基于大數(shù)據(jù)的電力通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)感知分析

文｜吳法成

隨著全球信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電力通信系統(tǒng)正迎來(lái)了一個(gè)前所未有的發(fā)展時(shí)機(jī)。新發(fā)展帶來(lái)了新的要求，能源特別是電能的需求形成了指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)。新發(fā)展帶來(lái)了一系列挑戰(zhàn)，其中之一就是如何在復(fù)雜多變的環(huán)境下保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。借助機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)技術(shù)，可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，從中發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行的規(guī)律。這不僅能夠幫助研究者預(yù)測(cè)未來(lái)的電力系統(tǒng)運(yùn)行方式，還可以為系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)提供有力支持。綜上所述，本文從電力通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)劃分出發(fā)，深入探討了大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景。特別是在電力通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)感知方面，提供了一系列具體的分析方法和應(yīng)對(duì)策略。這些方法為電力通信系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

一、電力通信網(wǎng)絡(luò)概述

電力通信網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)中具有不可或缺的重要性。尤其值得注意的是，在智能電網(wǎng)的背景下，電力通信網(wǎng)絡(luò)正在逐步提升智能化水平，引入了一系列先進(jìn)的技術(shù)，如同步數(shù)字序列、多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)等。

根據(jù)功能不同，電力通信網(wǎng)絡(luò)可以劃分為骨干通信網(wǎng)、配電通信網(wǎng)和用電通信網(wǎng)。這三類網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)建了整個(gè)電力系統(tǒng)中高效穩(wěn)定的通信基礎(chǔ)設(shè)施，為電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理提供了重要支持。

電力通信網(wǎng)絡(luò)在智能電網(wǎng)建設(shè)中扮演著關(guān)鍵角色，它不僅僅是數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぞ?，更是?shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)智能化和自動(dòng)化的基石。通過(guò)將先進(jìn)技術(shù)融入電力通信網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)各個(gè)方面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)分析，從而提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率、穩(wěn)定性和安全性。這種緊密的融合為電力系統(tǒng)的可靠供電和智能化發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

電力通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)初衷是專注于確保電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行，這是本行業(yè)區(qū)別于其他傳統(tǒng)行業(yè)的一個(gè)顯著的特色。在《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》中，電力業(yè)務(wù)被巧妙地劃分為四個(gè)主要區(qū)域：實(shí)時(shí)控制區(qū)（安全I(xiàn)區(qū)）、非控制生產(chǎn)區(qū)（安全I(xiàn)I區(qū)）、生產(chǎn)管理區(qū)（安全I(xiàn)II區(qū)）和管理信息區(qū)（安全I(xiàn)V區(qū)）。

安全I(xiàn)區(qū)涵蓋了關(guān)鍵的電力業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。在這一區(qū)域內(nèi)，數(shù)據(jù)通信的傳輸需要經(jīng)過(guò)專用通道，對(duì)穩(wěn)定性的極高要求確保了電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)控制。安全I(xiàn)I區(qū)則主要是測(cè)量、保護(hù)信息等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)為故障定位、安全分心等提供了數(shù)據(jù)支撐。

在安全I(xiàn)II區(qū)和安全I(xiàn)V區(qū)中的都是輔助性數(shù)據(jù)，如行政數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控等。盡管這些領(lǐng)域的數(shù)據(jù)并不直接影響電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，但它們對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)行和管理同樣具有重要作用，為電力系統(tǒng)的安全性和可靠性提供了有力支持。

二、基于大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)感知

（一）電力大數(shù)據(jù)特征

在電力系統(tǒng)領(lǐng)域，充沛的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為大數(shù)據(jù)技術(shù)提供了廣泛應(yīng)用機(jī)會(huì)，最大限度地發(fā)掘數(shù)據(jù)潛力，實(shí)現(xiàn)多樣性和個(gè)性化數(shù)據(jù)應(yīng)用，為電力系統(tǒng)分析提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。電力大數(shù)據(jù)與一般大數(shù)據(jù)具有類似的特點(diǎn)，比如較大的數(shù)據(jù)量和高緯度。為知識(shí)挖掘和網(wǎng)絡(luò)異常分析提供有利條件，深入分析網(wǎng)絡(luò)和電力系統(tǒng)中的異?，F(xiàn)象。同時(shí)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)感知，進(jìn)一步詳盡分析電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全性能。大數(shù)據(jù)在電力領(lǐng)域應(yīng)用不僅可以理解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，還揭示隱藏在海量數(shù)據(jù)中的關(guān)聯(lián)性和趨勢(shì)。通過(guò)整合分析大數(shù)據(jù)，可以更準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電力系統(tǒng)潛在的問(wèn)題，并及時(shí)采取措施保障系統(tǒng)安全和可靠性。將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)分析，為電力行業(yè)提供強(qiáng)大工具，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和電力系統(tǒng)高效管理與運(yùn)行支持。這有助于應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)復(fù)雜挑戰(zhàn)，確保電力供應(yīng)穩(wěn)定可靠，為構(gòu)建可持續(xù)電力系統(tǒng)貢獻(xiàn)力量。

（二）網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)感知

系統(tǒng)狀態(tài)感知指的是在一定的時(shí)間、空間范圍內(nèi)，對(duì)特定的輸入含義進(jìn)行解讀，并且基于解讀出來(lái)的結(jié)果對(duì)可能會(huì)發(fā)生的安全事件進(jìn)行預(yù)測(cè)?？梢哉f(shuō)，狀態(tài)感知的過(guò)程就是對(duì)系統(tǒng)的安全性能進(jìn)行學(xué)習(xí)的過(guò)程，狀態(tài)感知的流程如圖1所示。將狀態(tài)感知應(yīng)用在電力系統(tǒng)上，由于系統(tǒng)本身的維度過(guò)于龐大，如果直接使用會(huì)降低預(yù)測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確度，所以需要借助大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)來(lái)提高運(yùn)算性能。

圖1 狀態(tài)感知示意圖

態(tài)勢(shì)檢測(cè)模塊在電力系統(tǒng)中的角色之一是對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括特征降維和特征提取等。此外，它還負(fù)責(zé)進(jìn)行活動(dòng)建模，這可以通過(guò)專家經(jīng)驗(yàn)法或聚類法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

態(tài)勢(shì)感知模塊的核心任務(wù)是分析輸入和輸出之間的關(guān)聯(lián)性，以確定可能的聯(lián)系，以供后續(xù)預(yù)測(cè)使用。這一過(guò)程通常會(huì)涉及關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法，幫助識(shí)別潛在的模式和關(guān)系。

態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)模塊的主要職責(zé)在于評(píng)估已發(fā)生的安全事件，并預(yù)測(cè)未來(lái)可能的威脅。這種模塊通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)和趨勢(shì)，能夠?yàn)槲磥?lái)可能出現(xiàn)的情況提供預(yù)警和預(yù)測(cè)。

這些模塊的協(xié)同工作有助于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化管理和安全性提升，為電力行業(yè)的可靠運(yùn)行和發(fā)展提供有力支持。

三、電力通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)感知分析

電力通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)感知的主要目的是獲取輸入的多元信息之間的聯(lián)系，利用這種相關(guān)關(guān)系對(duì)電力通信業(yè)務(wù)和行為進(jìn)行預(yù)測(cè)。主要包括以下三部分內(nèi)容。

（一）通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋺B(tài)勢(shì)感知

這部分的關(guān)鍵是對(duì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行識(shí)別，分為有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是通信網(wǎng)絡(luò)功能正常實(shí)現(xiàn)的重要因素之一，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠?qū)⒐铝?、離散的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來(lái)，形成動(dòng)態(tài)、關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集。在建立了相應(yīng)的監(jiān)視系統(tǒng)之后，就可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)相關(guān)的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的提前預(yù)測(cè)。

（二）通信網(wǎng)絡(luò)演化趨勢(shì)態(tài)勢(shì)感知

這部分借助態(tài)勢(shì)感知技術(shù)，旨在預(yù)測(cè)通信網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)前，趨勢(shì)預(yù)測(cè)技術(shù)主要集中在預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中鏈路變化的趨勢(shì)。在電力系統(tǒng)中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)涵蓋多個(gè)層面，每個(gè)層面都具有不同的重要性。因此，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)鏈路出現(xiàn)缺失時(shí)，需要借助實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法，以確保與電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能相匹配。

（三）通信網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)感知

這部分的主要目標(biāo)是維護(hù)和加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全性。通過(guò)對(duì)與網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的數(shù)據(jù)和指標(biāo)進(jìn)行分析和計(jì)算，這一過(guò)程不僅能夠提供實(shí)時(shí)的保護(hù)功能，還能夠預(yù)測(cè)潛在的威脅。這種綜合性的方法有助于構(gòu)建一個(gè)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)防御體系，以應(yīng)對(duì)不斷變化的網(wǎng)絡(luò)安全挑戰(zhàn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

在智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的背景下，通信網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)中的作用越來(lái)越重要。它不僅僅是連接各個(gè)環(huán)節(jié)的紐帶，更是數(shù)據(jù)傳輸和信息交換的關(guān)鍵通道。通過(guò)構(gòu)建電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的態(tài)勢(shì)感知，能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測(cè)和分析通信網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題和異常，從而采取相應(yīng)的措施來(lái)保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。本研究聚焦于大數(shù)據(jù)技術(shù)在態(tài)勢(shì)感知中的應(yīng)用，通過(guò)收集、處理和分析大量的數(shù)據(jù)，可以建立起對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的全面認(rèn)知。不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，還能夠預(yù)測(cè)未來(lái)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，從而提前做出調(diào)整和優(yōu)化。