中器和所述智慧开关通信连接，该发明声称可实现设备的统一管控和监测。

申请号为CN202110698482.2的中国发明专利申请则提出基于边缘智能的能源互联网新能源消纳能力评估方法，具体过程为：步骤一、测量终端通过无线信道收集来自发电单元和负荷单元的数据集；步骤二、基于GRU算法的深度学习层对步骤一获得的数据集进行处理，得到处理后的数据集；步骤三、基于PPO算法的强化学习层对步骤二获得的处理后的数据集进行新能源消纳处理，得到新能源消纳最大化策略。该发明声称解决在现有IoE中，无法实现最大化消纳新能源的问题。

然而，现有技术实现的都是统一数据采集之后进行统一模型调度或者全局处理，并且没有考虑当前现场电网的局部稳定性；同时，由于智能电网设备的特殊性(可控与不可控并存)，导致微电网系统的状态实时发生变化，如果采用现有的处理方式，将无法确保数据的及时性与传输的稳定性；此外，数据的可视化问题也是亟待解决的问题之一。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种物联网设备支撑下的智能电网数据分析与可视化平台、方法、以及实现所述方法的可视化终端与电子设备。

在本发明的第一个方面，提出一种物联网设备支撑下的智能电网数据分析与可视化平台，所述平台包括可视化端、数据采集端、数据模拟端、稳定性判定端以及结果执行端。

所述可视化端包括至少一个人机交互界面；

所述人机交互界面上显示多个用户服务图标；

响应于用户点击所述用户服务图标，所述数据采集端所述服务图标对应的目标地域范围内的多个智能电网设备的多种不同类型的现场电网数据，并在所述人机交互界面上显示所述服务图标对应的目标地域范围内的多个智能电网设备的拓扑结构。

在该技术方案中，用户服务图标的具体表现是可以是位于人机交互界面的控件按钮、微件入口、小程序入口或者软件APP图标。

在当前用户通过用户认证子系统登录所述数据分析与可视化平台后，在所述人机交互界面上显示多个与当前用户权限对应的用户服务图标；

响应于当前用户对于用户服务图标的触摸选择，激活所述用户服务图标，所述用户服务图标从与其通信的多个现场电网数据源获取现场电网数据。

更具体的，在上述平台中，所述数据采集端与多个智能电网设备进行多通道匹配通信，通过所述多通道获取所述智能电网设备的多种不同类型的现场电网数据。

所述数据模拟端连接所述数据采集端，所述数据模拟端预置有多个局部电网模拟系统；

所述数据采集端获取多种不同类型的现场电网数据后，将其作为每个局部电网模拟系统的输入；

所述局部电网模拟系统为电网拓扑稳定性分析系统；

所述电网拓扑稳定性分析系统基于输入的多种不同类型的现场电网数据执行局部电网稳定性分析；

所述稳定性判定端接收每个所述局部电网模拟系统的输出结果，基于所述输出结果进行稳定性判断；

所述结果执行端基于所述稳定性判断结果，选择至少一个智能电网设备的状态参数进行调节，以使得所述被选择的至少一个智能电网设备及其邻接设备构成的局部电网的稳定性大于预设值。

作为进一步的改进，所述多种不同类型的现场电网数据包括静态数据与动态数据；

所述静态数据包括每个智能电网设备的位置以及多个智能电网设备的拓扑连接数据；

所述动态数据包括每个智能电网设备在预设采集时间段内产生的多种电网运行状态数据。

将所述静态数据与至少一种动态数据组合后，作为每个局部电网模拟系统的输入；

并且，输入至不同局部电网模拟系统的组合数据不同。

在上述技术案中，所述智能电网设备包括可控用电设备、可控发电设备以及非受控发电设备。

在本发明的第二个方面，提出一种数据分析与可视化方法，所述方法采集智能电网设备的多种不同类型的现场电网数据后进行数据分析和可视化，所述智能电网设备采用物联网通信。

可以理解的是，第二个方面所述的方法可以基于第一个方面所述的平台实现。

具体而言，所述方法包括如下流程：

S1：接收用户采集指令，所述采集指令用于确定目标地域范围以及对应该目标地域范围内的多个智能电网设备；

S2：获取所述多个智能电网设备的多种不同类型的现场电网数据；

S3：所述现场电网数据中的静态数据，与其他至少一种动态数据组合后，作为每个局部电网模拟系统的输入；

S4：接收每个所述局部电网模拟系统的输出结果，基于所述输出结果进行稳定性判断；

S5：当所述稳定性判断的结果满足预设条件时，选择至少一个智能电网设备的状态参数进行调节，以使得所述被选择的至少一个智能电网设备及其邻接设备构成的局部电网的稳定性大于预设值。

在具体的平台实现上，所述步骤S1中接收用户采集指令包括：

在人机交互界面上显示多个服务图标；

响应于用户点击所述服务图标，确定所述服务图标对应的目标地域范围内的多个智能电网设备；

所述步骤S5还包括：

选择至少一个智能电网设备之后，在所述人机交互界面上显示所述选择的至少一个智能电网设备及其邻接设备的拓扑结构。

第二个方面的所述方法可以通过包含处理器和存储器的电子装置，尤其是可视化图像处理终端设备，包括移动终端、桌面终端、服务器以及服务器集群等，通过程序指令自动化的执行，因此，在本发明的第三个方面，还提供一种包含计算机可读存储介质的可视化终端设备，所述可视化终端包含计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令或者一种电子装置，包括处理器、存储器、通信接口，通过包含处理器和存储器的图像终端处理设备和电子装置，执行所述程序指令，用于实现所述方法的全部或者部分步骤。所述处理器和存储器通过总线连接，构成终端设备的内部通信。

本发明的技术方案基于物联网连接通信的多类型智能电网设备采集的现场电网数据的不同组合以及不同局部电网模拟系统的综合分析结果，实现局部电网系统稳定的分析与预测，从而实现了智能化电网数据分析与可视化，为局部电网尤其是微电网系统的可视化调控提供客观依据，确保了电网和设备运行效率和安全。

本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细体现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的一种物联网设备支撑下的智能电网数据分析与可视化平台的分端架构图

图2是图1所述一种物联网设备支撑下的智能电网数据分析与可视化平台的流程架构图

图3是图1所述一种物联网设备支撑下的智能电网数据分析与可视化平台采集的静态数据与动态数据类型示意图

图4是图1所述一种物联网设备支撑下的智能电网数据分析与可视化平台的局部电网稳定性可视化示意图

图5是基于图1所述一种物联网设备支撑下的智能电网数据分析与可视化平台实现的数据分析与可视化方法主要流程图

图6是实现图5所述方法的存储介质以及终端示意图

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述。

参照图1，是本发明一个实施例的一种物联网设备支撑下的智能电网数据分析与可视化平台的分端架构图。

在本实施例中，采用“端”来表示构成所述平台的各个不同功能模块。可以理解，根据不同的功能实现，“端”可以表现为不同形式，例如软件模块、硬件模块或者软硬件结合。

具体的，参见图1，所述平台包括可视化端、数据采集端、数据模拟端、稳定性判定端以及结果执行端。

数据采集端，可以是多个具备无线数据采集、汇总能力的远程终端单元(RTU)，也可以是执行数据汇总操作的软件或者程序，本实施例对此不做限制，具体取决于现场电网数据的形式和产生方式。

作为本发明的重点之一，在本实施例中，所述数据采集端与多个智能电网设备进行多通道匹配通信，通过所述多通道获取所述智能电网设备的多种不同类型的现场电网数据。

作为优选，所述多通道匹配通信具体表现在：

所述多个智能电网设备均运行数据产生进程，所述数据采集端运行多个数据接收进程，所述数据产生进程与所述数据接收进程匹配通信；

更具体的，作为进一步的关键性改进，所述数据产生进程与所述数据接收进程采用数据管道技术进行单向匹配通信，避免不同用户或者不同进程可能存在的干扰，保护了数据本身的安全和传输的稳定性。

数据管道(data pipeline)技术原本是用于不同数据库(数据源)之间的数据转移的技术，例如数据备份、数据还原等，采用数据管道技术，可以避免进程阻塞或者使用第三方代理进行数据传输。

在本实施例中，首次将数据管道技术应用于不同进程之间的现场电网数据传输，可避免不同进程之间存在的干扰，尤其是单向数据管道的的使用，使得不同智能电网设备的数据接入请求稳定可靠，并且隐私隔离。

所述数据模拟端连接所述数据采集端，所述数据模拟端预置有多个局部电网模拟系统；

所述数据采集端获取多种不同类型的现场电网数据后，将其作为每个局部电网模拟系统的输入。

接下来先参见图2。

现场电网网络包括多个智能电网设备，所述智能电网设备包括可控用电设备、可控发电设备以及非受控发电设备。

作为示意性而非限制的例子，可控用电设备包括各种智能用电设备，具体表现为，智能用电设备的工作状态(开启/关闭)、工作时段、工作功率可以根据实际需要调节，并且预先设置。可以理解，智能用电设备可以包括可编程逻辑控制器件，用于预先配置工作状态(开启/关闭)、工作时段、工作功率。

可控发电设备包括各种耗能发电设备，比如柴油发电机；

非受控发电设备包括各种非耗能发电设备，主要是新能源发电设备，包括太阳能发电装置、风能发电装置等。

在图2中，作为本发明的再一个优点，所述数据采集端包括多个环形栈，每个所述环形栈对应一个数据管道，一个数据管道对应一个数据产生进程与数据接收进程。

更具体的，在每个所述环形栈中，包括静态存储区和动态存储区。

环形栈不会导致数据溢出，当栈满时，最后一次写入的数据将会自动覆盖第一次写入的数据，这样可以确保每次分析使用的数据都是最近一个时段的并且具有预设大小，更符合现场实际情况。

本实施例采用环形栈，尤其是双储存的环形栈，是基于本发明的现场电网数据的实际情形考虑，是本发明的突出改进之一。接下来将具体介绍。

参见图3。

所述多种不同类型的现场电网数据包括静态数据与动态数据；

所述静态数据包括每个智能电网设备的位置以及多个智能电网设备的拓扑连接数据；静态数据存储于所述静态存储区；

所述动态数据包括每个智能电网设备在预设采集时间段内产生的多种电网运行状态数据。动态数据存储于所述动态存储区。

作为示例而非限制性的例子，多种电网运行状态数据可以包括功率值、电压值、电流值、电阻值；还包括各种瞬态值、平均值、最大值、最小值等，具体采集或者要使用何种数值，可以基于后续采用的局部电网模拟系统确定。

所述数据采集端获取多种不同类型的现场电网数据后，将其作为每个局部电网模拟系统的输入，具体包括：

将所述静态数据与至少一种动态数据组合后，作为每个局部电网模拟系统的输入；

输入至不同局部电网模拟系统的组合数据不同。

可以理解，静态数据只有一种，而动态数据存在多种，因此上述组合也是多种。

作为优选，所述局部电网模拟系统为电网拓扑稳定性分析系统；

所述电网拓扑稳定性分析系统基于输入的多种不同类型的现场电网数据执行局部电网稳定性分析；

所述局部电网模拟系统的输出结果包括暂态稳定/不稳定、短期稳定/不稳定、长期稳定/不稳定。

电网拓扑稳定性分析，或者电网暂态稳定性分析、电网拓扑结构分析等，属于本领域的现有技术，本实施例不作具体展开。

如下现有技术及其引用文献可作参考：

[1]赵任光.基于PMU的电力系统静态及暂态稳定性评估方法研究[D].电子科技大学,2018.

[2]年珩,杨军,陈亮,徐韵扬,胡彬,李萌.交直流混合供电系统直流侧阻抗建模及稳定性分析[J].高电压技术,2020,46(10):3477-3490.

本发明的各个实施例，可在上述已有分析结果上，进行一定的量化处理，包括集中平均、时长平均或者拟合后，得到如下分析结果：暂态稳定/不稳定、短期稳定/不稳定、长期稳定/不稳定。

所述稳定性判定端接收每个所述局部电网模拟系统的输出结果，基于所述输出结果进行稳定性判断；

具体的，若某个局部电网模拟系统的输出结果在第一预设时间内均为暂态不稳定或短期不稳定，则该局部电网模拟系统输入数据对应的智能电网设备的状态参数需要调节。

所述结果执行端基于所述稳定性判断结果，选择至少一个智能电网设备的状态参数进行调节，以使得所述被选择的至少一个智能电网设备及其邻接设备构成的局部电网的稳定性大于预设值。

所述选择至少一个智能电网设备的状态参数进行调节，具体包括：

改变所述选择的至少一个智能电网设备的拓扑位置；

和/或，改变所述选择的至少一个智能电网设备的工作开启、关闭时段、输出功率、输入功率等。

接下参见图4。

所述可视化端包括至少一个人机交互界面；所述人机交互界面上显示多个用户服务图标；

响应于用户点击所述用户服务图标，所述数据采集端所述服务图标对应的目标地域范围内的多个智能电网设备的多种不同类型的现场电网数据，并在所述人机交互界面上显示所述服务图标对应的目标地域范围内的多个智能电网设备的拓扑结构。

在该实施例中，用户服务图标的具体表现是可以是位于人机交互界面的控件按钮、微件入口、小程序入口或者软件APP图标。

在当前用户通过用户认证子系统登录所述数据分析与可视化平台后，在所述人机交互界面上显示多个与当前用户权限对应的用户服务图标；

响应于当前用户对于用户服务图标的触摸选择，激活所述用户服务图标，所述用户服务图标从与其通信的多个现场电网数据源获取现场电网数据。

进一步的，所述结果执行端基于所述稳定性判断结果，选择至少一个智能电网设备之后，在所述人机交互界面上显示所述选择的至少一个智能电网设备及其邻接设备的拓扑结构，如图4所述。

图4显示多个局部电网区域，区域阴影的完整性，代表了区域的稳定性。

基于图1-图4实施例介绍的硬件与原理，参见图5，示出了一种数据分析与可视化方法，所述方法采集智能电网设备的多种不同类型的现场电网数据后进行数据分析和可视化，所述智能电网设备采用物联网通信。

具体的，在图5中，所述方法包括步骤S1-S5，各个步骤具体实现如下：

S1：接收用户采集指令，所述采集指令用于确定目标地域范围以及对应该目标地域范围内的多个智能电网设备；

S2：获取所述多个智能电网设备的多种不同类型的现场电网数据；

所述现场电网数据包括静态数据和动态数据；

将所述静态数据存储至环形栈的静态存储区，将所述动态数据存储至环形栈的动态存储区；

将所述动态存储区满栈时，执行下一步：

S3：所述现场电网数据中的静态数据，与其他至少一种动态数据组合后，作为每个局部电网模拟系统的输入；

S4：接收每个所述局部电网模拟系统的输出结果，基于所述输出结果进行稳定性判断；

S5：当所述稳定性判断的结果满足预设条件时，选择至少一个智能电网设备的状态参数进行调节，以使得所述被选择的至少一个智能电网设备及其邻接设备构成的局部电网的稳定性大于预设值；

其中，所述步骤S1中接收用户采集指令包括：

在人机交互界面上显示多个服务图标；

响应于用户点击所述服务图标，确定所述服务图标对应的目标地域范围内的多个智能电网设备；

所述步骤S5还包括：

选择至少一个智能电网设备之后，在所述人机交互界面上显示所述选择的至少一个智能电网设备及其邻接设备的拓扑结构。

图5所述方法的各个步骤的更具体实现可以参见图1-图4相应功能端，限于篇幅，本实施例不再重复描述。

图5上述方法的全部或者部分步骤可以通过包含处理器和存储器的可视化终端设备，尤其是图像处理终端设备，包括移动终端、桌面终端、服务器以及服务器集群等，通过程序指令自动化的执行。

因此，参见图6，本实施例还提供可视化终端，包含计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令；通过包含处理器和存储器的图像终端处理设备，执行所述程序指令，用于实现所述方法的全部或者部分步骤。所述处理器和存储器通过总线连接，构成终端设备的内部通信。

本发明的技术方案基于物联网连接通信的多类型智能电网设备采集的现场电网数据的不同组合以及不同局部电网模拟系统的综合分析结果，实现局部电网系统稳定的分析与预测，从而实现了智能化电网数据分析与可视化，为局部电网尤其是微电网系统的可视化调控提供客观依据，确保了电网和设备运行效率和安全；同时，采用数据管道以及环形栈的具体数据存储、发送和处理方式，能够确保数据发送稳定以及处理及时性。

当然，本发明的一个或多个实施例可以实现一个或者多个技术效果，解决背景技术提及的一个或者多个技术问题，但并不要求每一个实施例都同时达到全部效果或者同时解决提及的所有技术问题。

本发明未特别明确的部分模块结构，以现有技术记载的内容为准。本发明在前述背景技术部分提及的现有技术可作为本发明的一部分，用于理解部分技术特征或者参数的含义。本发明的保护范围以权利要求实际记载的内容为准。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。