賀紅燕

(河北政法職業(yè)學(xué)院，河北石家莊050061)

基于大數(shù)據(jù)的智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究

賀紅燕

(河北政法職業(yè)學(xué)院，河北石家莊050061)

大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨，對(duì)數(shù)據(jù)的處理方式提出了新的挑戰(zhàn)。在分析智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)特征的基礎(chǔ)上，提出了利用云計(jì)算的環(huán)境來對(duì)智能電網(wǎng)中的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行智能處理的方法。將大數(shù)據(jù)的概念引入到智能電網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)中，對(duì)智能電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行具有重要的指導(dǎo)意義。

智能電網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；云計(jì)算；技術(shù)體系

信息爆炸的時(shí)代帶來了數(shù)據(jù)的極大膨脹，這給數(shù)據(jù)的處理帶來了新的挑戰(zhàn)?！按髷?shù)據(jù)”是相對(duì)于過去的數(shù)據(jù)處理方式而言的、專門應(yīng)用于體量特別巨大、無法應(yīng)用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)集群。而在現(xiàn)代的生產(chǎn)生活中，由于生產(chǎn)過程的高度信息化和智能化，導(dǎo)致數(shù)據(jù)量急劇增長(zhǎng)，對(duì)數(shù)據(jù)的處理成為生產(chǎn)環(huán)節(jié)中所面臨的重要問題之一。

大型數(shù)據(jù)集，就是指生活過程中所存在的體量巨大的數(shù)據(jù)群集，一般都是指在10 TB規(guī)模的數(shù)據(jù)集合。而IBM將大數(shù)據(jù)歸納為三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即3 V：類型(variety)、數(shù)量(volume)和速度(velocity)[1]。其中類型是指數(shù)據(jù)中有結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化等多種數(shù)據(jù)形式，在具體的生產(chǎn)過程中，這些數(shù)據(jù)由于來自于多種數(shù)據(jù)源，因此數(shù)據(jù)類型的構(gòu)成極為復(fù)雜，這是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)所不能勝任的；數(shù)量是指收集和分析的數(shù)據(jù)量非常大；速度是指系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度要達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

大數(shù)據(jù)是一種現(xiàn)象，是一種伴隨著大量數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理和應(yīng)用而出現(xiàn)的一種對(duì)數(shù)據(jù)的新認(rèn)識(shí)。但是大數(shù)據(jù)現(xiàn)象的出現(xiàn)，需要相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)與之相對(duì)應(yīng)，從而獲得對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、預(yù)測(cè)、處理的必要經(jīng)驗(yàn)。

1 智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)特征分析

智能電網(wǎng)是大數(shù)據(jù)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，這和智能電網(wǎng)的基本特征有直接的關(guān)系。我國對(duì)于智能電網(wǎng)的基本定義是：以堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺(tái)為支撐，以智能控制為手段，包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個(gè)環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級(jí)，實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合，是堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動(dòng)的現(xiàn)代電網(wǎng)[1]。所以，智能電網(wǎng)需要通過調(diào)控信息流實(shí)現(xiàn)對(duì)物理電網(wǎng)的更全面、更細(xì)致的調(diào)度和控制。通過最大限度利用現(xiàn)代信息技術(shù)，結(jié)合系統(tǒng)化、層次化的架構(gòu)，統(tǒng)一規(guī)劃、運(yùn)作、控制、管理，建立先進(jìn)、開放、安全、可靠、靈活并貫穿生產(chǎn)、運(yùn)行、經(jīng)營(yíng)全價(jià)值鏈的信息高度融合、模型高度統(tǒng)一的信息支撐平臺(tái)。從時(shí)間、物理、管理等多維度及多層次，為各智能應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)化、多元化、完整、一致的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)信息，避免信息失真、信息冗余、信息阻塞、信息互斥等問題，實(shí)現(xiàn)電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)信息的集成、交互和共享，支持堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)新型業(yè)務(wù)應(yīng)用。這就決定了在智能電網(wǎng)中所存在的數(shù)據(jù)量的巨大性。

智能電網(wǎng)的最終目標(biāo)是將傳統(tǒng)電網(wǎng)改造成覆蓋電力系統(tǒng)的各個(gè)生產(chǎn)和使用環(huán)節(jié)的全景實(shí)時(shí)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)需要涉及到的環(huán)節(jié)有發(fā)電、輸電、變電、配電、用電及調(diào)度，因此這需要大量的電網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)的支撐。其中，電網(wǎng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)有設(shè)備監(jiān)測(cè)和檢測(cè)系統(tǒng)、配電管理系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、營(yíng)銷系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)、客戶服務(wù)系統(tǒng)等；而外部數(shù)據(jù)主要來自于氣象信息系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、公共服務(wù)部門等系統(tǒng)。因此，在智能電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)具有分散性強(qiáng)，地域分布廣，同時(shí)除傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)外，智能電網(wǎng)還包含了大量如語音、波形、圖像等半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，而且處理這些數(shù)據(jù)都具有不同實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、精確度、生命周期的要求，因此數(shù)據(jù)種類復(fù)雜多變。

綜上所述，智能電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)源具有以下數(shù)據(jù)特征[2]：(1)數(shù)據(jù)源構(gòu)成復(fù)雜且分布性強(qiáng)；(2)數(shù)據(jù)量大、種類多、相應(yīng)的數(shù)據(jù)維度也大；(3)每個(gè)數(shù)據(jù)都具有重大的實(shí)際意義，同時(shí)數(shù)據(jù)之間也具有復(fù)雜的關(guān)聯(lián)性。以上幾點(diǎn)決定了需要利用大數(shù)據(jù)的方法來解決智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理問題。

2 智能電網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)分析

智能電網(wǎng)最主要的特征是工作穩(wěn)定性強(qiáng)、可持續(xù)性強(qiáng)、具有系統(tǒng)的自愈性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性。這些特征的形成離不開相應(yīng)的支撐技術(shù)，關(guān)鍵的技術(shù)有：量測(cè)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)和設(shè)備技術(shù)等。參數(shù)量測(cè)技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部分，先進(jìn)的參數(shù)量測(cè)技術(shù)獲得數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息，以供智能電網(wǎng)的各個(gè)方面使用。參數(shù)量測(cè)技術(shù)是設(shè)備信息的源頭，來自于該技術(shù)的信息可以為評(píng)估電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)提供良好的基礎(chǔ)。這一部分的數(shù)據(jù)具有準(zhǔn)確性高、實(shí)時(shí)性高的基本要求?？刂萍夹g(shù)是指在智能電網(wǎng)中分析、診斷和預(yù)測(cè)狀態(tài)并確定和采取適當(dāng)?shù)拇胧┮韵?、減輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動(dòng)的裝置和算法?？刂萍夹g(shù)是對(duì)電網(wǎng)的輸、配、送、用各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行管理的重點(diǎn)，是集中了其他關(guān)鍵技術(shù)的最終實(shí)施環(huán)節(jié)。在智能電網(wǎng)中，利用預(yù)設(shè)的專家系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析和管理，采取自動(dòng)控制行動(dòng)，是智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自愈性的關(guān)鍵；通信技術(shù)是智能電網(wǎng)的各系統(tǒng)運(yùn)行的溝通通道。高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)使智能電網(wǎng)成為一個(gè)動(dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)信息和電力交換互動(dòng)的大型基礎(chǔ)設(shè)施，為提高電網(wǎng)供電的可靠性、提高電網(wǎng)的安全性打下良好的基礎(chǔ)。設(shè)備技術(shù)是指在智能電網(wǎng)中要引入最先進(jìn)的設(shè)備，例如在材料、超導(dǎo)、儲(chǔ)能、電力電子和微電子技術(shù)方面的最新研究成果，從而提高電能質(zhì)量和生產(chǎn)的效率。

3 “大數(shù)據(jù)”處理技術(shù)的應(yīng)用

智能電網(wǎng)是一個(gè)系統(tǒng)性的信息平臺(tái)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)的方法來解決智能電網(wǎng)中的海量數(shù)據(jù)問題。

大數(shù)據(jù)技術(shù)的本質(zhì)也是數(shù)據(jù)處理的問題，其關(guān)鍵的技術(shù)主要包括兩點(diǎn)：(1)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理；(2)大數(shù)據(jù)檢索技術(shù)的使用。

對(duì)于大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的方式主要有兩種：一種是C/S結(jié)構(gòu)；另一種是B/S結(jié)構(gòu)。這兩種方式都不能適應(yīng)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理的要求，因此構(gòu)建新的存儲(chǔ)平臺(tái)是解決問題的關(guān)鍵。

云計(jì)算是一種新的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，它將計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分布在大量計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池上，使用戶能夠按需獲取計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間和信息服務(wù)。在云計(jì)算中，核心是云數(shù)據(jù)庫。一個(gè)有效的云數(shù)據(jù)庫可以完成海量的數(shù)據(jù)處理、大規(guī)模集群管理、低延遲的讀寫速度和低成本的運(yùn)行過程。

將智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)利用云計(jì)算來進(jìn)行存儲(chǔ)可以提供一個(gè)良好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理的平臺(tái)。利用相關(guān)的技術(shù)從大量的、異構(gòu)的、不完整的實(shí)際數(shù)據(jù)中查找出有利于智能電網(wǎng)運(yùn)行決策的數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)技術(shù)所要解決的另一個(gè)問題。

在大數(shù)據(jù)概念出現(xiàn)以前，在數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域所經(jīng)常要使用的技術(shù)是數(shù)據(jù)挖掘。有所不同的是，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)比較適用于單個(gè)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，不太適應(yīng)用大量的分布式數(shù)據(jù)源的處理，而大數(shù)據(jù)的并行處理是基本的要求，這就要求數(shù)據(jù)的處理過程要用大數(shù)據(jù)的分布處理框架。

目前，應(yīng)用較多的大數(shù)據(jù)應(yīng)用處理框架是MapReduce，這也是云計(jì)算所經(jīng)常采用的海量數(shù)據(jù)處理模式。MapReduce技術(shù)把每一個(gè)云端小型處理器作為一個(gè)計(jì)算終端，在每一個(gè)終端上所采用的數(shù)據(jù)處理技術(shù)仍然用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)[3]，例如樸素的貝葉斯算法、數(shù)值型關(guān)聯(lián)規(guī)則、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等。同時(shí)，將一個(gè)大數(shù)據(jù)的問題采用“分而治之”的辦法，分解成一個(gè)個(gè)相對(duì)獨(dú)立的較小問題。這些小型問題由各個(gè)處于云端的計(jì)算終端進(jìn)行計(jì)算后，再將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行匯總，從而得到最終的計(jì)算結(jié)果。

MapReduce模型的計(jì)算流程分為兩個(gè)階段。第一階段是Map過程，分為三步：第一步是將大任務(wù)進(jìn)行分割，分成若干固定大小的分片(Split)，每一個(gè)分片利用鍵值(Key)向下傳遞信息。第二步是利用相應(yīng)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)構(gòu)建Map算法，Map算法分布在各個(gè)云計(jì)算終端上，對(duì)每一個(gè)小任務(wù)數(shù)據(jù)源進(jìn)行計(jì)算。第二階段是Reduce階段，這一階段的任務(wù)是結(jié)論的匯總，匯總方式可以根據(jù)實(shí)際問題采用不同的方式，例如蟻群算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等，最終形成穩(wěn)定準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析結(jié)論。

4 結(jié)論

本文對(duì)智能電網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。利用大數(shù)據(jù)的基本概念重新對(duì)智能電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)處理問題進(jìn)行規(guī)劃。

智能電網(wǎng)中的海量數(shù)據(jù)利用云平臺(tái)來進(jìn)行處理，并結(jié)合MapReduce模型進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)的“分而治之”和有效匯總，為智能電網(wǎng)的有序?qū)崿F(xiàn)提供了一定的理論基礎(chǔ)。

[1]唐躍中.數(shù)字化電網(wǎng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2010：11-12.

[2]張東霞，苗新.智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015(1)：2-3.

[3]幸莉仙，黃慧連.MapReduce框架下的樸素貝葉斯算法并行化研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013(2)：108-109.

Key technology of smart grid based on big data

HE Hong-yan
(Hebei Vocational College of Politics and Law,Shijiazhuang Hebei 050061,China)

The coming of the era of big data results in new challenge to the way of data processing.The method of cloud computing environment for intelligent processing of large amounts of data was put forward based on the analysis of data sources and data characteristics of smart grid.It has important guiding significance for the practical operation of the smart grid that introducing the concept of large data into the key technology of the smart grid operation.

smart grid;big data;cloud computing;technological system

TM 769

A

1002-087 X(2016)08-1713-02

2016-02-25

賀紅燕(1973—)，女，河北省人，副教授，碩士研究生，研究方向：信息技術(shù)與數(shù)據(jù)分析。