智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展探討

吳義俊

（國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司安慶供電公司，安徽 安慶 246004）

0 引 言

在智能電網(wǎng)中，大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠分析電網(wǎng)各類(lèi)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)化處理形成深層次數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)集中主要包含兩種數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)是指相互之間存在關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，在所有數(shù)據(jù)中占很大比重；非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)是指相互之間獨(dú)立的源數(shù)據(jù)，如視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、初始圖像數(shù)據(jù)等。雖然它的數(shù)量不如結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，但是增長(zhǎng)更新的速度要高于結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。

1 智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用架構(gòu)

1.1 大數(shù)據(jù)分類(lèi)架構(gòu)

目前，大數(shù)據(jù)技術(shù)在現(xiàn)代智能電網(wǎng)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全覆蓋應(yīng)用，即在智能電網(wǎng)的所有相關(guān)領(lǐng)域都包含大數(shù)據(jù)應(yīng)用。具體來(lái)說(shuō)，智能電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)可以分為電力硬件系統(tǒng)、電力軟件系統(tǒng)和電力調(diào)控系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中可以分為相應(yīng)的三部分。應(yīng)用上，針對(duì)電力硬件系統(tǒng)大數(shù)據(jù)技術(shù)可以與數(shù)據(jù)采集設(shè)備建立信息交互通道，通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的采集功能，得到實(shí)時(shí)的硬件設(shè)備運(yùn)作參數(shù)，而這些參數(shù)代表了硬件設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)。之后，通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的傳輸功能和信息交互通道，使大數(shù)據(jù)技術(shù)系統(tǒng)可以接收到實(shí)時(shí)硬件設(shè)備運(yùn)作參數(shù)。接收后可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)整、分類(lèi)等操作，同時(shí)分析當(dāng)前硬件設(shè)備的運(yùn)作狀態(tài)，再依靠智能化技術(shù)對(duì)分析狀態(tài)進(jìn)行決策。當(dāng)發(fā)現(xiàn)硬件設(shè)備存在運(yùn)作異常時(shí)，結(jié)合智能化控制技術(shù)對(duì)電力軟件系統(tǒng)發(fā)出指令，通過(guò)電力軟件系統(tǒng)的調(diào)控功能調(diào)整硬件設(shè)備[1]。

1.2 云計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)

云計(jì)算平臺(tái)是智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)系統(tǒng)中的重要部分，主要根據(jù)一定的規(guī)則對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，給智能化決策提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。因?yàn)楝F(xiàn)代智能電網(wǎng)規(guī)模龐大，所以云計(jì)算平臺(tái)一般情況下會(huì)采用分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)，以提高云計(jì)算功能的效率。此外，云計(jì)算的工作平臺(tái)主要依賴(lài)于計(jì)算機(jī)和服務(wù)器，結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)潔，且可以充分調(diào)用各地區(qū)的閑置資源[2]。

1.3 智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

普遍情況下，智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)可以分為6個(gè)層次，即設(shè)備層、操作系統(tǒng)層、數(shù)據(jù)框架層、網(wǎng)絡(luò)層、訪問(wèn)層和數(shù)據(jù)應(yīng)用層。其中，設(shè)備層為帶有出色計(jì)算能力、大容量?jī)?chǔ)存能力的服務(wù)器，以此支撐服務(wù)的儲(chǔ)存、調(diào)用、分析；操作系統(tǒng)層是指設(shè)備層服務(wù)器中的操作系統(tǒng)，如以Linux為集成核心的centos系統(tǒng)，其不但在運(yùn)作效率上表現(xiàn)良好，還能夠?qū)崿F(xiàn)可視化操作；數(shù)據(jù)框架層是指帶有數(shù)據(jù)框架的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)庫(kù)，其框架能夠分化智能電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)類(lèi)型，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)混亂現(xiàn)象，同時(shí)在一些先進(jìn)的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)庫(kù)軟件中，能夠清理無(wú)用數(shù)據(jù)，有效降低數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的資源占用；網(wǎng)絡(luò)層是指各層次之間的信息交互路徑，一般采用網(wǎng)絡(luò)渠道構(gòu)建；訪問(wèn)層是在網(wǎng)絡(luò)層基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)某節(jié)點(diǎn)向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)提出訪問(wèn)申請(qǐng)的渠道，如計(jì)算機(jī)向服務(wù)器提出資源訪問(wèn)請(qǐng)求，服務(wù)器通過(guò)后可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢(xún)或者調(diào)用；數(shù)據(jù)應(yīng)用層是根據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)用或者數(shù)據(jù)輸入的功能，是用戶(hù)可以直接操作的層面，因此在系統(tǒng)整體架構(gòu)上屬于最高層[3]。

2 實(shí)例智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用分析

2.1 實(shí)例概況

某地區(qū)電力單位因?yàn)榇髷?shù)據(jù)技術(shù)的普及和優(yōu)異的性能，決定將此項(xiàng)技術(shù)融合自身管轄范圍內(nèi)的智能電網(wǎng)中。為了保障應(yīng)用的有效性，融合前先對(duì)大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行選擇，如大數(shù)據(jù)集成管理技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)可視化技術(shù)等。下面將對(duì)實(shí)例中的四項(xiàng)大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行逐一分析。

2.2 大數(shù)據(jù)集成管理技術(shù)

實(shí)例電力單位以往的運(yùn)作中，數(shù)據(jù)產(chǎn)出具有數(shù)量多、格式種類(lèi)多、形態(tài)不一的特點(diǎn)，說(shuō)明其數(shù)據(jù)復(fù)雜性較高。在沒(méi)有應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)前，單位主要通過(guò)大量人工和非針對(duì)性軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分類(lèi)儲(chǔ)存等工作，工作結(jié)果上時(shí)常出現(xiàn)因數(shù)據(jù)定義不明確而導(dǎo)致數(shù)據(jù)分類(lèi)不合理的問(wèn)題，且因?yàn)殡娋W(wǎng)范圍較廣闊，導(dǎo)致數(shù)據(jù)調(diào)用存在一定的阻礙。在大數(shù)據(jù)集成管理技術(shù)的應(yīng)用下，首先采用大容量數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建數(shù)據(jù)儲(chǔ)存基礎(chǔ)。該數(shù)據(jù)庫(kù)具有明確的分類(lèi)框架和數(shù)據(jù)特征知識(shí)庫(kù)，其中數(shù)據(jù)特征知識(shí)庫(kù)與網(wǎng)絡(luò)連接，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)不斷更新自身知識(shí)量。其次，采用服務(wù)器、計(jì)算機(jī)構(gòu)建大數(shù)據(jù)集成管理技術(shù)的支撐基礎(chǔ)。最后，采用傳感器實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電力設(shè)備的監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸。圖1為實(shí)例大數(shù)據(jù)集成管理技術(shù)架構(gòu)圖。

圖1 實(shí)例大數(shù)據(jù)集成管理技術(shù)架構(gòu)

應(yīng)用中，首先通過(guò)傳感器的采集與傳輸功能，將實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器中。服務(wù)器依靠計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)自身功能對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行特征分析，并將其與數(shù)據(jù)特征知識(shí)庫(kù)內(nèi)容進(jìn)行比對(duì)，之后根據(jù)比對(duì)結(jié)果將其存入相應(yīng)的框架分類(lèi)中。

2.3 大數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)

因?yàn)閷?shí)例電網(wǎng)中數(shù)據(jù)交錯(cuò)性較強(qiáng)，所以數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系十分復(fù)雜。要使這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性功能，必須了解之間的關(guān)系。但是，傳統(tǒng)的人工模式在面對(duì)海量信息時(shí)會(huì)出現(xiàn)低效率、易出錯(cuò)的現(xiàn)象。應(yīng)用大數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)，能夠從海量數(shù)據(jù)信息中尋找出數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，同時(shí)建立相應(yīng)的關(guān)系樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。在樹(shù)狀結(jié)構(gòu)中，可以清晰觀察到數(shù)據(jù)的多元化分支。此外，此項(xiàng)技術(shù)還具有學(xué)習(xí)能力，運(yùn)作原理與上述的數(shù)據(jù)特征知識(shí)庫(kù)類(lèi)似，區(qū)別在于大數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)并不是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)，而是通過(guò)一定的設(shè)定規(guī)則和處理數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)獲取新知識(shí)。

2.4 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

實(shí)例電網(wǎng)單位采用的數(shù)據(jù)處理技術(shù)主要分為三個(gè)部分，即分布式計(jì)算、內(nèi)存計(jì)算和流處理。分布式計(jì)算主要是針對(duì)數(shù)據(jù)分布形態(tài)，在分散數(shù)據(jù)之間的關(guān)系基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理。通過(guò)此計(jì)算方法可以了解數(shù)據(jù)的原理、功能、來(lái)源、狀態(tài)等基本屬性，算法的核心思路在于將大規(guī)模分散數(shù)據(jù)集中化。內(nèi)存計(jì)算主要是為了避免海量數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)占用大量的計(jì)算機(jī)資源，導(dǎo)致計(jì)算效率變低，應(yīng)用時(shí)能夠?qū)?shù)據(jù)放置在內(nèi)層中，擺脫傳統(tǒng)的磁盤(pán)讀取時(shí)間。流處理主要是針對(duì)海量數(shù)據(jù)傳輸流進(jìn)行處理，因?yàn)殡娏π畔⒌漠a(chǎn)生具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性和異構(gòu)性，且在傳輸速度與自身規(guī)模上也難以統(tǒng)一。流處理可在極短時(shí)間內(nèi)對(duì)各式各樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和引流，保障數(shù)據(jù)流通的正確性。

2.5 數(shù)據(jù)可視化技術(shù)

為了保障智能電網(wǎng)控制的可控性，實(shí)例電力單位安排了專(zhuān)人對(duì)大數(shù)據(jù)監(jiān)控下的數(shù)據(jù)流進(jìn)行監(jiān)控。為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控目的，采用了數(shù)據(jù)可視化技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)核心在于建模，因?yàn)楦黝?lèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑夹螒B(tài)為信號(hào)，通過(guò)傳感器可以得到這些原始信號(hào)，之后利用數(shù)學(xué)模型對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算得出相應(yīng)的數(shù)字參數(shù)，最終依照一定的規(guī)則完成建模。此時(shí)，監(jiān)控人員可以直接觀察模型，了解數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)發(fā)展。

3 結(jié) 論

本文主要分析了智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，在理論上對(duì)大數(shù)據(jù)分類(lèi)架構(gòu)、云計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)進(jìn)行介紹，同時(shí)提出了智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)思路，并結(jié)合實(shí)例分析了其中大數(shù)據(jù)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用效果。