電力大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

摘要：對(duì)智能電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)來(lái)源進(jìn)行了闡述，簡(jiǎn)要介紹了應(yīng)用于智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)展現(xiàn)技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，提出了大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的幾個(gè)應(yīng)用方向，為電力企業(yè)今后在智能電網(wǎng)建設(shè)中如何應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)提供了參考。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);智能電網(wǎng);數(shù)據(jù)處理;應(yīng)用方向

0 引言

隨著工業(yè)升級(jí)以及人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)電力供應(yīng)的質(zhì)量與穩(wěn)定性有著越來(lái)越高的要求，傳統(tǒng)的電網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行模式將越來(lái)越不適應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求，高度融合了傳感、測(cè)量、通信等技術(shù)的智能電網(wǎng)成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。隨著各類(lèi)智能設(shè)備在電網(wǎng)中的應(yīng)用，產(chǎn)生的電力運(yùn)行數(shù)據(jù)較之前將高出4個(gè)數(shù)量級(jí)。面對(duì)海量的數(shù)據(jù)，只有有效應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，才可對(duì)其進(jìn)行分析，并輸出有價(jià)值的信息，為智能電網(wǎng)的運(yùn)行與建設(shè)提供決策依據(jù)。

1 智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)來(lái)源

智能電網(wǎng)的“智能”體現(xiàn)在系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的可觀(guān)測(cè)和可控制上?！翱捎^(guān)測(cè)”要求數(shù)據(jù)必須全面且準(zhǔn)確，能反映系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，需要在電網(wǎng)的發(fā)電、輸電、配電、用電等各環(huán)節(jié)安裝眾多的數(shù)據(jù)采集裝置，這些體量龐大的內(nèi)源性數(shù)據(jù)是監(jiān)測(cè)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)信息。

除了來(lái)自電網(wǎng)自身的內(nèi)源性數(shù)據(jù)，來(lái)自氣象系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)等的外源性數(shù)據(jù)也是智能電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)行決策需要的關(guān)鍵信息。隨著智能電網(wǎng)自身的發(fā)展，與外部的交互會(huì)不斷加強(qiáng)，外源性數(shù)據(jù)的占比也會(huì)逐步提高。

2 智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)

2.1? ? 數(shù)據(jù)處理

智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)源眾多，產(chǎn)生數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不一，難以直接進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)處理分3步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：首先對(duì)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、重構(gòu)，以保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量及可用性;然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、集成，提取各數(shù)據(jù)間的關(guān)系;最后采用電力數(shù)據(jù)統(tǒng)一公共模型將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，供后續(xù)分析使用。

2.2? ? 數(shù)據(jù)計(jì)算

智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)分布范圍廣，在電網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和硬件設(shè)備等計(jì)算資源有限的條件下，需采用分布式計(jì)算技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具體來(lái)說(shuō)則是需建立電力云計(jì)算平臺(tái)。通過(guò)電力云計(jì)算平臺(tái)整合數(shù)據(jù)資源和硬件資源，為產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)提供足夠的存儲(chǔ)空間，同時(shí)借助云計(jì)算技術(shù)提供超級(jí)計(jì)算能力，從而為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)和數(shù)據(jù)共享提供強(qiáng)大的技術(shù)支持和技術(shù)保障。

2.3? ? 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析是大數(shù)據(jù)技術(shù)的核心。由于智能電網(wǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量極大、范圍極廣，數(shù)據(jù)的價(jià)值密度相對(duì)較低。數(shù)據(jù)分析的目的是根據(jù)使用者的需要，采用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、聚類(lèi)，尋找出數(shù)據(jù)中有價(jià)值的信息，對(duì)決策起輔助作用。

2.4? ? 數(shù)據(jù)展現(xiàn)

通過(guò)數(shù)據(jù)分析從海量的數(shù)據(jù)中提取出用戶(hù)關(guān)心的信息后，應(yīng)該將其直觀(guān)形象地展現(xiàn)給用戶(hù)。通過(guò)可視化技術(shù)合理地選擇數(shù)據(jù)的展示方式，能顯著提高電力數(shù)據(jù)的易讀性，幫助調(diào)度、運(yùn)維人員更加直觀(guān)、準(zhǔn)確地了解系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。

除了傳統(tǒng)的圖表式展現(xiàn)方式，三維展示技術(shù)也可結(jié)合智能變電站的建設(shè)而加以應(yīng)用。將智能變電站的設(shè)備及其相關(guān)參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化的三維展示，將是變電運(yùn)維領(lǐng)域的一大突破。

3 大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)的應(yīng)用方向

根據(jù)服務(wù)對(duì)象的不同，電力大數(shù)據(jù)技術(shù)有以下幾個(gè)應(yīng)用方向：

3.1? ? 應(yīng)用于電網(wǎng)運(yùn)行

電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行依賴(lài)于發(fā)電側(cè)出力與用戶(hù)側(cè)負(fù)荷的平衡，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和分析，可及時(shí)實(shí)現(xiàn)電廠(chǎng)出力及短期負(fù)荷的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度部門(mén)的精準(zhǔn)調(diào)控，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，在線(xiàn)路損耗計(jì)算、電網(wǎng)異常監(jiān)測(cè)等方面，大數(shù)據(jù)技術(shù)也有應(yīng)用空間。

3.2? ? 應(yīng)用于設(shè)備評(píng)估

本質(zhì)上，當(dāng)前在電力企業(yè)應(yīng)用的電力設(shè)備狀態(tài)評(píng)估方法是一種事后的評(píng)估方法，即根據(jù)設(shè)備發(fā)生缺陷后的表象，評(píng)估該缺陷的嚴(yán)重等級(jí)，并以此推斷設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，融合設(shè)備自身參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、外部影響條件等，可分析出設(shè)備在不同運(yùn)行工況下的可靠性指標(biāo)及主要影響因素，更加有效地掌握電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)判可能存在的風(fēng)險(xiǎn)?；诖髷?shù)據(jù)分析的設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)估可以對(duì)設(shè)備運(yùn)維策略、系統(tǒng)運(yùn)行方式提供清晰的決策依據(jù)。

3.3? ? 應(yīng)用于用戶(hù)管理

利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠?qū)ν獠康氖袌?chǎng)需求等信息進(jìn)行分析，根據(jù)客戶(hù)群體的不同，提煉出對(duì)客戶(hù)群及其需求的分布情況。以此為參考，可根據(jù)客戶(hù)的不同需求提供更加精準(zhǔn)的針對(duì)性服務(wù)，提高電力營(yíng)銷(xiāo)的水平和質(zhì)量。同時(shí)，電力企業(yè)可以對(duì)自身的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在接入外部市場(chǎng)信息后，通過(guò)內(nèi)外信息比對(duì)，可以分析出企業(yè)產(chǎn)出與市場(chǎng)需求的匹配程度，以此指導(dǎo)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

4 大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用典型案例

4.1? ? 新能源發(fā)電出力預(yù)測(cè)

新能源正常并網(wǎng)的一個(gè)重要制約因素是出力預(yù)測(cè)誤差較大，以風(fēng)電為例，根據(jù)相關(guān)的研究，目前出力預(yù)測(cè)日前誤差約為20%，實(shí)時(shí)誤差約為5%，如此大的誤差非常不便于電網(wǎng)調(diào)度。針對(duì)新能源出力難以精確預(yù)測(cè)的問(wèn)題，IBM集團(tuán)已提出完善的解決方案，在計(jì)算模型中加入了地理信息、氣象條件、衛(wèi)星圖像、潮汐相位等來(lái)源多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的海量數(shù)據(jù)，以分析結(jié)果指導(dǎo)風(fēng)力渦輪機(jī)布局，有效提高風(fēng)電廠(chǎng)出力的預(yù)測(cè)精度，同時(shí)對(duì)發(fā)電效率的提升也有所幫助。該方案已在丹麥的Vestas風(fēng)力技術(shù)集團(tuán)得到應(yīng)用，實(shí)踐證明該方案的經(jīng)濟(jì)效益可觀(guān)。

4.2? ? 設(shè)備故障預(yù)測(cè)

主變出現(xiàn)故障導(dǎo)致被迫停運(yùn)是威脅電網(wǎng)正常運(yùn)行的重要因素，尤其在用電高峰期，主變停運(yùn)使區(qū)域電網(wǎng)用電緊張程度急劇增加。在提高主變故障的主動(dòng)發(fā)現(xiàn)能力方面，國(guó)內(nèi)已有團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了相關(guān)研究并取得了成果。變壓器油溫故障趨勢(shì)偵測(cè)流程如圖1所示，首先收集變壓器歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，形成全數(shù)據(jù)源;其次，開(kāi)展相關(guān)性計(jì)算，針對(duì)“主變油溫故障”的結(jié)果，挖掘出與其關(guān)聯(lián)最強(qiáng)的因素;最后，進(jìn)一步計(jì)算每個(gè)因素導(dǎo)致結(jié)果的概率，并根據(jù)專(zhuān)家系統(tǒng)診斷結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。最終可得出導(dǎo)致主變油溫故障的5個(gè)要因及其告警閾值。在模型構(gòu)建完成后，只要當(dāng)某一因素的計(jì)算閾值高于預(yù)警系數(shù)，系統(tǒng)便會(huì)發(fā)出告警，提醒運(yùn)維人員及時(shí)干預(yù)。

5 結(jié)語(yǔ)

大數(shù)據(jù)技術(shù)正不斷深入電網(wǎng)領(lǐng)域，在電網(wǎng)運(yùn)行、設(shè)備管理、用戶(hù)管理等方面起到了重要作用。隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，繼續(xù)加深大數(shù)據(jù)技術(shù)與電網(wǎng)的融合，可提高電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量，提高電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)維管理的智能化水平，促進(jìn)我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展。

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收稿日期：2020-04-06

作者簡(jiǎn)介：吳潤(rùn)（1984—），女，廣東湛江人，工程師，研究方向：電力大數(shù)據(jù)。