大數(shù)據(jù)分析在互聯(lián)電網(wǎng)中的應(yīng)用探討

摘 要：針對互聯(lián)電網(wǎng)中電能生產(chǎn)的地域差異以及各區(qū)域電能消耗量不同所產(chǎn)生的問題，提出了面向大型互聯(lián)電網(wǎng)的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，使互聯(lián)電網(wǎng)智能化、節(jié)能化，同時充分實(shí)現(xiàn)該技術(shù)對電力系統(tǒng)中現(xiàn)有存儲數(shù)據(jù)的整合利用，分析了基于大數(shù)據(jù)分析下的互聯(lián)電網(wǎng)模型，同時探討了該技術(shù)在目前所面臨的問題與挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)分析；互聯(lián)電網(wǎng)；電力調(diào)度；新能源并網(wǎng)

引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量行業(yè)對電力穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性要求日益增長，同時，電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和智能化與電網(wǎng)技術(shù)的融合，現(xiàn)在電網(wǎng)發(fā)生了巨大的改變：由單一的、小范圍的電能輸送載體，變?yōu)榱司C合性的具有著強(qiáng)大能源配置能力的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。但是，大型綜合電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也帶來了海量的數(shù)據(jù)：分布更加廣泛，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，數(shù)量也更加龐大。這也給電網(wǎng)互聯(lián)的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

為了解決上述困境，可以引入大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，在現(xiàn)有電力設(shè)備基本不變的基礎(chǔ)上，建立互聯(lián)電網(wǎng)內(nèi)的大數(shù)據(jù)處理平臺，便于資源的調(diào)度優(yōu)化，也便于大型互聯(lián)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 大數(shù)據(jù)分析在互聯(lián)電網(wǎng)應(yīng)用中的理論依據(jù)

1.1 互聯(lián)電網(wǎng)

1978年以后，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶動了大型用電需求增長，為了滿足電源大規(guī)模投產(chǎn)和用電規(guī)模增大的需要，互聯(lián)電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，從城市小電網(wǎng)、區(qū)級電網(wǎng)、省級電網(wǎng)，到現(xiàn)在的全國性互聯(lián)電網(wǎng)。截至2013年9月底，我國形成了華北-華中電網(wǎng)、華東電網(wǎng)、東北電網(wǎng)、西北電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、西藏電網(wǎng)六個同步電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了除臺灣以外的全國電網(wǎng)互聯(lián)。

我們也可以看出互聯(lián)電網(wǎng)的發(fā)展趨勢：（1）考慮到各區(qū)域之間電能產(chǎn)生的差異性，能源優(yōu)化配置的能力應(yīng)不斷增強(qiáng)；（2）大機(jī)組、大電站、大電網(wǎng)共生共存，一旦大型供能機(jī)組出現(xiàn)故障，可能會影響電網(wǎng)的電壓和頻率穩(wěn)定，因此系統(tǒng)的安全性可能性應(yīng)不斷提高；（3）對清潔高效能源并網(wǎng)的配置能力不斷提高[1-3]。

由以上3個發(fā)展趨勢，我們可以看出互聯(lián)電網(wǎng)應(yīng)當(dāng)具有可靠性高、優(yōu)化資源管理、經(jīng)濟(jì)高效、與用戶友好互動的能力。這也對互聯(lián)電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的方式提出了更高的要求，需要系統(tǒng)收集各地區(qū)用戶的用電大數(shù)據(jù)，并分析該地區(qū)用戶的用電特征，進(jìn)行科學(xué)建模，從而進(jìn)一步對該地區(qū)用電進(jìn)行合理的預(yù)測分析。因此，這一系列發(fā)展需求引發(fā)了互聯(lián)電網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)的改革，同時，基于互聯(lián)電網(wǎng)的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)也將應(yīng)運(yùn)而生。

1.2 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

大數(shù)據(jù)無需采用隨即分析，而是對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行同時的分析處理。這樣的處理方式，數(shù)據(jù)多樣、真實(shí)可靠、處理速度快、分析結(jié)果更具有價值。IBM提出，大數(shù)據(jù)分析具有“5V”特征，即兼具Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）、Value（價值）Veracity（真實(shí)性）的五大特征[1]。

大數(shù)據(jù)分析采用分布式架構(gòu)，對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式挖掘和處理。拋棄了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析范圍小、分析能力弱的缺點(diǎn)，從統(tǒng)計學(xué)上講，根據(jù)大量數(shù)據(jù)分析后的預(yù)測更為可靠。

除了分析范圍廣、分析對象數(shù)量大等優(yōu)點(diǎn)，大數(shù)據(jù)分析更是一門在預(yù)測性分析領(lǐng)域廣泛運(yùn)用的學(xué)科。根據(jù)對海量數(shù)據(jù)的分類處理，從而進(jìn)行科學(xué)建模，通過模型帶入新的數(shù)據(jù)，進(jìn)而對未來數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行合理的預(yù)測。

1.3 大數(shù)據(jù)分析在互聯(lián)電網(wǎng)中的應(yīng)用原理

各地區(qū)發(fā)電、用電自身不能平衡，即在本地區(qū)內(nèi)不能完成完全的等式平衡。我國有名的西電東送工程，即將貴州、云南、廣西、四川、內(nèi)蒙古、山西、陜西的電力資源輸送到電力緊缺的廣東、上海、江蘇和京、津、唐地區(qū)。這是由我國的能源分配不均勻的國情所決定的。但是，一些清潔性能源受季節(jié)、氣候的干擾限制，對電網(wǎng)的出力不均。同時，接受電能輸送的省份年用電量或季度用電量存在著較大的差異。那么對于接受方而言，該如何分配可以輸送來的總電能？對于輸送方來說，又怎樣分配每個省在西電東送中貢獻(xiàn)的比例？

此時，我們可以通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，以某個時間段為研究周期，收集各個地區(qū)能源儲藏量、發(fā)電能力以及該地區(qū)各個行業(yè)電能消耗的基本趨勢的數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行匯總、科學(xué)建模，對下一周期的發(fā)輸電進(jìn)行科學(xué)指導(dǎo)。

2 應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)指導(dǎo)電能調(diào)度

各省份、各地區(qū)由于發(fā)電能力和電能消耗的差異，并不能在地區(qū)內(nèi)完全實(shí)現(xiàn)等式約束條件，因此，我們將能源充裕地區(qū)的電能輸送至能源匱乏的地區(qū)。

對于電能匱乏并接受電能輸送的省份而言，可以通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，以五年為依據(jù)，對該省份的工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及居民用電等不同的用電行業(yè)的電能消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷這些行業(yè)用電的特點(diǎn)以及這五年內(nèi)的電能消耗趨勢，根據(jù)這些特點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)建模，對未來一年內(nèi)的用電量進(jìn)行合理預(yù)測，并留出適當(dāng)?shù)脑Ａ勘阌诰o急調(diào)用；對于能源豐富且可以輸送電能的省份而言，根據(jù)該省份傳統(tǒng)能源與清潔能源發(fā)電的比重和能力，對于可再生能源，更要收集當(dāng)?shù)貧夂?、季?jié)的多重數(shù)據(jù)以及不同氣候、季節(jié)下可再生能源受到干擾的大小，對五年來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，建模后科學(xué)預(yù)測該省份未來一年內(nèi)發(fā)電的能力，根據(jù)受方需求指導(dǎo)輸送方進(jìn)行發(fā)電。這樣，各省份間可以進(jìn)行合理的電能調(diào)度，避免了輸送方多余發(fā)電造成的浪費(fèi)或是接受方緊急用電時電能緊張。

2.2 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)指導(dǎo)可再生能源發(fā)電

除此之外，不僅僅在各省的電能調(diào)度中起著指導(dǎo)作用，更能在新興能源發(fā)電并網(wǎng)的過程中有著較為重要的作用。當(dāng)下，人民環(huán)保意識增強(qiáng)，國家倡導(dǎo)新興可再生能源發(fā)電，但是，多數(shù)可再生能源受到自然因素的干擾，對電力系統(tǒng)出力并不穩(wěn)定。此時，可以收集多年氣候季節(jié)數(shù)據(jù)并對其產(chǎn)生的干擾進(jìn)行分析，并對其進(jìn)行建模，由于氣候等自然因素存在著極大的不穩(wěn)定性，可以粗略地對未來的氣候變化進(jìn)行預(yù)測后指導(dǎo)可再生能源發(fā)電并網(wǎng)。

3 大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

將大數(shù)據(jù)分析引入電網(wǎng)調(diào)度，可以大大地發(fā)揮其數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢，以Internet為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)平臺，管理動態(tài)負(fù)荷的均衡和統(tǒng)一，從而使得電網(wǎng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定。

4 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

4.1 大量數(shù)據(jù)收集處理算法的開發(fā)

大數(shù)據(jù)分析是分布式架構(gòu)，需要集成物理上分布廣泛數(shù)量眾多的計算設(shè)備，并要求數(shù)據(jù)的分布式存儲，這些在電力系統(tǒng)的并行算法中有較高的難度。

4.2 負(fù)荷分配算法的開發(fā)

在大數(shù)據(jù)分析技術(shù)中，每一臺計算設(shè)備以及監(jiān)控設(shè)備具有其差異性，需要對每臺計算設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備分配所能處理的任務(wù)。同時，數(shù)據(jù)處理的延遲性需要被考慮在影響因素之內(nèi)。

4.3 算法的安全性

大數(shù)據(jù)分析技術(shù)更需要聽從智能電網(wǎng)的要求，涉及到電網(wǎng)公司、發(fā)電公司、市場監(jiān)管機(jī)構(gòu)和用戶等不同類型的使用者。電能是一個國家的安全命脈，在這些算法中，如何保證該算法的安全可靠性也需要得到解決。

5 結(jié)束語

大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在電力系統(tǒng)潮流分析、信息融合等方面有著極大的發(fā)展?jié)摿?，通過對現(xiàn)有大數(shù)據(jù)技術(shù)的分析，提出了其在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用模式，并提出了在目前階段該技術(shù)在互聯(lián)電網(wǎng)中所面臨的的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)

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[2]董立平，王棟梁，馮景.大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)圖譜[J].高性能計算技術(shù)，2014.

[3]黃珂.網(wǎng)格平臺下電力系統(tǒng)潮流并行算法的實(shí)現(xiàn)[D].四川：電子科技大學(xué)，2006.