李忠 朱羽

摘 要：近年來，隨著全球能源問題日益嚴(yán)峻，世界各國都開展了智能電網(wǎng)的研究工作。智能電網(wǎng)的最終目標(biāo)是建設(shè)成為覆蓋電力系統(tǒng)整個(gè)生產(chǎn)過程，包括發(fā)電、輸電、變電、配電、用電及調(diào)度等多個(gè)環(huán)節(jié)的全景實(shí)時(shí)系統(tǒng)。而支撐智能電網(wǎng)安全、自愈、綠色、堅(jiān)強(qiáng)及可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)是電網(wǎng)全景實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲，以及累積的海量多源數(shù)據(jù)快速分析。因而隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入和推進(jìn)，電網(wǎng)運(yùn)行和設(shè)備檢/監(jiān)測產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長，逐漸構(gòu)成了當(dāng)今信息學(xué)界所關(guān)注的大數(shù)據(jù)，這需要相應(yīng)的存儲和快速處理技術(shù)作為支撐。

一、概述

目前，大數(shù)據(jù)已成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界共同關(guān)注的研究主題，在很多領(lǐng)域獲得了應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。2011年5月，麥肯錫公司發(fā)布了關(guān)于大數(shù)據(jù)的調(diào)研報(bào)告《大數(shù)據(jù)：下一個(gè)前沿，競爭力、創(chuàng)新力和生產(chǎn)力》，文中充分闡明了大數(shù)據(jù)研究的地位以及將會給社會帶來的價(jià)值，大數(shù)據(jù)研究已成為社會發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的迫切需要。

在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中，大數(shù)據(jù)產(chǎn)生于整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)。比如在用電側(cè)，隨著大量智能電表及智能終端的安裝部署，電力公司和用戶之間的交互行為迅猛增長，電力公司可以每隔一段時(shí)間獲取用戶的用電信息，從而收集了比以往粒度更細(xì)的海量電力消費(fèi)數(shù)據(jù)，構(gòu)成智能電網(wǎng)中用戶側(cè)大數(shù)據(jù)。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以更好地理解電力客戶的用電行為、合理地設(shè)計(jì)電力需求響應(yīng)系統(tǒng)和短期負(fù)荷預(yù)測系統(tǒng)等。

二、電網(wǎng)大數(shù)據(jù)特性

電網(wǎng)中數(shù)據(jù)符合大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)具備“4V”特征，即規(guī)模大（volume）、類型多（variety）、價(jià)值密度低（value）和變化快（velocity）。

電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)電網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)大致分為3類：一是電網(wǎng)運(yùn)行和設(shè)備檢測或監(jiān)測數(shù)據(jù)；二是電力企業(yè)營銷數(shù)據(jù)，如交易電價(jià)、售電量、用電客戶等方面的數(shù)據(jù)；三是電力企業(yè)管理數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，這些數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步細(xì)分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要包括存儲在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，目前電力系統(tǒng)中的大部分?jǐn)?shù)據(jù)是這種形式，主要包括視頻監(jiān)控、圖形圖像處理等產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。在電力系統(tǒng)中，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)占到了智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)的很大比重。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)根據(jù)處理時(shí)限要求又可以劃分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，比如電網(wǎng)調(diào)度、控制需要的數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，需要快速而準(zhǔn)確地處理；而大量的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)對實(shí)時(shí)性要求相對較低，可以作為準(zhǔn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。

在電網(wǎng)中，大數(shù)據(jù)產(chǎn)生于電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括：1）發(fā)電側(cè)。隨著大型發(fā)電廠數(shù)字化建設(shè)的發(fā)展，海量的過程數(shù)據(jù)被保存下來。2）輸變電側(cè)?；陔娋W(wǎng)的SCADA系統(tǒng)、故障錄波等為電力運(yùn)行提供了大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)中蘊(yùn)藏著豐富的信息，對于分析生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)、提供控制和優(yōu)化策略、故障診斷以及發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘具有重要意義。就國網(wǎng)資陽供電公司而言，截止到2018年底，公司SCADA系統(tǒng)有10107個(gè)遙測點(diǎn)，按采樣間隔5s計(jì)算，每年產(chǎn)生0.76TB數(shù)據(jù)（0.76TB= 12字節(jié)/幀？0.2幀/s？10107遙測點(diǎn)？86400s/天？365天。3）用電側(cè)。為準(zhǔn)確獲取用戶的用電數(shù)據(jù)，電力公司部署了大量的具有雙向通信能力的智能電表，這些電表可以每隔5 min的頻率向電網(wǎng)發(fā)送實(shí)時(shí)用電信息。

三、電網(wǎng)大數(shù)據(jù)挖掘帶來的增值效益

未來智能電網(wǎng)環(huán)境下，家庭可能配備多種電能、電量監(jiān)測設(shè)備，用以實(shí)現(xiàn)低成本的用電，并與電網(wǎng)的負(fù)載相匹配。例如，電熱水器可能會選擇夜間這種用電量低谷時(shí)段運(yùn)行；空調(diào)會根據(jù)用戶舒適度、電價(jià)以及電網(wǎng)負(fù)荷等參數(shù)實(shí)時(shí)自動調(diào)整。某種程度上，我們可以認(rèn)為SCADA系統(tǒng)進(jìn)入了普通家庭，用電環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理變得越來越重要。外部應(yīng)用指利用電力行業(yè)大數(shù)據(jù)可獲得的社會效益，主要包括以下方面。

1）、豐富增值服務(wù)

利用電力行業(yè)數(shù)據(jù)可給用戶提供更加豐富的增值服務(wù)內(nèi)容。例如，通過給用戶提供其各月份分時(shí)明細(xì)用電視圖，可讓用戶了解自身用電習(xí)慣并能根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)也使得電力收費(fèi)過程更透明。隨著無線M2M傳感器和大數(shù)據(jù)分析的普及，智能恒溫控制器等新型工具進(jìn)入大型樓房和消費(fèi)者家庭成為可能，未來這些技術(shù)將給用戶帶來很大的節(jié)能空間。

2）提供經(jīng)濟(jì)指導(dǎo)

作為重要經(jīng)濟(jì)先行數(shù)據(jù)，用電數(shù)據(jù)是一個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的“風(fēng)向標(biāo)”，可作為投資決策者的參考依據(jù)。美國加州大學(xué)洛杉磯分校的研究者根據(jù)大數(shù)據(jù)理論，將人口調(diào)查信息、電力企業(yè)提供的用戶實(shí)時(shí)用電信息和地理、氣象等信息全部整合，設(shè)計(jì)了一款“電力地圖”。該圖以街區(qū)為單位，可以反映各時(shí)刻的用電量，并可將用電量與人的平均收入、建筑類型等信息進(jìn)行比照。通過完善“電力地圖”，能更準(zhǔn)確地反應(yīng)該區(qū)經(jīng)濟(jì)狀況及各群體的行為習(xí)慣，以輔助投資者的決策，也可為城市和電網(wǎng)規(guī)劃提供基礎(chǔ)依據(jù)。

3）建立客戶信用評級模型。

將客戶的個(gè)人資料信息、繳費(fèi)情況、繳費(fèi)能力、經(jīng)濟(jì)實(shí)力、資本結(jié)構(gòu)、經(jīng)營效益、發(fā)展前景和社會信用記錄等信息納入信用評級模型。導(dǎo)出客戶的違約概率，并轉(zhuǎn)化成信用積分，從而根據(jù)積分分布制定相應(yīng)的業(yè)務(wù)策略。

四、地市公司電網(wǎng)大數(shù)據(jù)挖掘存在的問題

一是數(shù)據(jù)獲取較困難。目前，雖然大數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)挖掘方興未艾，地市公司要開展數(shù)據(jù)分析，想要獲取的這些數(shù)據(jù)今后均在省公司或國網(wǎng)公司，而國網(wǎng)公司對這些數(shù)據(jù)管理越來越嚴(yán)格。二是對這些數(shù)據(jù)的分析方向有待驗(yàn)證。基于大數(shù)據(jù)的分析目的就是我們根據(jù)這些數(shù)據(jù)的趨勢變化給出一個(gè)合理的預(yù)測，讓客戶或自身從這些預(yù)測中獲得價(jià)值。但是，這些大數(shù)據(jù)的分析的結(jié)果或數(shù)據(jù)的趨勢最大的需求者是否還是電力公司？同時(shí)我們能得出的什么樣的趨勢分析還需要進(jìn)一步討論并驗(yàn)證。三是數(shù)據(jù)質(zhì)量還有待提高。如果數(shù)據(jù)錯誤、過時(shí)或者片面，分析結(jié)果將是不正確的；而如果數(shù)據(jù)冗余、混亂，則會增加獲取數(shù)據(jù)有效信息的難度，并使數(shù)據(jù)處理效率低下。因此，確保數(shù)據(jù)高質(zhì)量、規(guī)范化、格式統(tǒng)一是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。

五、結(jié)論

大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為科技界和產(chǎn)業(yè)界共同關(guān)注的熱點(diǎn)。一個(gè)國家擁有數(shù)據(jù)的規(guī)模和運(yùn)用數(shù)據(jù)的能力將成為綜合國力的重要組成部分，對數(shù)據(jù)的占有和控制也將成為國家間和企業(yè)間新的爭奪焦點(diǎn)。目前全球數(shù)據(jù)的存儲和處理能力已遠(yuǎn)落后于數(shù)據(jù)的增長幅度。與大數(shù)據(jù)在商業(yè)及互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的廣泛研究和應(yīng)用相比，大數(shù)據(jù)在智能電網(wǎng)建設(shè)的研究中還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。由于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量和分布式的特點(diǎn)，使得傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理技術(shù)難以勝任這種海量數(shù)據(jù)，海量數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)并行處理技術(shù)將會成為電網(wǎng)大數(shù)據(jù)今后的發(fā)展方向。