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)+”時代的到來，各行各業(yè)都在利用大數(shù)據(jù)來進(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，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)庫采集、文件采集等，同時給介紹了一部分較成熟的數(shù)據(jù)挖掘辦法。同時，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，世界各國為了建立穩(wěn)定且高效的供電系統(tǒng)，都開展了建設(shè)智能電網(wǎng)的工作。在中國，智能電網(wǎng)主要是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各電壓等級電網(wǎng)共同協(xié)調(diào)運(yùn)行的電網(wǎng)為根本，同時，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)通過智能電表對整個電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)的采集、存儲、傳輸、分析和決策。

隨著電網(wǎng)智能化的日益發(fā)展，這就要求電力部門在發(fā)電、輸電、變電、配電、用電及調(diào)度這幾個重要的環(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)年奧巴馬在競選總統(tǒng)時，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。于是電力部門的管理者看準(zhǔn)了這個時代新風(fēng)向，于2013年由中國電機(jī)工程學(xué)會信息化專委會發(fā)布了《中國電力大數(shù)據(jù)發(fā)展白皮書》。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。

一、智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)及特點

大數(shù)據(jù)通常要求滿足以下特征：多樣性（variety）、速度快（velocity）、體量大（volume）、價值大（value），這4個特征簡稱為“4V”。隨著智能電表的普及，現(xiàn)在我們已經(jīng)能過獲得到體量極大的數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)還面臨這價值不高、更新速度較慢、分類混亂等問題。這就要求我們能夠很好地利用統(tǒng)計上的方法，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、挖掘。發(fā)現(xiàn)其中潛在的價值。

二、智能電網(wǎng)的大數(shù)據(jù)處理方法

（一）數(shù)據(jù)采集

因為智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)體量大、數(shù)據(jù)種類繁多、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性較低等特點，這就要求我們在數(shù)據(jù)的采集階段要有針對性地進(jìn)行采集。為了后續(xù)分析處理工作的開展，我們要根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類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、采集報文等數(shù)據(jù)，來進(jìn)行分布式的采集、聚合以及傳輸。

（2）數(shù)據(jù)庫采集

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

（3）文件采集

這種辦法主要是對數(shù)字錄音帶、純文本形式存儲表格數(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)的分析與挖掘是對收集來的數(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的數(shù)據(jù)種類繁多，且變化速度快，因此對數(shù)據(jù)的快速分類和標(biāo)準(zhǔn)化是必要的，否則處理的數(shù)據(jù)將失去時效性。因為以上特點，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)的分析方法來對數(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均值聚類法、C均值聚類算法、分類決策樹算法、深度學(xué)習(xí)算法、Spark-FCM算法等。

尤其對于深度學(xué)習(xí)算法，我們可以通過建模來完成特征選擇、參數(shù)選擇、模型集成等多個流程。在聚類分析中，我們可以由聚類、關(guān)聯(lián)、回歸、分類這4個部分來進(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)載估算及重過載預(yù)警

現(xiàn)狀和需求：

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

應(yīng)用前景：

未來可以根據(jù)智能電表采集來的數(shù)據(jù)，通過分析其中用戶的用電負(fù)荷，通過大數(shù)據(jù)流處理技術(shù)，實時計算出每一個終端的用電負(fù)荷量。同時，根據(jù)電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)，計算出當(dāng)前時間段下，處于重過載狀態(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載狀態(tài)下運(yùn)行的配電設(shè)備的具體位置。

（二）線損計算與分析

現(xiàn)狀和需求：

在智能電表普及之前，電力部門通常都是安排人員對用戶就行抄表，這樣統(tǒng)計上來的數(shù)據(jù)不僅時效性底，而且大致相關(guān)部門不能對用戶的實時負(fù)荷情況進(jìn)行預(yù)測，這樣電力部門就不能對輸電時產(chǎn)生的線損進(jìn)行計算和處理，因此線損一直較大。此外，因為不能實時得知客戶的用電負(fù)荷，所以不能及時地發(fā)現(xiàn)竊電、漏電等行為，由此更增加了線損電量。這也是我國輸配電線損率一直高過其他各國的重要原因。

應(yīng)用前景：

利用分布式存儲技術(shù)，搭建一個實時更新，電網(wǎng)和用戶端互聯(lián)互通的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，我們要能夠?qū)χ悄茈姳斫y(tǒng)計的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、各參數(shù)相互之間的對比及數(shù)據(jù)異常時的報警。同時也能為相關(guān)部門在分析線損、漏電警報及竊點預(yù)警提供源數(shù)據(jù)。

利用分布式計算技術(shù)，將地區(qū)按行政等級分別來進(jìn)行相應(yīng)的實時線損管理與控制，同時根據(jù)不同地區(qū)，不同種類的電網(wǎng)配置分別進(jìn)行實際線損與理論線損的對比及分析，根據(jù)統(tǒng)計的數(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)的時代下，隨著智能電表的普及，未來的電網(wǎng)的數(shù)據(jù)將會呈現(xiàn)幾何倍數(shù)地增長，大數(shù)據(jù)的分析能夠給人們對事物的全新的認(rèn)識，與處理問題更好的辦法，而智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的不斷發(fā)展一定會推動智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，為我們建造智慧城市提供極大的幫助。

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