淺談大數(shù)據(jù)技術在電力系統(tǒng)中的應用

孫長榮

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：大數(shù)據(jù)作為技術概念逐漸得到了世界各國的認可和重視。因智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,在技術應用、服務模式和發(fā)展理念方面,傳統(tǒng)電力系統(tǒng)均發(fā)生了很大的變化。電力網(wǎng)絡設備和用電設備普遍分散化、小型化和智能化特征,使得電力系統(tǒng)運行和控制信息均呈現(xiàn)出快速增長趨勢。而承載這些信息的數(shù)據(jù)量也將呈現(xiàn)出指數(shù)型增長,并凸顯出大數(shù)據(jù)特征。在此背景下,本文在概述大數(shù)據(jù)和電力大數(shù)據(jù)的基礎上,分析了大數(shù)據(jù)技術在電力系統(tǒng)中的應用,并探討了大數(shù)據(jù)技術給電力行業(yè)帶來的挑戰(zhàn)。

關鍵詞：大數(shù)據(jù)技術；電力系統(tǒng)；應用；挑戰(zhàn)

0 引言

因電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大,可再生能源發(fā)電滲透率的增強和電動汽車的快速發(fā)展,能量和信息之間的雙向流通的智能電網(wǎng)開始出現(xiàn)。國家電網(wǎng)與南方電網(wǎng)公司等在智能電網(wǎng)、網(wǎng)絡安全、用電能效等不同領域方面的大數(shù)據(jù)研究,進一步推動了大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展。與此同時,外國針對智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)方面的研究也呈現(xiàn)出增多的趨勢。大數(shù)據(jù)技術在電力系統(tǒng)中的應用,通過對用戶的用電行為進行分析,可以更好的幫助消費者來調整自身的用電行為,通過對電力使用情況進行規(guī)劃,進一步提升資源的利用效率。

1  大數(shù)據(jù)概述

1.1 大數(shù)據(jù)定義

大數(shù)據(jù)又被人們稱之為巨量資料,主要是涉及到了龐大的數(shù)據(jù)資料規(guī)模,很難在合理的時間內通過當前的主流軟件工具對其進行掘取、管理、處理并整理成幫助企業(yè)經(jīng)營者決策的信息。大數(shù)據(jù)具有四方面的特征:大量、多樣、高速、價值,并簡稱“4V”特點。

1.2 大數(shù)據(jù)技術簡介

現(xiàn)階段,在對大數(shù)據(jù)進行處理的過程中,較為流行的計算架構是Apache開發(fā)的Hadoop分布式系統(tǒng)基礎架構。用戶在對分布式底層細節(jié)不了解的情況下,可以對分布式程序進行開發(fā)。在高速運算和儲存的過程中則是對集群的能力進行了充分利用。其中HDFS和MapReduce是Hadoop架構的核心組件,且還有其他的組件存在于Hadoop生態(tài)圈內,這里重點介紹一些重要的組件。

2 電力大數(shù)據(jù)概述

2.1 電力大數(shù)據(jù)特征

通常情況下,電力大數(shù)據(jù)主要是指在電力行業(yè)中發(fā)電、輸電、配 電、變電、用電、售電、調度不同環(huán)節(jié)中產生數(shù)據(jù)信息的總稱。電力大數(shù)據(jù)包含了大數(shù)據(jù)的所有特征,包括數(shù)量龐大、數(shù)據(jù)類型多、處理速度快、數(shù)據(jù)準確、數(shù)據(jù)價值五方面的特征[1]。

2.2 電力大數(shù)據(jù)技術

2.2.1 電力大數(shù)據(jù)存儲

因電力大數(shù)據(jù)存儲量的增加,非結構化數(shù)據(jù)的存儲和在低廉硬件設備上部署存儲方案將是當前面臨的兩個問題。Hadoop大數(shù)據(jù)架構的出現(xiàn),有效彌補了大數(shù)據(jù)時代數(shù)據(jù)存儲和計算方面的不足。Hadoop生態(tài)系統(tǒng)中的Hive組件則能實現(xiàn)電力大數(shù)據(jù)結構化數(shù)據(jù)的存儲。

2.2.2 電力大數(shù)據(jù)計算和可視化

借助于Hadoop中的MapReduce計算框架和Spark分布式計算框架可對大數(shù)據(jù)進行分布式計算,數(shù)據(jù)挖掘技術主要對大量數(shù)據(jù)進行分析,找出數(shù)據(jù)分布規(guī)律,步驟主要有數(shù)據(jù)準備、規(guī)律尋找和表示三個?？梢暬椒ìF(xiàn)已被證明是解決大規(guī)模數(shù)據(jù)分析較為有效的方法,并在實踐過程中得到了廣泛應用。通過可視化方法,借助于相關的算法可以將數(shù)據(jù)以圖片的方式展現(xiàn)出來,可快速實現(xiàn)數(shù)據(jù)的觀察和定性定量分析。

3 大數(shù)據(jù)技術在電力系統(tǒng)中的應用

3.1 在諧波治理中的應用

大數(shù)據(jù)技術的進步和完善在很大程度上促進了電力大數(shù)據(jù)的發(fā)展,并在電網(wǎng)故障診斷、電力風險評估等方面得到了廣泛應用,為確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運行提供了強有力保障。

3.2 在電力規(guī)劃中的應用

因電力行業(yè)的快速發(fā)展,在電力行業(yè)中發(fā)電、輸電、配電、變電、用電、售電、調度不同環(huán)節(jié)中產生了大量的TB級數(shù)據(jù),能否對數(shù)據(jù)進行及時采集、分析和處理對電力行業(yè)提出了更高的要求。因此,應將大數(shù)據(jù)技術引入到電力規(guī)劃中,進而實現(xiàn)空間負荷、用電量的預測及關聯(lián)分析多項指標。

3.3 在決策中的應用

作為承載能源和用能兩大主體的載體,電網(wǎng)同很多因素相關聯(lián)。電網(wǎng)企業(yè)可以為部門了解社會各個行業(yè)的發(fā)展狀況、產業(yè)結構布局、未來經(jīng)濟發(fā)展等的預測提供數(shù)據(jù)支撐。

4 大數(shù)據(jù)技術給電力行業(yè)帶來的挑戰(zhàn)

4.1 數(shù)據(jù)質量方面的挑戰(zhàn)

收集海量的信息數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)技術的先決條件。結合當前電力系統(tǒng)實際,不難發(fā)現(xiàn)自動化設備還沒有完全在整個電網(wǎng)范圍內實現(xiàn)普及,部分老舊的廠站和線路上布設的相關電氣設備還沒有自動化功能,相關人員很難短時間來采集信息,此時的數(shù)據(jù)分析準確性和實時性不能得到保證,會在很大程度上影響電力大數(shù)據(jù)技術的應用。

4.2 數(shù)據(jù)分析與處理方面的挑戰(zhàn)

當前,電力行業(yè)中涵蓋的數(shù)據(jù)量較為龐大,相較于外國發(fā)達國家,我國在對數(shù)據(jù)進行分析和處理時的能力還較為薄弱,大都處于數(shù)據(jù)的錄入和查詢等較低的級別,很難深入挖掘數(shù)據(jù)潛在的價值信息。

5 安科瑞變電所電力運維云平臺

5.1 概述

按照國家電網(wǎng)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。

5.2 應用場所

5.3 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(wǎng)關，經(jīng)邊緣計算網(wǎng)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(wǎng)的政策，增加客戶粘性，為后期的增值服務開展做準備。

5.4 平臺功能

5.5 平臺配置方案

5.6 產品介紹

5.6.1 AM5SE系列微機綜合保護裝置

功能：

（1）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、

（2）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(wǎng)逆功率保護、檢同期功能

（3）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

（4）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(wǎng)口接口

（5）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)

（6）控制回路：自帶操作回路，防跳功能

（7）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

5.6.2 ASD300系列智能操控裝置

功能:

（1）一次動態(tài)模擬圖指示及自檢帶電顯示、閉鎖及自檢

（2）核相、強制加熱、強制照明

（3）語音防誤提示

（4）人體感應及柜內照明、已帶電語音播報

（5）分合閘、遠方就地、儲能轉換開關

（6）分合閘回路完好指示/電壓測量

（7）預分預合閃光指示

（8）斷路器分合次數(shù)統(tǒng)計

（9）RS485串行通訊接口

（10）開關柜節(jié)點無線測溫

（11）全電參量測量U,I,P,Q,f,PF,Ep,Eq

應用：

35KV高壓及以下中置柜，手車柜，環(huán)網(wǎng)柜

5.6.3 ARTM-Pn無線測溫裝置

功能：

（1）接收多60個ATE100/200/300/400

（2）3U3I電參量測量

（3）實時測溫功能

（4）RS485通訊接口，通過標準的MODBUSRTU協(xié)議實現(xiàn)組網(wǎng)功能

（5）具備自檢功能

（6）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

5.6.4 APM810系列多功能電力儀表

功能：

（1）準確度等級：有功電能0.5S級，無功電能2級

（2）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

（3）電能計量：分相及總雙向電能、四象限無功電能

（4）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

（5）輸入輸出：2路開關量輸出（選配MD82模塊多可擴至8路）及2路開關量輸入（選配MD82模塊多可擴至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

（6）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

5.6.5 DTSD1352導軌式電能表

功能：

（1）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；

（2）準確級精度：有功0.5S

（3）電流信號接入：直接接入10（80)A經(jīng)CT接入1（6）A

（4）電壓信號：100V380V

（5）通信：RS485接口，支持MODBUS-RTU或者DL/T645通訊協(xié)議

應用：

適用于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。

5.6.6 ADW300無線智能儀表

功能：

（1）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；

（2）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

（3）需量：大電流、功率需量及實時電流，功率需量

（4）準確級精度：0.5s級ADW300外置互感器型1級

（5）電流信號規(guī)格：100A輸入，經(jīng)互感器輸入，5A二次互感接入

（6）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。

5.6.7 ARCM300系列電氣火災監(jiān)控儀表

功能：

（1）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

（2）保護：剩余電流、溫度、過流等

（3）報警：聲光報警，支持消音、復位操作

（4）開關量：1路繼電器輸出、4路開關量輸入

（5）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)、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領域。

5.6.8 ANET智能網(wǎng)關

功能：

（1）數(shù)據(jù)采集（支持串口、以太網(wǎng)，只需配置即可兼容支持標準電力規(guī)約的各類儀表）

（2）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)）

（3）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）

（4）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(wǎng)、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

5.7 現(xiàn)場應用圖片

展廳現(xiàn)場運維團隊采集箱內部圖

高配現(xiàn)場門磁安裝煙感安裝

槍機安裝漏水檢測安裝低壓柜儀表

5.8 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(wǎng)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；

5.9 訪問方式

微信掃碼下載網(wǎng)頁版：www.acrelcloud.cn

5.10典型案例

6 結語

我們正處于一個變革的時代,在新的能源變革、工業(yè)革命和“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃帶來的社會變革中,電網(wǎng)企業(yè)擔當著重要角色并面臨著轉型發(fā)展的機遇。大數(shù)據(jù)演化著一場模式與價值功能的重構,為智能電網(wǎng)、全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了新思路、新方法和新的解決方案,也為我國電網(wǎng)企業(yè)趕超國際先進水平,在應用領域采取跨越式的方法吸收創(chuàng)新,提供了新的機遇。可以預見,電力大數(shù)據(jù)將迎來好的時代,成為產業(yè)風口。這需要我們積極面對,需要得到強烈認知和戰(zhàn)略上的認同,從而推進大數(shù)據(jù)從概念走向現(xiàn)實。 

參考文獻

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[2] 遲克寒,郝成亮,臧洪睿,馬旭東,王天琰.大數(shù)據(jù)技術在電力系統(tǒng)中的應用[J].數(shù)字技術與應用,2020,38(5):104-106.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版.

作者簡介

孫長榮，女，本科安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電
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