全 錕

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司湛江供電局）

試分析電網(wǎng)自動(dòng)化中數(shù)據(jù)流技術(shù)的運(yùn)用

全 錕

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司湛江供電局）

數(shù)據(jù)流技術(shù)對(duì)電網(wǎng)的自動(dòng)化建設(shè)與智能管理、信息的在線處理與決策的制定、電網(wǎng)的安全運(yùn)用等多方面起著十分重要的作用，本文旨在分析數(shù)據(jù)流技術(shù)在電網(wǎng)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景，以供參考。

數(shù)據(jù)流技術(shù)；電網(wǎng)自動(dòng)化；運(yùn)用分析

0 引言

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)于智能化技術(shù)的應(yīng)用在各行各業(yè)也在進(jìn)一步普及。為了滿足用戶對(duì)于電力系統(tǒng)的多樣化需求，我國(guó)電力行業(yè)也逐漸邁入了搭建智能電網(wǎng)的時(shí)代，數(shù)據(jù)流技術(shù)的運(yùn)用能夠有效提高電網(wǎng)管理中的自動(dòng)化水平。

1 數(shù)據(jù)流技術(shù)的概述

1.1 數(shù)據(jù)流技術(shù)

數(shù)據(jù)流實(shí)質(zhì)上是一組帶時(shí)標(biāo)元素序列，這種元素序列具有四個(gè)共同的特點(diǎn)：實(shí)時(shí)性、連續(xù)性、持續(xù)性以及無(wú)界性。而在此其中，每個(gè)元素都具有一個(gè)以上的屬性，電力系統(tǒng)中的許多測(cè)量裝置如相量測(cè)量單元等所生成的實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)都屬于數(shù)據(jù)流。從日常生活來(lái)看，某條熱門微博的轉(zhuǎn)發(fā)評(píng)論數(shù)，某個(gè)網(wǎng)站的網(wǎng)頁(yè)點(diǎn)擊量等都可以被看做是數(shù)據(jù)流。而數(shù)據(jù)流技術(shù)則是隨科技水平不斷發(fā)展而被人們熟知和廣泛利用的一項(xiàng)新興技術(shù)，主要利用數(shù)據(jù)流系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)流形式的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范管理，與將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)類似。這一技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)自動(dòng)化中，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析和決策生成。

1.2 數(shù)據(jù)流系統(tǒng)

（1）數(shù)據(jù)流系統(tǒng)的簡(jiǎn)述

對(duì)大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的在線分析以及深層次信息的挖掘是數(shù)據(jù)流系統(tǒng)最主要的功能。這些功能使得在線決策得到了強(qiáng)有力且可靠的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)也能夠?qū)?shí)時(shí)數(shù)據(jù)及其相關(guān)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范管理。目前關(guān)于數(shù)據(jù)流系統(tǒng)的研究大部分都處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，相對(duì)而言國(guó)外的數(shù)據(jù)流系統(tǒng)產(chǎn)品較多，我國(guó)最主流的數(shù)據(jù)流原型系統(tǒng)則是Argus。

（2）數(shù)據(jù)流系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)流系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)就是具有有效的查詢網(wǎng)絡(luò)，而這個(gè)查詢網(wǎng)絡(luò)的組成單元?jiǎng)t是多個(gè)連續(xù)且同時(shí)執(zhí)行的查詢節(jié)點(diǎn)，這些查詢節(jié)點(diǎn)實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)邏輯功能完善且具有明確輸入輸出的完整的處理單元，又稱算子，這些算子合并起來(lái)就構(gòu)成了一個(gè)有效的查詢網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)需要系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)較為復(fù)雜的查詢操作時(shí)，只需對(duì)查詢網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)算子進(jìn)行有效組合?；瑒?dòng)窗口、投影以及連續(xù)等是數(shù)據(jù)流系統(tǒng)中使用較多的算子類型。對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線處理以及深層次信息的挖掘等工作在數(shù)據(jù)流系統(tǒng)中多由滑動(dòng)窗口進(jìn)行，利用滑動(dòng)窗口，系統(tǒng)能夠?qū)⑾嚓P(guān)的數(shù)據(jù)在特定的范圍內(nèi)進(jìn)行一定程度上的限制，將限定串口中的數(shù)據(jù)都限定為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。具體過程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在數(shù)據(jù)流系統(tǒng)工作過程中使用較為頻繁的滑動(dòng)窗口多存在兩種形式，一是以元素?cái)?shù)為基礎(chǔ)的滑動(dòng)窗口，第二種則是相較于時(shí)間而言的滑動(dòng)窗口。隨著新的流元素的出現(xiàn)或時(shí)間的變化，為了讓新的流元素能夠源源不斷地出現(xiàn)滑動(dòng)窗口中，滑動(dòng)窗口需要不斷向前滑。中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司要求“加強(qiáng)與客戶服務(wù)停電信息傳遞”5min內(nèi)實(shí)現(xiàn)故障信息傳送，實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)必須整合各方數(shù)據(jù)信息，形成穩(wěn)定數(shù)據(jù)流交互?？焖?gòu)?fù)電工單的實(shí)時(shí)處理必須通過EMS系統(tǒng)、計(jì)量自動(dòng)化等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)將報(bào)障信息匯總，形成準(zhǔn)確、穩(wěn)定信息流。當(dāng)EMS跳閘告警，檢測(cè)到有負(fù)荷損失后此模塊自動(dòng)生成工單，傳遞到配調(diào)集約化系統(tǒng)和營(yíng)銷系統(tǒng)以供配調(diào)值班人員判斷故障情況和客服人員及時(shí)、準(zhǔn)確通知受影響用戶。配調(diào)值班人員根據(jù)情況將數(shù)據(jù)流信息下發(fā)至PDA移動(dòng)終端（或平板系統(tǒng)），供電所運(yùn)維人員通過完善數(shù)據(jù)流信息將數(shù)據(jù)同時(shí)反饋至營(yíng)銷系統(tǒng)與配調(diào)集約化系統(tǒng)，客服人員根據(jù)反饋數(shù)據(jù)流的信息及時(shí)告知用戶復(fù)電信息，滿足客戶需求，并通知配調(diào)值班人員搶修信息。所以在電網(wǎng)自動(dòng)化的應(yīng)用中，數(shù)據(jù)流系統(tǒng)能夠有效對(duì)電力系統(tǒng)中產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成相應(yīng)的決策信息，這種完善的實(shí)時(shí)在線處理分析功能能夠有效取代傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理架構(gòu)里的告警事件管理功能，從很大程度上提升電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行以及工作效率。

（3）數(shù)據(jù)流系統(tǒng)的查詢語(yǔ)言

數(shù)據(jù)流系統(tǒng)中，一般采用類SQL查詢語(yǔ)言對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行的在線分析處理和深層次信息挖掘。不同于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的是，數(shù)據(jù)流系統(tǒng)上的查詢是一種持續(xù)查詢，其在數(shù)據(jù)流的滑動(dòng)窗口上持續(xù)執(zhí)行。在這種查詢下，滑動(dòng)窗口中的全部流元素代表了持續(xù)查詢的結(jié)果，因此，查詢結(jié)果隨著流元素的變化而變化，系統(tǒng)也將會(huì)根據(jù)這種動(dòng)態(tài)的變化利用增量對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新操作。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，滑動(dòng)窗口類似于一個(gè)不停發(fā)生變化的數(shù)據(jù)集合，而這種變化從某種角度而言是相對(duì)的，在一定的時(shí)刻，滑動(dòng)窗口中的流元素是不變的，這一時(shí)刻的滑動(dòng)窗口與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中具有固定內(nèi)容的表是類似的。在這種兩者具有一定相似性的前提下，可以通過將關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的SQL語(yǔ)言進(jìn)行詳盡且可靠的修改和擴(kuò)展完成數(shù)據(jù)流系統(tǒng)查詢語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)。

2 電網(wǎng)自動(dòng)化的概述

利用信息技術(shù)的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的自動(dòng)化控制是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的根本目標(biāo)。同時(shí)，面對(duì)日益擴(kuò)大和多樣化的用戶需求，傳統(tǒng)的電網(wǎng)系統(tǒng)也已經(jīng)力不從心，智能電網(wǎng)的建設(shè)勢(shì)在必行。而這種自動(dòng)化的運(yùn)行主要分為傳感和量測(cè)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析處理與決策兩個(gè)部分，可以通過傳感裝置來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集與傳輸，通過在線的數(shù)據(jù)分析和處理流程完成決策信息的獲取。顯然，對(duì)于采集和傳輸?shù)降膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析處理與決策更為重要，其直接影響到了決策信息的制定與指令的生成，對(duì)電網(wǎng)自動(dòng)化產(chǎn)生巨大的影響。

3 數(shù)據(jù)流技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中的幾大應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）配電自動(dòng)化中的應(yīng)用

配電自動(dòng)化將已有的電力設(shè)備與計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)等多種新興科技結(jié)合一體，使得供電部門的工作和管理，以及配電網(wǎng)在多種情況下的監(jiān)測(cè)工作、維護(hù)工作、計(jì)量工作及控制工作等有效結(jié)合在一起；憑借配電自動(dòng)化提高供電效率以及供電質(zhì)量的穩(wěn)定性，以良好的供電品質(zhì)拉近與用戶之間的關(guān)系，通過減少人工成本的方式使得供電價(jià)格更為合理，以此滿足用戶日益多樣化的需求，提高供電的經(jīng)濟(jì)性和企業(yè)管理效率。配電自動(dòng)化這一系統(tǒng)性工程十分復(fù)雜，綜合了多項(xiàng)技術(shù)，其工作量極大，因而工作中所生成的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也是海量的。其中包括配電以及供電系統(tǒng)所生成的全部數(shù)據(jù)流，以及這些數(shù)據(jù)流的相關(guān)操作。這些海量數(shù)據(jù)對(duì)于配電自動(dòng)化而言是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。同時(shí)，將這些數(shù)據(jù)流有效且合理地運(yùn)用在信息處理上也是配電自動(dòng)化的重中之重。

以中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司應(yīng)急指揮信息管理系統(tǒng)為例，是在電網(wǎng)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)施與信息系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和多媒體技術(shù)，以整合各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)、天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、信息綜合可視化展示系統(tǒng)、大屏系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)為手段，實(shí)現(xiàn)了電力行業(yè)監(jiān)測(cè)、預(yù)警和應(yīng)急管理領(lǐng)域的“監(jiān)測(cè)、預(yù)警、應(yīng)急”一體化應(yīng)急指揮與決策支持解決方案，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急事件從預(yù)警、報(bào)送、響應(yīng)（指揮與處置、物資調(diào)度等）、監(jiān)控、輔助決策等全過程管理。系統(tǒng)為網(wǎng)省二級(jí)部署，網(wǎng)、省、地、縣四級(jí)應(yīng)用，通過接入OS2、海量準(zhǔn)實(shí)時(shí)平臺(tái)、調(diào)度氣象、變電站視頻等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得輸入流數(shù)據(jù)源，通過數(shù)據(jù)流集成“6+1”系統(tǒng)、GIS、主數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與內(nèi)外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集成。確保數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新、準(zhǔn)確有效。充分利用GIS、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和移動(dòng)通信技術(shù)，在應(yīng)急指揮平臺(tái)的大屏幕、移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)等硬件平臺(tái)上支撐應(yīng)急指揮中的決策輔助、調(diào)度指揮、綜合研判和輔助決策等工作，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急指揮的可視化展示與空間信息分析，并通過移動(dòng)應(yīng)用加強(qiáng)事故災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)信息實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)，為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)指揮救援提供決策依據(jù)。這種高度集成的系統(tǒng)依賴的就是穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流傳遞，任一接口出現(xiàn)數(shù)據(jù)斷鏈或數(shù)據(jù)流出現(xiàn)信息丟失都會(huì)影響整個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用和系統(tǒng)運(yùn)行。

由此可見，數(shù)據(jù)流系統(tǒng)是否完善，關(guān)系著整個(gè)電力系統(tǒng)中的配電系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。在電站的自動(dòng)化信息處理系統(tǒng)中，一個(gè)CPU的控制更適用于單套配電保護(hù)裝置，這種處理可以保證采樣的同步性、A/D轉(zhuǎn)換以及運(yùn)算輸出指令的簡(jiǎn)潔快速。相反的，如果系統(tǒng)信息的采樣、運(yùn)算輸出控制指令以及保護(hù)運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)都是在較為復(fù)雜的全數(shù)字化條件下，則更傾向于使用多個(gè)處理器協(xié)作工作，這樣就使得控制采樣同步性和保護(hù)命令的快速輸出成為了一個(gè)較為復(fù)雜的問題，這其中技術(shù)要點(diǎn)就在于如何在整個(gè)過程中保證對(duì)數(shù)據(jù)流技術(shù)的處理。圖2所示就是一種基本的自動(dòng)化框架。

圖2 自動(dòng)化框架

（2）對(duì)具有時(shí)序特征信息的研究與應(yīng)用

由于數(shù)據(jù)流具有非常明顯的時(shí)序特征，從這些時(shí)序特征之中可以挖掘出許多重要的信息和趨勢(shì)，因此，數(shù)據(jù)流中的信息需要系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)據(jù)序列進(jìn)行實(shí)時(shí)的、有效的分析和處理。這樣才能夠及時(shí)地從中獲取有用的信息、以保證電力系統(tǒng)決策操作的可靠性和科學(xué)性。例如，在電力系統(tǒng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，故障信息的出現(xiàn)具有時(shí)序?qū)傩裕瑪?shù)據(jù)流技術(shù)可以將這一點(diǎn)充分利用，對(duì)故障進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷與分析，提高故障修復(fù)的效率，保證電力系統(tǒng)的良好運(yùn)行。電力變壓器等電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也具有一定的時(shí)序特征，這些時(shí)序特征從某種角度代表了電氣設(shè)備故障發(fā)生發(fā)展的嚴(yán)重程度和趨勢(shì)，對(duì)其進(jìn)行分析和識(shí)別有助于制定合理的維護(hù)計(jì)劃。

（3）數(shù)據(jù)流處理系統(tǒng)的通用模型

隨著數(shù)據(jù)流技術(shù)的不斷發(fā)展和推廣應(yīng)用，逐漸形成了一套較為通用的數(shù)據(jù)流處理系統(tǒng)模型。輸入數(shù)據(jù)控制在一個(gè)滑動(dòng)窗口中，用于最近數(shù)據(jù)的處理、滑動(dòng)窗口的大小要與其具體應(yīng)用相適宜。而其數(shù)據(jù)選擇則需要與最近特征相吻合，控制窗口的更新周期時(shí)需要應(yīng)用輸入緩沖，滑動(dòng)窗口的更新方式一般而言分為聯(lián)系更新和周期更新，數(shù)據(jù)流的實(shí)時(shí)性操作決定了更新間隔的變化。另一方面，實(shí)時(shí)性又與監(jiān)控時(shí)間的間隔是密不可分的，如果監(jiān)控時(shí)間間隔過大，系統(tǒng)則有可能丟失非常關(guān)鍵的性能信息，這樣一來(lái)就會(huì)導(dǎo)致性能檢測(cè)的偏差。而時(shí)間間隔過小的情況對(duì)于CPU的處理時(shí)間要求較高，更新過于頻繁容易造成數(shù)據(jù)無(wú)法及時(shí)處理，因此，一定要根據(jù)現(xiàn)狀結(jié)合實(shí)際有效選擇更新間隔。

4 數(shù)據(jù)流技術(shù)在電網(wǎng)自動(dòng)化中的應(yīng)用意義

隨著時(shí)代的發(fā)展，用戶對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)供電等多方面的需求日益多樣化，傳統(tǒng)的電網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)逐漸落伍。智能化電網(wǎng)建設(shè)逐步推進(jìn)，信息領(lǐng)域的許多高新技術(shù)被運(yùn)用到智能電網(wǎng)建設(shè)之中，數(shù)據(jù)流技術(shù)就是其中之一。電網(wǎng)運(yùn)行的過程中將會(huì)不斷生成大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)流技術(shù)的運(yùn)用能夠?qū)ζ溥M(jìn)行在線分析并生成科學(xué)的決策信息。從而以在線生成的決策信息作為依據(jù)，進(jìn)一步生成并完成對(duì)電網(wǎng)的控制指令，即可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的智能自動(dòng)化。

5 數(shù)據(jù)流技術(shù)在電網(wǎng)自動(dòng)化中的應(yīng)用前景

基于信息技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，信息的海量式增長(zhǎng)對(duì)信息的處理分析將會(huì)造成更大的挑戰(zhàn)。電力企業(yè)方面在實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的過程中，要想進(jìn)一步提高電網(wǎng)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和智能水準(zhǔn)，必須針對(duì)海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)處理分析程序進(jìn)行進(jìn)一步的完善和提高。因此，數(shù)據(jù)流技術(shù)以及基于數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)流系統(tǒng)在電網(wǎng)自動(dòng)化的應(yīng)用依舊具備良好的發(fā)展前景?；跀?shù)據(jù)流系統(tǒng)下，電網(wǎng)系統(tǒng)能夠通過強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能為實(shí)現(xiàn)決策信息的科學(xué)生成奠定良好的基礎(chǔ)。而數(shù)據(jù)流系統(tǒng)目前仍然處于一個(gè)發(fā)展中的趨勢(shì)，多出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室研究之中，隨著技術(shù)不斷的發(fā)展，數(shù)據(jù)流系統(tǒng)的查詢語(yǔ)言和相關(guān)技術(shù)的不斷完善，數(shù)據(jù)流技術(shù)的功能將會(huì)更為強(qiáng)大，進(jìn)一步提升電網(wǎng)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和智能水準(zhǔn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

在電力自動(dòng)化系統(tǒng)中，將數(shù)據(jù)流技術(shù)有效進(jìn)行應(yīng)用，構(gòu)建數(shù)據(jù)流系統(tǒng)，能夠有效對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理以及深層次挖掘，科學(xué)生成與制定決策信息，有效地對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)以及電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)和管理，大大提高電網(wǎng)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和智能程度。相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)流技術(shù)的完善和成熟，這項(xiàng)新興技術(shù)將會(huì)更加先進(jìn)，其在電網(wǎng)自動(dòng)化中所發(fā)揮的作用也將越來(lái)越大。

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2016-09-25）