一種配電網全信息模型構建方法及系統與流程
2023-05-06 20:35:34 3
本發明涉及配電網信息模型構建技術，具體涉及一種配電網全信息模型構建方法及系統。
背景技術：
配電網信息化與智能化建設與互動協同程度的不斷提高，從線路設備及用戶側產生了海量高維、混雜不精確的配電網數據，存在以下問題：
一是數據源眾多，豐富有效的數據源是大數據發展的前提。當前配電自動化、用電信息採集、生產管理系統等系統產生的數據資源總量和數據增量非常大，每年新增數據量大於12％，對已有的有限數據資源來說，由於各自數據結構、接口交互和數據標準不一致等問題，其標準化、準確化和完整化的難度非常大，這大大降低了數據的價值。
二是技術條件還不成熟，當前信息科學領域中雲計算、物聯網、移動網際網路等技術的理論高度已取得較大進展，各種落地應用遍布各領域，較好的推動了數據密集型計算分析基礎計算和決策支持工作。但電力系統特別是配電網領域的決策支撐與計算分析還是以計算密集型為主，如何將龐大且分散的數據源映射到複雜計算中對當前配電網信息模型或者數據架構構建是一個非常大的挑戰，當前小規模、無明確結構的大數據存儲與數據模型設計還只能算是低效型數據操作，談不上深層次的全信息模型。
第三是大數據分析本身具有非常低的可靠性，數據體系架構和數據服務很容易出現過度匯集，可用性不強等問題，過程化校驗缺失，一旦數據本身或中間過程出現錯誤，會直接導致「大數據災難」，直接導致錯誤決策和結果，缺乏一種配電網全信息模型構建方法。
技術實現要素：
為解決上述現有技術中的不足，本發明的目的是提供一種配電網全信息模型構建方法及系統，解決了現有技術中遇到的有限數據資源限制，無法將龐大且分散的數據源映射到複雜計算中對當前配電網信息模型或者數據架構建和大數據分析本身具有非常低的可靠性，數據體系架構和數據服務很容易出現過度匯集，可用性不強等問題。
本發明的目的是採用下述技術方案實現的：
本發明提供一種配電網全信息模型構建方法，其改進之處在於，所述方法包括：
面向配電網設備利用預先構建的集成協議接口轉化器完成數據的採集；
啟動外部數據補充服務，採集外部數據；
使用所述集成協議接口轉化器採集的數據和所述外部數據構建全信息模型；
使用所述全信息數據模型構建圖資料庫，並對所述圖資料庫進行數據校驗。
進一步地，使用所述全信息數據模型構建圖資料庫包括：
將配電網設備元件數據形成多個基本數據塊，每個數據塊對應存儲該元件的子數據，利用配電網天然拓撲關係，用圖形理論存儲實體之間的關係信息，構建圖資料庫架構；
所述基本數據塊包括：配電網設備元件點對應的屬性數據塊、參數對應的參數數據塊和動態數據對應的動態數據塊。
進一步地，所述構建圖資料庫架構：
定義圖資料庫初始化層級；
根據所述基本數據塊，根據網架拓撲形式完成子圖的構建；
完成圖資料庫基本架構構建後，當所述多個基本數據塊有改變或採集到外部數據後重新構建圖資料庫架構。
進一步地，定義圖資料庫初始化層級包括：
初始化數據節點，新建圖資料庫的基礎數據層；所述數據節點包括主節點和子節點；所述主節點為圖資料庫的入口節點；所述子節點為其他數據存儲形式的子節點；所述基礎數據層包括配電網變電站、饋線；尋找數據節點所屬的父節點；
判斷所述父節點的子孫節點構成的子圖是否是當前子圖層的子圖，若是，則對子圖插入數據；否則，返回尋找數據節點所屬的父節點；
判斷是否完成數據插入，若完成，則數據插入成功；若否，則返回數據插入。
進一步地，所述初始化數據節點，包括：初始化數據主節點的屬性、所在節點的索引，為空的數據值分配相應的內存與存儲；
在配電網中不同電壓等級下，低電壓等級是高電壓等級某設備的子圖。
進一步地，所述集成協議接口轉化器採用採集設備，包括配電網用電信息採集端設備、配電自動化設備和電能質量設備。
進一步地，所述對生成的圖資料庫進行校驗，包括：
對所述圖資料庫進行校驗時，按照業務分類進行過濾；
針對每種業務按數據粒度和規則匹配，抓取錯誤數據，並為抓取到的錯誤數據分配業務標籤。
進一步地，還包括：基於圖資料庫的形式對外提供數據增刪查改的全信息數據信息服務按照業務標籤進行檢索，為配電網的業務應用層提供基礎數據。
進一步地，所述規則為檢驗數據是否一致、存在錯誤、重複和缺失。
優選的，所述配電網的外部數據包括氣象數據、交通數據和經濟發展數據。
本發明提供一種配電網數據提供系統，其改進之處在於，所述系統包括：
第一採集模塊，用於面向配電網設備利用預先構建的集成協議接口轉化器完成數據的採集；
第二採集模塊，用於啟動外部數據補充服務，採集外部數據；
資料庫構建模塊：用於使用所述集成協議接口轉化器採集的數據和所述外部數據構建全信息模型；
校驗模塊：用於使用所述全信息數據模型構建圖資料庫，並對所述圖資料庫進行數據校驗。
進一步地，使用所述全信息數據模型構建圖資料庫，還包括：
第一構建模塊：用於將配電網設備元件數據形成多個基本數據塊，每個數據塊對應存儲該元件的子數據，利用配電網天然拓撲關係，用圖形理論存儲實體之間的關係信息，構建圖資料庫架構；
所述基本數據塊包括：配電網設備元件點對應的屬性數據塊、參數對應的參數數據塊和動態數據對應的動態數據塊；
優選的，所述第一構建模塊，進一步包括：
定義模塊，用於定義圖資料庫初始化層級；
子圖構建模,用於根據所述基本數據塊，根據網架拓撲形式完成子圖的構建；
更新模塊：用於完成圖資料庫基本架構構建後，當所述多個基本數據塊有改變或採集到外部數據後重新構建圖資料庫架構；
優選的，所述定義模塊，還用於：
初始化數據節點，新建圖資料庫的基礎數據層；所述數據節點包括主節點和子節點；所述主節點為圖資料庫的入口節點；所述子節點為其他數據存儲形式的子節點；所述基礎數據層包括配電網變電站、饋線；尋找數據節點所屬的父節點；
判斷所述父節點的子孫節點構成的子圖是否是當前子圖層的子圖，若是，則對子圖插入數據；否則，返回尋找數據節點所屬的父節點；
判斷是否完成數據插入，若完成，則數據插入成功；若否，則返回數據插入；
優選的，所述系統還包括：過濾分配模塊，對所述圖資料庫進行校驗時，按照業務分類進行過濾；針對每種業務按數據粒度和規則匹配，抓取錯誤數據，並為抓取到的錯誤數據分配業務標籤；
優選的，還包括：檢索模塊，用於基於圖資料庫的形式對外提供數據增刪查改的全信息數據信息服務按照業務標籤進行檢索，為配電網的業務應用層提供基礎數據。
與最接近的現有技術相比，本發明提供的技術方案具有的優異效果是：
(1)本發明提供的一種配電網全信息模型構建方法及系統，解決了現有技術中遇到的有限數據資源限制，無法將龐大且分散的數據源映射到複雜計算中對當前配電網信息模型或者數據架構建和大數據分析本身具有非常低的可靠性，數據體系架構和數據服務很容易出現過度匯集，可用性不強等問題，本發明提升了配電網數據的可用性，搭建面向生產調度、基建物資、設計規劃、運行維護等部門的統一化數據信息平臺，提供高可靠性，多協同化的數據資源庫。
(2)本發明提供的方法提升了配電網數據查詢、更新、修改和刪除效率，特別是圖資料庫屬於非關係型資料庫，在大規模數據處理中能夠發揮較大優勢，而且適應配電網業務邏輯，以配電網網架結構為圖資料庫數據結構能夠實現較高性能指標。
(3)本發明提供的構建全信息模型，將配電網所有相關內外部數據納入其中，不同業務部門人員根據其數據需求在各自數據視圖中各取所需，業務數據交叉協調能力強，滿足統一決策分析需要。
附圖說明
圖1是本發明提供的配電網全信息模型設計架構圖；
圖2是本發明提供的配電網全信息模型構建流程圖；
圖3是本發明提供的定義圖資料庫初始化層級流程圖；
圖4是本發明提供的配電網全信息模型構建系統的結構框圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的詳細說明。
以下描述和附圖充分地示出本發明的具體實施方案，以使本領域的技術人員能夠實踐它們。其他實施方案可以包括結構的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。實施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨的組件和功能是可選的，並且操作的順序可以變化。一些實施方案的部分和特徵可以被包括在或替換其他實施方案的部分和特徵。本發明的實施方案的範圍包括權利要求書的整個範圍，以及權利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中，本發明的這些實施方案可以被單獨地或總地用術語「發明」來表示，這僅僅是為了方便，並且如果事實上公開了超過一個的發明，不是要自動地限制該應用的範圍為任何單個發明或發明構思。
實施例一、
本發明的目的在於提出一種以配電網業務為中心，以完全信息模型為基礎，保障數據驅動化與可用性，基於圖資料庫的，面向多模型驅動、多視圖同步、多角色協同的面向服務配電網全信息模型設計構建方法,包括底層集成協議接口轉化器設計，中層面向海量數據的圖資料庫生成，過程化數據校驗機制，全信息數據信息服務構建和整體全息模型架構設計五個部分。所述方法按照數據從底向上的結構圖如圖1所示，配電網全信息模型的構建方法的流程圖如圖2所示，包括下述步驟：
步驟1：構建集成協議接口轉化器，直接面向設備，實時抽取全量採集/監測數據，特別是部分沒有上傳業務信息系統的傳感器監測數據。
步驟2：梳理配電網元件點、參數及動態數據，形成屬性、參數及數據三個基本數據塊，對應存儲該元件的子數據，利用配電網天然拓撲關係，用圖形理論存儲實體之間的關係信息，形成圖資料庫。所述配電網網架拓撲由節點名稱、子節點位置、數據塊和拓撲連接關係構成；
步驟3：初步圖資料庫生成完畢後，啟動過程化數據校驗機制，按照業務分類進行過濾，基於數據粒度和規則匹配抓取錯誤數據，同時添加業務標籤。
步驟4：啟動外部數據補充服務，將靜態外部數據例如氣象數據、交通數據、經濟發展數據，填入步驟2形成的拓撲元件中。
步驟5：全信息數據信息服務按照步驟3形成的標籤，進行快速檢索，為業務應用層提供基礎數據。
其中步驟2包括以下步驟：
對採集的數據插入到圖資料庫，其流程圖如圖3所示，包括：
(1)初始化數據節點，包括定義圖資料庫的入口的主節點和其他數據存儲形式的子節點；
(2)根據數據採集形成節點屬性、參數和數據三個基本數據塊；
(3)尋找數據節點所屬的父節點；
(4)判斷所述父節點的子孫節點構成的子圖是否是當前字圖層的子圖，若是，則對子圖插入數據；否則，返回尋找數據節點所屬的父節點；
(5)判斷是否完成數據插入，若完成，則數據插入成功；若否，則返回數據插入；
(6)完成圖資料庫基本架構構建，隨時開放數據結構等待更新。
實施例二、
本發明提供了面向配電網數據需求的全信息模型設計方法，通過基於以圖資料庫為核心的設計全信息模型，為配電網規劃設計、基建物資、運維檢修和生產調度提供完整的配電網信息服務，實現配網數據同源同質，圖資料庫與配電網數據結構相似，將配電網節點間關係描述為點和邊及它們的屬性，每張圖都可以迭代嵌套子圖，實現對各級電壓網絡的描述。無需索引、緩存等機制就可以輕鬆實現數據增加、刪除、修改和查詢，而且如備份，調諧，遷徙等數據操作的也非常高效。本發明包括配電網全信息模型構建方法，配電網圖資料庫設計方法，基於業務的過程化數據校驗機制三個關鍵步驟。
1、全信息模型包括當前包括iec/tr62357、iec61850、iec61970、iec61968和iec62351等常用配電網協議，採用遠動網絡外掛方式實現數據監聽，最大條件減少對配電網業務信息系統對配電網採集的影響，構建集成協議轉化器，直接面向各類採集設備，包括配電網用電信息採集端、配電自動化設備、電能質量設備等，當前許多設備由於數據瓶頸選擇性上傳，盡保留最小滿足系統應用的數據，全信息模型採用集成協議轉化器完成數據的採集與監測。
2、同步梳理配電網元件點、參數及動態數據，形成屬性、參數及數據三個基本數據塊，其中數據塊存儲了配電網節點的主要屬性，包括額定屬性、實時參量和其他相關信息，節點參數採用統一id管理。同時存儲節點與節點之間的雙向連接關係，便於查找和索引。基於圖論已有理論是先存儲。配電網圖資料庫建立過程如下：
(1)初始化頂層為ar0，頂層唯一數據結構為node(nodeid,,elem[m],dateclock，tn1,tn2,tn3,tn4),分別表示節點名稱、子節點位置、數據塊和四個拓撲連接關係。
(2)初始化基礎數據層，主要由配電網變電站、饋線兩層組成，分別為ar1、ar2，存儲變電站及饋線屬性及數據塊，包括上層索引與下層索引。
(3)根據採集數據形成第i層子圖節點ari，一次存儲節點屬性、參數及數據三個基本數據塊node(nodeid,,elem[m],dateclock1，dateclock2，dateclock3，tn1,tn2,tn3,tn4),分別表示節點名稱、子節點位置、數據塊和四個拓撲連接關係。通過數據讀入，將數據結構豐富。數據結構豐富過程公式如下所示：
如上式所示，stepinto函數表示存儲指針移動到某層，m為當前層，findtopopositon函數為發現該圖的拓撲位置，node為目標節點，gradation為獲取該節點電壓等級，然後如果該節點存在則更新或插入數據，如果節點不存在則新建節點數據結構。arrangement表示什麼？
如圖2所示，最終構建的圖資料庫指的是形成最終的全信息資料庫，包括：
應用支撐服務，由拓撲分析、跨層漫遊、自動報警、多態場景構成；
模型對外接口，包括：模型編輯、自動構建、可視化、應用編輯api；
全局數據管理，包括：全信息數據結構、實時屬性、時間斷面、節點嵌套、模型集成重構等；
局部數據管理，包括：分布式圖資料庫、實時資料庫、關係資料庫、分布式緩存系統、分布式文件系統和分布式資料庫等。
3、初步圖資料庫生成完畢後，啟動過程化數據校驗機制，按照業務分類進行過濾，基於數據粒度和規則匹配抓取錯誤數據，同時添加業務標籤。
4、啟動外部數據補充服務，將靜態外部數據例如氣象數據、交通數據、經濟發展數據，填入步驟2形成的拓撲元件中。
5、全信息數據信息服務按照步驟3形成的標籤，進行快速檢索，為業務應用層提供基礎數據。
實施例三、
基於同樣的發明構思，本發明還提供一種配電網全信息模型構建系統，其結構框圖如圖4所示，系統包括：
本發明還提供一種配電網全信息模型構建系統，其改進之處在於，所述系統包括：
第一採集模塊301，用於面向配電網設備利用預先構建的集成協議接口轉化器完成數據的採集；
第二採集模塊302，用於啟動外部數據補充服務，採集外部數據；
模型構建模塊303：用於使用所述集成協議接口轉化器採集的數據和所述外部數據構建全信息模型；
校驗模塊304：用於使用所述全信息數據模型構建圖資料庫，並對所述圖資料庫進行數據校驗。
所述校驗模塊，包括：
第一構建子模塊：用於將配電網設備元件數據形成多個基本數據塊，每個數據塊對應存儲該元件的子數據，利用配電網天然拓撲關係，用圖形理論存儲實體之間的關係信息，構建圖資料庫架構；
所述基本數據塊包括：配電網設備元件點對應的屬性數據塊、參數對應的參數數據塊和動態數據對應的動態數據塊；
校驗子模塊，用於對所述圖資料庫進行數據校驗。
優選的，所述第一構建子模塊，包括：
定義單元，用於定義圖資料庫初始化層級；
子圖構建單元，用於根據所述基本數據塊，根據網架拓撲形式完成子圖的構建；
更新單元，用於完成圖資料庫基本架構構建後，當所述多個基本數據塊有改變或採集到外部數據後重新構建圖資料庫架構；
優選的，所述定義單元，包括：
初始化子單元，用於初始化數據節點，新建圖資料庫的基礎數據層；所述數據節點包括主節點和子節點；所述主節點為圖資料庫的入口節點；所述子節點為其他數據存儲形式的子節點；所述基礎數據層包括配電網變電站、饋線；尋找數據節點所屬的父節點；
第一處理子單元，用於判斷所述父節點的子孫節點構成的子圖是否是當前子圖層的子圖，若是，則對子圖插入數據；否則，返回尋找數據節點所屬的父節點；
第二處理子單元，用於判斷是否完成數據插入，若完成，則數據插入成功；若否，則返回數據插入；
優選的，所述系統還包括：過濾分配模塊，對所述圖資料庫進行校驗時，按照業務分類進行過濾；針對每種業務按數據粒度和規則匹配，抓取錯誤數據，並為抓取到的錯誤數據分配業務標籤；
優選的，還包括：檢索模塊，用於基於圖資料庫的形式對外提供數據增刪查改的全信息數據信息服務按照業務標籤進行檢索，為配電網的業務應用層提供基礎數據。
本發明提供的方法提升了配電網數據查詢、更新、修改和刪除效率，特別是圖資料庫屬於非關係型資料庫，在大規模數據處理中能夠發揮較大優勢，而且適應配電網業務邏輯，以配電網網架結構為圖資料庫數據結構能夠實現較高性能指標。構建的全信息模型，將配電網所有相關內外部數據納入其中，不同業務部門人員根據其數據需求在各自數據視圖中各取所需，業務數據交叉協調能力強，滿足統一決策分析需要。
本領域內的技術人員應明白，本申請的實施例可提供為方法、系統、或電腦程式產品。因此，本申請可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本申請可採用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限於磁碟存儲器、cd-rom、光學存儲器等)上實施的電腦程式產品的形式。
本申請是參照根據本申請實施例的方法、設備(系統)、和電腦程式產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
這些電腦程式指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
這些電腦程式指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發明精神和範圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發明的權利要求保護範圍之內。