基于大數(shù)據(jù)的電力多維度分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄧楚然 江疆 楊秋勇 陳灝生 黃樹滿

摘 要： 針對(duì)電力多維度分析工作，有學(xué)者提出了大數(shù)據(jù)電力多維度分析系統(tǒng)，以后這一概念受到了廣泛的重視，并衍生出許多相關(guān)的理論研究。從各項(xiàng)理論研究結(jié)果上來看，該系統(tǒng)具有非常明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但當(dāng)前關(guān)于該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用案例較少，需要進(jìn)一步開展大數(shù)據(jù)電力多維度分析系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用研究，驗(yàn)證該系統(tǒng)的可靠性?；诖?，以電力設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，開展大數(shù)據(jù)電力多維度分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，并利用設(shè)計(jì)系統(tǒng)得到多維數(shù)據(jù)模型，針對(duì)模型設(shè)置多維度數(shù)據(jù)分析規(guī)則，最終通過信息化方式建立了大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，檢驗(yàn)該平臺(tái)在面對(duì)海量電力多維度數(shù)據(jù)時(shí)的表現(xiàn)，相應(yīng)判斷該系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值與可靠性表現(xiàn)。

關(guān)鍵詞： 大數(shù)據(jù)技術(shù); 電力多維度數(shù)據(jù); 分析系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TP319 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Design of Power Multi-Dimensional Analysis System Based on Big Data

DENG Churan1， JIANG Jiang1， YANG Qiuyong1， CHEN Yusheng2， HUANG Shuman2

（1. Information Center， Guangdong Power Grid Co. Ltd.， Guangzhou 510000;

2. Guangdong Zhuowei Network Co. Ltd.， Foshan 528000）

Abstract： Many scholars put forward the concept of multi-dimensional analysis system of big data power. This concept has been widely recognized and many related theoretical researches have been derived. From the theoretical research results， the system has very obvious application advantages， but there are few practical application cases about the system. It is necessary to further analyze the practical application of the big data power multi-dimensional analysis system and verify the system. Based on this， this paper carrys out the design of big data power multi-dimensional analysis system based on the power equipment operation data， and uses the design system to obtain the multi-dimensional data model， sets the multi-dimensional data analysis rules for the model， and finally establishes a platform for big data through informationization method. The data analysis platform verifies the performance of the platform in the face of massive multi-dimensional data of power， and judges the practical application value and reliability performance of the system.

Key words： Large data technology; Power multidimensional data; Analysis system

0 引言

在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展背景下，電力線路分布范圍廣闊，且結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，電力工作人員每日都需要面對(duì)大量電力數(shù)據(jù)，隨著數(shù)據(jù)量的不斷增大，人工模式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前電力運(yùn)維需求，所以必須要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的人工模式。而大數(shù)據(jù)技術(shù)具備深度分析、自主學(xué)習(xí)功能，且智能化程度較高，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠滿足當(dāng)前電力分析工作的需求，降低電力分析工作對(duì)人工的依賴度，專家和研究學(xué)者提出的大數(shù)據(jù)電力多維度分析系統(tǒng)則順應(yīng)了這一要求?；诖?，本文對(duì)基于大數(shù)據(jù)的電力多維度分析系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并分析了實(shí)際應(yīng)用。

1 研究背景

目前，我國(guó)最為常見的電力輸送設(shè)備系統(tǒng)為直流輸電設(shè)備系統(tǒng)，在現(xiàn)代社會(huì)的電能需求變得越來越大的今天，直流輸電設(shè)備系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用規(guī)模也變得越來越大，而且越來越復(fù)雜。隨著電力調(diào)度智能化建設(shè)的開展，電力數(shù)據(jù)的信息化趨勢(shì)也越來越明顯。在這種情況下，每個(gè)電力調(diào)度站點(diǎn)工作人員每日都需要面臨海量信息化數(shù)據(jù)，人工無法保障工作效率與準(zhǔn)確性，使電力單位市場(chǎng)服務(wù)水平受到了極大的影響。而大數(shù)據(jù)電力多維度分析系統(tǒng)可以有效地解決這些問題，該系統(tǒng)能夠針對(duì)所有設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)來設(shè)立相關(guān)指標(biāo)，再通過大數(shù)據(jù)技術(shù)的深入分析對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，最終得到一個(gè)綜合評(píng)估結(jié)果，幫助人工直觀判斷電力運(yùn)維表現(xiàn)，同時(shí)在面對(duì)電力故障時(shí)，還能夠做到消除隱患、預(yù)防故障，說明該系統(tǒng)具有很大的優(yōu)勢(shì)[1-3]。

2 多維度數(shù)據(jù)策略研究

多維度數(shù)據(jù)分析技術(shù)的運(yùn)作概念就是針對(duì)某個(gè)電力設(shè)備，從多個(gè)角度上去獲取相關(guān)信息，并進(jìn)行一系列的分析和處理后，將結(jié)果綜合在一起得到最終判斷結(jié)果。該項(xiàng)技術(shù)具有許多特征表現(xiàn)，主要包括：多維性、邏輯性、同步性，具體內(nèi)容見下文。

（1） 多維性

多維度數(shù)據(jù)分析技術(shù)應(yīng)用當(dāng)中必須先從多個(gè)角度上采集目標(biāo)信息，因此得到的數(shù)據(jù)在維度上是不同的，其具備多維性特征。同時(shí)，在后續(xù)數(shù)據(jù)分析當(dāng)中多維性特征同樣有突出表現(xiàn)。綜合來看，多維性特征使貫穿多維度數(shù)據(jù)分析技術(shù)的特征表現(xiàn)[6-7]。

（2） 邏輯性

結(jié)合多維性特征表現(xiàn)可見，通過多維度數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以得到多個(gè)角度的數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)從表面上來看相互之間并沒有聯(lián)系，例如氣象信息變化與電力供給信息，兩者相互獨(dú)立，并沒有相互聯(lián)系。但在技術(shù)分析功能當(dāng)中，其除了多維性特征以外，還具有邏輯性特征，即面對(duì)所有采集得來的數(shù)據(jù)，技術(shù)系統(tǒng)都會(huì)用智能化思維來找尋信息之間的邏輯關(guān)系，將兩個(gè)信息的分析結(jié)果聯(lián)系在一起。例如氣象信息變化與電力供給信息，在技術(shù)分析功能下可以得知?dú)庀笞兓赡軙?huì)導(dǎo)致電力設(shè)備損壞，從而引起電力供給故障的邏輯關(guān)系。此外，多維度數(shù)據(jù)分析技術(shù)的邏輯性特征表現(xiàn)深度較高，除了上述表現(xiàn)以外，還能夠?qū)?shù)據(jù)差值、趨勢(shì)值進(jìn)行分析[8-9]。

（3） 同步性

電力供給是一個(gè)持之以恒的過程，其每時(shí)每刻都需要進(jìn)行供給，所以電力供給系統(tǒng)每時(shí)每刻都會(huì)產(chǎn)生新的電力數(shù)據(jù)，在這種情況如果將不同時(shí)間維度的電力數(shù)據(jù)放在一起進(jìn)行分析，最終得出的結(jié)果必然是無效的。因此在多維度數(shù)據(jù)分析技術(shù)也需要具有同步性特征表現(xiàn)，也就是會(huì)在同一時(shí)間對(duì)所有數(shù)據(jù)采集，確保數(shù)據(jù)同步，同時(shí)也保障了分析結(jié)果的有效性[10-11]。

3 電力多維度分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)架構(gòu)

結(jié)合相關(guān)的理論，本文對(duì)電力多維度數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計(jì)架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)想，認(rèn)為該系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)當(dāng)由分為數(shù)據(jù)融合層、大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析應(yīng)用層組成。關(guān)于設(shè)計(jì)架構(gòu)各組成部分的詳細(xì)內(nèi)容見下文。

（1） 數(shù)據(jù)融合層

在大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐下，可以采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)對(duì)同步多維度信息進(jìn)行分析、整合等操作，從而進(jìn)一步可得綜合評(píng)估結(jié)果。首先可以開展多源信息融合操作，例如針對(duì)安裝在林木環(huán)境中的直流電設(shè)備，可以對(duì)林木環(huán)境的山火情況進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，得到山火發(fā)展趨勢(shì)、火點(diǎn)、熱點(diǎn)等數(shù)據(jù);針對(duì)雷電對(duì)直流電設(shè)備的影響，可以準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)氣象變化，根據(jù)地區(qū)雷電歷史信息，綜合判斷雷擊概率;針對(duì)樹木生長(zhǎng)對(duì)線路垂弧的影響，可以根據(jù)周邊樹木的生長(zhǎng)速率、趨勢(shì)，判斷哪些樹木可能會(huì)產(chǎn)生影響、什么時(shí)候進(jìn)行樹木修剪工作;針對(duì)城市環(huán)境中的直流電設(shè)備，可以監(jiān)測(cè)周邊垃圾污染、人為破壞的行為表現(xiàn)，幫助人工判斷事故高發(fā)點(diǎn)，相應(yīng)在周邊采取防護(hù)手段。與此同時(shí)，由于實(shí)際工作中的環(huán)境非常復(fù)雜，因此通過數(shù)據(jù)融合層可以將這些數(shù)據(jù)綜合在一起，全面幫助工作人員對(duì)直流電設(shè)備周邊隱患進(jìn)行判斷。其次，進(jìn)行設(shè)備性能分析，比如針對(duì)直流電設(shè)備進(jìn)行分析時(shí)，可以對(duì)其工作時(shí)的參數(shù)數(shù)據(jù)表現(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，相應(yīng)分析設(shè)備當(dāng)前多維度的性能表現(xiàn)，例如根據(jù)零件磨損情況，可以判斷設(shè)備機(jī)械性能、根據(jù)設(shè)備電力供給波動(dòng)，可以判斷設(shè)備電氣性能與絕緣性能，同時(shí)還能夠根據(jù)設(shè)備狀態(tài)變化，判斷設(shè)備應(yīng)用年限、缺陷率曲線等，幫助電力工作人員第一時(shí)間消除隱患[12-13]。

（2） 大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)

在本文設(shè)計(jì)當(dāng)中大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)可以分為存儲(chǔ)層、視圖層和服務(wù)層三個(gè)部分，其中存儲(chǔ)層主要由云平臺(tái)大數(shù)據(jù)物理儲(chǔ)存功能來實(shí)現(xiàn)，其支持OLAP和OLTP兩類應(yīng)用，不會(huì)排斥異構(gòu)數(shù)據(jù)，且保障了數(shù)據(jù)處理時(shí)的靈活性，同時(shí)還具備公輔助功能，例如數(shù)據(jù)連結(jié)器、集群管理工具，滿足數(shù)據(jù)在平臺(tái)當(dāng)中的移動(dòng)與管理需求;視圖層主要采用非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，其可以將內(nèi)部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為視頻、文檔、圖片等形式，而這些形式均是人可以直觀解譯的信息，具有良好的可視化功能表現(xiàn)。在這一功能的輔助下，人工可以隨時(shí)觀察直流電設(shè)備的數(shù)據(jù)變化[14-15]。圖1非結(jié)構(gòu)化大數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)框架。

（3） 生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析應(yīng)用層

生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析應(yīng)用層可以分為：分析支撐層、分析應(yīng)用層、可視化層三個(gè)部分，其中分析支撐層主要提供工具服務(wù)，服務(wù)對(duì)象為數(shù)據(jù)服務(wù)層至分析應(yīng)用層連接，圖2為系統(tǒng)分析工具結(jié)構(gòu)大數(shù)據(jù)分析工具。圖中可見，其工具服務(wù)由非結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析引擎組成。出于系統(tǒng)性能考慮，還采用了云計(jì)算引擎技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可以提高數(shù)據(jù)處理速度;分析應(yīng)用層主要提供關(guān)聯(lián)分析功能服務(wù)，其在面對(duì)任何故障設(shè)備時(shí)，都會(huì)根據(jù)設(shè)備保存信息，判斷設(shè)備所在批次、功能間隔等，相應(yīng)對(duì)其他相關(guān)設(shè)備進(jìn)行排查，確認(rèn)其他設(shè)備是否也存在相同問題;可視化層主要利用Flash技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)可視化窗口，大致包括儀表盤窗口、報(bào)表窗口、數(shù)據(jù)分析窗口、統(tǒng)計(jì)等圖表窗口，滿足人工管理需求，同時(shí)借助Flash技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、4G網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議，該窗口可以在各類瀏覽器、移動(dòng)端APP上展示，具有良好的靈活性表現(xiàn)[16]。設(shè)計(jì)方案：①采用云計(jì)算引擎技術(shù)與非結(jié)構(gòu)化和結(jié)構(gòu)化大數(shù)據(jù)引擎結(jié)合，可加速數(shù)據(jù)處理速度;②通過混合大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)深度挖掘功能，且將挖掘成果相互連接起來，以免孤島數(shù)據(jù)形成;③通過前兩個(gè)步驟可組成多維度分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)以上可視化工具進(jìn)行重新定義，代表可以對(duì)工具進(jìn)行操作。以上設(shè)計(jì)使系統(tǒng)可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，并借助可視化工具的柱狀圖、餅圖等展示形式來展示分析過程與結(jié)果。

（4）

3.2 算法

多維度邏輯在本質(zhì)上可以看做是回歸分析的一種，即每個(gè)維度分析完成后，都需要結(jié)合分析結(jié)果與目標(biāo)進(jìn)行一同分析，確認(rèn)兩者之間的關(guān)系距離，然后通過對(duì)比才能得到不同維度的權(quán)重。本文主要借助軟件功能來實(shí)現(xiàn)多維度回歸分析計(jì)算，即首先建立指標(biāo)（a、b、c），隨后對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，根據(jù)處理結(jié)果將每個(gè)指標(biāo)的最大值最為基準(zhǔn)值，其次將基準(zhǔn)值乘以指標(biāo)值（d），以此類推就可以得到每個(gè)指標(biāo)的量化變數(shù)（e），而量化變數(shù)就代表了該指標(biāo)與目標(biāo)的距離，所以對(duì)比之后即可判斷所有指標(biāo)的權(quán)重。公式（1）為軟件多維度回歸分析計(jì)算方法。公式（1）a…a1，a2，a3×d

b…b1，b2，b3×d

c…c1，c2，c3×d=e=[e1，e2，e3]T4 實(shí)際應(yīng)用

為了校驗(yàn)這一設(shè)計(jì)系統(tǒng)在實(shí)際工作中的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值與可靠性，本文在大數(shù)據(jù)分析思想基礎(chǔ)上，對(duì)某電力企業(yè)的的高壓直流設(shè)備中8大類33項(xiàng)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析，分析規(guī)則依照電力多維度分析系統(tǒng)策略。通過分析得到了多組數(shù)據(jù)，且在大數(shù)據(jù)技術(shù)深度分析功能下，發(fā)現(xiàn)其設(shè)備系統(tǒng)整體存在特高壓直流單閥組、雙極閉鎖缺陷，這些缺陷當(dāng)前表現(xiàn)并不突出，但不排除在后續(xù)短期工作內(nèi)導(dǎo)致電力故障的可能性。表1為本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)結(jié)果與評(píng)估結(jié)果、表2為設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用前后的數(shù)據(jù)對(duì)比。

綜合來看，在本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用下，發(fā)現(xiàn)案例中部分直流電設(shè)備（換流變套管壓力、氣管穿墻、金屬氣管）存在問題，相互之間存在密切邏輯關(guān)系，在后續(xù)工作中大概率造成電力故障。

表2可見，在系統(tǒng)應(yīng)用后所有對(duì)比項(xiàng)的問題表現(xiàn)均被發(fā)現(xiàn)，且大概率被預(yù)防，與應(yīng)用前相比預(yù)防故障的概率大大提高，說明系統(tǒng)應(yīng)用有效。

5 總結(jié)

在現(xiàn)代電力供需下，傳統(tǒng)人工管理模式下的供電質(zhì)量已經(jīng)不滿足當(dāng)前要求，為了提高供電質(zhì)量，滿足人們的供電需求，必須要開發(fā)和設(shè)計(jì)新的電力數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)?；诖?，本文對(duì)基于大數(shù)據(jù)的電力多維度分析系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，介紹了設(shè)計(jì)架構(gòu)以及基本功能表現(xiàn);并通過案例進(jìn)行了實(shí)際分析，結(jié)果顯示該系統(tǒng)在實(shí)際工作當(dāng)中具有良好的功能作用，其能夠有效地分析出電力系統(tǒng)中存在的缺陷，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患并進(jìn)行排除和檢修，確保電力系統(tǒng)的順利運(yùn)行。

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（收稿日期： 2019.07.22）

作者簡(jiǎn)介：鄧楚然（1993-），女，廣東，工程師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)。

江疆（1982-），男，湖北，工程師，博士，研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)。

楊秋勇（1986-），男，廣東，工程師，碩士，研究方向：機(jī)器學(xué)習(xí)及智能信息處理。

陳灝生（1979-），男，廣東，高級(jí)項(xiàng)目管理師，學(xué)士，研究方向：應(yīng)用數(shù)學(xué)。

黃樹滿（1986-），男，廣東，助理工程師，應(yīng)用數(shù)學(xué)。文章編號(hào)：1007-757X（2020）02-0106-03