智能電網(wǎng)與大數(shù)據(jù)應(yīng)用

符佳宏

【摘 要】隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來(lái)，各行各業(yè)都在利用大數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分析。其中，智能電網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的關(guān)系也日益密切。為了能夠建立起完善、穩(wěn)定的智能電網(wǎng)，就需要我們正確、合理、高效地使用大數(shù)據(jù)。本文闡述了智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，以及一些相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集辦法，如流式數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫(kù)采集、文件采集等，同時(shí)給介紹了一部分較成熟的數(shù)據(jù)挖掘辦法。同時(shí)，提出了大數(shù)據(jù)在智能電網(wǎng)中的一些應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng)，大數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)挖掘，分布式，智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用

引言：

最近幾年，隨著全球氣候變暖和石能源的日益緊張，世界各國(guó)為了建立穩(wěn)定且高效的供電系統(tǒng)，都開(kāi)展了建設(shè)智能電網(wǎng)的工作。在中國(guó)，智能電網(wǎng)主要是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各電壓等級(jí)電網(wǎng)共同協(xié)調(diào)運(yùn)行的電網(wǎng)為根本，同時(shí)，利用各種信息處理技術(shù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)挖掘與分析，構(gòu)建一個(gè)以信息化、數(shù)字化、智能化的供電系統(tǒng)。該供電系統(tǒng)包括發(fā)電、輸電、變電、配電、用電及調(diào)度等諸多環(huán)節(jié)。為了能夠保障該系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、環(huán)保、自愈運(yùn)行的基礎(chǔ)通過(guò)智能電表對(duì)整個(gè)電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、傳輸、分析和決策。

隨著電網(wǎng)智能化的日益發(fā)展，這就要求電力部門(mén)在發(fā)電、輸電、變電、配電、用電及調(diào)度這幾個(gè)重要的環(huán)節(jié)部署能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的智能電表及進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的智能管理系統(tǒng)。

“智能電網(wǎng)”一詞之所以備受世界矚目，主要原因是當(dāng)年奧巴馬在競(jìng)選總統(tǒng)時(shí)，把“智能電網(wǎng)”這一戰(zhàn)略作為重要的施政綱領(lǐng)提出，并于2009年2月決定給發(fā)展智能電網(wǎng)提供110億美元的預(yù)算支持。兩年之后，大數(shù)據(jù)的概念被提出。于是電力部門(mén)的管理者看準(zhǔn)了這個(gè)時(shí)代新風(fēng)向，于2013年由中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)信息化專(zhuān)委會(huì)發(fā)布了《中國(guó)電力大數(shù)據(jù)發(fā)展白皮書(shū)》。從此，智能電網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的融合便成為了大家關(guān)注的焦點(diǎn)。

一、智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)及特點(diǎn)

大數(shù)據(jù)通常要求滿(mǎn)足以下特征：多樣性（variety）、速度快（velocity）、體量大（volume）、價(jià)值大（value），這4個(gè)特征簡(jiǎn)稱(chēng)為“4V”。隨著智能電表的普及，現(xiàn)在我們已經(jīng)能過(guò)獲得到體量極大的數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)還面臨這價(jià)值不高、更新速度較慢、分類(lèi)混亂等問(wèn)題。這就要求我們能夠很好地利用統(tǒng)計(jì)上的方法，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、挖掘。發(fā)現(xiàn)其中潛在的價(jià)值。

二、智能電網(wǎng)的大數(shù)據(jù)處理方法

（一）數(shù)據(jù)采集

因?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)的數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)體量大、數(shù)據(jù)種類(lèi)繁多、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性較低等特點(diǎn)，這就要求我們?cè)跀?shù)據(jù)的采集階段要有針對(duì)性地進(jìn)行采集。為了后續(xù)分析處理工作的開(kāi)展，我們要根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型選擇不同的采集方法。現(xiàn)階段智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集主要有一下三種：

（1）流式數(shù)據(jù)采集

這種辦法主要采集供電系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備監(jiān)控日志、采集報(bào)文等數(shù)據(jù)，來(lái)進(jìn)行分布式的采集、聚合以及傳輸。

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)采集

這種辦法主要將關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)抽取到分布式的存儲(chǔ)系統(tǒng)當(dāng)中。

（3）文件采集

這種辦法主要是對(duì)數(shù)字錄音帶、純文本形式存儲(chǔ)表格數(shù)據(jù)等文件，先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化之后，將文件接入分析系統(tǒng)。

三、智能電網(wǎng)的大數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)的分析與挖掘是對(duì)收集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的最關(guān)鍵性的工作，由于智能電表采集來(lái)的數(shù)據(jù)種類(lèi)繁多，且變化速度快，因此對(duì)數(shù)據(jù)的快速分類(lèi)和標(biāo)準(zhǔn)化是必要的，否則處理的數(shù)據(jù)將失去時(shí)效性。因?yàn)橐陨咸攸c(diǎn)，以前通常使用的分析大數(shù)據(jù)的方法很難再適用，這就要求我們適用改進(jìn)的分析方法來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘。目前使用較多的分析方法有：主成分分析法、K均值聚類(lèi)法、C均值聚類(lèi)算法、分類(lèi)決策樹(shù)算法、深度學(xué)習(xí)算法、Spark-FCM算法等。

尤其對(duì)于深度學(xué)習(xí)算法，我們可以通過(guò)建模來(lái)完成特征選擇、參數(shù)選擇、模型集成等多個(gè)流程。在聚類(lèi)分析中，我們可以由聚類(lèi)、關(guān)聯(lián)、回歸、分類(lèi)這4個(gè)部分來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的挖掘。

四、大數(shù)據(jù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

（一）配電設(shè)備負(fù)載估算及重過(guò)載預(yù)警

現(xiàn)狀和需求：

在我國(guó)的電網(wǎng)系統(tǒng)中，城鄉(xiāng)結(jié)合部部分配電變壓器重過(guò)載問(wèn)題致使供電“卡脖子”、低電壓、頻繁斷電等問(wèn)題。電力部門(mén)發(fā)現(xiàn)可以在被點(diǎn)變壓器重過(guò)載現(xiàn)象頻發(fā)的臺(tái)區(qū)安裝智能電表，通過(guò)智能電表采集和監(jiān)測(cè)配電設(shè)備上的用電負(fù)荷量，由此來(lái)判斷該配電設(shè)備是否處于重過(guò)載狀態(tài)。

應(yīng)用前景：

未來(lái)可以根據(jù)智能電表采集來(lái)的數(shù)據(jù)，通過(guò)分析其中用戶(hù)的用電負(fù)荷，通過(guò)大數(shù)據(jù)流處理技術(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算出每一個(gè)終端的用電負(fù)荷量。同時(shí)，根據(jù)電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)，計(jì)算出當(dāng)前時(shí)間段下，處于重過(guò)載狀態(tài)運(yùn)行的配電設(shè)備以及正常狀態(tài)下運(yùn)行的配電設(shè)備。再結(jié)合電網(wǎng)系統(tǒng)中相應(yīng)的GIS系統(tǒng)，便能精確定位出處于重過(guò)載狀態(tài)下運(yùn)行的配電設(shè)備的具體位置。

（二）線損計(jì)算與分析

現(xiàn)狀和需求：

在智能電表普及之前，電力部門(mén)通常都是安排人員對(duì)用戶(hù)就行抄表，這樣統(tǒng)計(jì)上來(lái)的數(shù)據(jù)不僅時(shí)效性底，而且大致相關(guān)部門(mén)不能對(duì)用戶(hù)的實(shí)時(shí)負(fù)荷情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，這樣電力部門(mén)就不能對(duì)輸電時(shí)產(chǎn)生的線損進(jìn)行計(jì)算和處理，因此線損一直較大。此外，因?yàn)椴荒軐?shí)時(shí)得知客戶(hù)的用電負(fù)荷，所以不能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)竊電、漏電等行為，由此更增加了線損電量。這也是我國(guó)輸配電線損率一直高過(guò)其他各國(guó)的重要原因。

應(yīng)用前景：

利用分布式存儲(chǔ)技術(shù)，搭建一個(gè)實(shí)時(shí)更新，電網(wǎng)和用戶(hù)端互聯(lián)互通的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，我們要能夠?qū)χ悄茈姳斫y(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)、各參數(shù)相互之間的對(duì)比及數(shù)據(jù)異常時(shí)的報(bào)警。同時(shí)也能為相關(guān)部門(mén)在分析線損、漏電警報(bào)及竊點(diǎn)預(yù)警提供源數(shù)據(jù)。

利用分布式計(jì)算技術(shù)，將地區(qū)按行政等級(jí)分別來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)時(shí)線損管理與控制，同時(shí)根據(jù)不同地區(qū)，不同種類(lèi)的電網(wǎng)配置分別進(jìn)行實(shí)際線損與理論線損的對(duì)比及分析，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘，找到更好降低線損的方法。

五、結(jié)論

在大數(shù)據(jù)的時(shí)代下，隨著智能電表的普及，未來(lái)的電網(wǎng)的數(shù)據(jù)將會(huì)呈現(xiàn)幾何倍數(shù)地增長(zhǎng)，大數(shù)據(jù)的分析能夠給人們對(duì)事物的全新的認(rèn)識(shí)，與處理問(wèn)題更好的辦法，而智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的不斷發(fā)展一定會(huì)推動(dòng)智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，為我們建造智慧城市提供極大的幫助。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Electric Power Research Institute. Improving electric power system situational awareness： data analytics for utilities [R].Palo Alto， California： Electric Power Research Institute， 2015.

[2]費(fèi)思源.大數(shù)據(jù)技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用綜述[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2018，38（01）：85-96+345.

[3]張根周.大數(shù)據(jù)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用[J].電網(wǎng)與清潔能源，2016，32（06）：114-117.

[4]趙雪松，謝蓓敏.智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展研究[J].電子世界，2017（23）：93-94.

[5]孟祥君，季知祥，楊祎.智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].供用電，2015，32（08）：19-24.

[6]王欽，蔣懷光，文福拴，梅天華.智能電網(wǎng)中大數(shù)據(jù)的概念、技術(shù)與挑戰(zhàn)[J].電力建設(shè)，2016，37（12）：1-10.