基于大數(shù)據(jù)云平臺(tái)的電力能源大數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用研究

國(guó)家電網(wǎng)河南省電力公司 高曉峰 李曉蕾 董書(shū)謙

早在2009年“大數(shù)據(jù)”一詞已成為互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的熱點(diǎn)詞匯。2011年Science對(duì)海量數(shù)據(jù)分析、處理方式進(jìn)行了探析，之后很多大型企業(yè)對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行了深入分析及研究，從而推動(dòng)大數(shù)據(jù)技術(shù)穩(wěn)定發(fā)展[1]。隨著我國(guó)電力行業(yè)及科技的發(fā)展，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)在電力行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。由于我國(guó)配電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模逐漸增大，且建設(shè)用電信息采集系統(tǒng)，每天用電信息采集系統(tǒng)將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)信息。電力企業(yè)應(yīng)重視的是如何迅速在海量信息中獲取有價(jià)值的信息，以提高企業(yè)服務(wù)質(zhì)量。

1 用電信息采集及大數(shù)據(jù)云平臺(tái)分析

用戶(hù)信息采集。隨著科技的發(fā)展，原有集中式采集系統(tǒng)已不能滿(mǎn)足電力企業(yè)發(fā)展需求，因而電力企業(yè)可將其改為分布式采集系統(tǒng)，以提升用戶(hù)信息采集效率及質(zhì)量，為電力企業(yè)保存、查詢(xún)用戶(hù)信息奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[2]。智能電表、集中器等現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)信息在傳輸至物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)后，經(jīng)過(guò)計(jì)算將數(shù)據(jù)信息傳輸至生產(chǎn)庫(kù)、中間庫(kù)、大數(shù)據(jù)云平臺(tái)（圖1）。

大數(shù)據(jù)云平臺(tái)。電力企業(yè)依據(jù)信息采集系統(tǒng)，建設(shè)基于Hadoop集群的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，可迅速完成處理、分析海量數(shù)據(jù)信息的目標(biāo)。同時(shí)，此大數(shù)據(jù)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)迅速上傳、大量數(shù)據(jù)迅速下載、SQL運(yùn)算、數(shù)據(jù)挖掘算法支持等功能。大數(shù)據(jù)平臺(tái)是由存儲(chǔ)結(jié)算層、邏輯層、接入層及數(shù)據(jù)應(yīng)用層幾層構(gòu)成的。存儲(chǔ)計(jì)算層的主要功能為：保存、計(jì)算海量數(shù)據(jù)；邏輯層的主要功能是為分布式Mela服務(wù)提供支持；接入層的主要功能是為用戶(hù)提供HTTP服務(wù)；數(shù)據(jù)應(yīng)用層的主要功能為支持?jǐn)?shù)據(jù)源、多維分析模型、挖掘算法、智能識(shí)別等功功能的實(shí)現(xiàn)，為深入挖掘有價(jià)值信息奠定基礎(chǔ)（圖2）。

圖1 用電信息采集流程圖

2 電力能源大數(shù)據(jù)的應(yīng)用研究

基于自動(dòng)化系統(tǒng)電力企業(yè)建設(shè)了省、市、縣三級(jí)采集監(jiān)控機(jī)制，采集、分析全省所有采集終端設(shè)備、用電情況，同時(shí)將信息與其他數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合探析，以實(shí)現(xiàn)充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)作用的目標(biāo)[3]。

2.1 電力能源大數(shù)據(jù)在線(xiàn)損管理中的應(yīng)用

利用電力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)探析用戶(hù)是否存在竊電行為，可有效提升防竊電工作質(zhì)量。本次研究通過(guò)分析已采集的大量數(shù)據(jù)信息，對(duì)B1到B6的6個(gè)單位多個(gè)線(xiàn)損較高臺(tái)區(qū)進(jìn)行研究，分析其線(xiàn)損較高的主要原因。表1總結(jié)了臺(tái)區(qū)線(xiàn)損的主要原因，其中最重要的原因?yàn)橛脩?hù)存在竊電行為。

圖2 大數(shù)據(jù)云平臺(tái)架構(gòu)圖

為明確臺(tái)區(qū)高損原因，各單位對(duì)竊電用戶(hù)表進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)竊電這一違法事件主要出現(xiàn)在開(kāi)蓋時(shí)間、電壓異常等事件當(dāng)中。其中最為常見(jiàn)的是開(kāi)蓋事件。電力企業(yè)利用采集系統(tǒng)采集、統(tǒng)計(jì)用戶(hù)用電信息及電表開(kāi)蓋事件，可確定存在異常情況用戶(hù)地址、事件發(fā)生時(shí)間、發(fā)生次數(shù)等數(shù)據(jù)信息，這對(duì)電力企業(yè)明確竊電用戶(hù)、制定有針對(duì)性處理措施、降低線(xiàn)損十分重要。通過(guò)對(duì)海量數(shù)據(jù)的分析，可減少工作人員現(xiàn)場(chǎng)排查時(shí)間、提升工作效率。

表1 B1—B6高損工單統(tǒng)計(jì)分析表

表2 某單位竊電事件統(tǒng)計(jì)分析表

2.2 電力能源大數(shù)據(jù)在負(fù)荷預(yù)測(cè)方面的應(yīng)用

電力企業(yè)可通過(guò)分析已采集的數(shù)據(jù)信息預(yù)估未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)電網(wǎng)負(fù)荷情況，以準(zhǔn)確判斷配電變壓器是否可負(fù)擔(dān)，同時(shí)科學(xué)制定配變過(guò)載應(yīng)對(duì)策略，這對(duì)保證配電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行十分重要。

2.2.1 預(yù)估日負(fù)荷情況

不同地區(qū)的空氣質(zhì)量指數(shù)、氣溫、降雨量、居民數(shù)量存在一定差異，因而電力企業(yè)需科學(xué)處理原始數(shù)據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，氣溫、降雨量、居民數(shù)量等因素將影響臺(tái)區(qū)負(fù)荷情況。為明確某臺(tái)區(qū)未來(lái)一段時(shí)間負(fù)荷情況，電力企業(yè)應(yīng)使用線(xiàn)性回歸分析方式進(jìn)行研究。由表3可發(fā)現(xiàn)，PM2.5、氣溫、降雨量將對(duì)公變臺(tái)區(qū)負(fù)荷產(chǎn)生較大影響。

表3 關(guān)聯(lián)因素線(xiàn)性回歸分析

本次研究中使用帶動(dòng)量梯度下降BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、灰色模型等方式預(yù)估春節(jié)公變臺(tái)區(qū)負(fù)荷情況。由于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法收斂速度較慢，因而使用此種方式可提升仿真訓(xùn)練中的收斂速度；灰色預(yù)估則是對(duì)各種不確定因素進(jìn)行半智能化估測(cè)；趨勢(shì)外推法需利用歷史、現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。通過(guò)以上幾種方式預(yù)估系統(tǒng)未來(lái)一段時(shí)間運(yùn)行情況，電力企業(yè)可通過(guò)下式預(yù)估配電網(wǎng)未來(lái)負(fù)荷情況：

式中φ1表示帶梯度下降的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法預(yù)測(cè)結(jié)果；φ2表示的是灰色模型計(jì)算結(jié)果；φ3表示的是趨勢(shì)外推法計(jì)算結(jié)果。

2.2.2 臺(tái)區(qū)超載、過(guò)載預(yù)估

電力企業(yè)可利用采集閉環(huán)管理模塊準(zhǔn)確標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)送過(guò)載、超載臺(tái)區(qū)，并利用大數(shù)據(jù)信息預(yù)估過(guò)載臺(tái)區(qū)，這對(duì)提升整改速度、提高電力企業(yè)工作效率十分重要。通過(guò)準(zhǔn)確、快速解決臺(tái)區(qū)過(guò)載、超載問(wèn)題，可提升運(yùn)檢人員工作效率、提高供電服務(wù)質(zhì)量。

3 發(fā)展趨勢(shì)探析

目前，電力行業(yè)關(guān)于采集系統(tǒng)能源大數(shù)據(jù)的研究仍不夠深入，對(duì)新技術(shù)、新理念的研究仍需實(shí)踐的驗(yàn)證[4]。為充分發(fā)揮電力大數(shù)據(jù)的作用，電力企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、應(yīng)用方面的研究，增加電力大數(shù)據(jù)應(yīng)用途徑。

3.1 電力能源大數(shù)據(jù)及能源互聯(lián)網(wǎng)

電力企業(yè)可依據(jù)新智能電能表建立用電監(jiān)控系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)配電網(wǎng)荷儲(chǔ)的控制，為用戶(hù)提供智慧、穩(wěn)定供電服務(wù)。同時(shí)，電力能源大數(shù)據(jù)的應(yīng)用可提升配網(wǎng)設(shè)備利用率，這對(duì)降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本、推動(dòng)企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展十分重要。

智慧車(chē)聯(lián)網(wǎng)。電力企業(yè)可利用大數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集電動(dòng)汽車(chē)充電、放電情況，若發(fā)現(xiàn)異常自動(dòng)上報(bào)，這對(duì)保證電動(dòng)汽車(chē)及用戶(hù)安全具有重要意義。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，電力企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)與電動(dòng)汽車(chē)廠(chǎng)家相關(guān)服務(wù)工作的合作及溝通，實(shí)現(xiàn)各方數(shù)據(jù)共享。利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可采集電動(dòng)汽車(chē)余電量、目的地等數(shù)據(jù)信息，并對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，提醒用戶(hù)及時(shí)到距離最近的充電樁充電，為用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)使用方案。

光伏電網(wǎng)。隨著科技的發(fā)展，光伏發(fā)電設(shè)施建設(shè)規(guī)模、建設(shè)數(shù)量在持續(xù)增多，光伏發(fā)電、用電數(shù)據(jù)急劇增多，此時(shí)電力企業(yè)應(yīng)建設(shè)智能用電終端用于采集這些數(shù)據(jù)。將海量數(shù)據(jù)與電力企業(yè)多個(gè)信息化系統(tǒng)結(jié)合在一起，可為用戶(hù)提供光伏智能選址、并網(wǎng)接電、線(xiàn)上結(jié)算支付等多項(xiàng)服務(wù)。

綜合多種數(shù)據(jù)。利用信息化技術(shù)可將水、電等數(shù)據(jù)信息綜合在一起，通過(guò)此系統(tǒng)可迅速完成多項(xiàng)數(shù)據(jù)采集、費(fèi)用計(jì)算、用能管理等工作，用戶(hù)可通過(guò)系統(tǒng)快速查詢(xún)相關(guān)信息，為用戶(hù)生活提供了便利。通過(guò)采集能源用量信息，不僅可監(jiān)控能源損耗、了解用戶(hù)對(duì)能源的需求、防止不法用戶(hù)竊能，還可通過(guò)這些數(shù)據(jù)分析未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)用戶(hù)對(duì)于能源的需求，為企業(yè)提高服務(wù)質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.2 電力能源大數(shù)據(jù)及電能智慧應(yīng)用、運(yùn)維搶修

電力企業(yè)可通過(guò)電力能源大數(shù)據(jù)分析用戶(hù)對(duì)電能的需求量、用電特征等信息，依據(jù)客戶(hù)實(shí)際情況科學(xué)制定供電方案，以提高服務(wù)質(zhì)量。電力企業(yè)可利用歷史數(shù)據(jù)，繪制用電設(shè)備監(jiān)測(cè)表格，若電力設(shè)備發(fā)生故障可及時(shí)明確故障原因，主動(dòng)向維修人員推送故障信息，這對(duì)提升電網(wǎng)搶修速度、縮小故障范圍、縮短停電時(shí)間十分重要。