焦會英，辛存生，劉俊艷

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大數(shù)據(jù)技術(shù)及其在智能電網(wǎng)中的未來應(yīng)用

焦會英，辛存生，劉俊艷

（國網(wǎng)匯通金財（北京）信息科技有限公司，北京 100053）

電力大數(shù)據(jù)涉及到發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度各個環(huán)節(jié)。依托數(shù)據(jù)平臺，整合數(shù)據(jù)資源，基于智能終端、云計算、人工智能與大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對眾多影響數(shù)據(jù)做深度分析，在能源的分析預(yù)測，用電交易、防范電網(wǎng)風(fēng)險、能源資源分配調(diào)度方面開展積極探索與實踐，實現(xiàn)更高效、盈利、資源節(jié)約共享的智能電網(wǎng)建設(shè)與能源資源的優(yōu)化配置。

智能電網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；智能終端

0 引言

信息化的飛速發(fā)展使得各行業(yè)的數(shù)據(jù)量成爆發(fā)式增長，數(shù)據(jù)即價值，研究表明每當數(shù)據(jù)利用率調(diào)高10%，便可使電網(wǎng)提高20%~49%的利潤，企業(yè)的核心開發(fā)模式正由應(yīng)用驅(qū)動模式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)驅(qū)動模式。大數(shù)據(jù)已成為各行業(yè)中研究和應(yīng)用的熱點課題，在智能電網(wǎng)的建設(shè)和應(yīng)用中也發(fā)揮著越來越重要的作用。

中國的智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎(chǔ)，將現(xiàn)代先進傳感測量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)計算機技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)[1]。

電力大數(shù)據(jù)涉及發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度各個環(huán)節(jié)，并在企業(yè)設(shè)備運維監(jiān)測、提升客戶滿意度、降低損耗和成本等諸多方面提供了較為可靠的解決方案[2]。未來，大數(shù)據(jù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用必將是更加多元化、一體化、實時化，充分滿足用戶對電力的需求和優(yōu)化資源配置、確保電力供應(yīng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟性、滿足環(huán)保約束、保證電能質(zhì)量、適應(yīng)電力市場化發(fā)展，實現(xiàn)對用戶可靠、經(jīng)濟、清潔、互動的電力供應(yīng)和增值服務(wù)[3]?？梢哉f，智能電網(wǎng)的建設(shè)、能源資源的優(yōu)化配置，都離不開電力大數(shù)據(jù)的平臺，這是一個堅實的基礎(chǔ)和堅強的保障。

1 大數(shù)據(jù)技術(shù)

在電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)即能量、數(shù)據(jù)即交互、數(shù)據(jù)即共情，企業(yè)對數(shù)據(jù)處理的需求與日俱增。為此，企業(yè)通過建立大數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理與分析。企業(yè)對大數(shù)據(jù)平臺的需求如圖1所示，在企業(yè)大數(shù)據(jù)平臺中，不僅需要大數(shù)據(jù)技術(shù)對海量數(shù)據(jù)實現(xiàn)存儲、管理、統(tǒng)計、分析、挖掘、預(yù)測等，還需要終端設(shè)備、人工智能與云計算技術(shù)提供技術(shù)保障和數(shù)據(jù)支持。本節(jié)主要介紹了大數(shù)據(jù)的具體實現(xiàn)技術(shù)及相關(guān)技術(shù)和設(shè)備，系統(tǒng)描述了大數(shù)據(jù)技術(shù)在工程應(yīng)用中對數(shù)據(jù)的處理流程和技術(shù)應(yīng)用。

圖1 企業(yè)大數(shù)據(jù)平臺視圖

1.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)成

大數(shù)據(jù)技術(shù)對數(shù)據(jù)的處理過程包括數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)處理和分析[4]。電力數(shù)據(jù)體量大、類型多、產(chǎn)生速度快，收集到的原始數(shù)據(jù)形式為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。大多原始數(shù)據(jù)是雜亂無章的有很多垃圾數(shù)據(jù)在里面，因而需要清洗和過濾，得到一些高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。對高質(zhì)量的數(shù)據(jù)進行存儲和分析，從而對數(shù)據(jù)進行分類，或者發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系，得到知識。

大數(shù)據(jù)技術(shù)涉及的主要應(yīng)用包括預(yù)測分析、數(shù)據(jù)可視化、流式大數(shù)據(jù)處理、高量級數(shù)據(jù)存儲等方面[5]。數(shù)據(jù)的預(yù)測分析基于數(shù)據(jù)挖掘方法，在海量的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中使用機器學(xué)習(xí)、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策分析等算法和技術(shù)進行預(yù)測、預(yù)報和模擬，如實現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備故障趨勢預(yù)測、電網(wǎng)負載趨勢預(yù)測等。數(shù)據(jù)可視化能夠把大數(shù)據(jù)變?yōu)橹庇^的、以圖形圖像信息表示的、隨時間和空間變化的物理現(xiàn)象或物理量呈現(xiàn)出來。數(shù)據(jù)可視化幫助數(shù)據(jù)挖掘模擬和計算，成為研究數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)處理、決策分析等一系列問題的綜合技術(shù)。流式大數(shù)據(jù)處理利用Storm、kafka等流式計算系統(tǒng)和Spark、Streams等流大數(shù)據(jù)流分析工具，可以同時對多個高吞吐量的數(shù)據(jù)源進行實時的清洗和分析[6]，對存在于社交網(wǎng)站、視頻、新聞、電子感應(yīng)器之中的數(shù)字格式的信息流進行快速處理并反饋。高量級實時數(shù)據(jù)存儲大都采用Hadoop的HDFS系統(tǒng)，通過使用分布式數(shù)據(jù)存儲和MapReduce運算模型，實時存儲如此巨大的數(shù)據(jù)。

1.2 相關(guān)技術(shù)和設(shè)備

智能電網(wǎng)的建設(shè)、能源資源的優(yōu)化配置，都離不開電力大數(shù)據(jù)的平臺。大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用離不開其他技術(shù)與設(shè)備的支持，只有電網(wǎng)技術(shù)的全面進步和智能化發(fā)展才使得大數(shù)據(jù)技術(shù)更全面、更高效的應(yīng)用于智能電網(wǎng)的建設(shè)。除大數(shù)據(jù)技術(shù)外，云計算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、儲能技術(shù)以及終端設(shè)備的發(fā)展與應(yīng)用也為大數(shù)據(jù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用提供了技術(shù)保障和數(shù)據(jù)支持[7]。宏觀上看，智能電網(wǎng)是以大數(shù)據(jù)與云計算技術(shù)為支撐，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為橋梁、各類智能終端設(shè)備為信息觸角的綜合服務(wù)型電網(wǎng)。在實現(xiàn)技術(shù)上：依托云計算技術(shù)在IaaS、PaaS和SaaS層實現(xiàn)存儲資源，計算資源、數(shù)據(jù)資源的共享，依托大數(shù)據(jù)技術(shù)與分布式技術(shù)，實現(xiàn)PB級數(shù)據(jù)的存儲和處理需求、結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲和海量明細數(shù)據(jù)的接入、大大提高分析計算能力和實效性[8]。

2 大數(shù)據(jù)結(jié)合智能電網(wǎng)的應(yīng)用

在云計算、物聯(lián)網(wǎng)、儲能技術(shù)以及各種終端智能設(shè)備的支持與保障下，大數(shù)據(jù)可以應(yīng)用在智能電網(wǎng)的全面建設(shè)中，尤其在調(diào)整供電量、錯峰供電方面，大數(shù)據(jù)憑借其對龐大數(shù)據(jù)的預(yù)測分析以及實時流數(shù)據(jù)計算能力，可以提供更可靠、更經(jīng)濟的解決方案，降低用電損耗和運營成本。大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的未來應(yīng)用包括：

（1）調(diào)整供電量，錯峰供電。通過大數(shù)據(jù)分析電網(wǎng)負載的歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，展示全網(wǎng)的實時負載狀態(tài)，并根據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)測電網(wǎng)負載趨勢，調(diào)整供電量。宏觀上，還可以根據(jù)各區(qū)域的負載及供電能力實現(xiàn)區(qū)域間的能量調(diào)度，調(diào)整供電量。當智能電網(wǎng)發(fā)展到一定的階段，未來也可以實現(xiàn)電力的洲際互聯(lián)，如將美國電網(wǎng)、歐洲電網(wǎng)、中國電網(wǎng)相連通，實現(xiàn)洲際間電力的自動調(diào)度和削峰填谷。

（2）優(yōu)化可再生能源消納平臺。太陽能、風(fēng)能等可再生電力資源越來越多的被應(yīng)用，但受天氣等條件的影響，太陽能、風(fēng)能提供的電力資源存在功率不穩(wěn)定、供電量不穩(wěn)定等問題。為了確保太陽能、風(fēng)能這類“間歇性能源”安全接入電網(wǎng)，運用大數(shù)據(jù)技術(shù)，整合用電數(shù)據(jù)、供電數(shù)據(jù)、氣象狀況等數(shù)據(jù)進行智能化分析和預(yù)測，掌握實時和預(yù)測的新能源電力信息，并結(jié)合儲能技術(shù)智能調(diào)節(jié)供需，提升能量利用率，減少資源消耗。

（3）助力光伏云網(wǎng)。光伏發(fā)電作為新能源，清潔能源的代表性能源已接入電網(wǎng)，實現(xiàn)光伏云網(wǎng)“科技+服務(wù)+金融”綜合服務(wù)云平臺。使用大數(shù)據(jù)技術(shù)對光伏入網(wǎng)客戶的信息（用電量、發(fā)電量、每個時間段對電網(wǎng)的供電量等）進行存儲和分析，結(jié)合電網(wǎng)的實時供電與用電數(shù)據(jù)，配合電網(wǎng)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度各個環(huán)節(jié)。

（4）企業(yè)設(shè)備運維監(jiān)測，防范電網(wǎng)風(fēng)險。大數(shù)據(jù)平臺收集了所有關(guān)鍵設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)，傳感器、專用設(shè)備、電廠設(shè)備監(jiān)控會高頻率的向數(shù)據(jù)中心發(fā)送實時數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的量級是相當龐大的，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)可以預(yù)測出當前設(shè)備的健康狀態(tài)，及時對設(shè)備進行維護和更換，避免設(shè)備故障。除此之外，可對設(shè)備的更換量進行統(tǒng)計預(yù)測，減少采購成本。

（5）結(jié)合智能終端設(shè)備，推薦個性化用電方案。物聯(lián)網(wǎng)與智能家居不僅擴大了用戶的用電范圍，也為大數(shù)據(jù)平臺提供了更多的用戶信息，如各類智能電器的用電量、用電時間，智能電表記錄的家庭實時用電數(shù)據(jù)、用電總量。這些用戶信息都可以接入到大數(shù)據(jù)平臺，進行數(shù)據(jù)共享，應(yīng)用于電費計算、用戶畫像分析，根據(jù)用戶用電習(xí)慣推薦適合的購電方案，引導(dǎo)用戶避開高峰用電，緩解供電壓力。此外，移動終端、專用設(shè)備、智能電表也可使客戶與公司，客戶與客戶之間完成實時高效的數(shù)據(jù)交換。

3 總結(jié)與展望

智能電網(wǎng)的特征是在技術(shù)上實現(xiàn)信息化、數(shù)字化、自動化和互動化，同時在管理上實現(xiàn)集團化、集約化、精益化、標準化[9]。大數(shù)據(jù)技術(shù)以大數(shù)據(jù)模型為驅(qū)動，完成數(shù)據(jù)交互的實時自動化處理與預(yù)測，為企業(yè)的管理與決策提供依據(jù)，也為企業(yè)數(shù)據(jù)化運營帶來專業(yè)的技術(shù)與服務(wù)支持。總體來說，大數(shù)據(jù)技術(shù)對電網(wǎng)的電力調(diào)度、新能源分析預(yù)測、電力交易、防范電網(wǎng)風(fēng)險、企業(yè)系統(tǒng)運維監(jiān)測、提升客戶滿意度、降低損耗和成本等諸多方面做出了積極探索與實踐，使電網(wǎng)平臺更加高效、盈利、實現(xiàn)資源的節(jié)約共享、并提高能源利用率[10]。大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用不只推動了電網(wǎng)的智能化發(fā)展，以大數(shù)據(jù)技術(shù)推動智能電網(wǎng)，以智能電網(wǎng)推動智能小區(qū)、智能城市的發(fā)展已成為未來研究和城市建設(shè)的重要內(nèi)容。電力大數(shù)據(jù)的平臺為智能電網(wǎng)、智能小區(qū)、智能城市的建設(shè)、能源資源的優(yōu)化配置提供了堅實的基礎(chǔ)和堅強的保障。

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Big Data Technology and its Future Application in Smart Grid

JIAO Hui-ying, XIN Cun-sheng, LIU Jun-yan

(Beijing huitong jincai information technology co., LTD., Beijing 100053, China)

Big data of electric power involves power generation, power transmission, power transformation, power distribution, electricity utilization and dispatching. Relying on data platform, we integrate data resources, intelligent terminal, cloud computing, artificial intelligence and data mining technology to do deep mining of high order data. Big data technology is actively exploring and practicing in energy analysis, forecasting, electricity trading, prevention of power grid risk and allocation of energy resources. And the technology has achieved a more efficient, profitable and resource sharing smart grid construction and optimal allocation of energy resources.

Smart grid; Big data; Intelligent terminal

TP311.52

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.09.040

焦會英(1991-)，女，國網(wǎng)匯通金財(北京)信息科技有限公司，主要研究方向：機器學(xué)習(xí)；辛存生(1984-)男，國網(wǎng)匯通金財(北京)信息科技有限公司，主要研究方向：計算機應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；劉俊艷(1978-)，女，國網(wǎng)匯通金財(北京)信息科技有限公司，主要研究方向：計算機應(yīng)用。

本文著錄格式：焦會英，辛存生，劉俊艷. 大數(shù)據(jù)技術(shù)及其在智能電網(wǎng)中的未來應(yīng)用[J]. 軟件，2018，39（9）：200-202