李玥贇

引言

電力系統(tǒng)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用是基于云平臺開放的結(jié)構(gòu)化管理模式，在自動化系統(tǒng)建設(shè)初期，我們就希望擁有一套完善的管理平臺，能夠代替人在處理各類不同數(shù)據(jù)時對數(shù)據(jù)結(jié)果的干預(yù)及智能化管理。在常規(guī)自動化平臺建設(shè)的時候，我們會考慮平臺的硬件投資，軟件開發(fā)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。同樣，云平臺建設(shè)也需要硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)的支持，但是相對常規(guī)自動化平臺，云平臺可以減少整體平臺的建設(shè)及運營成本，為企業(yè)帶來不可估量的效益。云平臺的分層管理思路，我們可以簡單的把云平臺想象成由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層構(gòu)成的無限擴(kuò)容的云。云平臺建設(shè)是為解決人與設(shè)備之間的比例不平衡問題而誕生的產(chǎn)物。

1 電力自動化系統(tǒng)規(guī)模概述

電力系統(tǒng)的發(fā)展是全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的映照，全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要是資本市場對于能源市場的有效開發(fā)、管理、經(jīng)營，隨著石油產(chǎn)業(yè)的日趨明朗，煤炭產(chǎn)業(yè)也逐步持續(xù)升溫，煤炭價格走勢上升，直接影響了國內(nèi)外各產(chǎn)品生產(chǎn)、加工產(chǎn)業(yè)的成本投入，造成物價經(jīng)濟(jì)上漲。國內(nèi)主要的電力能源還以火力發(fā)電為主，雖然風(fēng)力、水力、光伏、核能發(fā)電等均有市場份額上升趨勢，但依舊無法與常規(guī)火力發(fā)電規(guī)?？购?，所需的煤炭能源也只會更多。并且輸配電系統(tǒng)隨著人類對荒地、電力高速列車、產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、發(fā)展起著決定性因素，輸配電網(wǎng)也便于接入各類發(fā)電系統(tǒng)，變配電站數(shù)量會越來越多，變配電網(wǎng)會越來越大，地域分布也會越來越廣，所需的電力專業(yè)人才也會增加。建設(shè)一個變配電站最快只需要3個月，而培養(yǎng)一個合格的電力專業(yè)人才需要2～3年，這樣的結(jié)果是站所比例與運維人員的嚴(yán)重失衡，怎樣解決這個問題是電力自動化系統(tǒng)多年來的主要任務(wù)。

2 云平臺與常規(guī)自動化平臺的比較

云平臺的分層管理思路，可以簡單的把云平臺想象成由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層構(gòu)成的無限擴(kuò)容的云。

采集層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)控、傳輸，可以通過現(xiàn)有微機(jī)保護(hù)裝置、自動控制裝置、溫度傳感器、高壓開關(guān)柜狀態(tài)顯示器、環(huán)境監(jiān)測傳感器等設(shè)備，將電力自動化系統(tǒng)所需要的電氣量，數(shù)字量，開關(guān)量進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，同時通過WIFI網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)、移動網(wǎng)絡(luò)、或者物理路由等方式完成數(shù)據(jù)傳輸工作，而這些設(shè)備需支持現(xiàn)有國際網(wǎng)絡(luò)IPV6/IPV4/GPRS通訊規(guī)約的標(biāo)準(zhǔn)。

數(shù)據(jù)處理層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收、存儲、處理、分析，首先需要一臺擁有公網(wǎng)IP地址的服務(wù)器作為數(shù)據(jù)接收服務(wù)器，數(shù)據(jù)接收服務(wù)器再將云平臺內(nèi)的局域網(wǎng)服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)域連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)業(yè)務(wù)，每臺服務(wù)器形成數(shù)據(jù)立方，或者稱為數(shù)據(jù)矩陣，利用網(wǎng)絡(luò)端存儲的歷史數(shù)據(jù)或者科研機(jī)構(gòu)發(fā)布的最新研究成果進(jìn)行數(shù)據(jù)比對工作，完成大數(shù)據(jù)分析，將最終的分析結(jié)果發(fā)布到云端，或者進(jìn)行結(jié)果數(shù)據(jù)的存儲，以備大數(shù)據(jù)的循環(huán)處理分析。

數(shù)據(jù)最終到達(dá)應(yīng)用層，應(yīng)用層負(fù)責(zé)對結(jié)果的管理、集成、應(yīng)用。輸出到調(diào)度監(jiān)控計算機(jī)、值班人員遠(yuǎn)程操作計算機(jī)、設(shè)備廠家終端、設(shè)備運管單位終端、能夠以綜合展示平臺來進(jìn)行查閱，WEB網(wǎng)頁、手機(jī)終端、執(zhí)法人員、環(huán)境監(jiān)測管理單位、其他相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)均可實時、快捷的調(diào)用結(jié)果數(shù)據(jù)，并且不受地理位置限制，而且平臺化管理，也保證了數(shù)據(jù)的安全可靠性，對于權(quán)限的分級管理，可以有效防止外來入侵。

這些都是常規(guī)自動化平臺所不具備的，一套常規(guī)自動化平臺，經(jīng)常會因為變電站設(shè)備廠家不同，使用的設(shè)備自動化程度不統(tǒng)一，甚至有些設(shè)備不具備通訊功能或者與自動化平臺所使用的通訊模式、通訊規(guī)約不兼容，導(dǎo)致的各類自動化設(shè)備故障無法及時監(jiān)控，最終發(fā)生大規(guī)模的電氣設(shè)備故障。而各個設(shè)備廠家可能會為了保有自家產(chǎn)品的市場占有率，設(shè)計使用非標(biāo)準(zhǔn)通訊規(guī)約或內(nèi)部通訊規(guī)約，這都大大制約了電力自動化系統(tǒng)的發(fā)展，作為設(shè)備運管單位，更希望看到的是一個統(tǒng)一、穩(wěn)定、高效的管理平臺，能夠減少平臺故障對生產(chǎn)的影響及限制，并具有一定的開放性。

3 大數(shù)據(jù)如何運用

如何運用大數(shù)據(jù)，取決于云平臺的開放程度。常規(guī)的電力自動化系統(tǒng)平臺是相對獨立的，電力企業(yè)也不希望眾多的數(shù)據(jù)被其他競爭企業(yè)獲取，這就需要在建設(shè)云平臺時對平臺數(shù)據(jù)的開放性進(jìn)行評估?，F(xiàn)以某10 kV變電站為例進(jìn)行分析，一般情況下這個站所具備母線、受電、電壓互感器、配出電機(jī)、配出變壓器，這些設(shè)備通過微機(jī)保護(hù)裝置或自動控制裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，收集的數(shù)據(jù)包括母線電壓、母線頻率、單開路負(fù)荷電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、保護(hù)裝置自檢信息、保護(hù)功能信息、開關(guān)電氣位置、小車位置、地刀位置、開關(guān)柜溫度、濕度等信息，如果一個站將全部數(shù)據(jù)納入數(shù)據(jù)庫管理，可產(chǎn)生兩千條點位信息。一個110 kV電網(wǎng)按照一個110 kV變電站加3～5個10 kV變電站，一個小型電網(wǎng)可產(chǎn)生一萬多條點位信息。服務(wù)器還需要將電網(wǎng)運行的實時量按照時間節(jié)點進(jìn)行記錄，如一分鐘采樣、五分鐘采樣、一小時采樣，每日的信息量可產(chǎn)生十萬條點位信息，一個100站電網(wǎng)自動化平臺容納的數(shù)據(jù)量每日可達(dá)到兩百萬條信息，如果使用人工進(jìn)行數(shù)據(jù)的分發(fā)、整理、分析，不可能有效的對每一條數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的解讀。通過建立大數(shù)據(jù)云平臺分析系統(tǒng)，可以將數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，分別進(jìn)行自動計算，在監(jiān)控終端只顯示處理過的結(jié)果。比如某站一條母線失壓故障，常規(guī)自動化系統(tǒng)報出幾千條數(shù)據(jù)，而通過云平臺對數(shù)據(jù)庫內(nèi)采樣值規(guī)律進(jìn)行計算，輸出到調(diào)度監(jiān)控后臺只有一條帶有時標(biāo)的某變電站某段母線失壓的信息，并且通過短信、微信等即時通訊APP通知相關(guān)管理運維人員，第一時刻展開電力搶修工作，有效開展設(shè)備維修。

通過建立云平臺大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，可以實時監(jiān)控電網(wǎng)多電源潮流變化。發(fā)電廠與配電站間通過調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，出現(xiàn)潮流變化后，調(diào)度員不能及時掌握電網(wǎng)潮流變化，而下達(dá)倒負(fù)荷命令，可能導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)部電力供需的不平衡，導(dǎo)致電網(wǎng)潮流引起的電網(wǎng)瓦解，崩潰，最終產(chǎn)生巨額的經(jīng)濟(jì)損失。云平臺通過對采集的電網(wǎng)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在電網(wǎng)潮流發(fā)生變化后，可以及時通知調(diào)度員，并且智能的電網(wǎng)專家?guī)旖７治鲕浖梢粤⒓磁袛喑鲭娋W(wǎng)內(nèi)電能供需平衡所需切除的機(jī)組量或負(fù)荷量，再通過安全穩(wěn)定控制裝置進(jìn)行邏輯運算，達(dá)到精度更高的電網(wǎng)穩(wěn)定控制，在小范圍內(nèi)解除并網(wǎng)設(shè)備，減少經(jīng)濟(jì)損失。

大數(shù)據(jù)開放后的安全管理是云平臺建立的重中之重，一個平臺整合了所有不同廠家、不同批次的設(shè)備監(jiān)控，在各級監(jiān)控過程中，如果數(shù)據(jù)遭到外部入侵，可能導(dǎo)致大數(shù)據(jù)分析錯誤，造成設(shè)備損壞或電網(wǎng)瓦解，在云平臺建立之初，需要為云平臺使用的開發(fā)軟件進(jìn)行安全性評價，包括通訊接口設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、應(yīng)用、開發(fā)軟件、甚至設(shè)備的可控范圍進(jìn)行研究，通過多行業(yè)的介入，將一些通訊程序固化到硬件設(shè)備，使用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)共享平臺達(dá)到文件包的數(shù)據(jù)加密，設(shè)備與設(shè)備之間只通過固化的安全碼進(jìn)行互聯(lián)互通，而其他設(shè)備或軟件雖能夠使用相同的軟件，但無法接入電網(wǎng)設(shè)備，有效的保證了云數(shù)據(jù)的安全性。并且設(shè)備安全碼會隨著時間的變化，只允許在本地設(shè)備上實時變更裝置運行參數(shù)，不能通過個人或遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行參數(shù)修改，達(dá)到設(shè)備安全監(jiān)管的效果。

云平臺的硬件空間獨立且共享。當(dāng)搭建了一套云平臺，所需的硬件設(shè)備比常規(guī)自動化管理平臺少，常規(guī)自動化管理平臺需要按照站所多少分別建設(shè)相應(yīng)的子平臺，所需服務(wù)器配置較高，但實際服務(wù)器利用率只有30%左右，服務(wù)器的價格也相對云平臺昂貴。一套云平臺只需要數(shù)據(jù)接收的一臺或多臺主服務(wù)器，配合多功能分發(fā)處理服務(wù)器機(jī)組，并配備一套硬盤共享服務(wù)器即可完成整個平臺的搭建，變電站內(nèi)任何一臺可以連接互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)終端、辦公計算機(jī)（配置一般，成本較低）只要配置隔離的個人權(quán)限賬戶，便可對電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、維護(hù)，不需要大量的重復(fù)安裝平臺運行軟件，數(shù)據(jù)庫軟件等，從而節(jié)省軟件成本和人力資源，一次性建設(shè)，使用周期長，因為有穩(wěn)定的軟件基礎(chǔ)，可以對平臺進(jìn)行二次開發(fā)，減少平臺高軟或功能性軟件開發(fā)難度及開發(fā)成本。

4 如何順應(yīng)電力自動化系統(tǒng)發(fā)展趨勢

電力自動化系統(tǒng)向云平臺的發(fā)展是大勢所趨，隨著人們生活水平的提高，生產(chǎn)力水平的智能化，科技發(fā)展的民生應(yīng)用，能源管控必然成為人們關(guān)注的焦點。電力行業(yè)走向智能化平臺管理是社會發(fā)展的必然趨勢，全球能源系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化，平臺化、網(wǎng)絡(luò)化的管理思路及智慧電網(wǎng)、智慧城市的概念正不斷的、清晰的展現(xiàn)在人們的面前。誰能夠邁出科技創(chuàng)新的第一步，誰就可能成為世界能源經(jīng)濟(jì)競爭中最先盈利的領(lǐng)頭羊，讓電網(wǎng)更堅強(qiáng)，讓能源更節(jié)約，是每一個能源公司都應(yīng)趕上的潮流，正如互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)對中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響一樣。