大數(shù)據(jù)在智能電網(wǎng)中的技術(shù)應(yīng)用體系和路線(xiàn)圖

粟之梁

摘 要：隨著時(shí)代的發(fā)展，電力系統(tǒng)的資源及環(huán)境壓力均有顯著提升，為了適應(yīng)用戶(hù)對(duì)供電的要求，相關(guān)人員提出了智能電網(wǎng)的概念。智能電網(wǎng)的運(yùn)行，需要大量的外界數(shù)據(jù)，如何對(duì)其進(jìn)行有效的存儲(chǔ)與應(yīng)用，是當(dāng)前亟需解決的問(wèn)題之一。文章重點(diǎn)介紹了大數(shù)據(jù)的來(lái)源，并詳細(xì)分析了現(xiàn)階段的各種智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理方案，以此為基礎(chǔ)論述了大數(shù)據(jù)在智能電網(wǎng)中的發(fā)展路線(xiàn)。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理；發(fā)展方向

中圖分類(lèi)號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）20-0109-02

1 大數(shù)據(jù)在智能電網(wǎng)中的來(lái)源及其特點(diǎn)

1.1 來(lái)源

1.1.1 按產(chǎn)生原因分類(lèi)

按產(chǎn)生原因?qū)χ悄茈娋W(wǎng)中的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，可以將其分為如下三類(lèi)：

第一，因設(shè)備監(jiān)控而產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)。為了實(shí)時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)各設(shè)備的運(yùn)行狀況，我們?cè)O(shè)置了大量的采集點(diǎn)，一般小型的自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)，即包含十萬(wàn)量級(jí)的采集點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)中心而言，這個(gè)數(shù)據(jù)還會(huì)幾何上升，各子節(jié)點(diǎn)檢測(cè)裝置按規(guī)定編碼方案，將所有采集點(diǎn)采集得到的消息逐級(jí)傳輸至數(shù)據(jù)處理中心，這些數(shù)據(jù)就形成了設(shè)備監(jiān)控大數(shù)據(jù)。第二，因狀態(tài)信息擴(kuò)展而產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)。為了滿(mǎn)足智能電網(wǎng)的調(diào)控需要，除了監(jiān)控設(shè)備能否正常運(yùn)行外，我們還需要提供大量其他的數(shù)據(jù)，如輸變電設(shè)備的絕緣放電信息、周邊輻射干擾信息等，這類(lèi)數(shù)據(jù)的采集頻率往往更高，形成的數(shù)據(jù)量也自然非常之高，這就形成了因狀態(tài)信息的擴(kuò)展而產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)。第三，實(shí)時(shí)變化采樣而產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)。所謂實(shí)時(shí)變化，應(yīng)用于電網(wǎng)系統(tǒng)，指的是電能從產(chǎn)生到消耗完畢，所經(jīng)歷的所有細(xì)節(jié)，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，能全面反映電網(wǎng)的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程，是智能電網(wǎng)進(jìn)行自我學(xué)習(xí)的必要信息。對(duì)整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)變化采樣，必然會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這就是由實(shí)時(shí)變化采樣而產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)。

1.1.2 按產(chǎn)生環(huán)節(jié)分類(lèi)

按產(chǎn)生環(huán)節(jié)對(duì)智能電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，可以將其分為以下三類(lèi)：

第一，電能生產(chǎn)側(cè)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)。對(duì)發(fā)電廠(chǎng)進(jìn)行數(shù)字化智能控制，需要應(yīng)用到生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、專(zhuān)家控制數(shù)據(jù)、故障診斷數(shù)據(jù)，還需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析，這都涉及到海量數(shù)據(jù)的處理及存儲(chǔ)。智能電網(wǎng)系統(tǒng)只有預(yù)先存儲(chǔ)了足夠的相關(guān)數(shù)據(jù)，才能在設(shè)備出現(xiàn)故障、生產(chǎn)需要調(diào)整的時(shí)候有效工作。因此，在對(duì)發(fā)電廠(chǎng)實(shí)行數(shù)字化智能控制時(shí)，必不可少會(huì)出現(xiàn)大數(shù)據(jù)。第二，輸變電側(cè)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)。輸變電是聯(lián)系電能生產(chǎn)方及使用方的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，事實(shí)上智能電網(wǎng)主要的工作點(diǎn)就是保證輸變電側(cè)能夠正常運(yùn)行，這就需要我們采集大量的輸變電側(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)，以供智能電網(wǎng)分析、學(xué)習(xí)所用。統(tǒng)計(jì)顯示，僅對(duì)輸變電側(cè)進(jìn)行相位檢測(cè)，一個(gè)檢測(cè)裝置每天就能采集到0.6 GB的數(shù)據(jù)。第三，用電側(cè)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)。為了保證用戶(hù)有效用電，我們需要獲取用戶(hù)的實(shí)時(shí)用電信息，這必然會(huì)用到智能電表，也必然會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，為了保證用戶(hù)安全用電，我們有必要對(duì)大型電器的工作信息進(jìn)行采集，以合理控制其充放電時(shí)間，這也會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。

1.2 特點(diǎn)

智能電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)，往往具有規(guī)模大、種類(lèi)多、價(jià)值量低、變化頻率小四方面的特點(diǎn)。其中數(shù)據(jù)規(guī)模大、種類(lèi)多主要是因?yàn)椴杉秶鷱V，采集頻率大所致；數(shù)據(jù)價(jià)值密度低，主要是指采集的數(shù)據(jù)中具有實(shí)際價(jià)值的并不多，以設(shè)備監(jiān)控為例，往往只有異常數(shù)據(jù)才表示設(shè)備出現(xiàn)故障，需要處理，而這在監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中所占比例并不多；數(shù)據(jù)變化頻率小主要是因?yàn)樾枰獙?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行迅速處理，以供及時(shí)制定供電策略，直接表現(xiàn)在需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線(xiàn)處理。

在數(shù)據(jù)的處理上，除了需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高速在線(xiàn)處理外，還需要我們保證數(shù)據(jù)的可靠性、真實(shí)性，但大量無(wú)序數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的誤差是無(wú)法完全避免的，因此，智能電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)還具有不可預(yù)測(cè)這一特點(diǎn)，其需求并不確定。

2 大數(shù)據(jù)在智能電網(wǎng)中的技術(shù)應(yīng)用體系及路線(xiàn)圖

大數(shù)據(jù)處理在智能電網(wǎng)運(yùn)行中意義極大，是保證智能電網(wǎng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，然而一方面智能電網(wǎng)中大數(shù)據(jù)生成量極大、生成極頻繁，另一方面智能電網(wǎng)又不同于Internet，具有其獨(dú)特的數(shù)據(jù)性質(zhì)，因此我們不能直接套用目前主流的云計(jì)算等大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。目前在智能電網(wǎng)中涉及到大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)利用的主要技術(shù)，有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳送、處理等幾類(lèi)，現(xiàn)總結(jié)其重點(diǎn)技術(shù)及發(fā)展方向如下。

2.1 傳輸存儲(chǔ)技術(shù)

①數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中廣為應(yīng)用的RAR、ZIP壓縮技術(shù)不同，智能電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)壓縮需要保證壓縮及解壓速度、數(shù)據(jù)先后順序等重要信息，因此需要我們進(jìn)行深入探討。眾多科研人員對(duì)此進(jìn)行了深入研究，其中實(shí)踐性較強(qiáng)的包括：利用濾波器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性整數(shù)變換，配合哈夫曼編碼，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮、解壓；對(duì)火電廠(chǎng)數(shù)據(jù)行二維提升小波處理，進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮；對(duì)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)行參數(shù)化壓縮。

②數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。常規(guī)的分布式文件系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足小型智能電網(wǎng)的運(yùn)行需求，但大型智能電網(wǎng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求更高，就需要我們根據(jù)不同數(shù)據(jù)的性質(zhì)，選擇其他存儲(chǔ)方案。對(duì)存取頻繁、性能要求高的數(shù)據(jù)，應(yīng)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)；對(duì)只讀性、讀取頻繁的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，應(yīng)用并行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)；對(duì)讀取不頻繁、僅需安全保存的歷史數(shù)據(jù)，采用分布式文件存儲(chǔ)系統(tǒng)。鑒于需要分類(lèi)存儲(chǔ)，我們完全可以在智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，引入分級(jí)式存儲(chǔ)技術(shù)。

2.2 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

①實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理技術(shù)。所謂實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，其基礎(chǔ)還是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、超快速處理，云計(jì)算雖然能夠進(jìn)行快速計(jì)算，但存儲(chǔ)、傳送還受到網(wǎng)絡(luò)條件的限制，數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)間得不到保證，因此適用性并不強(qiáng)。以?xún)?nèi)存為存儲(chǔ)媒介的數(shù)據(jù)庫(kù)能夠提供高速讀寫(xiě)服務(wù)，可以適當(dāng)應(yīng)用。另外，數(shù)據(jù)查詢(xún)涉及到索引結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，也需要重點(diǎn)設(shè)計(jì)。

②發(fā)電側(cè)數(shù)據(jù)處理技術(shù)。發(fā)電側(cè)數(shù)據(jù)需要保證實(shí)時(shí)性，抗延遲能力極低，以現(xiàn)在主流的TCP/IP技術(shù)進(jìn)行傳輸容易出現(xiàn)故障，因此需要用到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，應(yīng)用云計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)高速處理。

③輸電側(cè)數(shù)據(jù)處理技術(shù)。輸電側(cè)的數(shù)據(jù)強(qiáng)調(diào)的是全局性，其數(shù)據(jù)必須足夠智能系統(tǒng)進(jìn)行故障處理及自愈，因此控制計(jì)算速度成為其發(fā)展主要方向。在數(shù)據(jù)監(jiān)控上，需要應(yīng)用到細(xì)粒度更高的監(jiān)控系統(tǒng)。

④用電側(cè)數(shù)據(jù)處理技術(shù)。用電側(cè)的關(guān)注重點(diǎn)，在于以最少的投資獲得最大的效益以及最大化用電性?xún)r(jià)比，其發(fā)展方向主要在于發(fā)展配合各種用電器的電量檢測(cè)裝置，保證用電設(shè)備的電能消耗與電網(wǎng)的電能供給相匹配。

3 結(jié) 語(yǔ)

智能電網(wǎng)的正常運(yùn)行關(guān)鍵在于準(zhǔn)確及時(shí)處理海量數(shù)據(jù)，從上面的分析不難看出，其技術(shù)應(yīng)用體系包括數(shù)據(jù)的傳輸、存儲(chǔ)、處理技術(shù)，發(fā)展方向依據(jù)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因、環(huán)節(jié)各有不同。在傳輸上，要求我們保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，在存儲(chǔ)上需要保證不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出，在處理上，需要保證高速、準(zhǔn)確性。

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