魏曉晨 王振潮 王國新 黃際太

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新時期大數(shù)據(jù)智能電網(wǎng)構(gòu)建研究

魏曉晨1王振潮1王國新1黃際太2

1.青島特銳德設(shè)計院有限公司，山東 青島 266000 2.山東世紀(jì)陽光紙業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 濰坊 261000

主要研究了大數(shù)據(jù)下的智能電網(wǎng)建設(shè)內(nèi)容。首先分析了大數(shù)據(jù)智能電網(wǎng)，依照文獻(xiàn)內(nèi)容明確了大數(shù)據(jù)下的智能電網(wǎng)特征，然后在此基礎(chǔ)上對大數(shù)據(jù)下的智能電網(wǎng)建設(shè)內(nèi)容進(jìn)行了挖掘，從數(shù)據(jù)庫、算法、存貯及處理四項內(nèi)容著手，對智能電網(wǎng)構(gòu)建進(jìn)行了完善，對大數(shù)據(jù)下的智能電網(wǎng)發(fā)展具有一定的貢獻(xiàn)。

大數(shù)據(jù)；智能電網(wǎng)；特征

1 大數(shù)據(jù)智能電網(wǎng)概述

智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)存在非常大的差異，數(shù)據(jù)內(nèi)容較為復(fù)雜，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為龐大，處理難度較高，已經(jīng)成為電網(wǎng)建設(shè)中的核心部分[1]。智能電網(wǎng)中的智能是建立在大量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的，具有明顯的大數(shù)據(jù)特征，其具體大數(shù)據(jù)內(nèi)容主要表現(xiàn)在以下幾方面。

第一，大量的設(shè)備數(shù)據(jù)。智能電網(wǎng)對設(shè)備信息具有較高的要求，需要及時掌握設(shè)備的實時信息，依照實時信息完成智能控制。

第二，大量的狀態(tài)數(shù)據(jù)。智能電網(wǎng)為了實現(xiàn)電網(wǎng)運行狀態(tài)的捕捉，需要及時收集上述系統(tǒng)中的信息，系統(tǒng)采樣頻率較高。系統(tǒng)在上述狀況下可以獲得大量連續(xù)信息，信息能夠及時反映系統(tǒng)狀況，信息體系非常龐大。

第三，大量的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)。智能電網(wǎng)可以全面控制系統(tǒng)各個細(xì)節(jié)，可以實現(xiàn)實時變化控制，并對系統(tǒng)細(xì)節(jié)進(jìn)行調(diào)整。

大數(shù)據(jù)智能電網(wǎng)具有典型的智能化數(shù)據(jù)特征，其具體表現(xiàn)為：

（1）具有非常大的數(shù)據(jù)量信息，其數(shù)據(jù)內(nèi)容量非常高，可以生產(chǎn)出幾十甚至幾百TB系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息。

（2）內(nèi)容非常復(fù)雜，可以產(chǎn)生文本數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)等，以不同的數(shù)據(jù)信息完成高效信息交流，改善電網(wǎng)智能化效益。

（3）內(nèi)容數(shù)據(jù)價值密度較低，數(shù)據(jù)內(nèi)容實時獲取，信息密集度價高，可以全方面反映系統(tǒng)存在的問題，數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確性較高。

（4）系統(tǒng)處理效率高，可以通過智能化系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的全面處理，以智能化技術(shù)手段對在線和離線數(shù)據(jù)進(jìn)行及時分析，數(shù)據(jù)利用效益非常高。

（5）數(shù)據(jù)質(zhì)量普遍較高，數(shù)據(jù)真實性可靠級別一般高于其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)真實性，可以依照數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，系統(tǒng)處理可靠性較為客觀。

2 基于大數(shù)據(jù)的智能電網(wǎng)建設(shè)

2.1 智能電網(wǎng)并行數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

作為數(shù)據(jù)庫的重要組成部分，并行數(shù)據(jù)庫直接影響著數(shù)據(jù)庫的關(guān)系結(jié)構(gòu)，可以通過數(shù)據(jù)內(nèi)容形式轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)提供高質(zhì)量、高效益的數(shù)據(jù)信息，對數(shù)據(jù)安全性和可靠性的提升具有非常好的促進(jìn)作用。

并行數(shù)據(jù)庫在建設(shè)的過程中要對關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行全面控制，要依照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)狀況、分析狀況、存貯狀況等形成處理體系，提升數(shù)據(jù)安全性和可靠性。首先，智能電網(wǎng)并行數(shù)據(jù)庫構(gòu)建要設(shè)置好存貯結(jié)構(gòu)，依照系統(tǒng)數(shù)據(jù)內(nèi)容對存貯層次進(jìn)行明確，從而保證數(shù)據(jù)能夠被及時、高效利用。其次，要完善數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，依照智能化技術(shù)明確數(shù)據(jù)查詢層次，將查詢內(nèi)容與數(shù)據(jù)庫層次橋接起來，形成一一對應(yīng)結(jié)構(gòu)體系，保證數(shù)據(jù)能夠快速、準(zhǔn)確查詢及應(yīng)用。最后，要做好數(shù)據(jù)庫語言設(shè)置。當(dāng)前智能電網(wǎng)并行數(shù)據(jù)庫中可以選取SQL語言，使用Scale Out方式及RDBMS（Relational Database Management System，關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）提升數(shù)據(jù)庫應(yīng)用性能。

2.2 智能電網(wǎng)云計算體系構(gòu)建

我國云計算體系在大數(shù)據(jù)智能電網(wǎng)中應(yīng)用范圍較窄，一般多用于電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測過程中。當(dāng)前云計算體系在運用上述內(nèi)容時主要通過構(gòu)建電力系統(tǒng)仿真云計算中心實施各項工作，以基礎(chǔ)云、管理云、計算云三項內(nèi)容達(dá)到數(shù)據(jù)的仿真處理，對系統(tǒng)狀況進(jìn)行模擬和分析，其整體構(gòu)建內(nèi)容較為單一。

隨著大數(shù)據(jù)智能電網(wǎng)的不斷豐富和數(shù)據(jù)計算技術(shù)的不斷改善，強(qiáng)化云計算體系結(jié)構(gòu)，形成新的云計算體系層次已經(jīng)勢在必行。智能電網(wǎng)云計算體系在構(gòu)建的過程中需要對數(shù)據(jù)存貯及數(shù)據(jù)并行內(nèi)容進(jìn)行合理設(shè)置，要依照智能化技術(shù)保證數(shù)據(jù)能有序處理，從而提升數(shù)據(jù)處理的有效性和合理性。智能電網(wǎng)云計算體系構(gòu)建時要做好對分布式文件系統(tǒng)的把握，要以該內(nèi)容為核心構(gòu)建理論進(jìn)行計算安排。體系要針對電網(wǎng)中的重要內(nèi)容，依照系統(tǒng)指標(biāo)狀況及系統(tǒng)運行狀態(tài)實施對應(yīng)監(jiān)測，從而獲取有效信息。在采集完成數(shù)據(jù)后，云計算體系要依照上述信息和Hadoop內(nèi)容，構(gòu)建對應(yīng)虛擬化技術(shù)體系及分布式冗余存貯體系，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及存貯，從而實現(xiàn)智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的全方位計算。

2.3 智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸構(gòu)建

傳統(tǒng)電網(wǎng)數(shù)據(jù)內(nèi)容較少，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)形勢要求較低，散亂數(shù)據(jù)對整體系統(tǒng)處理并沒有過多影響。但是在大數(shù)據(jù)智能電網(wǎng)中，電網(wǎng)內(nèi)容非常龐大，散亂數(shù)據(jù)可以直接造成數(shù)據(jù)擁堵，導(dǎo)致系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理效益大打折扣。因此，在實施數(shù)據(jù)傳輸體系構(gòu)建的過程中大數(shù)據(jù)智能電網(wǎng)要最大限度壓縮電網(wǎng)中的各項數(shù)據(jù)，將散亂形式數(shù)據(jù)內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)榧惺綌?shù)據(jù)包，以數(shù)據(jù)包代替原有數(shù)據(jù)散漫傳輸過程中可能出現(xiàn)的擁擠現(xiàn)象，改善數(shù)據(jù)傳輸效益。

隨著大數(shù)據(jù)智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入，數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)得到了非常大的改善和提升，已經(jīng)開始由單純數(shù)據(jù)壓縮轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)壓縮及格式轉(zhuǎn)變高集成化，實時信號數(shù)據(jù)的壓縮效益及重構(gòu)效益得到了本質(zhì)上的改善。當(dāng)前常見的數(shù)據(jù)傳輸處理技術(shù)主要包括自適應(yīng)多級樹集合分裂算法處理技術(shù)、穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)參數(shù)化壓縮算法處理技術(shù)及基于小波上的參數(shù)化壓縮算法處理技術(shù)等。

2.4 智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲構(gòu)建

存貯體系在構(gòu)建的過程中可以依照數(shù)據(jù)狀況進(jìn)行對應(yīng)選取，需要依照大數(shù)據(jù)智能電網(wǎng)性質(zhì)及數(shù)據(jù)狀況形成對應(yīng)同質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而保證數(shù)據(jù)存儲的合理性。存貯體系構(gòu)建時要控制好非結(jié)構(gòu)化及半數(shù)據(jù)化存貯效果，要依照數(shù)據(jù)層次及數(shù)據(jù)同質(zhì)將不同數(shù)據(jù)篩選、分層、轉(zhuǎn)化，形成同樣結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)格式，依照上述格式特征存貯，改善大數(shù)據(jù)智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)的查詢效益和處理效益。

當(dāng)前智能電網(wǎng)云中常選取實施數(shù)據(jù)存儲、分布數(shù)據(jù)存儲等方式，通過數(shù)據(jù)層次及數(shù)據(jù)狀態(tài)完成各項存貯效果的優(yōu)化，提升系統(tǒng)處理有效性及可靠性。但隨著智能電網(wǎng)發(fā)展內(nèi)容的不斷深化，其非結(jié)構(gòu)化及半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)量不斷加大，在上述數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變環(huán)境下，形成新的數(shù)據(jù)存儲方式已經(jīng)勢在必行，在今后大數(shù)據(jù)職能電網(wǎng)建設(shè)中需要進(jìn)行深入研究。

2.5 智能電網(wǎng)實時處理構(gòu)建

實時處理需要對數(shù)據(jù)處理速度進(jìn)行全面把握，要保證從速度上提升數(shù)據(jù)指標(biāo)的控制效益，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容的優(yōu)化。智能電網(wǎng)實時處理構(gòu)建時要首先對內(nèi)存讀寫硬件進(jìn)行提升，要從硬件提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量[2]。其次，要提升數(shù)據(jù)庫與算法的結(jié)合狀況，形成智能數(shù)據(jù)分析方案，改善智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理運用效益，例如SAP的HANA內(nèi)存數(shù)據(jù)處理體系。再次，要建立系統(tǒng)索引結(jié)構(gòu)，適當(dāng)豐富物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，依照物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對索引內(nèi)容進(jìn)行完善，提升系統(tǒng)實時處理效益。最后，要強(qiáng)化大數(shù)據(jù)處理體系技術(shù)的選取，依照具體用電狀況及電網(wǎng)運行狀況選取對應(yīng)技術(shù)方案，保證處理的有效性和可靠性。當(dāng)前常見處理技術(shù)主要包括異構(gòu)多數(shù)據(jù)源處理技術(shù)、大數(shù)據(jù)可視化分析技術(shù)等。

（1）異構(gòu)多數(shù)據(jù)源處理技術(shù)。此項技術(shù)主要針對系統(tǒng)中的異構(gòu)信息，通過智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)庫完成各項異構(gòu)信息的整合處理，加工大規(guī)模信息數(shù)據(jù)集中、篩選、處理，從而形成簡化配置數(shù)據(jù)體系。異構(gòu)多數(shù)據(jù)源處理技術(shù)可以在數(shù)據(jù)中心對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，以數(shù)據(jù)中心模型規(guī)范數(shù)據(jù)表達(dá)形式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和查詢內(nèi)容的簡化，提升存儲和查詢效益。

（2）大數(shù)據(jù)可視化分析技術(shù)。此項技術(shù)主要針對智能電網(wǎng)中屏幕數(shù)據(jù)顯示狀況，通過一定的信息技術(shù)手段完成對大量數(shù)據(jù)的處理，確保數(shù)據(jù)能夠直觀、清晰地在屏幕中全部顯示出來，讓用戶能夠直接了解智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)狀況[3]。大數(shù)據(jù)可視化分析技術(shù)中數(shù)據(jù)集可以達(dá)到TB數(shù)量集以上，可以依照定性及定量兩種形式實施處理，繪制高精度、高分辨率屏幕圖像，數(shù)據(jù)處理效果非常顯著。

3 總結(jié)

隨著電網(wǎng)設(shè)備的不斷豐富和電力技術(shù)的不斷提升，大數(shù)據(jù)智能電網(wǎng)已成為我國電網(wǎng)的主要發(fā)展方向。在大數(shù)據(jù)的智能電網(wǎng)建設(shè)過程中，人員要控制好大數(shù)據(jù)內(nèi)容體系，要依照其內(nèi)容及特征形成對應(yīng)數(shù)據(jù)庫、算法及處理體系，提升大數(shù)據(jù)應(yīng)用效益。要適當(dāng)改善大數(shù)據(jù)內(nèi)容體系，對其數(shù)據(jù)體系進(jìn)行完善，改善數(shù)據(jù)分析效果，提升智能電網(wǎng)系統(tǒng)帶的拓展性和可靠性。

[1]李振元，李寶聚，王澤一. 大數(shù)據(jù)技術(shù)對我國電網(wǎng)未來發(fā)展的影響研究[J]. 吉林電力，2014（1）：10-13.

[2]宋亞奇，周國亮，朱永利. 智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2013（4）：927-935.

[3]粟之梁. 大數(shù)據(jù)在智能電網(wǎng)中的技術(shù)應(yīng)用體系和路線圖[J]. 企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2013（20）：109-110.

Research on the Construction of Big Data Smart Grid in the New Period

Wei Xiaochen1Wang Zhenchao1Wang Guoxin1Huang Jitai2

1. Qingdao Tgood Design Institute Co., Ltd., Shandong Qingdao 266000 2. Shandong Century Sunshine Paper Group Co., Ltd., Shandong Weifang 261000

The main content of smart grid construction under big data is studied. Firstly, the big data smart grid is analyzed. According to the literature, the characteristics of smart grid under big data are clarified. Then, based on this, the content of smart grid construction under big data is deeply explored from database, algorithm, storage and processing. The content of the project is completed, and the construction of smart grid is perfected, which has a certain contribution to the development of smart grid under big data.

big data; smart grid; characteristics

TM76

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