基于電力大數(shù)據(jù)的配網(wǎng)網(wǎng)架智能分析方法

山東眾晨電力工程管理咨詢有限公司 泮泉泉 李麗麗

1 智能電網(wǎng)的功能

智能電網(wǎng)是由傳感器測量、通信、信息、計(jì)算機(jī)、控制等先進(jìn)技術(shù)與物理電網(wǎng)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新型的電網(wǎng)。智能電網(wǎng)能夠在不進(jìn)行大量投資的情況下，為日益增加的用電需求，提供持續(xù)、穩(wěn)定的能源供給。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)的各類能源消耗進(jìn)行采集、分析，達(dá)到對(duì)電力供求關(guān)系進(jìn)行最優(yōu)化的目的。

將大數(shù)據(jù)技術(shù)運(yùn)用到智能電網(wǎng)中，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。一是利用傳感器對(duì)配電網(wǎng)不同位置的實(shí)時(shí)功率進(jìn)行采集。二是將使用者的電力消耗情況通過安裝在家里的智能電表進(jìn)行采集。三是對(duì)采集到的全部資料進(jìn)行分析，并對(duì)配電網(wǎng)的用電量進(jìn)行預(yù)測，并對(duì)其進(jìn)行快速的緊急反應(yīng)，使供求關(guān)系達(dá)到最優(yōu)。四是提出能源消耗建議，制訂獎(jiǎng)勵(lì)方案，改變使用者的能源消耗習(xí)慣。智能電網(wǎng)能夠在電網(wǎng)中安全地整合可更新的資源和綠色的資源。雖然可再生能源如太陽能、風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為我國能源的重要組成部分，但是，如何保證其與電網(wǎng)的安全與經(jīng)濟(jì)效率始終是人們關(guān)心的問題?？稍偕茉吹拈g歇性特性，會(huì)因氣候條件的改變而引起電壓及頻率的不穩(wěn)定，進(jìn)而損害電力及電子產(chǎn)品[1]。

2 電力大數(shù)據(jù)概況

所謂大數(shù)據(jù)技術(shù)，就是通過專業(yè)的分析軟件，在一定的時(shí)間段內(nèi)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分類、整理和分析，摒除傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)加工方式，采用最新的數(shù)據(jù)分析方法，提高數(shù)據(jù)的決策效率，提高數(shù)據(jù)的價(jià)值。大數(shù)據(jù)的內(nèi)容很多，可以分成兩種，一種是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，代表著數(shù)字和符號(hào)，另一種是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，代表著圖像和聲音。電力大數(shù)據(jù)的獲得方式還有分析數(shù)據(jù)、交易數(shù)據(jù)、服務(wù)數(shù)據(jù)和交易結(jié)算數(shù)據(jù)。電力大數(shù)據(jù)的不同獲得路徑的關(guān)聯(lián)性比較強(qiáng)，有時(shí)候資料的差異也會(huì)產(chǎn)生同樣的資料，這就要求在收集資料的時(shí)候要對(duì)各種資料進(jìn)行正確的判別，以免造成資料收集中的冗余性和品質(zhì)參差不齊的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)問題。電力大數(shù)據(jù)具有高速性（Velocity）則表示了快速的數(shù)據(jù)處理。由于電網(wǎng)的特殊性，需要對(duì)電網(wǎng)的生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析，以適應(yīng)電網(wǎng)的日常運(yùn)行需要規(guī)模性（Volume）表示大量的資料。由于企業(yè)信息化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)電行業(yè)在生產(chǎn)、調(diào)度、服務(wù)等方面產(chǎn)生了海量的龐大數(shù)據(jù)，而且這種增長速率會(huì)隨著時(shí)代的發(fā)展而不斷加速，從而在電網(wǎng)行業(yè)中產(chǎn)生難以估算的大數(shù)據(jù)數(shù)量[2]。

3 配電網(wǎng)網(wǎng)架分析存在的問題

一是配網(wǎng)報(bào)表人工數(shù)據(jù)量較大。配電網(wǎng)的管理必須依賴于數(shù)據(jù)的分析，但由于配網(wǎng)的信息量巨大，因此人工的統(tǒng)計(jì)工作量很大，而且精度不高，耗費(fèi)時(shí)間和精力。二是各專業(yè)數(shù)據(jù)分布零散，應(yīng)用困難。配電網(wǎng)的分析和管理要求綜合各部門的業(yè)務(wù)資料，全面剖析配電網(wǎng)的運(yùn)營狀況，洞察配網(wǎng)的難點(diǎn)和問題。但是，由于多部門、多專業(yè)的資料常常分散在各業(yè)務(wù)部門，不能相互連接，不能有效地使用這些信息，從而限制配電網(wǎng)的工作效率。三是配電網(wǎng)調(diào)度執(zhí)行沒有智能化的決策。在大規(guī)模斷電，尤其是突發(fā)事件的時(shí)候，僅靠調(diào)度人員人工進(jìn)行決策，已難以達(dá)到時(shí)效性和準(zhǔn)確性要求，迫切需要一個(gè)以目前的電網(wǎng)運(yùn)行狀況為基礎(chǔ)，通過智能產(chǎn)生的快速復(fù)用方法。四是配電網(wǎng)不可觀、不可測。配電網(wǎng)運(yùn)營中缺少一個(gè)通用的演示平臺(tái)，無法對(duì)配電網(wǎng)的管理和業(yè)務(wù)進(jìn)行全面的統(tǒng)計(jì)與分析，缺少一個(gè)能直觀地展現(xiàn)配電網(wǎng)的工具。

4 電力大數(shù)據(jù)的配網(wǎng)網(wǎng)架智能分析方法

4.1 在配電網(wǎng)中應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

電力資源是保障人民的正常生產(chǎn)和生活所必需的資源。但是，配電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定、可靠是保證其正常生產(chǎn)、生活的重要因素。配電網(wǎng)絡(luò)中某些不正常的情況會(huì)造成操作上的問題，其中很多都是由于配電網(wǎng)的不穩(wěn)定所造成的。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，在智能電網(wǎng)的建設(shè)中，電力的實(shí)時(shí)采集與實(shí)時(shí)監(jiān)控正在逐步得到廣泛的應(yīng)用。大數(shù)據(jù)技術(shù)在配電網(wǎng)安全運(yùn)行中的應(yīng)用，既能提高配電網(wǎng)的運(yùn)行效率，又能保證配電網(wǎng)的安全性，以此提升數(shù)據(jù)計(jì)算的精確性和效率，這樣能夠更好的維護(hù)配電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、高效、平穩(wěn)運(yùn)行。同時(shí)，將大數(shù)據(jù)分析技術(shù)引入到配電網(wǎng)中，能夠有效的助力對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的[3]。

大數(shù)據(jù)技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用如圖1所示。

圖1 大數(shù)據(jù)技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用

4.2 智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的整體構(gòu)架

智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的總體架構(gòu)是智能電網(wǎng)的核心業(yè)務(wù)，其包括三個(gè)部分，即信息整合、運(yùn)算和實(shí)際運(yùn)用。在智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的平臺(tái)上收集了大量的、準(zhǔn)確的、詳細(xì)的信息，智能電網(wǎng)的應(yīng)用將會(huì)變得非常重要，而智能電網(wǎng)的智能也會(huì)被充分展示出來。隨著電力系統(tǒng)的建設(shè)和管理水平的提高，輸電線路的運(yùn)行狀況將會(huì)得到更為精確的評(píng)價(jià)與預(yù)測，對(duì)某些較為復(fù)雜的輸電線路的故障進(jìn)行快速的辨識(shí)與處置。數(shù)據(jù)的集成、存儲(chǔ)、處理和分析等技術(shù)的集成，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成和分析。在傳統(tǒng)的電網(wǎng)中，由于缺少有效、精確的信息收集手段，往往會(huì)造成基礎(chǔ)資料的不精確，從而造成電網(wǎng)的設(shè)計(jì)與規(guī)劃上的一些問題。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的到來，為了能夠更好地解決電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中的這一長時(shí)間存在的一些相關(guān)問題，電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息規(guī)劃平臺(tái)在應(yīng)用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的基礎(chǔ)上被有效的開發(fā)出來。同時(shí)，這一平臺(tái)通過科學(xué)有效的收集儲(chǔ)存一些大量的數(shù)據(jù)，并在良好的應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)、多源融合分析技術(shù)、多維顯示技術(shù)等前沿技術(shù)的根本上有效的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的有效的運(yùn)作。

4.3 配網(wǎng)線路環(huán)網(wǎng)點(diǎn)問題智能分析

配網(wǎng)線路環(huán)網(wǎng)點(diǎn)分析是配網(wǎng)網(wǎng)架的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，配網(wǎng)線路環(huán)網(wǎng)點(diǎn)布局是否合理以及是否具有足夠的可用性直接影響到配電網(wǎng)的整體轉(zhuǎn)電容量和柔性。利用智能化的方法，可以對(duì)各環(huán)路內(nèi)的網(wǎng)格數(shù)進(jìn)行有效的統(tǒng)計(jì)，并對(duì)存在的環(huán)網(wǎng)進(jìn)行故障診斷；并在此基礎(chǔ)上，將環(huán)狀網(wǎng)點(diǎn)數(shù)目0 的單輻射線路進(jìn)行了管理上的揭露；該方法將配網(wǎng)資源的基礎(chǔ)賬本進(jìn)行了相關(guān)分析，從而實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)線路環(huán)網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)與各節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的管理風(fēng)險(xiǎn)；此外，由于配網(wǎng)線路環(huán)路的網(wǎng)點(diǎn)不是自動(dòng)控制，也可一一展現(xiàn)，從而促進(jìn)了配網(wǎng)線路環(huán)路的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能解析。從多個(gè)角度展現(xiàn)配網(wǎng)線路網(wǎng)架的問題，可以發(fā)現(xiàn)配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中存在的問題，促進(jìn)配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)和改進(jìn)，使配網(wǎng)網(wǎng)架和配網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換具有最大的彈性，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)負(fù)載或出現(xiàn)問題時(shí)，可以迅速切換到電網(wǎng)，為客戶提供電力。

4.4 在電網(wǎng)調(diào)度中應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

由于傳統(tǒng)電網(wǎng)的調(diào)度工作效率低，因此在大數(shù)據(jù)技術(shù)環(huán)境下，設(shè)計(jì)了一種新型的電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)。電網(wǎng)大數(shù)據(jù)智能化調(diào)度思想就是要利用電力的最優(yōu)生產(chǎn)、傳輸和調(diào)度。大數(shù)據(jù)技術(shù)的運(yùn)用極大地提高了電網(wǎng)調(diào)度的運(yùn)行速度。由于電網(wǎng)采集到的監(jiān)控資料具有大數(shù)據(jù)特性，因此其應(yīng)用的意義非常大。利用該資料，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的智能調(diào)度和故障的預(yù)測。傳統(tǒng)的智能報(bào)警系統(tǒng)存在著較高的錯(cuò)誤率和由手工進(jìn)行的故障診斷，因此要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力。在大數(shù)據(jù)分析技術(shù)環(huán)境下，提出了一種新型的電力設(shè)備故障診斷方法。該系統(tǒng)能夠高效地對(duì)多種原因引起的故障進(jìn)行快速的診斷和最優(yōu)的處理。這樣既能極大地提升工作的效率，又能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[4]。

4.5 在智能電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測中應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

為了確保電網(wǎng)安全運(yùn)轉(zhuǎn)并減少事故出現(xiàn)次數(shù)，應(yīng)當(dāng)按時(shí)對(duì)電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行檢測。智能設(shè)備工作中所形成的眾多數(shù)據(jù)，因此導(dǎo)致數(shù)據(jù)的分析和處理上會(huì)產(chǎn)生偏差，這導(dǎo)致設(shè)備系統(tǒng)的檢測顯得十分復(fù)雜。但是，在大數(shù)據(jù)分析技術(shù)廣泛運(yùn)用的平臺(tái)上，對(duì)于任何數(shù)據(jù)都能夠得到準(zhǔn)確迅速的處理，系統(tǒng)中存在的問題也將能夠被有效地檢測出來，進(jìn)而使得隱患能夠迅速被淘汰。當(dāng)前智能電網(wǎng)狀況遠(yuǎn)程監(jiān)測多與智能計(jì)算結(jié)合，利用智能計(jì)算實(shí)現(xiàn)狀態(tài)評(píng)估，使用的智能計(jì)算有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策樹及其支撐向量機(jī)等。利用這種技術(shù)能夠根據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)加以分類，從而達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)的優(yōu)化管理。

4.6 在智能電網(wǎng)穩(wěn)定性分析中應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)

利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可以將大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化的分析和處理，使其具有較高的安全性和穩(wěn)定性。將多個(gè)不同類型的電網(wǎng)信息進(jìn)行整合，可以構(gòu)建一個(gè)包括穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和控制評(píng)價(jià)的電網(wǎng)安全評(píng)價(jià)體系，并在此基礎(chǔ)上對(duì)電網(wǎng)的特點(diǎn)和拓?fù)渲悄苓M(jìn)行研究。利用其可以對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定進(jìn)行預(yù)測，同時(shí)也能為穩(wěn)定控制提供大量的數(shù)據(jù)，從而對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的規(guī)劃與運(yùn)營情況進(jìn)行安全性分析與評(píng)價(jià)，從而為電網(wǎng)的調(diào)度與控制提供依據(jù)。

5 在電力行業(yè)中應(yīng)用大數(shù)據(jù)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

隨著我國智能電網(wǎng)的開發(fā)，電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用將日益深入，這就直接造成了大數(shù)據(jù)分析科技對(duì)電力工業(yè)的開發(fā)提供了不少機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù)發(fā)展在電力行業(yè)中也創(chuàng)造出了許多機(jī)會(huì)。因?yàn)殡娏Υ髷?shù)據(jù)本來就蘊(yùn)含著重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)意義，而運(yùn)用電力大數(shù)據(jù)分析將為資源、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)價(jià)值等方面構(gòu)成了一種有效的管理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將可實(shí)現(xiàn)資源智能控制、有效循環(huán)使用資金、經(jīng)濟(jì)科學(xué)設(shè)計(jì)投資管理方法之和對(duì)社會(huì)最重要的投資管理方式之上的大跨越。這給我國當(dāng)前發(fā)展宏觀經(jīng)濟(jì)的工作方式帶來了新影響，為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的友好健康發(fā)展奠定了有力的基礎(chǔ)社會(huì)保障。而大數(shù)據(jù)科技的蓬勃發(fā)展，也對(duì)能源工業(yè)提供了許多新的挑戰(zhàn)。一是數(shù)據(jù)的收集，因?yàn)閿?shù)據(jù)的收集需要系統(tǒng)的支撐，同時(shí)還需要完善的管理系統(tǒng)，但現(xiàn)在數(shù)據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)所采用的管理模式主要是豎井管理模式，這很不利于各個(gè)組織之間的有效溝通，也就不能得到完整的數(shù)據(jù)庫。二是在數(shù)據(jù)的保存與智能化管理過程中還面臨著數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能不足、管理能力薄弱的問題，所以尋求一個(gè)能夠取代傳統(tǒng)數(shù)據(jù)保存方法與管理方式的新方法，已經(jīng)迫在眉睫。三是在數(shù)據(jù)安全上還需要傾注心血，因?yàn)橛脩魞?nèi)部的數(shù)據(jù)由于牽扯到安全問題是不能發(fā)布的，所以如何在使用大數(shù)據(jù)分析的過程中保障隱私安全性是一定要攻克的一項(xiàng)關(guān)鍵課題[5]。

6 結(jié)語

在配網(wǎng)網(wǎng)架智能診斷、運(yùn)行水平和供電能力的分析中，大量的工作是復(fù)雜而煩瑣的運(yùn)算。但由于電力工業(yè)的迅速發(fā)展，使得電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)日益復(fù)雜化，配網(wǎng)的運(yùn)行和分析與評(píng)價(jià)需要大量的計(jì)算量。用常規(guī)的規(guī)劃手段對(duì)其進(jìn)行分析、分類和處理，不僅耗時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致人力成本的增加，并且很難確保其準(zhǔn)確度和科學(xué)性。所以，利用電力大數(shù)據(jù)的深度整合技術(shù)，利用智能的算法對(duì)整體的合理性進(jìn)行剖析，從而發(fā)現(xiàn)配網(wǎng)網(wǎng)架的薄弱環(huán)節(jié)和問題。本文旨在探索電力大數(shù)據(jù)的整合，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)配網(wǎng)網(wǎng)架的多個(gè)層次進(jìn)行智能化的剖析，以期更好地促進(jìn)配網(wǎng)網(wǎng)架的不斷發(fā)展和發(fā)展，確保配網(wǎng)的準(zhǔn)確投資水平，為復(fù)雜配電網(wǎng)的網(wǎng)架研究提出了技術(shù)途徑和有力的理論支撐。