淺析大數(shù)據(jù)技術(shù)在配電網(wǎng)運行管理中的發(fā)展與運用

金志強

【摘要】為了適應(yīng)日益增長的電力需求，解決配電網(wǎng)點多、設(shè)備多、管理難度大、配電網(wǎng)信息實時性低等問題，本文系統(tǒng)梳理了國際、國內(nèi)配電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，以及數(shù)據(jù)挖掘與分析處理技術(shù)在配電網(wǎng)的應(yīng)用研究情況，將大數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用引入配電網(wǎng)日常管理，利用大數(shù)據(jù)分析，提前發(fā)現(xiàn)未來病態(tài)設(shè)備，推進(jìn)配電網(wǎng)設(shè)備向在線化、透明化、智能化發(fā)展，將配電網(wǎng)由“修得快”向“不停電”轉(zhuǎn)變，提升優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平，并希望能對今后相關(guān)研究實踐工作提供一定的參考價值。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng) 大數(shù)據(jù)應(yīng)用 電網(wǎng)運行管理

中圖分類號：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

基于數(shù)據(jù)的知識發(fā)掘是企業(yè)為提高經(jīng)營管理水平，促進(jìn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要的支撐。隨著大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力行業(yè)信息系統(tǒng)中蘊含的數(shù)據(jù)量越來越多，對其的價值發(fā)掘利用也日趨深入。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)為數(shù)據(jù)的知識發(fā)現(xiàn)提供了技術(shù)支持，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)—信息一知識一智慧的轉(zhuǎn)變。通過發(fā)掘公司信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，在公司的配電網(wǎng)管理產(chǎn)生重要作用，對線損管理、配網(wǎng)規(guī)劃、配網(wǎng)運維、需求側(cè)管理等方面產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

一、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)在配電網(wǎng)運行管理中的應(yīng)用方向

（一）主動配電網(wǎng)能量優(yōu)化調(diào)度方面的應(yīng)用

從數(shù)據(jù)分析層面上看，目前電網(wǎng)中各信息系統(tǒng)大多是基于本業(yè)務(wù)、本部門的需求，存在不同的平臺、應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)格式，導(dǎo)致信息與資源分散，異構(gòu)性嚴(yán)重。而大數(shù)據(jù)處理平臺能夠?qū)崿F(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的存儲和提取，并能大大提高數(shù)據(jù)存儲容量，這將有效提高主動配電網(wǎng)能量調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲效率。

（二）主動配電網(wǎng)保護(hù)控制方面的應(yīng)用

靈活多變的用電負(fù)荷與規(guī)模化接入的分布式電源產(chǎn)生了大量的量測信息，同時先進(jìn)的量測技術(shù)與通信技術(shù)也使配網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)更為全面、實時的狀態(tài)監(jiān)測。因而，應(yīng)有效利用日益增長的海量配網(wǎng)信息以應(yīng)對主動配電網(wǎng)運行控制對保護(hù)所提出的新要求與新挑戰(zhàn)。分析配網(wǎng)保護(hù)多設(shè)備間信息共享策略，以多節(jié)點及其相關(guān)區(qū)域冗余信息為基礎(chǔ)的多信息保護(hù)與控制方法將是未來的重要研究方向。主動配電網(wǎng)中保護(hù)測量信息具有多源、多時間尺度的特點，因此，配網(wǎng)保護(hù)量測數(shù)據(jù)的自動關(guān)聯(lián)與統(tǒng)一描述方法將是一個重要的研究方向。

（三）應(yīng)用在主動配電網(wǎng)的狀態(tài)分析評估方法

主動配電網(wǎng)的運行情況有幾類關(guān)鍵的信息采集，其中包括電動汽車的特殊負(fù)荷時空分布特征、設(shè)備運行狀況檢測、短期負(fù)荷情況預(yù)測、分布式電源出力情況預(yù)測。其中，關(guān)聯(lián)規(guī)則聚類系統(tǒng)繼承了關(guān)聯(lián)的分類、決策樹等挖掘方法，是可以應(yīng)對分布式電源出力的分析來關(guān)聯(lián)出各類的氣象數(shù)據(jù)和周圍地域相異氣象站的特征情況。挖掘分布式電源出力的情況不是穩(wěn)定的，它的概率情況隨著分布式電源出力的變化而改變。用戶的智能電表將大量的用電信息傳送到主動配電網(wǎng)中，數(shù)據(jù)的流通可以達(dá)到雙向的效果。隨機(jī)變化模式、數(shù)據(jù)波動模式和穩(wěn)定模式在當(dāng)前的主動配電網(wǎng)中成為了分析用戶負(fù)荷情況的三大模式，可以將智能電表中海量的數(shù)據(jù)用聚類分析的方法收集并提取。負(fù)荷與日期和天氣構(gòu)建的關(guān)聯(lián)情況可以用關(guān)聯(lián)分析技術(shù)來分類；短期負(fù)荷的檢測精度可以用規(guī)則挖掘的智能預(yù)測系統(tǒng)來提高。

（四）主動配電網(wǎng)需求側(cè)管理方面的應(yīng)用

需求側(cè)管理能夠維持配電網(wǎng)中供用電平衡，從而提高DG的滲透率，而DG滲透率的提高又能夠降低負(fù)荷的峰值，從而延緩配電網(wǎng)的升級。另外，主動配電網(wǎng)中的電動汽車以及擁有分布式發(fā)電單元的用戶都是調(diào)度中心可以調(diào)控的對象，是主動配電網(wǎng)需求側(cè)管理的重要研究對象。在主動配電網(wǎng)運行的過程中，這些研究對象都積累了大量的運行信息，例如用戶智能表計信息，電動汽車充放電規(guī)律信息等。對這些信息的有效數(shù)據(jù)挖掘，將促進(jìn)需求側(cè)管理策略的制定更為合理有效。同時，電動汽車放電電價補償，分布式能源用戶電價補償?shù)日叩闹贫ㄒ惨蕾囉谟脩粜袨樾睦矸治龅慕Y(jié)果，這些信息的利用也是大數(shù)據(jù)在需求側(cè)管理方面應(yīng)用的重要方向。

二、大數(shù)據(jù)技術(shù)在配電網(wǎng)運行管理中應(yīng)用場景拓展

（一）國內(nèi)對配電網(wǎng)的資產(chǎn)管理主要停留在概念層面。對量大面廣的配電設(shè)備，基本上則以經(jīng)驗為主，采取相對粗放的定性評估，且尚未從配電網(wǎng)整體角度輔以定量評價的方法，建立高效、經(jīng)濟(jì)的管理體系。近年來，雖然我國電網(wǎng)資產(chǎn)管理研究有從基于設(shè)備評估到基于網(wǎng)絡(luò)健康狀態(tài)評估方面發(fā)展的趨勢，但并未形成完整理論體系。

（二）實現(xiàn)配電資產(chǎn)全壽命周期管理依賴于對各類配電設(shè)備乃至整個配電網(wǎng)健康狀態(tài)的定量評估。目前已有的定量評價模型（例如針對單體設(shè)備的EA（Arrhenius equation）公式和針對配電網(wǎng)絡(luò)的扣分法），僅為簡單的健康狀態(tài)評價指標(biāo)（例如僅考慮老化因素）或簡單量化分析的方法，且評價指標(biāo)多從設(shè)備本體以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等因素出發(fā)，對于自然環(huán)境等外力因素考慮較少，因而缺乏更為合理、準(zhǔn)確、全面的配電設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的健康狀態(tài)評價方法和更深入的信息規(guī)律挖掘研究。

（三）實現(xiàn)配電資產(chǎn)全壽命周期管理需要大量數(shù)據(jù)做支撐，然而由于電力系統(tǒng)的特殊性，難以直接利用獲取的配電數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與離線檢測數(shù)據(jù)。同時，對于各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的篩選和辨識相對較低，缺乏有針對性的數(shù)據(jù)處理方法。

（四）我國配電網(wǎng)資產(chǎn)管理知識（例如一線專家根據(jù)某類型變壓器測量數(shù)據(jù)所給出的診斷結(jié)論）可傳承性不佳。對各類配電設(shè)備的管理，一線專家經(jīng)過多年摸索，擁有很多寶貴經(jīng)驗。然而作為個體的總結(jié)，在已有的配電資產(chǎn)管理體系中，往往難以得到繼承與復(fù)用；因此，如何將抽象的經(jīng)驗具體化、符號化，實現(xiàn)知識的存儲與繼承，是我國配電網(wǎng)資產(chǎn)管理中存在的一個前瞻l(fā)生問題，也是一項具有挑戰(zhàn)性的研究工作。

（五）國內(nèi)變配電設(shè)備在信息的監(jiān)測、存儲與共享研究方面取得了較大的進(jìn)展，并研發(fā)了針對變壓器、斷路器等設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷機(jī)制，但仍面臨很多突出問題：狀態(tài)監(jiān)測還處于分散監(jiān)測階段，與計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相互獨立，電力控制中心與各個變電站之間、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)信息共享模型與通信接口高度異構(gòu)，難以充分利用不同的信息進(jìn)行設(shè)備的狀態(tài)評估；另外，變配電的監(jiān)測管理依靠簡單的視頻監(jiān)控，且在線監(jiān)測技術(shù)缺乏相應(yīng)的技術(shù)和管理標(biāo)準(zhǔn)，部分在線監(jiān)測裝置壽命短、運行不穩(wěn)定、測試效果差，對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行分析需要耗費大量的時間和精力，且變配電設(shè)備的基本數(shù)據(jù)保存分散，難以查找，容易丟失。這些問題的解決是大數(shù)據(jù)技術(shù)在配電網(wǎng)中應(yīng)用的前提。我國配電網(wǎng)規(guī)模大、設(shè)備眾多，所以數(shù)據(jù)量非?？捎^，但也存在諸多挑戰(zhàn)：從時間、空間標(biāo)識的角度來看，配電網(wǎng)數(shù)據(jù)具有分散性；從測量工況復(fù)雜的角度來看，數(shù)據(jù)具有模糊性；此外數(shù)據(jù)還具有冗余性、高維性等特征；即使合理地利用智能終端實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的獲取，各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的篩選與辨識仍然存在困難——解決數(shù)據(jù)的可信性問題正是大數(shù)據(jù)工作的核心部分之一。合理利用智能終端實現(xiàn)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)運行數(shù)據(jù)以及其他外部環(huán)境數(shù)據(jù)可獲取，大數(shù)據(jù)技術(shù)（人工智能、群體智能、深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)等）基于獲取的豐富海量的數(shù)據(jù)能進(jìn)一步分析設(shè)備個體運行狀態(tài)（找出反映設(shè)備健康狀態(tài)的關(guān)鍵特征量，從而降低數(shù)據(jù)維度，提高效率），判斷設(shè)備是否還能正常工作或者建立設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)整體的正常工作區(qū)間（大數(shù)據(jù)實現(xiàn)狀態(tài)估計），同時結(jié)合專家經(jīng)驗修正相關(guān)模型，實現(xiàn)經(jīng)驗分析和數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，傳承資產(chǎn)管理中的專家知識，提高模型的可解釋性和泛化能力。

三、結(jié)語

總而言之，配電網(wǎng)的未來發(fā)展趨勢是朝著更加強大的數(shù)據(jù)分析、更加直觀實時的數(shù)據(jù)觀察的智能化道路發(fā)展。電力領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)技術(shù)穩(wěn)定性得到了很大的提高，但是在數(shù)據(jù)的及時性和保護(hù)方面仍然有很大的提升空間。作為相關(guān)人員，應(yīng)該不斷地進(jìn)行摸索研究，并提升自己的專業(yè)技術(shù)水平，更好地促進(jìn)我國電力事業(yè)的發(fā)展。