基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的電網(wǎng)分配系統(tǒng)設計

徐銳

摘 要：利用大數(shù)據(jù)的理念、技術(shù)和方法，結(jié)合電力行業(yè)的實際情況，實現(xiàn)電網(wǎng)與大數(shù)據(jù)的結(jié)合，使發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等各個環(huán)節(jié)得到有效的調(diào)度。電網(wǎng)大數(shù)據(jù)是跨多個平臺的數(shù)據(jù)結(jié)合，使看似無關(guān)電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行融合，以可視化的方式展現(xiàn)，旨在實現(xiàn)電力行業(yè)的穩(wěn)固發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電力行業(yè) 大數(shù)據(jù) 調(diào)度 穩(wěn)固發(fā)展

中圖分類號：TM727.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（b）-0002-03

2011年底，我國的發(fā)電裝機已超過10億kW，成為世界發(fā)電裝機第一大國。近些年，隨著網(wǎng)絡科技的發(fā)展、國民生活水平提升，發(fā)電裝機以每年平均1億kW的速度發(fā)展著。這是一個龐大的數(shù)據(jù)，完成如此龐大的發(fā)電，需要耗費大量的自然資源及龐大的人力管理。由于傳統(tǒng)發(fā)電在能源方面消耗過大，造成的污染不可小覷，節(jié)省資源，減少排放對電網(wǎng)發(fā)展的壓力增大。多數(shù)發(fā)達國家電力消費占終端能源消費比例約為20%，且呈現(xiàn)逐年上升的趨勢[1]。因此，很多國家引入新能源電能，新能源發(fā)電具有污染小、可再生優(yōu)勢。但新能源發(fā)電滲透到電網(wǎng)中，打破原有電網(wǎng)運行的管理方式，這就需要利用大數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢實現(xiàn)對電網(wǎng)系統(tǒng)合理的分配。我國電力行業(yè)緊跟時代潮流，于2013年發(fā)布了《中國電力大數(shù)據(jù)發(fā)展白皮書》，在電網(wǎng)領域引入大數(shù)據(jù)技術(shù)。目前電力系統(tǒng)仍存在能量管理、配電管理以及市場運營等各類信息不能共享[6]，引入電力大數(shù)據(jù)有助于各個環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)利用，實現(xiàn)對電網(wǎng)分配[2-5]。

1 電力大數(shù)據(jù)技術(shù)概述

電網(wǎng)大數(shù)據(jù)具有4V的特點，即Volume（數(shù)據(jù)量大）、Velocity（處理速度快）、Variety （數(shù)據(jù)類型多）、Value（價值大）。

（1）電網(wǎng)數(shù)據(jù)規(guī)模大。近些年，電網(wǎng)發(fā)電機及負荷節(jié)點數(shù)量不斷增加，由于負荷與電網(wǎng)間存在許多交互因素，產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，存儲單位已達到PB量級。

（2）電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理高速，這決定著電網(wǎng)最重要的屬性。由于負荷波動具有隨機性，發(fā)電側(cè)需要實時跟蹤，以防止出現(xiàn)突發(fā)情況。而且電網(wǎng)出現(xiàn)故障也是具有隨機性，為保障電網(wǎng)正常運行，需要及時處理電網(wǎng)數(shù)據(jù)。

（3）電網(wǎng)數(shù)據(jù)類型多，主要表現(xiàn)為數(shù)據(jù)來源多樣，存儲類型多樣，各個地區(qū)采集周期不一。圖1所示為電網(wǎng)數(shù)據(jù)不同來源，有電網(wǎng)內(nèi)部，還有電網(wǎng)外部的一些數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)進行存儲時，包括結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)，同時也含有非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)。而采集的周期視具體情況而定，如廣域測量及大型用戶數(shù)據(jù)采集一般為分鐘，小型的保護監(jiān)測系統(tǒng)采集周期僅在毫秒。

（4）電網(wǎng)數(shù)據(jù)價值大。電網(wǎng)是我國經(jīng)濟發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)，通過收集各個地區(qū)發(fā)電、輸電、變電、用電情況，通過計算機云計算進行處理開發(fā)，實現(xiàn)電力分配最優(yōu)，資源利用最大，營銷利潤最好，為社會各個領域生產(chǎn)經(jīng)營帶來不可估量的經(jīng)濟價值和社會價值[7]。

2 整體框架設計

本文設計了基于大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)系統(tǒng)分配。分成數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)分析處理以及將電力分配反饋到最低層數(shù)據(jù)來源處幾部分。具體可如圖2所示。

2.1 數(shù)據(jù)來源

電網(wǎng)數(shù)據(jù)的來源具體可如圖1所示，由于地區(qū)的差異，行業(yè)的不同，數(shù)據(jù)類型傳輸也是有差異的，包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，其中主要以非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為主。

2.2 數(shù)據(jù)庫存儲

數(shù)據(jù)庫存儲處于數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)來源中間部分，不僅要把底層傳來的數(shù)據(jù)按類存儲，還要及時把獲得的數(shù)據(jù)向上傳遞，進行處理。

電網(wǎng)的數(shù)據(jù)來源不僅信息量龐大，類型各不相同，而且根據(jù)數(shù)據(jù)的傳遞的重要性，需要進行不同的處理。應對的策略包括構(gòu)建NoSQL數(shù)據(jù)庫[8]、HDFS（Hadoop Distributed File System）分布式文件系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫等3種存儲方式，從存儲結(jié)構(gòu)上初步實現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)與應用系統(tǒng)做到信息、能量與業(yè)務流的高度融合，并根據(jù)信息處理結(jié)果進行預測、決策，提高數(shù)據(jù)的管理能力[9]。

NoSQL數(shù)據(jù)屬于非關(guān)系型、分布式數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)，可達到每秒數(shù)萬次的讀寫，完全適應電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的要求。NoSQL數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)有2種架構(gòu)：Master-Slave結(jié)構(gòu)和P2P環(huán)形結(jié)構(gòu)。Master-Slave結(jié)構(gòu)設計簡單，易于控制，一般采用水平分區(qū)，將Master節(jié)點和Slave節(jié)點功能分開，由Master節(jié)點維護管理的Slave節(jié)點。P2P環(huán)形結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)沒有中心節(jié)點，自調(diào)性好，便于擴展，但是不便于范圍查詢。由于支持的技術(shù)不同，兩種結(jié)構(gòu)具有很大的差異。近些年，數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢是半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，且占用的比重越來越高，NoSQL數(shù)據(jù)庫的兩種架構(gòu)通過優(yōu)勢互補，利用分布式系統(tǒng)、集群、分區(qū)等技術(shù)，滿足半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化的發(fā)展。

HDFS是一個分布式文件系統(tǒng)，它有高容錯性特點，可部署在低廉的硬件上。HDFS放寬線程POSIX要求，以流的方式訪問文件中的數(shù)據(jù)，適合應用于超大數(shù)據(jù)文件（包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）的應用程序。分布式文件系統(tǒng)如圖3所示，從一組服務器中選擇一臺高性能作為主控制節(jié)點NameNode，其他服務器作為從節(jié)點DataNode。主控節(jié)點和從節(jié)點的服務器的目錄結(jié)構(gòu)不同，主要由功能決定，NameNode負責管理文件系統(tǒng)的命名空間和元數(shù)據(jù)，DataNode保存文件系統(tǒng)中的命名、數(shù)據(jù)塊與文件名映射表的位置信息。

2.3 關(guān)聯(lián)分析處理

將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分類存儲完整，需要通過關(guān)聯(lián)分析的方法、一系列復雜的算法對各類數(shù)據(jù)進行處理。通過規(guī)則算法進行頻繁項集表，最后分析關(guān)聯(lián)規(guī)則；通過關(guān)聯(lián)規(guī)則進行關(guān)聯(lián)分析；通過站點擾動影響對電壓、電流、頻率站點進行規(guī)劃。最后將處理好的數(shù)據(jù)通過云計算技術(shù)進行整合，把海量的數(shù)據(jù)進行詳細分類，再以圖片、表格、線性表等方式展現(xiàn)到屏幕上。

2.4 電網(wǎng)大數(shù)據(jù)對電力的分配