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

郜亞軒 劉陸洋

(國(guó)網(wǎng)烏魯木齊供電公司，新疆 烏魯木齊 830011)

1 幾種常用的大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理是指對(duì)智能配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)管理、提取、轉(zhuǎn)換和加載電力數(shù)據(jù)，規(guī)范包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)的統(tǒng)一公共模型。數(shù)據(jù)采集通常分為3種：流數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫(kù)收集和文件收集。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)通常包括分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和分布式消息隊(duì)列。根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型和特性選擇相應(yīng)的收集和存儲(chǔ)策略，以確保有足夠的存儲(chǔ)容量和高效的查詢(xún)索引功能，同時(shí)在不同存儲(chǔ)系統(tǒng)之間建立連接以實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)融合。

1.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理是指通過(guò)新的數(shù)據(jù)處理技術(shù)有效地利用硬件和軟件資源，為開(kāi)發(fā)大功率數(shù)據(jù)提供更穩(wěn)定和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，其中包括流計(jì)算、內(nèi)存計(jì)算、分布式計(jì)算。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析是指對(duì)大量不同數(shù)據(jù)進(jìn)行深入研究和分析的過(guò)程，這些過(guò)程會(huì)發(fā)現(xiàn)潛在有用的數(shù)據(jù)值和相互關(guān)系。它包括統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)和新興方法。其中，機(jī)器學(xué)習(xí)是一種可以自動(dòng)獲取規(guī)則并利用定律預(yù)測(cè)未知數(shù)據(jù)的算法，屬于人工智能的一個(gè)分支。機(jī)器學(xué)習(xí)可分為監(jiān)督學(xué)習(xí)、非監(jiān)督學(xué)習(xí)、半監(jiān)督學(xué)習(xí)和增強(qiáng)學(xué)習(xí)。

1.4 數(shù)據(jù)可視化

數(shù)據(jù)可視化是通過(guò)使用圖形圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和用戶(hù)界面對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行視覺(jué)解釋的高級(jí)技術(shù)方法。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)通常是海量、高維和復(fù)雜的。傳統(tǒng)的可視化方法無(wú)法滿(mǎn)足大數(shù)據(jù)可視化和人機(jī)交互的要求。大數(shù)據(jù)可視化分析通過(guò)有效地集成計(jì)算機(jī)的大規(guī)模計(jì)算能力和人類(lèi)認(rèn)知能力，并基于人機(jī)交互的實(shí)時(shí)計(jì)算和可視化來(lái)顯示數(shù)據(jù)，從而獲得大規(guī)模復(fù)雜數(shù)據(jù)的信息。電網(wǎng)狀態(tài)下實(shí)時(shí)監(jiān)控，交互式地圖和變電站3D顯示的主要應(yīng)用可以提高電力數(shù)據(jù)的直接性和可視性，從而提高電力數(shù)據(jù)的可用價(jià)值。它主要應(yīng)用于電網(wǎng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，交互式地圖和變電站的三維顯示，可以提高數(shù)據(jù)的直觀(guān)性和可視性，以增強(qiáng)電力數(shù)據(jù)的可用性。

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

2.1 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的電網(wǎng)規(guī)劃綜合信息平臺(tái)

傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃通常會(huì)遇到不準(zhǔn)確的基本數(shù)據(jù)來(lái)源，并且缺乏必要的信息工具，因此，基于大數(shù)據(jù)處理技術(shù)開(kāi)發(fā)了電網(wǎng)規(guī)劃綜合信息平臺(tái)。該平臺(tái)集成了來(lái)自Grid GIS、生產(chǎn)PMS、調(diào)度EMS和智能配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)的海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并充分利用了大數(shù)據(jù)分析和處理、多源信息融合分析、多維顯示等先進(jìn)技術(shù)。該平臺(tái)開(kāi)發(fā)了6個(gè)模塊，包括集成信息管理、電網(wǎng)診斷分析、電網(wǎng)圖管理、負(fù)荷預(yù)測(cè)分析、規(guī)劃和可行性評(píng)估、經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)估等，以實(shí)現(xiàn)全面安排網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃數(shù)據(jù)、網(wǎng)格的實(shí)時(shí)診斷、網(wǎng)格運(yùn)行的精確模擬以及計(jì)劃成果的集中共享。

2.2 基于大數(shù)據(jù)分析的電網(wǎng)調(diào)度與控制培訓(xùn)仿真方法

電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)大數(shù)據(jù)趨勢(shì)，其數(shù)據(jù)具有巨大的潛在價(jià)值，變電站自動(dòng)化和電網(wǎng)設(shè)備水平也在不斷提高，但是傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)模擬系統(tǒng)(DTS)不能適應(yīng)日益精確的二次電氣設(shè)備模擬要求?；诖髷?shù)據(jù)分析的電網(wǎng)培訓(xùn)方法提取并標(biāo)準(zhǔn)化二次設(shè)備的采集數(shù)據(jù)及其發(fā)出的信號(hào)，設(shè)備類(lèi)型關(guān)聯(lián)規(guī)則經(jīng)過(guò)預(yù)處理后對(duì)設(shè)備和信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，并根據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則進(jìn)行關(guān)聯(lián)匹配，最后根據(jù)區(qū)域、變電站、機(jī)架和電壓等級(jí)的條件對(duì)分類(lèi)的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分和加載，并驅(qū)動(dòng)設(shè)備詳細(xì)的仿真邏輯。該方法基于電網(wǎng)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行監(jiān)控信號(hào)，可以保證仿真的完整性、真實(shí)性和有效性。首先對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行操作監(jiān)控，以生成數(shù)據(jù)挖掘所需的訓(xùn)練樣本；然后使用數(shù)據(jù)挖掘算法利用語(yǔ)義分析和關(guān)聯(lián)規(guī)則技術(shù)以及ETL和Elastic Search工具來(lái)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)一級(jí)和二級(jí)設(shè)備信號(hào)的提取、解析、挖掘和加載；最后，可以驅(qū)動(dòng)監(jiān)控器仿真以及網(wǎng)格仿真。通過(guò)這個(gè)方法可以提高仿真的真實(shí)性、準(zhǔn)確性、適應(yīng)性和精度。

2.3 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的電網(wǎng)智能穩(wěn)定分析

借助大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，利用海量數(shù)據(jù)中的有用信息，通過(guò)智能信息處理，獲得電力系統(tǒng)智能分析與決策的相應(yīng)安全性和穩(wěn)定性。通過(guò)電力系統(tǒng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成策略，建立電力系統(tǒng)全景數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。然后在線(xiàn)建立電力系統(tǒng)智能穩(wěn)定分析系統(tǒng)(ISAS)框架，包括穩(wěn)定性評(píng)估系統(tǒng)和可控性評(píng)估系統(tǒng)。最后在大型電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)特性和拓?fù)渲悄芊治龅幕A(chǔ)上，分析實(shí)際區(qū)域電力系統(tǒng)的ISAS。采用這種方法不僅可以預(yù)測(cè)意外情況后的系統(tǒng)穩(wěn)定性，還可以提供單元集群，從而為穩(wěn)定性控制提供更多信息，可以對(duì)電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行進(jìn)行安全性分析和評(píng)估，同時(shí)，結(jié)果可為電網(wǎng)調(diào)度和控制提供重要的決策依據(jù)。

2.4 基于大數(shù)據(jù)的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包含實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和離線(xiàn)狀態(tài)數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不僅包含設(shè)備的在線(xiàn)監(jiān)視數(shù)據(jù)，還包含來(lái)自故障記錄器的數(shù)據(jù)、操作模式信息等。離線(xiàn)數(shù)據(jù)包含設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)記錄、故障診斷數(shù)據(jù)、設(shè)備文件分類(lèi)帳等。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和脫機(jī)數(shù)據(jù)由基于云的平臺(tái)管理。基于云的平臺(tái)由商用計(jì)算機(jī)服務(wù)器，基于開(kāi)源HDFS的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)和基于開(kāi)源HBase的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等組成。狀態(tài)監(jiān)視數(shù)據(jù)的并行處理系統(tǒng)基于MapReduce，包括調(diào)度算法、任務(wù)管理、計(jì)劃和監(jiān)視以及其它功能模塊，這些模塊構(gòu)建在云計(jì)算存儲(chǔ)平臺(tái)上。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)和大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)技術(shù)的使用可以增強(qiáng)電網(wǎng)的開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng)，提高電網(wǎng)公司服務(wù)社區(qū)和用戶(hù)的水平。智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的研究和工程應(yīng)用才剛剛開(kāi)始，它仍處于探索階段。為了促進(jìn)智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的發(fā)展，有必要共同努力消除現(xiàn)有障礙，制定各種發(fā)展戰(zhàn)略。這可以使智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)健康有序的發(fā)展，為中國(guó)電力的“安全、可靠、優(yōu)質(zhì)”打下基礎(chǔ)。