CN107194533B - 一种配电网全信息模型构建方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种配电网全信息模型构建方法及系统，本发明面向配电网设备利用预先构建的集成协议接口转化器完成数据的采集；启动外部数据补充服务，采集外部数据；使用所述集成协议接口转化器采集的数据和所述外部数据构建全信息模型；使用所述全信息数据模型构建图数据库，并对所述图数据库进行数据校验，本发明提供的技术方案解决了现有技术中遇到的有限数据资源限制，无法将庞大且分散的数据源映射到复杂计算中对当前配电网信息模型或者数据架构建和大数据分析本身具有非常低的可靠性，数据体系架构和数据服务很容易出现过度汇集，可用性不强等问题。
Description
技术领域
本发明涉及配电网信息模型构建技术，具体涉及一种配电网全信息模型构建方法及系统。
背景技术
配电网信息化与智能化建设与互动协同程度的不断提高，从线路设备及用户侧产生了海量高维、混杂不精确的配电网数据，存在以下问题：
一是数据源众多，丰富有效的数据源是大数据发展的前提。当前配电自动化、用电信息采集、生产管理系统等系统产生的数据资源总量和数据增量非常大，每年新增数据量大于12％，对已有的有限数据资源来说，由于各自数据结构、接口交互和数据标准不一致等问题，其标准化、准确化和完整化的难度非常大，这大大降低了数据的价值。
二是技术条件还不成熟，当前信息科学领域中云计算、物联网、移动互联网等技术的理论高度已取得较大进展，各种落地应用遍布各领域，较好的推动了数据密集型计算分析基础计算和决策支持工作。但电力系统特别是配电网领域的决策支撑与计算分析还是以计算密集型为主，如何将庞大且分散的数据源映射到复杂计算中对当前配电网信息模型或者数据架构构建是一个非常大的挑战，当前小规模、无明确结构的大数据存储与数据模型设计还只能算是低效型数据操作，谈不上深层次的全信息模型。
第三是大数据分析本身具有非常低的可靠性，数据体系架构和数据服务很容易出现过度汇集，可用性不强等问题，过程化校验缺失，一旦数据本身或中间过程出现错误，会直接导致“大数据灾难”，直接导致错误决策和结果，缺乏一种配电网全信息模型构建方法。
发明内容
为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种配电网全信息模型构建方法及系统，解决了现有技术中遇到的有限数据资源限制，无法将庞大且分散的数据源映射到复杂计算中对当前配电网信息模型或者数据架构建和大数据分析本身具有非常低的可靠性，数据体系架构和数据服务很容易出现过度汇集，可用性不强等问题。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种配电网全信息模型构建方法，其改进之处在于，所述方法包括：
面向配电网设备利用预先构建的集成协议接口转化器完成数据的采集；
启动外部数据补充服务，采集外部数据；
使用所述集成协议接口转化器采集的数据和所述外部数据构建全信息模型；
使用所述全信息数据模型构建图数据库，并对所述图数据库进行数据校验。
进一步地，使用所述全信息数据模型构建图数据库包括：
将配电网设备元件数据形成多个基本数据块，每个数据块对应存储该元件的子数据，利用配电网天然拓扑关系，用图形理论存储实体之间的关系信息，构建图数据库架构；
所述基本数据块包括：配电网设备元件点对应的属性数据块、参数对应的参数数据块和动态数据对应的动态数据块。
进一步地，所述构建图数据库架构：
定义图数据库初始化层级；
根据所述基本数据块，根据网架拓扑形式完成子图的构建；
完成图数据库基本架构构建后，当所述多个基本数据块有改变或采集到外部数据后重新构建图数据库架构。
进一步地，定义图数据库初始化层级包括：
初始化数据节点，新建图数据库的基础数据层；所述数据节点包括主节点和子节点；所述主节点为图数据库的入口节点；所述子节点为其他数据存储形式的子节点；所述基础数据层包括配电网变电站、馈线；寻找数据节点所属的父节点；
判断所述父节点的子孙节点构成的子图是否是当前子图层的子图，若是，则对子图插入数据；否则，返回寻找数据节点所属的父节点；
判断是否完成数据插入，若完成，则数据插入成功；若否，则返回数据插入。
进一步地，所述初始化数据节点，包括：初始化数据主节点的属性、所在节点的索引，为空的数据值分配相应的内存与存储；
在配电网中不同电压等级下，低电压等级是高电压等级某设备的子图。
进一步地，所述集成协议接口转化器采用采集设备，包括配电网用电信息采集端设备、配电自动化设备和电能质量设备。
进一步地，所述对生成的图数据库进行校验，包括：
对所述图数据库进行校验时，按照业务分类进行过滤；
针对每种业务按数据粒度和规则匹配，抓取错误数据，并为抓取到的错误数据分配业务标签。
进一步地，还包括：基于图数据库的形式对外提供数据增删查改的全信息数据信息服务按照业务标签进行检索，为配电网的业务应用层提供基础数据。
进一步地，所述规则为检验数据是否一致、存在错误、重复和缺失。
优选的，所述配电网的外部数据包括气象数据、交通数据和经济发展数据。
本发明提供一种配电网数据提供系统，其改进之处在于，所述系统包括：
第一采集模块，用于面向配电网设备利用预先构建的集成协议接口转化器完成数据的采集；
第二采集模块，用于启动外部数据补充服务，采集外部数据；
数据库构建模块：用于使用所述集成协议接口转化器采集的数据和所述外部数据构建全信息模型；
校验模块：用于使用所述全信息数据模型构建图数据库，并对所述图数据库进行数据校验。
进一步地，使用所述全信息数据模型构建图数据库，还包括：
第一构建模块：用于将配电网设备元件数据形成多个基本数据块，每个数据块对应存储该元件的子数据，利用配电网天然拓扑关系，用图形理论存储实体之间的关系信息，构建图数据库架构；
所述基本数据块包括：配电网设备元件点对应的属性数据块、参数对应的参数数据块和动态数据对应的动态数据块；
优选的，所述第一构建模块，进一步包括：
定义模块，用于定义图数据库初始化层级；
子图构建模,用于根据所述基本数据块，根据网架拓扑形式完成子图的构建；
更新模块：用于完成图数据库基本架构构建后，当所述多个基本数据块有改变或采集到外部数据后重新构建图数据库架构；
优选的，所述定义模块，还用于：
初始化数据节点，新建图数据库的基础数据层；所述数据节点包括主节点和子节点；所述主节点为图数据库的入口节点；所述子节点为其他数据存储形式的子节点；所述基础数据层包括配电网变电站、馈线；寻找数据节点所属的父节点；
判断所述父节点的子孙节点构成的子图是否是当前子图层的子图，若是，则对子图插入数据；否则，返回寻找数据节点所属的父节点；
判断是否完成数据插入，若完成，则数据插入成功；若否，则返回数据插入；
优选的，所述系统还包括：过滤分配模块，对所述图数据库进行校验时，按照业务分类进行过滤；针对每种业务按数据粒度和规则匹配，抓取错误数据，并为抓取到的错误数据分配业务标签；
优选的，还包括：检索模块，用于基于图数据库的形式对外提供数据增删查改的全信息数据信息服务按照业务标签进行检索，为配电网的业务应用层提供基础数据。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：
(1)本发明提供的一种配电网全信息模型构建方法及系统，解决了现有技术中遇到的有限数据资源限制，无法将庞大且分散的数据源映射到复杂计算中对当前配电网信息模型或者数据架构建和大数据分析本身具有非常低的可靠性，数据体系架构和数据服务很容易出现过度汇集，可用性不强等问题，本发明提升了配电网数据的可用性，搭建面向生产调度、基建物资、设计规划、运行维护等部门的统一化数据信息平台，提供高可靠性，多协同化的数据资源库。
(2)本发明提供的方法提升了配电网数据查询、更新、修改和删除效率，特别是图数据库属于非关系型数据库，在大规模数据处理中能够发挥较大优势，而且适应配电网业务逻辑，以配电网网架结构为图数据库数据结构能够实现较高性能指标。
(3)本发明提供的构建全信息模型，将配电网所有相关内外部数据纳入其中，不同业务部门人员根据其数据需求在各自数据视图中各取所需，业务数据交叉协调能力强，满足统一决策分析需要。
附图说明
图1是本发明提供的配电网全信息模型设计架构图；
图2是本发明提供的配电网全信息模型构建流程图；
图3是本发明提供的定义图数据库初始化层级流程图；
图4是本发明提供的配电网全信息模型构建系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
实施例一、
本发明的目的在于提出一种以配电网业务为中心，以完全信息模型为基础，保障数据驱动化与可用性，基于图数据库的，面向多模型驱动、多视图同步、多角色协同的面向服务配电网全信息模型设计构建方法,包括底层集成协议接口转化器设计，中层面向海量数据的图数据库生成，过程化数据校验机制，全信息数据信息服务构建和整体全息模型架构设计五个部分。所述方法按照数据从底向上的结构图如图1所示，配电网全信息模型的构建方法的流程图如图2所示，包括下述步骤：
步骤1：构建集成协议接口转化器，直接面向设备，实时抽取全量采集/监测数据，特别是部分没有上传业务信息系统的传感器监测数据。
步骤2：梳理配电网元件点、参数及动态数据，形成属性、参数及数据三个基本数据块，对应存储该元件的子数据，利用配电网天然拓扑关系，用图形理论存储实体之间的关系信息，形成图数据库。所述配电网网架拓扑由节点名称、子节点位置、数据块和拓扑连接关系构成；
步骤3：初步图数据库生成完毕后，启动过程化数据校验机制，按照业务分类进行过滤，基于数据粒度和规则匹配抓取错误数据，同时添加业务标签。
步骤4：启动外部数据补充服务，将静态外部数据例如气象数据、交通数据、经济发展数据，填入步骤2形成的拓扑元件中。
步骤5：全信息数据信息服务按照步骤3形成的标签，进行快速检索，为业务应用层提供基础数据。
其中步骤2包括以下步骤：
对采集的数据插入到图数据库，其流程图如图3所示，包括：
(1)初始化数据节点，包括定义图数据库的入口的主节点和其他数据存储形式的子节点；
(2)根据数据采集形成节点属性、参数和数据三个基本数据块；
(3)寻找数据节点所属的父节点；
(4)判断所述父节点的子孙节点构成的子图是否是当前字图层的子图，若是，则对子图插入数据；否则，返回寻找数据节点所属的父节点；
(5)判断是否完成数据插入，若完成，则数据插入成功；若否，则返回数据插入；
(6)完成图数据库基本架构构建，随时开放数据结构等待更新。
实施例二、
本发明提供了面向配电网数据需求的全信息模型设计方法，通过基于以图数据库为核心的设计全信息模型，为配电网规划设计、基建物资、运维检修和生产调度提供完整的配电网信息服务，实现配网数据同源同质，图数据库与配电网数据结构相似，将配电网节点间关系描述为点和边及它们的属性，每张图都可以迭代嵌套子图，实现对各级电压网络的描述。无需索引、缓存等机制就可以轻松实现数据增加、删除、修改和查询，而且如备份，调谐，迁徙等数据操作的也非常高效。本发明包括配电网全信息模型构建方法，配电网图数据库设计方法，基于业务的过程化数据校验机制三个关键步骤。
1、全信息模型包括当前包括IEC/TR 62357、IEC 61850、IEC 61970、IEC 61968和IEC 62351等常用配电网协议，采用远动网络外挂方式实现数据监听，最大条件减少对配电网业务信息系统对配电网采集的影响，构建集成协议转化器，直接面向各类采集设备，包括配电网用电信息采集端、配电自动化设备、电能质量设备等，当前许多设备由于数据瓶颈选择性上传，尽保留最小满足系统应用的数据，全信息模型采用集成协议转化器完成数据的采集与监测。
2、同步梳理配电网元件点、参数及动态数据，形成属性、参数及数据三个基本数据块，其中数据块存储了配电网节点的主要属性，包括额定属性、实时参量和其他相关信息，节点参数采用统一ID管理。同时存储节点与节点之间的双向连接关系，便于查找和索引。基于图论已有理论是先存储。配电网图数据库建立过程如下：
(1)初始化顶层为AR0，顶层唯一数据结构为Node(NodeId,,elem[m],dateClock，tn1,tn2,tn3,tn4),分别表示节点名称、子节点位置、数据块和四个拓扑连接关系。
(2)初始化基础数据层，主要由配电网变电站、馈线两层组成，分别为AR1、AR2，存储变电站及馈线属性及数据块，包括上层索引与下层索引。
(3)根据采集数据形成第i层子图节点ARi，一次存储节点属性、参数及数据三个基本数据块Node(NodeId,,elem[m],dateClock1，dateClock2，dateClock3，tn1,tn2,tn3,tn4),分别表示节点名称、子节点位置、数据块和四个拓扑连接关系。通过数据读入，将数据结构丰富。数据结构丰富过程公式如下所示：
如上式所示，StepInto函数表示存储指针移动到某层，m为当前层，findTopoPositon函数为发现该图的拓扑位置，Node为目标节点，gradation为获取该节点电压等级，然后如果该节点存在则更新或插入数据，如果节点不存在则新建节点数据结构。
如图2所示，最终构建的图数据库指的是形成最终的全信息数据库，包括：
应用支撑服务，由拓扑分析、跨层漫游、自动报警、多态场景构成；
模型对外接口，包括：模型编辑、自动构建、可视化、应用编辑API；
全局数据管理，包括：全信息数据结构、实时属性、时间断面、节点嵌套、模型集成重构等；
局部数据管理，包括：分布式图数据库、实时数据库、关系数据库、分布式缓存系统、分布式文件系统和分布式数据库等。
3、初步图数据库生成完毕后，启动过程化数据校验机制，按照业务分类进行过滤，基于数据粒度和规则匹配抓取错误数据，同时添加业务标签。
4、启动外部数据补充服务，将静态外部数据例如气象数据、交通数据、经济发展数据，填入步骤2形成的拓扑元件中。
5、全信息数据信息服务按照步骤3形成的标签，进行快速检索，为业务应用层提供基础数据。
实施例三、
基于同样的发明构思，本发明还提供一种配电网全信息模型构建系统，其结构框图如图4所示，系统包括：
本发明还提供一种配电网全信息模型构建系统，其改进之处在于，所述系统包括：
第一采集模块301，用于面向配电网设备利用预先构建的集成协议接口转化器完成数据的采集；
第二采集模块302，用于启动外部数据补充服务，采集外部数据；
模型构建模块303：用于使用所述集成协议接口转化器采集的数据和所述外部数据构建全信息模型；
校验模块304：用于使用所述全信息数据模型构建图数据库，并对所述图数据库进行数据校验。
所述校验模块，包括：
第一构建子模块：用于将配电网设备元件数据形成多个基本数据块，每个数据块对应存储该元件的子数据，利用配电网天然拓扑关系，用图形理论存储实体之间的关系信息，构建图数据库架构；
所述基本数据块包括：配电网设备元件点对应的属性数据块、参数对应的参数数据块和动态数据对应的动态数据块；
校验子模块，用于对所述图数据库进行数据校验。
优选的，所述第一构建子模块，包括：
定义单元，用于定义图数据库初始化层级；
子图构建单元，用于根据所述基本数据块，根据网架拓扑形式完成子图的构建；
更新单元，用于完成图数据库基本架构构建后，当所述多个基本数据块有改变或采集到外部数据后重新构建图数据库架构；
优选的，所述定义单元，包括：
初始化子单元，用于初始化数据节点，新建图数据库的基础数据层；所述数据节点包括主节点和子节点；所述主节点为图数据库的入口节点；所述子节点为其他数据存储形式的子节点；所述基础数据层包括配电网变电站、馈线；寻找数据节点所属的父节点；
第一处理子单元，用于判断所述父节点的子孙节点构成的子图是否是当前子图层的子图，若是，则对子图插入数据；否则，返回寻找数据节点所属的父节点；
第二处理子单元，用于判断是否完成数据插入，若完成，则数据插入成功；若否，则返回数据插入；
优选的，所述系统还包括：过滤分配模块，对所述图数据库进行校验时，按照业务分类进行过滤；针对每种业务按数据粒度和规则匹配，抓取错误数据，并为抓取到的错误数据分配业务标签；
优选的，还包括：检索模块，用于基于图数据库的形式对外提供数据增删查改的全信息数据信息服务按照业务标签进行检索，为配电网的业务应用层提供基础数据。
本发明提供的方法提升了配电网数据查询、更新、修改和删除效率，特别是图数据库属于非关系型数据库，在大规模数据处理中能够发挥较大优势，而且适应配电网业务逻辑，以配电网网架结构为图数据库数据结构能够实现较高性能指标。构建的全信息模型，将配电网所有相关内外部数据纳入其中，不同业务部门人员根据其数据需求在各自数据视图中各取所需，业务数据交叉协调能力强，满足统一决策分析需要。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.一种配电网全信息模型构建方法，其特征在于，所述方法包括：
面向配电网设备利用预先构建的集成协议接口转化器完成数据的采集；
启动外部数据补充服务，采集外部数据；
使用所述集成协议接口转化器采集的数据和所述外部数据构建全信息数据模型；
使用所述全信息数据模型构建图数据库，并对所述图数据库进行数据校验；
使用所述全信息数据模型构建图数据库包括：
将配电网设备元件数据形成多个基本数据块，每个数据块对应存储该元件的子数据，利用配电网天然拓扑关系，用图形理论存储实体之间的关系信息，构建图数据库架构；
所述基本数据块包括：配电网设备元件点对应的属性数据块、参数对应的参数数据块和动态数据对应的动态数据块；
所述构建图数据库架构：
定义图数据库初始化层级；
根据所述基本数据块和网架拓扑形式完成子图的构建；
完成图数据库基本架构构建后，当所述多个基本数据块有改变或采集到外部数据后重新构建图数据库架构；
定义图数据库初始化层级包括：
初始化数据节点，新建图数据库的基础数据层；所述数据节点包括主节点和子节点；所述主节点为图数据库的入口节点；所述子节点为其他数据存储形式的子节点；所述基础数据层包括配电网变电站、馈线；寻找数据节点所属的父节点；
判断所述父节点的子孙节点构成的子图是否是当前子图层的子图，若是，则对子图插入数据；否则，返回寻找数据节点所属的父节点；
判断是否完成数据插入，若完成，则数据插入成功；若否，则返回数据插入；
对生成的图数据库进行校验，包括：
对所述图数据库进行校验时，按照业务分类进行过滤；
针对每种业务按数据粒度和规则匹配，抓取错误数据，并为抓取到的错误数据分配业务标签；
还包括：基于图数据库的形式对外提供数据增删查改的全信息数据信息服务按照业务标签进行检索，为配电网的业务应用层提供基础数据。
2.如权利要求1所述的配电网全信息模型构建方法，其特征在于，所述初始化数据节点，包括：初始化数据主节点的属性、所在节点的索引，为空的数据值分配相应的内存与存储；
在配电网中不同电压等级下，低电压等级设备是高电压等级设备的子图。
3.如权利要求1所述的配电网全信息模型构建方法，其特征在于，所述集成协议接口转化器采用采集设备，包括配电网用电信息采集端设备、配电自动化设备和电能质量设备。
4.如权利要求1所述的配电网全信息模型构建方法，其特征在于，所述规则为检验数据是否一致、存在错误、重复和缺失；
所述配电网的外部数据包括气象数据、交通数据和经济发展数据。
5.一种配电网数据提供系统，其特征在于，所述系统包括：
第一采集模块，用于面向配电网设备利用预先构建的集成协议接口转化器完成数据的采集；
第二采集模块，用于启动外部数据补充服务，采集外部数据；
模型构建模块：用于使用所述集成协议接口转化器采集的数据和所述外部数据构建全信息数据模型；
校验模块：用于使用所述全信息数据模型构建图数据库，并对所述图数据库进行数据校验；
所述校验模块，包括：
第一构建子模块：用于将配电网设备元件数据形成多个基本数据块，每个数据块对应存储该元件的子数据，利用配电网天然拓扑关系，用图形理论存储实体之间的关系信息，构建图数据库架构；
所述基本数据块包括：配电网设备元件点对应的属性数据块、参数对应的参数数据块和动态数据对应的动态数据块；
校验子模块，用于对所述图数据库进行数据校验；
所述第一构建子模块，包括：
定义单元，用于定义图数据库初始化层级；
子图构建单元，用于根据所述基本数据块，根据网架拓扑形式完成子图的构建；
更新单元，用于完成图数据库基本架构构建后，当所述多个基本数据块有改变或采集到外部数据后重新构建图数据库架构；
所述定义单元，包括：
初始化子单元，用于初始化数据节点，新建图数据库的基础数据层；所述数据节点包括主节点和子节点；所述主节点为图数据库的入口节点；所述子节点为其他数据存储形式的子节点；所述基础数据层包括配电网变电站、馈线；寻找数据节点所属的父节点；
第一处理子单元，用于判断所述父节点的子孙节点构成的子图是否是当前子图层的子图，若是，则对子图插入数据；否则，返回寻找数据节点所属的父节点；
第二处理子单元，用于判断是否完成数据插入，若完成，则数据插入成功；若否，则返回数据插入；
所述系统还包括：过滤分配模块，对所述图数据库进行校验时，按照业务分类进行过滤；针对每种业务按数据粒度和规则匹配，抓取错误数据，并为抓取到的错误数据分配业务标签；
还包括：检索模块，用于基于图数据库的形式对外提供数据增删查改的全信息数据信息服务按照业务标签进行检索，为配电网的业务应用层提供基础数据。
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