大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)發(fā)展中的應(yīng)用研究

摘要：大數(shù)據(jù)為智能電網(wǎng)的發(fā)展提供了新的探索路徑和應(yīng)用模塊，掌握電力大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)對(duì)電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建立具有重要意義。該文闡述了智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的基本概念，分析了國(guó)內(nèi)外智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)研究現(xiàn)狀，理清了智能電網(wǎng)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)特征，突出了大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)發(fā)展中的實(shí)踐意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值，最后提出了智能電網(wǎng)中大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景與技術(shù)支撐，為業(yè)界學(xué)術(shù)人士和智能電網(wǎng)建設(shè)實(shí)踐提供一定參考。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)分析；數(shù)據(jù)處理；應(yīng)用領(lǐng)域

0 引言

智能電網(wǎng)是電力企業(yè)進(jìn)入二十一世紀(jì)后，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定與可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展的客觀需求與必然趨勢(shì)。智能電網(wǎng)的改造與新建，實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)技術(shù)，如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息通信技術(shù)、預(yù)警技術(shù)、機(jī)械控制技術(shù)等在電力工程建設(shè)中的有效應(yīng)用，促進(jìn)了電力系統(tǒng)各部分運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性、安全性、高效性、經(jīng)濟(jì)性、生態(tài)環(huán)保性的提升。而隨著智能電網(wǎng)建立力度的不斷增強(qiáng)，電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性提升，相關(guān)數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)出多樣化、大規(guī)?；l(fā)展，從而對(duì)職能電網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力提出了更高需求。如何實(shí)現(xiàn)處理的科學(xué)處理成為電力企業(yè)發(fā)展智能電網(wǎng)建設(shè)關(guān)注與研究的重點(diǎn)問(wèn)題。而大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用與推廣，為這一問(wèn)題的處理與改進(jìn)，提供了思路，指明了方向。鑒于此，有必要智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)類型與特征，明確智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，為智能電網(wǎng)改造與新建中大數(shù)據(jù)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用提供有益參考，促進(jìn)我國(guó)電力事業(yè)優(yōu)化發(fā)展。

1 智能電網(wǎng)中大數(shù)據(jù)的基本概念

1.1 智能電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)類型

在智能電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，所產(chǎn)生與應(yīng)用的大數(shù)據(jù)大致可分為“電網(wǎng)運(yùn)行與設(shè)備檢測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)”、“電力企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理數(shù)據(jù)”與“電力企業(yè)營(yíng)銷數(shù)據(jù)”三種類型。根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)在結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行劃分，智能代表的電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)又分為“結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)”與“非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)”兩種類型。其中結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要是指：智能電網(wǎng)中由二維表結(jié)構(gòu)邏輯進(jìn)行表現(xiàn)與表達(dá)的數(shù)據(jù)，錯(cuò)存儲(chǔ)于在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，包括電網(wǎng)調(diào)度工作中產(chǎn)生與應(yīng)用的數(shù)據(jù)、電力系統(tǒng)控制過(guò)程中所應(yīng)用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等；而非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要是指在數(shù)據(jù)庫(kù)二維邏輯不便進(jìn)行具體表現(xiàn)與表達(dá)的數(shù)據(jù)，如視頻檢測(cè)數(shù)據(jù)[1]。據(jù)IDC（Internet Data Center，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）調(diào)查顯示：現(xiàn)階段，在電力企業(yè)中非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)已經(jīng)占據(jù)總數(shù)據(jù)的百分之八十左右，數(shù)據(jù)指數(shù)增長(zhǎng)達(dá)到百分之六十，成為智能電網(wǎng)中數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。

1.2 智能電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)特征

數(shù)據(jù)規(guī)模大（volume）、數(shù)據(jù)類型繁多（（variety）、數(shù)據(jù)價(jià)值密度低（value）以及數(shù)據(jù)處理速度快（velocity）是智能電網(wǎng)中大數(shù)據(jù)所具有的主要特征，被稱之為“4V”特征。

數(shù)據(jù)規(guī)模大特征主要體現(xiàn)在：智能電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)級(jí)別等到提升，產(chǎn)生與存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量大幅度增多。例如，在智能電網(wǎng)常規(guī)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（Supervisory Control And Data Acquisition，簡(jiǎn)稱SCADA系統(tǒng)）中，如果配置一萬(wàn)個(gè)遙測(cè)點(diǎn)，在數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視過(guò)程中，采集的時(shí)間間隔為3～4秒，則產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可達(dá)到一年1.03TB。

數(shù)據(jù)類型繁多特征主要體現(xiàn)在：隨著電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的不斷拓展、電網(wǎng)種類的不斷增多，各類非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（歷史數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)等）、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（電力企業(yè)人力資源數(shù)、工作情況統(tǒng)計(jì)表等）以及結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)日漸增多，數(shù)據(jù)要求增多。

數(shù)據(jù)價(jià)值密度低特征主要體現(xiàn)在：數(shù)據(jù)規(guī)模的增多，使有價(jià)值的數(shù)據(jù)所在比重減少。例如，在智能電網(wǎng)輸變電設(shè)備運(yùn)行監(jiān)督與管控中，連續(xù)不間斷監(jiān)視所得到的數(shù)據(jù)，絕大多數(shù)數(shù)據(jù)為無(wú)用數(shù)據(jù)，有價(jià)值的數(shù)據(jù)極少，可能僅為1～2s，用于為智能電網(wǎng)輸變電設(shè)備運(yùn)行維護(hù)與養(yǎng)修提供數(shù)據(jù)參考依據(jù)。對(duì)此，在智能電網(wǎng)中需科學(xué)應(yīng)用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行有價(jià)值數(shù)據(jù)的挖掘，提升數(shù)據(jù)利用率。

數(shù)據(jù)處理速度快特征主要體現(xiàn)在：在智能電網(wǎng)中，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在決策層面中的有效應(yīng)用，需提升數(shù)據(jù)處理速度，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的高速整理與分析。與此同時(shí)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)高速處理過(guò)程中，應(yīng)保證數(shù)據(jù)真實(shí)性、準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常的及時(shí)捕捉與處理。

2 智能電網(wǎng)中大數(shù)據(jù)技術(shù)研究現(xiàn)狀

隨著電力市場(chǎng)的開(kāi)放性發(fā)展以及智能電網(wǎng)的研發(fā)與實(shí)踐，國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究機(jī)構(gòu)、電力公司、電力工程建設(shè)單位等進(jìn)行了智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)及其技術(shù)應(yīng)用的研究。例如，AEP（American electric power，美國(guó)電力有限公司）有關(guān)人員將設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息與智能信息進(jìn)行有效融合，并利用大數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行大數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用，探尋基礎(chǔ)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性；Lakeland Electric（美國(guó)萊克蘭電力公司）在智能電網(wǎng)中試圖應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行負(fù)荷分析，通過(guò)分析探尋不同用戶群體在電力營(yíng)銷中存在的消費(fèi)模式，從而為電力企業(yè)營(yíng)銷的優(yōu)化發(fā)展提供決策依據(jù)，與此同時(shí)，通過(guò)AMI（Advanced Metering Infrastructure，智慧型電表基礎(chǔ)建設(shè)）提升電力企業(yè)服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)電力服務(wù)成本的科學(xué)檢查，用以花費(fèi)最小的成本獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，滿足用電用戶需求；在國(guó)內(nèi)，國(guó)家科技部針對(duì)智能電網(wǎng)及其大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用，在2014年組織開(kāi)展了3項(xiàng)863項(xiàng)目；江蘇省電力公司、北京電力公司等在組織開(kāi)展智能電網(wǎng)改造與新建工程項(xiàng)目過(guò)程中，基于信息化建設(shè)要求與目標(biāo)，積極開(kāi)展了以大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用為核心技術(shù)克服服務(wù)模式研發(fā)項(xiàng)目，進(jìn)行電能營(yíng)銷、分配、管控一體化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)[2]。

目前，雖然我國(guó)智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)及其技術(shù)應(yīng)用的研究取得了一定成果，但是從整體層面來(lái)看，智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用水平相對(duì)于電力技術(shù)水平而言仍存在較大差距，如研究成果較為粗糙；海量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的形成存在諸多阻礙，制約了大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的優(yōu)化發(fā)展；在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用存在片面性，大數(shù)據(jù)利用率低下。對(duì)此，需注重先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)與研究成果的借鑒，注重實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)、歸納與反思，提升底層數(shù)據(jù)的規(guī)范化管理，從而促進(jìn)智能電網(wǎng)中大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。

3 智能電網(wǎng)中大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景與技術(shù)支撐

在智能電網(wǎng)中，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用貫穿于眾多環(huán)節(jié)，其應(yīng)用場(chǎng)景涵蓋“發(fā)、輸、變、配、用、調(diào)”等多個(gè)方面。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)力度的不斷提升以及建設(shè)進(jìn)程的日漸加快，大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用價(jià)值與作用將愈發(fā)明顯，其重要性與必要性將逐漸加大。基于此，以幾個(gè)典型案例為例，就智能電網(wǎng)中大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景與技術(shù)支撐進(jìn)行了如下分析。

3.1 IBM大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)新能源接入中的應(yīng)用

實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)綠色、節(jié)能、環(huán)保發(fā)展已經(jīng)成為新時(shí)期電力企業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)與可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展的必然訴求?；诖?，新能源在智能電網(wǎng)中的有效接入成為電力企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的新趨勢(shì)。而隨著新能源在智能電網(wǎng)中的接入，傳統(tǒng)電力企業(yè)生產(chǎn)管理模式已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際需求，電力生產(chǎn)管理與電能計(jì)量要求得到大幅度提升。基于此，在現(xiàn)有數(shù)據(jù)源基礎(chǔ)上，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，可有效提升電力企業(yè)生產(chǎn)管理與電能營(yíng)銷服務(wù)質(zhì)量。

例如，丹麥維斯塔斯風(fēng)力技術(shù)集體，將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用到智能電網(wǎng)新能源接入中，用以實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)信息的綜合應(yīng)用，提升電力企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量與效率。即，在超級(jí)計(jì)算機(jī)中進(jìn)行IBM大數(shù)據(jù)解決方案的科學(xué)部署，實(shí)現(xiàn)對(duì)大數(shù)據(jù)（PB量級(jí)氣象報(bào)告、地理空間數(shù)據(jù)信息、潮汐相位數(shù)據(jù)信息等）的綜合分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行風(fēng)力渦輪機(jī)布局的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)新能源（風(fēng)能）應(yīng)用質(zhì)量與效率的提升[3]。在此過(guò)程中，IBM（International Business Machines Corporation，萬(wàn)國(guó)商業(yè)機(jī)器公司）針對(duì)電力企業(yè)在風(fēng)電場(chǎng)微觀選址中存在的問(wèn)題，制定基于天氣預(yù)報(bào)高精度數(shù)值下風(fēng)電場(chǎng)微觀選址解決方案，用以實(shí)現(xiàn)用最小的投資成本獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。在解決方案制定過(guò)程中，通過(guò)依托評(píng)估指標(biāo)體系（包括風(fēng)資源精細(xì)化評(píng)估、風(fēng)資源建設(shè)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估、氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與風(fēng)場(chǎng)施工標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估），構(gòu)建高精度數(shù)值天氣數(shù)據(jù)計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)備選區(qū)域與自然氣候環(huán)境之間的有機(jī)集合，用以對(duì)風(fēng)電場(chǎng)備選區(qū)域各點(diǎn)間四維風(fēng)資源分布情況進(jìn)行綜合分析，探尋風(fēng)資源變化情況，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)資源情況的準(zhǔn)確掌握，保證風(fēng)力渦輪機(jī)布局的準(zhǔn)確性與科學(xué)性。

3.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)檢修工作中的應(yīng)用

在智能電網(wǎng)中，大數(shù)據(jù)在電力設(shè)備運(yùn)行維護(hù)檢修工作中具有較強(qiáng)的應(yīng)用性。以智能電網(wǎng)中風(fēng)機(jī)組電力設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作為例，風(fēng)機(jī)組電力設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中受環(huán)境因素（雷雨、冰雪等）影響較大，易出現(xiàn)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)檢修維護(hù)工作要求相對(duì)較高。基于此，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，如數(shù)據(jù)識(shí)別技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的模糊數(shù)學(xué)算法等，可有效實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中不良數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確檢測(cè)與正確辨識(shí)，構(gòu)建完善、科學(xué)的風(fēng)電機(jī)組安全運(yùn)行綜合評(píng)估系統(tǒng)，對(duì)風(fēng)電機(jī)組潛在故障進(jìn)行早期預(yù)警（圖1風(fēng)電機(jī)組潛在故障早期預(yù)警圖），為工作人員故障檢修與設(shè)備維護(hù)提供依據(jù)[4]。

3.3大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)災(zāi)難性故障預(yù)警中的應(yīng)用

智能電網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性決定了電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中易發(fā)展災(zāi)難性連鎖事故。而通常情況下電力系統(tǒng)運(yùn)行中災(zāi)難性故障的形成與系統(tǒng)個(gè)別元件的損壞存在密切關(guān)聯(lián)性。基于此，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)異常數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確識(shí)別與挖掘，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行故障預(yù)警，提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定與安全。如以電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)、電力系統(tǒng)運(yùn)行安全數(shù)據(jù)等為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，形成數(shù)據(jù)源，依托不良數(shù)據(jù)存在的可辨識(shí)性，利用數(shù)據(jù)辨識(shí)技術(shù)，形成基于大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)災(zāi)難預(yù)警系統(tǒng)（圖3大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用下的電網(wǎng)災(zāi)難預(yù)警系統(tǒng)框架）實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)薄弱區(qū)域的有效識(shí)別，探尋薄弱區(qū)域形成原因，為問(wèn)題處理提供參考依據(jù)。

4結(jié)論

智能電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展為大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力事業(yè)中的應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的有效應(yīng)用對(duì)提升電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)水平與電力企業(yè)服務(wù)質(zhì)量具有積極影響作用?；诖耍槍?duì)我國(guó)智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用存在的不足，應(yīng)加強(qiáng)智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展的研究，并在多方共同參與下，從政策、技術(shù)、項(xiàng)目、管理、人才培養(yǎng)等層面進(jìn)行優(yōu)化，從而促進(jìn)具有重要現(xiàn)實(shí)意義促成智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝華成，陳向東.面向云存儲(chǔ)的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存取[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2012，32（7）：1924-1928.

[2]Peijian Wang . D-pro ： dynamic data center operations with demand-responsive electricity prices in smart grid[J] . IEEE Transactions on Smart Grid，2012，3（4）：1743-1754.

[3]IBM.風(fēng)電場(chǎng)微觀選址.IBM[EB/OL].（2014-08-17）.http：//www31.ibm.com/solutions/cn/industries/energy/ thankyou/energy_wp.shtml.

[4]呂庭彥，李亞冬，蔣維，等.基于大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的風(fēng)電機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)估系統(tǒng)[C].中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)議.北京：中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)，2013：10.

作者簡(jiǎn)介：王禾陽(yáng)，男，1990年，籍貫湖北省黃岡市浠水縣，助理工程師。