王晶晶
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要：電力行業(yè)在國家經濟發(fā)展中起著重要作用，是支撐現(xiàn)代化建設的重要公共事業(yè)。在信息技術持續(xù)發(fā)展的背景下，電力大數(shù)據(jù)關鍵技術的應用開始日新月異，為電力系統(tǒng)的經營管理上提供了重要的技術支持，其具體應用不但可使電網轉變?yōu)榛咏洕?、安全可靠、清潔高效的現(xiàn)代能源互聯(lián)網，還能提高電力系統(tǒng)的運營效率和管理水平。本文主要介紹了大數(shù)據(jù)的特點和大數(shù)據(jù)技術，并對大數(shù)據(jù)技術在電力系統(tǒng)的應用研究進行分析和探討。
關鍵詞：電力系統(tǒng);大數(shù)據(jù)技術;應用研究
0引言
中國的電力工業(yè)在近幾十年間飛速發(fā)展，隨著智能化電力系統(tǒng)的不斷建設，大量的信息數(shù)據(jù)在電力生產、營銷、服務的流程中產生，每項業(yè)務都會積累大量的歷史數(shù)據(jù)[1]。管理人員每天都要花費大量的時間和精力去分析處理這些數(shù)據(jù)，而在龐大的數(shù)據(jù)面前，其運維和管理方法對電力生產、決策的支撐不免有些不足和乏力，造成這樣的問題主要為以下二種原因：一是因為采用傳統(tǒng)的方法對現(xiàn)產生的大數(shù)據(jù)進行處理，不僅效率低，而且結果并沒有代表性，若從龐大的數(shù)據(jù)中提取有效的數(shù)據(jù)進行處理，其結果是使得管理者不能做出更全面的決策；另一原因是現(xiàn)管理信息系統(tǒng)只重視業(yè)務流程的處理環(huán)節(jié)，使得企業(yè)生產和決策對大數(shù)據(jù)的依賴得不到滿足。就電力系統(tǒng)而言，未來電力工業(yè)生產和管理都與電力大數(shù)據(jù)緊緊相關，因此，電力系統(tǒng)中需要采用大數(shù)據(jù)技術來解決當前各個業(yè)務中增長的數(shù)據(jù)所帶來的問題。
1 電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的特點和主要類型
1.1電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)特點
鑒于電力公司業(yè)務現(xiàn)狀，將大數(shù)據(jù)技術應用到電力系統(tǒng)中，其主要是通過數(shù)據(jù)挖掘技術，對電力行業(yè)中未來業(yè)務進行預測，同時對數(shù)據(jù)計算、集成和存儲等功能進行整合，從而總結出適應于現(xiàn)在和未來的新型管理模式，不僅促進了電力業(yè)務發(fā)展，還有效提高了電網內部的管理水平[3]。大數(shù)據(jù)的主要特點是：一，體量大，即各業(yè)務的數(shù)據(jù)增長遠比預期要快；二，類型多，數(shù)據(jù)主要包括半結構化數(shù)據(jù)和非結構化數(shù)據(jù)等；三，速度快，即對電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、分析、處理技術速度要求越快越好；四，安全性，不管是數(shù)據(jù)收集、處理、調用、分析等多個環(huán)節(jié)，都需保證數(shù)據(jù)不受磨損，保證數(shù)據(jù)的質量，保護數(shù)據(jù)在各個環(huán)節(jié)的安全性，要集中管理數(shù)據(jù)，以免丟失數(shù)據(jù)造成重大后果。
1.2電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)類型
電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的主要類型分為以下四種：
（1）基礎類數(shù)據(jù)：這類數(shù)據(jù)主要是與變壓器、發(fā)電機等電力設備相關聯(lián)的數(shù)據(jù)，電網內部依照實際情況來規(guī)劃管理基礎類數(shù)據(jù)，與此同時在電力系統(tǒng)相應的更新數(shù)據(jù)，以此來保證調度中心所做決策是以新數(shù)據(jù)為基礎。
（2）實時數(shù)據(jù)：這類數(shù)據(jù)是在產生于電力系統(tǒng)的整個運行過程中，龐大的實時數(shù)據(jù)量需要配備較大的存儲空間，實時數(shù)據(jù)能顯示出電力系統(tǒng)的運行情況。
（3）日常管理數(shù)據(jù)：這類數(shù)據(jù)主要包括每個部門所整理的電力系統(tǒng)處理問題后的數(shù)據(jù)。日常管理數(shù)據(jù)是在范圍中所產生，在建立了共享平臺的基礎上，實時對電力設備的運行狀態(tài)進行反饋，便于電網中每個部門得到所需數(shù)據(jù)信息，有利于所以部門進行下一步工作。
（4）外部數(shù)據(jù)：這類數(shù)據(jù)主要產生于與電力系統(tǒng)相連接的其它網絡，這些網絡主要有物聯(lián)網、一次能源網絡、互聯(lián)網等網絡。這類數(shù)據(jù)與電力系統(tǒng)的運行和維護有著重要關系。比如：天氣溫度變化數(shù)據(jù)能對風力和太陽能發(fā)電站的產生影響，使得電力系統(tǒng)調度發(fā)生變化。從而電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中把這些外部信息納入進行考慮，能有利于調度部門做出更全面的決策。
2 電力大數(shù)據(jù)的關鍵技術分析
2.1集成管理技術
智能電網下建立的大數(shù)據(jù)平臺，其擁有大量的信息存儲功能，尤其是在實際工程應用中，傳感器的作用使得大量的信息能直接傳輸?shù)诫娏ο到y(tǒng)中，并能夠完善數(shù)據(jù)的采集工作。這些數(shù)據(jù)的技術主要包括電網運行、數(shù)據(jù)信息管理、大數(shù)據(jù)分析應用技術等，通過對這些數(shù)據(jù)分析和處理能使得集成管理技術得到完善。
2.2數(shù)據(jù)分析技術
采用數(shù)據(jù)分析技術能使得電力系統(tǒng)對大量的信息進行分析，通過分析能得到具有較強針對性的技術信息，并且能夠在信息處理的流程中符合科學決策[6]。以電力企業(yè)為例分析，為了提升網企業(yè)內的競爭實力和經濟效益，就要做出正確的對策來針對經濟效益的管理，則這個對策的有效性與電力發(fā)展有著重要聯(lián)系。據(jù)了解，當今德國在數(shù)據(jù)分析領域處于超前水平，德國盡可能多使用太陽能讓用戶將剩余的電力傳輸?shù)诫娋W中，有利于經濟效益達到新高度。
2.3數(shù)據(jù)處理技術
對于大量的數(shù)據(jù)分析，首先需要對數(shù)據(jù)進行分類處理，這樣才能有效處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法相比較，人工處理數(shù)據(jù)方法不僅要耗費大量的物力和人力，與此同時在相同條件下數(shù)據(jù)分析的效率大大降低，所以要將分類好的數(shù)據(jù)輸入到與之相對應的文件中，此操作不但提升了原來數(shù)據(jù)的訪問途徑，提升了數(shù)據(jù)的使用效率，同時在并列式數(shù)據(jù)庫搭建中大大提升數(shù)據(jù)的加載效率，保證了數(shù)據(jù)能夠被實時查詢。
2.4數(shù)據(jù)存儲備份技術
在大數(shù)據(jù)時代下，擁有較好的數(shù)據(jù)存儲能力，才能保證電網中的龐大數(shù)據(jù)得到有效存儲。與此同時，其自身的修復功能會解決系統(tǒng)平臺中出現(xiàn)的問題，不僅完善了智能電網系統(tǒng)，還保障了數(shù)據(jù)和智能電網的*性，提高了電網運行的可靠性。
3 大數(shù)據(jù)技術在電力系統(tǒng)的應用
3.1大數(shù)據(jù)技術對電網建設意義
大數(shù)據(jù)技術對電網的意義主要表現(xiàn)在發(fā)電、輸電和用電這三個方面：在發(fā)電環(huán)節(jié)中，大數(shù)據(jù)技術能統(tǒng)計出很大范圍的電力需求，然后通過收集的數(shù)據(jù)預測出后一段時間的用電負荷，發(fā)電領域在考慮預測結果的基礎上進行有計劃發(fā)電，這樣有利于整個社會的生態(tài)文明建設；在輸電環(huán)節(jié)，輸電線路上的所有信息都可以使用大數(shù)據(jù)技術來進行收集和處理，此方法能使得低電壓損耗率大大降低，還能保證線路的正常運行；在用戶用電環(huán)節(jié)，所有用戶的用電量能采用大數(shù)據(jù)技術進行整理，通過采納電力市場中的先進營銷策略，引導用戶擁有節(jié)約用電的理念，以此來推動電力產業(yè)的“集約化"發(fā)展。
3.2預測風電功率
由于現(xiàn)如今大規(guī)模風電并網對電力系統(tǒng)和電網調度的安全運行產生了嚴重影響，而對風電功率進行預測能使這個問題得到有效緩解。風電的特性是隨機性和波動性，這個特性使得預測風電功率需以大量的歷史數(shù)據(jù)作為支撐，此類數(shù)據(jù)主要包括風電機組信息、地貌形勢、風電場實時和歷史輸出功率數(shù)據(jù)、實時和歷史測風塔等數(shù)據(jù)。其中采集的風塔歷史數(shù)據(jù)的時間分辨率短則超過10min，時長則超過1年；通過風電場采集的歷史輸出功率數(shù)據(jù)的時間分辨率要超過5min，數(shù)據(jù)的時長要超過1年。面對大量的歷史數(shù)據(jù)，此時就需要建立可靠的預測模型來對風電功率進行預測，通過選擇不同的時間尺度，結合實際工程應用需求，嘗試多種預測模型對風電功率進行預測，以便得到更精準的預測結果。
3.3定位和治理配電網低電壓
由于現(xiàn)在電網仍然存在低電壓的問題，主要原因是整個電網系統(tǒng)升級較慢，以及用電負荷的大大增加，這樣對用戶的正常用電造成了負面影響。利用大數(shù)據(jù)技術能定位配電網低電壓，電網的相關信息可通過用電信息采集系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)進行收集[7]，這些相關信息如變壓器和線路的電流電壓斷貨負荷類型、功率因數(shù)等參數(shù)。與此同時，與配電網相關聯(lián)的無功補償、負載率、供電半徑、配電網結構、故障情況等信息，為了深度了解電網低電壓的原因，采用數(shù)據(jù)挖掘模型對配電網低電壓的影響因素進行關聯(lián)分析，提升了配電網合格率，對電網的安全運行給予保障。
3.4預警評估配電網重過載風險
伴隨著用電量即電力需求的大幅度增長，傳統(tǒng)“輕配重輸"的工程建設模式已與現(xiàn)如今的發(fā)展需求不太符合，主要原因是常常會出現(xiàn)重過載的問題，因此不但對供電質量失去了保障，還影響了配電網的正常運行[8]。為了更方便的獲取配電變壓器和輸電線路的歷史和實時的三相電壓、電流和功率因素等相關信息，可通過這些系統(tǒng)來獲取，如用電信息采集系統(tǒng)、OMS、SCADA、AMI、OMS、關聯(lián)營銷業(yè)務等系統(tǒng)。然后采用綜合分析的方法來評估配電變壓器的相關特性，如容載比、配電網元件故障率、線路間負荷轉移能力等。
4 安科瑞變電所電力運維云平臺介紹及選型
4.1 云平臺概述：
按照國家電網公司的統(tǒng)計，10kV及以上供電電壓等級的工商業(yè)用戶有200萬戶以上，此類“用戶側變配電所"產權歸電力用戶所有（工商企業(yè)、住宅小區(qū)、學校、醫(yī)院等），雖然數(shù)量眾多，但是日常的運行維護工作比較傳統(tǒng)，普遍存在以下痛點：
人工成本高：人工巡視、紙質記錄、電話溝通，缺乏智能化的手段
工作效率低：巡視頻率低、巡檢任務無法定位、巡檢過程不標準規(guī)范、巡檢缺陷缺乏閉環(huán)跟蹤；
安全隱患：有些用電單位無專業(yè)維護電工、無法即時排查電氣隱患、隱蔽工程隱患檢查難等難題；
搶修時間長：變電所設備種類較多，在分布上也比較分散，無法即時識別和定位故障信息，需要用戶通知后到現(xiàn)場確認；
運行大數(shù)據(jù)缺少分析：有些用戶未有數(shù)據(jù)匯總分析平臺，甚至未安裝電力儀表導致運維人員對現(xiàn)場電力參數(shù)信息不了解，無法確定電力系統(tǒng)是否正常運行。
4.2 應用場所
4.3 云平臺架構
我司的運維平臺綜合運用綜合保護裝置、多功能電力儀表、母排及線纜測溫裝置、變壓器溫控儀、視頻攝像頭、水浸煙霧、溫濕度、門磁等多種傳感器統(tǒng)一接入變電所現(xiàn)場的邊緣計算網關，經邊緣計算網關將數(shù)據(jù)封裝、壓縮、加密后上傳至云平臺。實時集中監(jiān)測所有變電所用電情況、統(tǒng)一調度運維巡檢安排，線上線下聯(lián)動；實現(xiàn)用戶側變配電所的24小時無人值守，全面監(jiān)測各配電回路運行狀態(tài)，即時定位故障，降低安全風險。通過手機APP下發(fā)運維任務到人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執(zhí)行過程。將企業(yè)集團/高等院校內廣泛分布的變電所集中統(tǒng)一管理，提高運維效率、提高故障響應速度，即時發(fā)現(xiàn)運行缺陷并做消缺處理。為售電企業(yè)提供電能集抄服務，即時掌握用戶用電量情況，避免偏差考核；響應泛在電力物聯(lián)網的政策，增加客戶粘性，為后期的增值服務開展做準備。
4.4云平臺功能
4.5云平臺配置方案
4.6產品介紹
AM5SE系列微機綜合保護裝置
功能
保護功能：主變差動保護功能、主變后備保護、三段式過流帶方向帶電壓閉鎖、三段式過流、零序電流保護、過電壓；
低電壓保護、大功率電機保護、高壓電動機綜合保護、PT并列功能、非電量保護、并網逆功率保護、檢同期功能；
測量功能：保護電流、測量電流、零序電流、母線電壓、零序電壓4-20MA輸出、直流測量；
通訊功能：提供RS485通訊接口，RS232維護接口，IRIG-B對時接口、USB升級接口，RJ45網口接口；
故障錄波功能：保護動作時觸發(fā)錄波，可以記錄故障前8個周波后四個周波的數(shù)據(jù)；
控制回路：自帶操作回路，防跳功能；
GPS校時功能：提供時鐘同步接口，接收GPS校時信號。
應用
35kV及以下電壓等級的變配電站及設備的保護測控功能，至少包括35kV進線/主變壓器（一般容量2000kVA以上）/PT/母聯(lián)、10kV進線/饋線/配電變壓器（一般容量2000kVA以下）/高壓電動機/高壓電容器/母聯(lián)/PT等設備的保護和自動控制功能。
ASD300系列智能操控裝置
功能
一次動態(tài)模擬圖指示及自檢帶電顯示、閉鎖及自檢；
核相、強制加熱、強制照明；
語音防誤提示；
人體感應及柜內照明、已帶電語音播報；
分合閘、遠方就地、儲能轉換開關；
分合閘回路完好指示/電壓測量；
預分預合閃光指示；
斷路器分合次數(shù)統(tǒng)計；
RS485串行通訊接口；
開關柜節(jié)點無線測溫；
全電參量測量。
應用
35KV高壓及以下中置柜，手車柜，環(huán)網柜。
ARTM-Pn無線測溫裝置
功能
接收60個ATE100/200/300/400；
3U3I電參量測量；
實時測溫功能；
RS485通訊接口，通過標準的MODBUS RTU協(xié)議實現(xiàn)組網功能；
具備自檢功能；
超溫、高溫、相間溫差報警、溫度突變量告警功能。
應用
變電站、配電室、箱變等。
APM810系列多功能電力儀表
功能
準確度等級：有功電能0.5S級，無功電能2級；
測量功能：三相電壓、三相電流、分相及總有功功率、分相及總無功功率、分相及總視在功率、分相及總功率因數(shù)、頻率、需量；
電能計量：分相及總雙向電能、四象限無功電能；
電能質量監(jiān)測：2-63次分次諧波、總（奇、偶）諧波測量、電壓波峰系數(shù)、電話波峰因子、電流K系數(shù)測量；
輸入輸出：2路開關量輸出（選配MD82模塊可擴至8路）；
及2路開關量輸入（選配MD82模塊可擴至26路），開關量輸出；
可配置為報警輸出或遠程遙控，DO用作報警輸出時可自由關聯(lián)報警內容；
SD卡存儲功能：用于電參量、電能、諧波等數(shù)據(jù)定時存儲，波形存儲等功能。
應用
適用于電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公用設施、智能大廈等需要電力監(jiān)控的場合。
DTSD1352導軌式電能表
功能
測量功能：三相電流、電壓、功率、頻率、總正反向有功電能統(tǒng)計、總正反向無功電能統(tǒng)計；
準確級精度：有功0.5S；
電流信號接入：直接接入10（80)A 經CT接入1（6）A；
電壓信號：100V 380V；
通信：RS485接口，支持MODBUS-RTU或者DL/T645通訊協(xié)議。
應用
適用于政府機關和大型公建中對電能的分項計量，也可用于企事業(yè)單位作電能管理考核。
ADW300無線智能儀表
功能
測量功能：三相電流、電壓、功率、頻率、總正反向有功電能統(tǒng)計、總正反向無功電能統(tǒng)計；
電能質量：電壓、電流不平衡度，電壓、電流總諧波及2-31分次諧波；
需量：電流、功率需量及實時電流，功率需量；
準確級精度：0.5s級 ADW300外置互感器型1級；
電流信號規(guī)格：100A輸入 ，經互感器輸入，二次互感接入；
通訊方式：RS485、 LORA無線通訊、NB-IOT無線通訊、4G無線通訊。
應用
ADW300方便用戶進行用電監(jiān)測、集抄和管理，可靈活安裝在配電箱中，可用于電力運維、環(huán)保監(jiān)管等在線監(jiān)測類平臺中。
ARCM300系列電氣火災監(jiān)控儀表
功能
測量：單回路剩余電流、4路溫度、電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、視在電能、四象限電能；
保護：剩余電流、溫度、過流等；
報警：聲光報警，支持消音、復位操作；
開關量：1路繼電器輸出、4路開關量輸入；
通訊方式：RS485、NB-IOT無線通訊、4G無線通訊。
應用
適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、國家消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領域。
ANET智能網關
功能
數(shù)據(jù)采集（支持串口、以太網，只需配置即可兼容支持標準電力規(guī)約的各類儀表）；
數(shù)據(jù)上傳（支持往上海分類分項能耗平臺、寧夏電力需求側平臺、江蘇電力運維平臺、浙江電力運維平臺上傳數(shù)據(jù)）；
邊緣計算（靈活的報警閾值設置、主動上傳報警信息、數(shù)據(jù)合并計算、斷點續(xù)傳、數(shù)據(jù)加密、4G路由）；
遠程管理（遠程配置、遠程升級、遠程監(jiān)視）。
應用
泛在電力物聯(lián)網、能耗系統(tǒng)平臺、電力需求側管理平臺、第三方云平臺、預付費系統(tǒng)、運維系統(tǒng)平臺、電力監(jiān)控平臺、能源綜合管理平臺。
4.7云平臺現(xiàn)場應用圖片
4.8平臺價值
為電力運維企業(yè)提供線上運維服務平臺，實時集中監(jiān)測所有變電所用電情況、統(tǒng)一調度運維巡檢安排，線上線下聯(lián)動。
將企業(yè)集團/高等院校內廣泛分布的變電所集中統(tǒng)一管理，提高運維效率、提高故障響應速度；
響應泛在電力物聯(lián)網的政策，增加客戶粘性，為后期的增值服務開展做準備；
為售電企業(yè)提供電能集抄服務，即時掌握用戶用電量情況，避免偏差考核。
4.9訪問方式
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5 結語
隨著智能電網的不斷建設和發(fā)展，以及不斷增加的電力數(shù)據(jù)需求量，大數(shù)據(jù)技術得到各個領域的廣泛應用已成為了必然趨勢。通過分析電力數(shù)據(jù)的特點，并結合大數(shù)據(jù)技術的優(yōu)勢，將大數(shù)據(jù)技術應用到電力系統(tǒng)中，對智能電網建設產生了積極影響。希望本文的闡述能引起越來越多的電力工作者對大數(shù)據(jù)技術的關注，電力系統(tǒng)能充分應用大數(shù)據(jù)技術，推動電網的發(fā)展和轉型，促進電網的長久穩(wěn)定發(fā)展，才能更好適應社會發(fā)展需求。
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