大數(shù)據(jù)、云計(jì)算在電力工業(yè)中的應(yīng)用

李如初，沈名龍，彭海棠

（中國(guó)廣核電力股份有限公司信息技術(shù)中心防城港分部，廣西 防城港 538001）

1 引言

按照全球數(shù)據(jù)公司（IDC）的預(yù)測(cè)，當(dāng)前每年新數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)速度高達(dá) 50%，簡(jiǎn)而言之，每?jī)赡陻?shù)據(jù)運(yùn)用數(shù)量就翻一倍，意味著大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。隨著數(shù)據(jù)的爆炸式增長(zhǎng)，在世界范圍內(nèi)，各行各業(yè)都發(fā)生著巨大變革，作為全球第二大基礎(chǔ)能源體系，我國(guó)電力工業(yè)也步入了大數(shù)據(jù)時(shí)代，各個(gè)部門、各個(gè)環(huán)節(jié)（電網(wǎng)、發(fā)電、輸電、配電、用電等）均已拉開電力大數(shù)據(jù)的大幕。然而，鑒于我國(guó)電力工業(yè)涉及的管理面廣，不單包含實(shí)際生產(chǎn)、具體銷售、生產(chǎn)調(diào)度、企業(yè)財(cái)務(wù)等方面，還囊括了生產(chǎn)安全、管理計(jì)劃、規(guī)章制度等諸多方面，在大數(shù)據(jù)時(shí)代，對(duì)于電力工業(yè)中的管理服務(wù)器與數(shù)據(jù)服務(wù)器計(jì)算能力提出了更高要求。其中，“大數(shù)據(jù)技術(shù)”與“云計(jì)算”憑借著對(duì)數(shù)據(jù)處理及管理分類的高安全性、高可靠性、高時(shí)效性的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在電力工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，本文在詳細(xì)闡述大數(shù)據(jù)與云計(jì)算概念的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地分析了大數(shù)據(jù)、云計(jì)算在電力工業(yè)中的應(yīng)用，希望有助于拓展今后電力工業(yè)應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的發(fā)展范圍。

2 大數(shù)據(jù)概述

大數(shù)據(jù)英譯為“big data”，其定義是指資料或者數(shù)據(jù)的數(shù)量已經(jīng)不能夠用現(xiàn)階段主流軟件進(jìn)行分析，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)收集、管理、分析、總結(jié)為有助于企業(yè)管理者實(shí)施決定的數(shù)據(jù)信息。大數(shù)據(jù)表現(xiàn)出的特征主要為大量、多樣、高速、價(jià)值。而“大數(shù)據(jù)技術(shù)”是伴隨著信息化產(chǎn)業(yè)、計(jì)算機(jī)技術(shù)而出現(xiàn)的一種能夠有效收集、處理、分析、整理海量數(shù)據(jù)的手段，并且呈現(xiàn)出高水平的決策、發(fā)現(xiàn)及調(diào)配功能?！按髷?shù)據(jù)技術(shù)”不僅是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的科技性產(chǎn)物，更是人類改造自然的智慧結(jié)晶?，F(xiàn)階段，“Hadoop分布式”系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)主要由Apache基金會(huì)所創(chuàng)建，也是應(yīng)用最為廣泛的處理大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)架構(gòu)。

3 云計(jì)算概述

在互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)對(duì)海量數(shù)據(jù)計(jì)算與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求的背景下，云計(jì)算作為一種嶄新的分布式計(jì)算模式應(yīng)運(yùn)而生。云計(jì)算聚集了海量、分布、異構(gòu)的資源，滿足了客戶對(duì)資源存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)計(jì)算的高伸縮性、高性能、高可用性的要求。同時(shí)，云計(jì)算采用虛擬化技術(shù)等手段盡可能地滿足客戶各種需求，防止發(fā)生資源浪費(fèi)及惡性競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)一步增強(qiáng)了資源的利用效率。另外，云計(jì)算還具備高水平的均衡橫向伸縮和動(dòng)態(tài)負(fù)載的能力，換句話說(shuō)，就是在運(yùn)行過(guò)程中云計(jì)算支持向“數(shù)據(jù)中心”增加新的節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)把一些負(fù)載轉(zhuǎn)移至新增節(jié)點(diǎn)處，且確保節(jié)點(diǎn)間的負(fù)載不會(huì)出現(xiàn)失衡現(xiàn)象，進(jìn)一步提升了電力系統(tǒng)整個(gè)業(yè)務(wù)承載水平。在云計(jì)算環(huán)境當(dāng)中，資源主要被安排成以“數(shù)據(jù)中心”作為基本形式。其中，數(shù)據(jù)中心囊括了成千上萬(wàn)的節(jié)點(diǎn)，且這些節(jié)點(diǎn)利用高速網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相互聯(lián)系，一起給客戶提供數(shù)據(jù)計(jì)算及資源存儲(chǔ)的服務(wù)。

4 大數(shù)據(jù)及云計(jì)算在電力工業(yè)中的應(yīng)用

4.1 不同環(huán)節(jié)電力數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)的應(yīng)用

在電力工業(yè)中應(yīng)用“大數(shù)據(jù)技術(shù)”，主要目的是精準(zhǔn)預(yù)測(cè)不同環(huán)節(jié)中的電力數(shù)據(jù)，如發(fā)電、配電、輸電等，然后對(duì)數(shù)據(jù)開展針對(duì)性的分析，最后以直觀、可視化的數(shù)據(jù)形式呈現(xiàn)在人們面前。以“大數(shù)據(jù)技術(shù)”應(yīng)用在預(yù)測(cè)電力系統(tǒng)負(fù)荷為例，在電力管理和配電管理體系中，電力負(fù)荷預(yù)測(cè)是一個(gè)十分關(guān)鍵性的組成部分，工作核心主要是在收集大量歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立起科學(xué)、合理的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模型，開展諸多實(shí)踐研究，最終探究出電力負(fù)荷變化趨勢(shì)?！按髷?shù)據(jù)技術(shù)”應(yīng)用在預(yù)測(cè)電力系統(tǒng)負(fù)荷的主要工作步驟：收集、選取一定量的歷史電力負(fù)荷數(shù)據(jù)；預(yù)處理電力負(fù)荷數(shù)據(jù)以及整理歷史資料；搭建起科學(xué)的電力負(fù)荷預(yù)測(cè)模型；選取正確算法；實(shí)施電力負(fù)荷預(yù)測(cè)。電力“大數(shù)據(jù)技術(shù)”滿足電力數(shù)據(jù)的飛速增長(zhǎng)，滿足各專業(yè)工作的需要，滿足提高電力工業(yè)發(fā)展及服務(wù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

例如，利用電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷變化規(guī)律進(jìn)行細(xì)化分析。針對(duì)某地夏季電網(wǎng)日負(fù)荷變化規(guī)律進(jìn)行分析，重點(diǎn)是夏季短期負(fù)荷預(yù)測(cè)。

圖1為A市場(chǎng)一周的負(fù)荷曲線，可以看出工作日電網(wǎng)負(fù)荷變化曲線比較相似，周六、周日要稍低一些，這是因?yàn)殡娏ω?fù)荷與工業(yè)用電、居民生活用電相關(guān)性較高。

圖1 A市一周（2017年7 月9—15 日）負(fù)荷曲線

圖2是該市一天的負(fù)荷曲線，可以看出一天的負(fù)荷變化具有一定的規(guī)律性，一般0點(diǎn)之后電網(wǎng)負(fù)荷開始減少，3—4點(diǎn)達(dá)到最低值，6點(diǎn)之后開始快速上升，雖然節(jié)假日會(huì)有所不同，但大體走勢(shì)保持一致。

圖2 A 市7 月1 日負(fù)荷曲線

4.2 管理電力能源的應(yīng)用

將“大數(shù)據(jù)技術(shù)”應(yīng)用在電力能源管理中，不僅有助于有效清潔能源，而且有助于有效控制能源消耗量。這一舉措在建設(shè)現(xiàn)代化、科技化、智能化的電網(wǎng)工程項(xiàng)目以及維護(hù)電網(wǎng)正常、穩(wěn)定、安全運(yùn)行中具有十分關(guān)鍵的意義。以北京東方中科集成有限公司為例，該公司針對(duì)客戶提供電力產(chǎn)品銷售、電力計(jì)量校準(zhǔn)業(yè)務(wù)、后期電力維修維護(hù)等業(yè)務(wù)，已經(jīng)將“大數(shù)據(jù)技術(shù)”應(yīng)用在電力能源管理中，如收集、分析測(cè)試機(jī)車過(guò)程中的電力信號(hào)源及數(shù)據(jù)，電子的測(cè)量行業(yè)，分析生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)，電力新能源應(yīng)用等方面。

4.3 挖掘電力數(shù)據(jù)的應(yīng)用

數(shù)據(jù)挖掘又稱為知識(shí)發(fā)現(xiàn)，是通過(guò)分析每個(gè)數(shù)據(jù)，從大量數(shù)據(jù)中尋找其規(guī)律的技術(shù)。利用大數(shù)據(jù)可對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分析，加工成有用的數(shù)據(jù)，進(jìn)而全面掌控企業(yè)業(yè)務(wù)。將“大數(shù)據(jù)技術(shù)”應(yīng)用在電力工業(yè)的數(shù)據(jù)挖掘中，主要是為了探尋出電力數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，一方面有助于歸納與分析相關(guān)電力業(yè)務(wù)情況，另一方面有助于探尋出應(yīng)用性較高的電力數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)有效控制相關(guān)電力業(yè)務(wù)。另外，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，電力數(shù)據(jù)隨之呈現(xiàn)出爆炸式的增長(zhǎng)趨勢(shì)，進(jìn)一步提升了挖掘電力數(shù)據(jù)的難度。將“大數(shù)據(jù)技術(shù)”應(yīng)用在挖掘電力工業(yè)數(shù)據(jù)中的主要工作步驟：分解電力業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)；備份電力數(shù)據(jù)；搭建起科學(xué)的電力挖掘數(shù)據(jù)模型；數(shù)據(jù)評(píng)估及數(shù)據(jù)部署。

大數(shù)據(jù)采集計(jì)算所需MapReduce算法架構(gòu)，即先映射為小的計(jì)算單元，再整合所有的計(jì)算結(jié)果。之前的一些數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)不一定能夠方便地嵌入MapReduce框架中，有些算法需要調(diào)整后才可使用。所以在單個(gè)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的計(jì)算仍然需要采用一些數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。大數(shù)據(jù)側(cè)重?cái)?shù)據(jù)的復(fù)雜性，看淡精確性；分析全面的數(shù)據(jù)而非抽樣個(gè)體；側(cè)重分析數(shù)據(jù)的相關(guān)性而非因果關(guān)系。

4.4 數(shù)據(jù)計(jì)算的應(yīng)用

將“云計(jì)算”應(yīng)用到電力工業(yè)系統(tǒng)中，一方面，云計(jì)算可以按照實(shí)際應(yīng)用的需求自動(dòng)轉(zhuǎn)換所要存儲(chǔ)的資源，另一方面，還能夠把電網(wǎng)正在運(yùn)行的節(jié)點(diǎn)與單一運(yùn)算遷移到計(jì)算機(jī)的云計(jì)算系統(tǒng)中，最后全部交由“云”進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。電力工業(yè)系統(tǒng)中通過(guò)運(yùn)用“云計(jì)算”不僅能夠獲得較強(qiáng)的數(shù)據(jù)計(jì)算水平及資源存儲(chǔ)量，而且在很大程度上加強(qiáng)了電力工業(yè)系統(tǒng)的整體計(jì)算水平。

2013年江蘇省電力公司率先開展了大數(shù)據(jù)智能分析系統(tǒng)建設(shè)，采用Hadoop分布式批處理技術(shù)，建立包括電量、電力負(fù)荷、地理信息、氣象數(shù)據(jù)等在內(nèi)的多維度數(shù)據(jù)分析模型，開發(fā)了對(duì)數(shù)據(jù)分析結(jié)果的可視化展示界面，初步實(shí)現(xiàn)了電力看經(jīng)濟(jì)、電力看民生、用戶用電行為分析3個(gè)方面的應(yīng)用。

4.5 服務(wù)云層不同結(jié)構(gòu)層次的應(yīng)用

圖 3是云計(jì)算應(yīng)用在電力工業(yè)系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)層次，基礎(chǔ)設(shè)施云層、基礎(chǔ)管理層、應(yīng)用接口層以及協(xié)同工作云層共同組成了電力工業(yè)系統(tǒng)的云計(jì)算結(jié)構(gòu)層次。其中，基礎(chǔ)設(shè)施云層主要包括基礎(chǔ)軟件與基礎(chǔ)硬件，在電力系統(tǒng)中屬于存儲(chǔ)基礎(chǔ)部分；基礎(chǔ)管理層主要包括數(shù)據(jù)管理與工程管理；應(yīng)用接口層以友好的用戶界面為用戶提供所需的各項(xiàng)應(yīng)用軟件和服務(wù)；協(xié)同工作云層主要包括協(xié)同管理、協(xié)同組織、即時(shí)通信，主要給云計(jì)算提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

圖3 電力工業(yè)系統(tǒng)中云計(jì)算結(jié)構(gòu)層次

4.6 分級(jí)管理的應(yīng)用

電力工業(yè)系統(tǒng)中的云計(jì)算分級(jí)管理主要是利用電網(wǎng)組建起“主云”與“子云”，開展資源分配與權(quán)限設(shè)置。正常情況下，云計(jì)算某一級(jí)電網(wǎng)通常從上一級(jí)子云中獲得相應(yīng)的資源。一旦發(fā)生緊急情況，便能夠利用緊急調(diào)度獲得其他不同級(jí)別的資源。在電力系統(tǒng)云計(jì)算中，如果出現(xiàn)多個(gè)任務(wù)請(qǐng)求，就會(huì)產(chǎn)生分配任務(wù)與提交機(jī)制，這一做法主要是為了防止出現(xiàn)信息堵塞和資源不足。在電力工業(yè)系統(tǒng)中應(yīng)用云計(jì)算，主要是基于電網(wǎng)級(jí)別分類、緊急性實(shí)行任務(wù)分級(jí)管理。這主要是因?yàn)殡娏I(yè)具有巨大的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及廣泛的分布范圍，當(dāng)所有請(qǐng)求全部提交到云計(jì)算總中心時(shí)，必定會(huì)出現(xiàn)信息堵塞，只有采取任務(wù)分級(jí)管理，才能有效地避免。層次清晰的分級(jí)管理層同時(shí)還采用了級(jí)別設(shè)定的手段，進(jìn)一步實(shí)施“主云”與“子云”的訪問(wèn)以及資源分配，最終形成了科學(xué)化、合理化的電力工業(yè)云計(jì)算系統(tǒng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，作為我國(guó)一項(xiàng)非常關(guān)鍵的基礎(chǔ)性能源產(chǎn)業(yè)，電力工業(yè)如何能夠更好地將“大數(shù)據(jù)技術(shù)”與“云計(jì)算”應(yīng)用到電力行業(yè)當(dāng)中，對(duì)于今后社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展、國(guó)家穩(wěn)定發(fā)展、電力工業(yè)穩(wěn)定發(fā)展呈現(xiàn)出十分關(guān)鍵的意義。因此，系統(tǒng)地分析“大數(shù)據(jù)技術(shù)”與“云計(jì)算”在電力工業(yè)中的應(yīng)用，探究電力工業(yè)中電力大數(shù)據(jù)信息，有利于今后電力工業(yè)能夠不斷拓展業(yè)務(wù)范疇，更好地為用戶服務(wù)，對(duì)于最終實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)長(zhǎng)期、和諧發(fā)展具有十分重要的作用。

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