蔡淑慧 鄭曉鐘 陳 海 章建東 蔡秋蘭

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智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)應用與發(fā)展策略

蔡淑慧 鄭曉鐘 陳 海 章建東 蔡秋蘭

國網(wǎng)福建省電力有限公司廈門供電公司，福建 廈門 361000

隨著我國科學技術(shù)的不斷進步，大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)已成為發(fā)展方向，并且技術(shù)的成熟度越來越高，已逐漸應用到各行各業(yè)中。研究了智能電網(wǎng)下的大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展情況。電網(wǎng)依托智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)，在其指導下推動電力的發(fā)展，充分提高了電能的利用效率，實現(xiàn)資源的合理配置，這樣無論在智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺、資源配置以及在分布式控電方面都發(fā)揮著巨大的作用，實現(xiàn)電網(wǎng)智能化安全運轉(zhuǎn)、監(jiān)測和報警工作。

智能電網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；處理技術(shù)

1 智能電網(wǎng)及大數(shù)據(jù)概述

智能電網(wǎng)是建立在物理電網(wǎng)基礎之上的，并集成了傳感測量技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)以及控制技術(shù)等多種現(xiàn)代化技術(shù)，是一種新型電網(wǎng)。智能電網(wǎng)往往涉及發(fā)電、輸電、電力調(diào)度以及配電等多個環(huán)節(jié)，協(xié)調(diào)各方面用電需求，使整個電網(wǎng)系統(tǒng)保持高效運行，極大地降低了運營成本，使系統(tǒng)的自愈性和可靠性得到了增強[1]。

大數(shù)據(jù)最早主要在商業(yè)及金融領域中得到應用，并逐漸向交通、能源以及醫(yī)療等相關(guān)領域拓展。在智能電網(wǎng)中，大數(shù)據(jù)得到十分廣泛的應用。通過大規(guī)模部署智能電表，加強傳感以及量測技術(shù)的影響，為智能電網(wǎng)搜集了大量的數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)往往表現(xiàn)出如下特點。

1.1 規(guī)模大

隨著智能電網(wǎng)發(fā)展程度的不斷提升，電網(wǎng)發(fā)電機節(jié)點和負荷節(jié)點也不斷攀升，再綜合負荷以及電網(wǎng)雙向交互因素，極大地促進了電網(wǎng)數(shù)據(jù)量的增加，數(shù)據(jù)規(guī)模達到PB量級[2]。

1.2 高速性

這是由電網(wǎng)屬性決定的，也就是確保電力電纜保持實時平衡，而負荷波動并沒有固定的規(guī)律，這就要求發(fā)電側(cè)出力必須對負荷變化保持實時跟蹤。不僅如此，電網(wǎng)故障的出現(xiàn)往往帶有一定的突然性，必須及時進行處理，使電網(wǎng)保持可靠運行。為了滿足這一需求，就需要智能電網(wǎng)對電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行快速傳輸和處理。

1.3 多樣性

多樣性主要表現(xiàn)為三點：一是數(shù)據(jù)來源的多樣性。這些數(shù)據(jù)不僅涉及電網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)，而且包括大量電網(wǎng)外的數(shù)據(jù)。二是存儲類型的多樣性。對于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)而言，主要是用電信息采集系統(tǒng)、發(fā)電機以及輸電線路收集的信息，還會收集到大量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，比如說電力調(diào)度與營銷系統(tǒng)中的語音數(shù)據(jù)、高壓線路巡視直升機獲得的圖像數(shù)據(jù)等。三是采集周期的多樣性。數(shù)據(jù)類型不同，其采樣周期往往存在較大差異[3]。

2 智能電網(wǎng)領域中大數(shù)據(jù)技術(shù)的應用

2.1 預測負荷波動和新能源出力

在電網(wǎng)電量管理系統(tǒng)中，負荷預測往往占據(jù)著重要地位?？梢哉f，電網(wǎng)運行是否安全可靠受到負荷預測準確性的重要影響。一旦負荷預測出現(xiàn)較大誤差，將會導致電網(wǎng)運行存在較大安全風險。就目前而言，負荷預測的主要手段是參考負荷歷史數(shù)據(jù)，再通過相關(guān)算法對負荷大小進行有效預測，通常負荷預測短期精度較高，而中長期則無法保證其精度。電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集范圍不斷擴大，對于氣象信息、宏觀經(jīng)濟指標以及用戶作息等相關(guān)數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠利用一些抽象的量化指標表征和負荷的關(guān)系，這樣就能更為準確地感知負荷變化趨勢，使預測精度得到有效提升。

2.2 源網(wǎng)荷協(xié)同調(diào)度

隨著電力市場的日漸完善，能夠?qū)崿F(xiàn)跨越常規(guī)電源出力調(diào)節(jié)，而專門對用戶需求側(cè)的管理，使系統(tǒng)電量達到平衡狀態(tài)。也就是說，通過市場調(diào)節(jié)手段，讓部分用戶主動削減或者增加部分負荷，使發(fā)電側(cè)出力達到平衡。要實現(xiàn)源、網(wǎng)、荷三者的協(xié)調(diào)調(diào)度，必須掌握足夠的輔助信息。比如說，新能源出力波動幅度、負荷削減電量能力、電網(wǎng)輸送能力等因素。這些因素往往受到不同條件的影響，因而這一電力交易過程往往表現(xiàn)得極為復雜，那么就需要引入大數(shù)據(jù)技術(shù)，深入挖掘不同數(shù)據(jù)間的相互聯(lián)系，在此基礎上進行合理協(xié)調(diào)調(diào)度。較之于傳統(tǒng)電網(wǎng)，智能電網(wǎng)的最大特點在于能夠?qū)崿F(xiàn)源網(wǎng)荷信息的雙向流動，在構(gòu)建的框架內(nèi)，源網(wǎng)荷信息能夠進行順暢交互，使電網(wǎng)運行更加經(jīng)濟可靠。

2.3 網(wǎng)架發(fā)展規(guī)劃

與新能源電網(wǎng)相比較，傳統(tǒng)電網(wǎng)無論是在數(shù)據(jù)來源渠道規(guī)劃上，還是在數(shù)據(jù)的分析方面，都存在諸多的不足。引入新技術(shù)后，傳統(tǒng)電網(wǎng)的規(guī)劃問題得以凸顯，尤其是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整后，傳統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃和實際間的差距更加突出。為了解決新能源的接入問題，人們提出了電轉(zhuǎn)氣的技術(shù)，也就是將電能轉(zhuǎn)化為天然氣以利于存儲，但是因為轉(zhuǎn)化效率過低，該提議尚處在技術(shù)論證階段。冷熱氣三聯(lián)技術(shù)具有能源利用率高、環(huán)保性強、效益突出等顯著特點，是以實現(xiàn)能源的階梯利用為基本目標的。電動汽車行業(yè)的逐漸興起會大大增加能源末端的消費，屆時充換電站就會分布于城市的各個角落。

3 智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展策略

3.1 優(yōu)化運行大數(shù)據(jù)傳輸和存儲技術(shù)

當前，我國智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)處于發(fā)展關(guān)鍵階段，保證智能電網(wǎng)傳輸?shù)陌踩院统志眯允腔疽?，因此大?shù)據(jù)要保證實現(xiàn)電網(wǎng)傳輸和存儲的安全。這就要求管理人員利用管理機制和算法框架，確保運行參數(shù)的項目分析結(jié)構(gòu)準確，適應智能電網(wǎng)發(fā)展需要。智能電網(wǎng)時代，要保持電力系統(tǒng)內(nèi)部和各個基層組件的正常運轉(zhuǎn)，從而提升數(shù)據(jù)存儲能力和運轉(zhuǎn)順暢，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的時效性。智能電網(wǎng)時代，收集數(shù)據(jù)存儲參數(shù)會逐漸增多，需要處理的數(shù)據(jù)也很多，這就為監(jiān)控設備和存儲參數(shù)帶來了挑戰(zhàn)，需要技術(shù)性人員優(yōu)化升級電力智能數(shù)據(jù)化存儲能力，升級網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸能力，強化文獻系統(tǒng)的分布式運行優(yōu)勢，提升系統(tǒng)存儲能力。另外，要提升大數(shù)據(jù)的運行軟件，提升存儲工作安全性和系統(tǒng)流暢性，提高大數(shù)據(jù)分析和處理能力，保證運行參數(shù)的正常需求，優(yōu)化信息處理能力和分析能力，實現(xiàn)有效性。

技術(shù)人員利用智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)基本數(shù)據(jù)的分析和構(gòu)建，不斷強化技術(shù)性優(yōu)勢，保證核心數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)一性處理工作，從而建立健全數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)回歸性分析，集中進行整理收集分類，達到數(shù)據(jù)安全和穩(wěn)定，實現(xiàn)非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)的集中分類和整理，確保數(shù)據(jù)整體框架的穩(wěn)定，建立一種智能電網(wǎng)分布式系統(tǒng)優(yōu)化方案。

3.2 優(yōu)化運行大數(shù)據(jù)實時分析和整合技術(shù)

優(yōu)化運行大數(shù)據(jù)實時分析，更多地關(guān)注數(shù)據(jù)庫內(nèi)存結(jié)構(gòu)和運行方式，建立完整的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，保證數(shù)據(jù)內(nèi)存的完整性和優(yōu)化性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)存參數(shù)項目的正確性。在收集電力數(shù)據(jù)時，要利用計算機信息處理能力，利用云計算能力，提升智能電網(wǎng)系統(tǒng)運行技術(shù)環(huán)節(jié)的有效性，使用數(shù)據(jù)合成和智能信息平臺。電網(wǎng)智能調(diào)度過程中，要提前建立好模型，特別是對一些具有小型發(fā)電能力的智能電網(wǎng)波動路徑，要對電網(wǎng)系統(tǒng)和組織框架進行實時監(jiān)管，提升其預防突發(fā)電荒的能力，不斷提高應急處理能力，完成電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)的更新任務。

3.3 優(yōu)化運行大數(shù)據(jù)源異構(gòu)處理技術(shù)

對智能電網(wǎng)系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的分析過程中，要提升未來智能電網(wǎng)發(fā)展的預測，要對發(fā)電和輸電系統(tǒng)進行分析，還要對用電環(huán)節(jié)進行分析，確保運行環(huán)節(jié)順利進行和深度剖析。在信息采集過程中，集中優(yōu)勢資源提取大數(shù)據(jù)，綜合應用大數(shù)據(jù)進行處理，使用數(shù)據(jù)異構(gòu)處理，從而獲得智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)最大化，讓傳輸和數(shù)據(jù)規(guī)模更加有效管理，提升基礎設施管理，降低運行成本。

4 結(jié)語

總之，在智能電網(wǎng)的快速發(fā)展下，電力系統(tǒng)運行、信息采集、設備狀態(tài)檢測過程中出現(xiàn)了大量的數(shù)據(jù)。智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)在應用的過程中具有數(shù)據(jù)量大、類型多樣、數(shù)據(jù)特征復雜等特點，且各類業(yè)務數(shù)據(jù)在使用的過程中存在交叉融合的特點。智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺建設運行涉及的技術(shù)形式包含數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析等，在具體應用的過程中需要根據(jù)不同的業(yè)務形式來選擇相應的大數(shù)據(jù)技術(shù)，只為在電力企業(yè)的發(fā)展中更好地發(fā)揮智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺的作用。

[1]楊在鵬. 面向智能電網(wǎng)應用的電力大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)探討[EB/OL]. [2018-05-23]. https：//doi.org/10.19474/ j.cnki.10-1156/f.004011.

[2]劉昶，李春，孔祥靖，等. 基于智能電網(wǎng)的營銷大數(shù)據(jù)平臺分析[J]. 大眾用電，2017（S1）：207-208.

[3]張聰慧. 智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺中防竊電與電力負荷子系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 北京：北京交通大學，2017.

Application and Development Strategy of Smart Grid Big Data Processing Technology

Cai Shuhui Zheng Xiaozhong Chen Hai Zhang Jiandong Cai Qiulan

State Grid Fujian Electric Power Co., Ltd., Xiamen Power Supply Company, Fujian Xiamen 361000

With the continuous advancement of science and technology in China, big data and cloud computing technologies have become the development direction, and the maturity of technology is getting higher and higher, and it has gradually been applied to all walks of life. The development of big data technology under the smart grid is studied. The power grid relies on smart grid big data technology to promote the development of power under its guidance, fully improve the utilization efficiency of electric energy, and realize the rational allocation of resources, so that it can be used in smart grid data platform, resource allocation and distributed power control, which plays a huge role in the realization of intelligent and safe operation, monitoring and alarm work.

smart grid; big data; processing technology

TP311.1

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