張 誠

（廣東辰譽電力設(shè)計咨詢有限公司，廣東 佛山 528200）

0 引言

電力能源作為一種不能大量存儲的能源，其特點是“發(fā)電-輸電-配電”同時完成，發(fā)電的多少要依據(jù)用電側(cè)的符合進(jìn)行調(diào)配，維持發(fā)電和用電的均衡，這對電網(wǎng)頻率和電壓的穩(wěn)定起到了至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)電網(wǎng)中，此項工作主要由各電力公司的電力調(diào)度負(fù)責(zé)，通過對輸配電的控制使電網(wǎng)的頻率和電壓運行在允許的范圍內(nèi)。

隨著新能源的出現(xiàn)及發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等多種分布式發(fā)電對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提出了新的挑戰(zhàn)，如果調(diào)配不好，容易發(fā)生棄能的現(xiàn)象，這對發(fā)電企業(yè)帶來了不必要的損失。同時電動汽車等新的電力耗能大戶的逐漸普及，對現(xiàn)有輸配電基礎(chǔ)設(shè)施的影響也很巨大。一個小區(qū)內(nèi)如果幾十臺汽車如果同時充電，就會對原有輸配電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生影響，供電線路就容易超負(fù)荷。如何能解決這些問題，突破電力發(fā)展的瓶頸，實現(xiàn)電能資源的高效利用，既是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目標(biāo)，又是輸配電企業(yè)目前亟待解決的問題。

智能電網(wǎng)利用布置在發(fā)電側(cè)和配電側(cè)的大量的傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過高速專用電力通信網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)集中到電網(wǎng)運營調(diào)度中心，通過智能信息處理技術(shù)對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計算，根據(jù)需要對電網(wǎng)進(jìn)行實時自動化控制，智能調(diào)節(jié)電網(wǎng)運行狀態(tài)并在線分析和決策電力輸送，實現(xiàn)電能產(chǎn)生和使用的可測可控，使電力系統(tǒng)的運行更加高效、可靠和安全。對各種傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)的提取、分析、計算、管理和決策是智能電網(wǎng)運行過程中至關(guān)重要的一部分，如何有效的處理大數(shù)據(jù)，成為智能電網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵。

1 大數(shù)據(jù)在電力應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)

如何利用大數(shù)據(jù)整合所需資源達(dá)到實現(xiàn)未來電力發(fā)展需要的應(yīng)用，提高生產(chǎn)率，提高管理效率、服務(wù)質(zhì)量，這些都是實現(xiàn)大數(shù)據(jù)在電力應(yīng)用中的關(guān)鍵。電力大數(shù)據(jù)主要包括數(shù)據(jù)的集成管理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)展現(xiàn)。

1.1 電力大數(shù)據(jù)的集成管理

電力大數(shù)據(jù)集成管理是融合來自多個傳感器網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行抽取、過濾和清洗后提供給電力應(yīng)用系統(tǒng)過程。從集成的角度來說，就是把不同來源、數(shù)據(jù)格式、特點、性質(zhì)的多樣性數(shù)據(jù)在邏輯上或者存儲介質(zhì)上進(jìn)行清洗和集中，為應(yīng)用系統(tǒng)存儲一系列面向主題的、集成的、易于管理的、反映歷史變化的數(shù)據(jù)集合，從而為系統(tǒng)提供全面的數(shù)據(jù)共享。電力大數(shù)據(jù)集成管理技術(shù)就是為解決內(nèi)部各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)冗余和信息孤島而產(chǎn)生的。

1.2 電力大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析

電力大數(shù)據(jù)分析是將傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和提煉，從多個維度觸發(fā)，找出海量數(shù)據(jù)中潛在的模態(tài)和規(guī)律的過程。電力大數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵技術(shù)源于統(tǒng)計學(xué)，并利用計算機(jī)技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘和模式識別。

電力大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，從根本上講，屬于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在海量數(shù)據(jù)挖掘下的新發(fā)展，針對發(fā)電數(shù)據(jù)、輸電數(shù)據(jù)、配電數(shù)據(jù)和用戶用電數(shù)據(jù)等大數(shù)據(jù)海量、高速增長、多樣性的特點，從大數(shù)據(jù)的治理與抽樣、特征選擇的角度入手，將大數(shù)據(jù)小數(shù)據(jù)化，然后對大數(shù)據(jù)利用聚類、分類算法進(jìn)行聚類提取特征，最后利用機(jī)器學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)提取數(shù)據(jù)中的應(yīng)用知識，提供給應(yīng)用系統(tǒng)。

1.3 電力大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理

電力大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理主要是利用現(xiàn)代計算機(jī)大規(guī)模計算技術(shù)優(yōu)化數(shù)據(jù)的處理過程，提高數(shù)據(jù)的處理速度，主要包括分布式并行計算技術(shù)，內(nèi)存計算技術(shù)，流處理技術(shù)等。分布式并行計算技術(shù)是為了解決海量數(shù)據(jù)的分布式存儲與處理。內(nèi)存計算技術(shù)是為了解決數(shù)據(jù)的快速讀取和利用內(nèi)存的高帶寬特性進(jìn)行實時計算。流處理技術(shù)針對連續(xù)的、未知數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理，且處理過程不受信息完整度的影響。

分布式并行計算是一種新的計算方式，充分利用計算資源具有分布式的特點，將單一高性能計算機(jī)的計算分解為分布式并行計算，并將分布式計算的結(jié)果匯聚為最終結(jié)果。分布式計算的一個典型代表是Google 公司Hadoop 大數(shù)據(jù)平臺的Map-Reduce 編程模型，該平臺實現(xiàn)了一個分布式文件系統(tǒng)，并且具有高容錯性的特點。該平臺將海量數(shù)據(jù)計算從高性能計算的解決方案改進(jìn)為分布式的低廉硬件解決方案，且仍然可以達(dá)到高性能計算機(jī)才能達(dá)到的性能要求。Map-Reduce 編程模型先將待處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊，進(jìn)行分布式并行處理，并以鍵值對的形式存儲到本地硬盤，再由Reduce 任務(wù)按照鍵值將結(jié)果匯總并輸出最終結(jié)果。分布式并行計算技術(shù)適用于電力系統(tǒng)用電信息或配電信息采集領(lǐng)域的海量分散數(shù)據(jù)源。

內(nèi)存計算技術(shù)將全部數(shù)據(jù)放在內(nèi)存中，利用內(nèi)存與CPU 之間高速通信的特性進(jìn)行快速數(shù)據(jù)處理的計算技術(shù)，該技術(shù)避免了硬盤IO速度有限帶來的數(shù)據(jù)傳輸速度瓶頸，計算速度大幅提升。內(nèi)存計算技術(shù)伴隨著內(nèi)存價格的下降得到快速的發(fā)展，EMC、甲骨文、SAT 都提出了內(nèi)存計算的優(yōu)化解決方案，將客戶計算時間從以天作為單位降低為以秒作為單位，在適當(dāng)提高計算資源成本的前提下解決了大數(shù)據(jù)實時處理和知識挖掘的難題。

流處理技術(shù)將每時每刻到來的數(shù)據(jù)視為流，每當(dāng)有新的數(shù)據(jù)到來時就隨時處理并返回結(jié)果，由序列檢測理論可知，基于事件檢測的應(yīng)用中數(shù)據(jù)的信息量會隨著時間的增長而變小，因此在數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)的前段數(shù)據(jù)中可以盡可能快地對最新的數(shù)據(jù)做出分析并給出結(jié)果。隨著電力事業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)量不斷增長，流處理技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)可以為決策者提供即時依據(jù)，在事件檢測類應(yīng)用中起到至關(guān)重要的作用。

2 結(jié)論

電力大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場合涵蓋發(fā)電、輸變電、配電、用電、電力調(diào)度等電力行業(yè)的各個環(huán)節(jié)，在風(fēng)電場選址、降低網(wǎng)損、風(fēng)電并網(wǎng)、電網(wǎng)安全監(jiān)測、大災(zāi)難預(yù)警、電力企業(yè)精細(xì)化運營、電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測等領(lǐng)域有非常強(qiáng)的可實現(xiàn)性。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的進(jìn)一步推進(jìn)，大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中將發(fā)揮越來越大的作用。