試析電力自動(dòng)化系統(tǒng)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用

李玥贇

引言

電力系統(tǒng)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用是基于云平臺(tái)開(kāi)放的結(jié)構(gòu)化管理模式，在自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)初期，我們就希望擁有一套完善的管理平臺(tái)，能夠代替人在處理各類不同數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果的干預(yù)及智能化管理。在常規(guī)自動(dòng)化平臺(tái)建設(shè)的時(shí)候，我們會(huì)考慮平臺(tái)的硬件投資，軟件開(kāi)發(fā)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。同樣，云平臺(tái)建設(shè)也需要硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)的支持，但是相對(duì)常規(guī)自動(dòng)化平臺(tái)，云平臺(tái)可以減少整體平臺(tái)的建設(shè)及運(yùn)營(yíng)成本，為企業(yè)帶來(lái)不可估量的效益。云平臺(tái)的分層管理思路，我們可以簡(jiǎn)單的把云平臺(tái)想象成由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層構(gòu)成的無(wú)限擴(kuò)容的云。云平臺(tái)建設(shè)是為解決人與設(shè)備之間的比例不平衡問(wèn)題而誕生的產(chǎn)物。

1 電力自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)模概述

電力系統(tǒng)的發(fā)展是全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的映照，全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要是資本市場(chǎng)對(duì)于能源市場(chǎng)的有效開(kāi)發(fā)、管理、經(jīng)營(yíng)，隨著石油產(chǎn)業(yè)的日趨明朗，煤炭產(chǎn)業(yè)也逐步持續(xù)升溫，煤炭?jī)r(jià)格走勢(shì)上升，直接影響了國(guó)內(nèi)外各產(chǎn)品生產(chǎn)、加工產(chǎn)業(yè)的成本投入，造成物價(jià)經(jīng)濟(jì)上漲。國(guó)內(nèi)主要的電力能源還以火力發(fā)電為主，雖然風(fēng)力、水力、光伏、核能發(fā)電等均有市場(chǎng)份額上升趨勢(shì)，但依舊無(wú)法與常規(guī)火力發(fā)電規(guī)?？购?，所需的煤炭能源也只會(huì)更多。并且輸配電系統(tǒng)隨著人類對(duì)荒地、電力高速列車、產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、發(fā)展起著決定性因素，輸配電網(wǎng)也便于接入各類發(fā)電系統(tǒng)，變配電站數(shù)量會(huì)越來(lái)越多，變配電網(wǎng)會(huì)越來(lái)越大，地域分布也會(huì)越來(lái)越廣，所需的電力專業(yè)人才也會(huì)增加。建設(shè)一個(gè)變配電站最快只需要3個(gè)月，而培養(yǎng)一個(gè)合格的電力專業(yè)人才需要2～3年，這樣的結(jié)果是站所比例與運(yùn)維人員的嚴(yán)重失衡，怎樣解決這個(gè)問(wèn)題是電力自動(dòng)化系統(tǒng)多年來(lái)的主要任務(wù)。

2 云平臺(tái)與常規(guī)自動(dòng)化平臺(tái)的比較

云平臺(tái)的分層管理思路，可以簡(jiǎn)單的把云平臺(tái)想象成由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層構(gòu)成的無(wú)限擴(kuò)容的云。

采集層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)控、傳輸，可以通過(guò)現(xiàn)有微機(jī)保護(hù)裝置、自動(dòng)控制裝置、溫度傳感器、高壓開(kāi)關(guān)柜狀態(tài)顯示器、環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器等設(shè)備，將電力自動(dòng)化系統(tǒng)所需要的電氣量，數(shù)字量，開(kāi)關(guān)量進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，同時(shí)通過(guò)WIFI網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、或者物理路由等方式完成數(shù)據(jù)傳輸工作，而這些設(shè)備需支持現(xiàn)有國(guó)際網(wǎng)絡(luò)IPV6/IPV4/GPRS通訊規(guī)約的標(biāo)準(zhǔn)。

數(shù)據(jù)處理層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)、處理、分析，首先需要一臺(tái)擁有公網(wǎng)IP地址的服務(wù)器作為數(shù)據(jù)接收服務(wù)器，數(shù)據(jù)接收服務(wù)器再將云平臺(tái)內(nèi)的局域網(wǎng)服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)域連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)業(yè)務(wù)，每臺(tái)服務(wù)器形成數(shù)據(jù)立方，或者稱為數(shù)據(jù)矩陣，利用網(wǎng)絡(luò)端存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)或者科研機(jī)構(gòu)發(fā)布的最新研究成果進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)工作，完成大數(shù)據(jù)分析，將最終的分析結(jié)果發(fā)布到云端，或者進(jìn)行結(jié)果數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，以備大數(shù)據(jù)的循環(huán)處理分析。

數(shù)據(jù)最終到達(dá)應(yīng)用層，應(yīng)用層負(fù)責(zé)對(duì)結(jié)果的管理、集成、應(yīng)用。輸出到調(diào)度監(jiān)控計(jì)算機(jī)、值班人員遠(yuǎn)程操作計(jì)算機(jī)、設(shè)備廠家終端、設(shè)備運(yùn)管單位終端、能夠以綜合展示平臺(tái)來(lái)進(jìn)行查閱，WEB網(wǎng)頁(yè)、手機(jī)終端、執(zhí)法人員、環(huán)境監(jiān)測(cè)管理單位、其他相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)均可實(shí)時(shí)、快捷的調(diào)用結(jié)果數(shù)據(jù)，并且不受地理位置限制，而且平臺(tái)化管理，也保證了數(shù)據(jù)的安全可靠性，對(duì)于權(quán)限的分級(jí)管理，可以有效防止外來(lái)入侵。

這些都是常規(guī)自動(dòng)化平臺(tái)所不具備的，一套常規(guī)自動(dòng)化平臺(tái)，經(jīng)常會(huì)因?yàn)樽冸娬驹O(shè)備廠家不同，使用的設(shè)備自動(dòng)化程度不統(tǒng)一，甚至有些設(shè)備不具備通訊功能或者與自動(dòng)化平臺(tái)所使用的通訊模式、通訊規(guī)約不兼容，導(dǎo)致的各類自動(dòng)化設(shè)備故障無(wú)法及時(shí)監(jiān)控，最終發(fā)生大規(guī)模的電氣設(shè)備故障。而各個(gè)設(shè)備廠家可能會(huì)為了保有自家產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率，設(shè)計(jì)使用非標(biāo)準(zhǔn)通訊規(guī)約或內(nèi)部通訊規(guī)約，這都大大制約了電力自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展，作為設(shè)備運(yùn)管單位，更希望看到的是一個(gè)統(tǒng)一、穩(wěn)定、高效的管理平臺(tái)，能夠減少平臺(tái)故障對(duì)生產(chǎn)的影響及限制，并具有一定的開(kāi)放性。

3 大數(shù)據(jù)如何運(yùn)用

如何運(yùn)用大數(shù)據(jù)，取決于云平臺(tái)的開(kāi)放程度。常規(guī)的電力自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)是相對(duì)獨(dú)立的，電力企業(yè)也不希望眾多的數(shù)據(jù)被其他競(jìng)爭(zhēng)企業(yè)獲取，這就需要在建設(shè)云平臺(tái)時(shí)對(duì)平臺(tái)數(shù)據(jù)的開(kāi)放性進(jìn)行評(píng)估?，F(xiàn)以某10 kV變電站為例進(jìn)行分析，一般情況下這個(gè)站所具備母線、受電、電壓互感器、配出電機(jī)、配出變壓器，這些設(shè)備通過(guò)微機(jī)保護(hù)裝置或自動(dòng)控制裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，收集的數(shù)據(jù)包括母線電壓、母線頻率、單開(kāi)路負(fù)荷電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、保護(hù)裝置自檢信息、保護(hù)功能信息、開(kāi)關(guān)電氣位置、小車位置、地刀位置、開(kāi)關(guān)柜溫度、濕度等信息，如果一個(gè)站將全部數(shù)據(jù)納入數(shù)據(jù)庫(kù)管理，可產(chǎn)生兩千條點(diǎn)位信息。一個(gè)110 kV電網(wǎng)按照一個(gè)110 kV變電站加3～5個(gè)10 kV變電站，一個(gè)小型電網(wǎng)可產(chǎn)生一萬(wàn)多條點(diǎn)位信息。服務(wù)器還需要將電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)量按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記錄，如一分鐘采樣、五分鐘采樣、一小時(shí)采樣，每日的信息量可產(chǎn)生十萬(wàn)條點(diǎn)位信息，一個(gè)100站電網(wǎng)自動(dòng)化平臺(tái)容納的數(shù)據(jù)量每日可達(dá)到兩百萬(wàn)條信息，如果使用人工進(jìn)行數(shù)據(jù)的分發(fā)、整理、分析，不可能有效的對(duì)每一條數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的解讀。通過(guò)建立大數(shù)據(jù)云平臺(tái)分析系統(tǒng)，可以將數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，分別進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，在監(jiān)控終端只顯示處理過(guò)的結(jié)果。比如某站一條母線失壓故障，常規(guī)自動(dòng)化系統(tǒng)報(bào)出幾千條數(shù)據(jù)，而通過(guò)云平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)采樣值規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，輸出到調(diào)度監(jiān)控后臺(tái)只有一條帶有時(shí)標(biāo)的某變電站某段母線失壓的信息，并且通過(guò)短信、微信等即時(shí)通訊APP通知相關(guān)管理運(yùn)維人員，第一時(shí)刻展開(kāi)電力搶修工作，有效開(kāi)展設(shè)備維修。

通過(guò)建立云平臺(tái)大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)多電源潮流變化。發(fā)電廠與配電站間通過(guò)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，出現(xiàn)潮流變化后，調(diào)度員不能及時(shí)掌握電網(wǎng)潮流變化，而下達(dá)倒負(fù)荷命令，可能導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)部電力供需的不平衡，導(dǎo)致電網(wǎng)潮流引起的電網(wǎng)瓦解，崩潰，最終產(chǎn)生巨額的經(jīng)濟(jì)損失。云平臺(tái)通過(guò)對(duì)采集的電網(wǎng)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在電網(wǎng)潮流發(fā)生變化后，可以及時(shí)通知調(diào)度員，并且智能的電網(wǎng)專家?guī)旖７治鲕浖梢粤⒓磁袛喑鲭娋W(wǎng)內(nèi)電能供需平衡所需切除的機(jī)組量或負(fù)荷量，再通過(guò)安全穩(wěn)定控制裝置進(jìn)行邏輯運(yùn)算，達(dá)到精度更高的電網(wǎng)穩(wěn)定控制，在小范圍內(nèi)解除并網(wǎng)設(shè)備，減少經(jīng)濟(jì)損失。

大數(shù)據(jù)開(kāi)放后的安全管理是云平臺(tái)建立的重中之重，一個(gè)平臺(tái)整合了所有不同廠家、不同批次的設(shè)備監(jiān)控，在各級(jí)監(jiān)控過(guò)程中，如果數(shù)據(jù)遭到外部入侵，可能導(dǎo)致大數(shù)據(jù)分析錯(cuò)誤，造成設(shè)備損壞或電網(wǎng)瓦解，在云平臺(tái)建立之初，需要為云平臺(tái)使用的開(kāi)發(fā)軟件進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)，包括通訊接口設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、應(yīng)用、開(kāi)發(fā)軟件、甚至設(shè)備的可控范圍進(jìn)行研究，通過(guò)多行業(yè)的介入，將一些通訊程序固化到硬件設(shè)備，使用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)共享平臺(tái)達(dá)到文件包的數(shù)據(jù)加密，設(shè)備與設(shè)備之間只通過(guò)固化的安全碼進(jìn)行互聯(lián)互通，而其他設(shè)備或軟件雖能夠使用相同的軟件，但無(wú)法接入電網(wǎng)設(shè)備，有效的保證了云數(shù)據(jù)的安全性。并且設(shè)備安全碼會(huì)隨著時(shí)間的變化，只允許在本地設(shè)備上實(shí)時(shí)變更裝置運(yùn)行參數(shù)，不能通過(guò)個(gè)人或遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行參數(shù)修改，達(dá)到設(shè)備安全監(jiān)管的效果。

云平臺(tái)的硬件空間獨(dú)立且共享。當(dāng)搭建了一套云平臺(tái)，所需的硬件設(shè)備比常規(guī)自動(dòng)化管理平臺(tái)少，常規(guī)自動(dòng)化管理平臺(tái)需要按照站所多少分別建設(shè)相應(yīng)的子平臺(tái)，所需服務(wù)器配置較高，但實(shí)際服務(wù)器利用率只有30%左右，服務(wù)器的價(jià)格也相對(duì)云平臺(tái)昂貴。一套云平臺(tái)只需要數(shù)據(jù)接收的一臺(tái)或多臺(tái)主服務(wù)器，配合多功能分發(fā)處理服務(wù)器機(jī)組，并配備一套硬盤共享服務(wù)器即可完成整個(gè)平臺(tái)的搭建，變電站內(nèi)任何一臺(tái)可以連接互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)終端、辦公計(jì)算機(jī)（配置一般，成本較低）只要配置隔離的個(gè)人權(quán)限賬戶，便可對(duì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、維護(hù)，不需要大量的重復(fù)安裝平臺(tái)運(yùn)行軟件，數(shù)據(jù)庫(kù)軟件等，從而節(jié)省軟件成本和人力資源，一次性建設(shè)，使用周期長(zhǎng)，因?yàn)橛蟹€(wěn)定的軟件基礎(chǔ)，可以對(duì)平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，減少平臺(tái)高軟或功能性軟件開(kāi)發(fā)難度及開(kāi)發(fā)成本。

4 如何順應(yīng)電力自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

電力自動(dòng)化系統(tǒng)向云平臺(tái)的發(fā)展是大勢(shì)所趨，隨著人們生活水平的提高，生產(chǎn)力水平的智能化，科技發(fā)展的民生應(yīng)用，能源管控必然成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。電力行業(yè)走向智能化平臺(tái)管理是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，全球能源系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化，平臺(tái)化、網(wǎng)絡(luò)化的管理思路及智慧電網(wǎng)、智慧城市的概念正不斷的、清晰的展現(xiàn)在人們的面前。誰(shuí)能夠邁出科技創(chuàng)新的第一步，誰(shuí)就可能成為世界能源經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)中最先盈利的領(lǐng)頭羊，讓電網(wǎng)更堅(jiān)強(qiáng)，讓能源更節(jié)約，是每一個(gè)能源公司都應(yīng)趕上的潮流，正如互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響一樣。