陽(yáng) 銳，劉 娜，李俊珠，徐樂(lè)西（.北京智芯微電子科技有限公司，北京000；.億陽(yáng)信通股份有限公司，北京0009；.中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京00048）

1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

近年來(lái)，隨著國(guó)家高科技戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的落地，對(duì)能源的消耗尤其是電能的消耗越來(lái)越多，對(duì)供電可靠性要求更高，接入設(shè)備的類(lèi)型以及數(shù)量越來(lái)越多，電網(wǎng)變得越來(lái)越復(fù)雜，管理成本激增。同時(shí)互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、數(shù)字經(jīng)濟(jì)的興起，以及電力市場(chǎng)的逐步開(kāi)放，對(duì)傳統(tǒng)電力行業(yè)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。

為了應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，建設(shè)具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)集團(tuán)公司（下稱(chēng)國(guó)網(wǎng)公司）在2019年全面推進(jìn)“三型兩網(wǎng)”建設(shè)，強(qiáng)調(diào)“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”?！胺涸凇敝复魏稳?、任何物隨時(shí)、隨地地進(jìn)行信息鏈接和交互，“電力”指代電網(wǎng)、電網(wǎng)數(shù)據(jù)為核心，其是廣義物聯(lián)網(wǎng)在電力行業(yè)中的具體表現(xiàn)形式與落地，其不僅是技術(shù)的更新，更是管理方法的提升和管理理念的創(chuàng)新，其連通電網(wǎng)內(nèi)外，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)新業(yè)務(wù)創(chuàng)新和服務(wù)轉(zhuǎn)型。在國(guó)網(wǎng)中的定義如下：“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將電力用戶(hù)及其設(shè)備、電網(wǎng)企業(yè)及其設(shè)備、發(fā)電企業(yè)及其設(shè)備、供應(yīng)商及其設(shè)備以及人和物連接起來(lái)，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，為用戶(hù)、電網(wǎng)、發(fā)電、供應(yīng)商和政府社會(huì)服務(wù)；以電網(wǎng)為樞紐，發(fā)揮平臺(tái)和共享作用，為全行業(yè)和更多市場(chǎng)主體創(chuàng)造更大機(jī)遇，提供價(jià)值服務(wù)。”

隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的到來(lái)，電網(wǎng)數(shù)據(jù)也呈現(xiàn)出海量、多樣性等特點(diǎn)，挖掘電網(wǎng)數(shù)據(jù)價(jià)值，助力電網(wǎng)服務(wù)水平的提升，拓展電網(wǎng)數(shù)據(jù)的創(chuàng)新應(yīng)用，成為國(guó)網(wǎng)公司的核心引擎及新增長(zhǎng)極。國(guó)網(wǎng)現(xiàn)有的大數(shù)據(jù)應(yīng)用包括低壓故障預(yù)警與研判、用戶(hù)全息畫(huà)像、用電行為分析、電力供給需求側(cè)關(guān)聯(lián)分析預(yù)測(cè)等業(yè)務(wù)。而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步打通了運(yùn)檢、營(yíng)銷(xiāo)、調(diào)度和供電服務(wù)等專(zhuān)業(yè)平臺(tái)之間數(shù)據(jù)流、業(yè)務(wù)流的交互通道，全面實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流和數(shù)據(jù)流融合，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)的全“感知”，促進(jìn)并開(kāi)展創(chuàng)新業(yè)務(wù)。本文開(kāi)展泛在電力物聯(lián)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用的分析與研究，能夠?yàn)榉涸陔娏ξ锫?lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)提供理論支持和技術(shù)積累。

本文首先介紹了大數(shù)據(jù)的概念及其特點(diǎn)，然后給出了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的概念及其特點(diǎn)，接下來(lái)介紹了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的架構(gòu)并分析了其中的關(guān)鍵技術(shù)，最后舉例說(shuō)明了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的典型應(yīng)用。

2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)源

電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)源具備多源異構(gòu)性、數(shù)據(jù)時(shí)間粒度離散、地理空間及業(yè)務(wù)空間跨度大、隱私保護(hù)及數(shù)據(jù)安全性要求高等特點(diǎn)，本章將深入分析泛在電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)源的特點(diǎn)，為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的搭建提供基礎(chǔ)。

隨著互聯(lián)網(wǎng)與信息技術(shù)的發(fā)展，人們每天創(chuàng)造的數(shù)據(jù)成幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，譬如2018年全球的數(shù)據(jù)總量為35 ZB，全球數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)速度為每年40%左右，預(yù)計(jì)到2020年全球的數(shù)據(jù)總量將達(dá)到44 ZB。傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)處理軟件已經(jīng)無(wú)法勝任海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)處理。

在這樣的背景下，大數(shù)據(jù)成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究及應(yīng)用熱點(diǎn)。大數(shù)據(jù)一詞最早出現(xiàn)在Apache Nutch開(kāi)源項(xiàng)目中，其對(duì)大數(shù)據(jù)定義為“對(duì)網(wǎng)絡(luò)搜索索引進(jìn)行更新而需要批量處理或分析的大量數(shù)據(jù)集”。在 2011年，《Science》的“Dealing with Data”專(zhuān)刊中指出，大數(shù)據(jù)的發(fā)展和使用將會(huì)對(duì)社會(huì)的發(fā)展起到巨大推動(dòng)作用，各個(gè)國(guó)家開(kāi)始重視大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，大數(shù)據(jù)的研究開(kāi)始蓬勃發(fā)展。自2012年以來(lái)，我國(guó)相繼出臺(tái)了一系列政策支持大數(shù)據(jù)的發(fā)展與應(yīng)用，并于2015年在貴陽(yáng)市建立起全球第1家大數(shù)據(jù)交易所，習(xí)近平總書(shū)記在2018中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)的賀信中指出：“把握好大數(shù)據(jù)發(fā)展的重要機(jī)遇，促進(jìn)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，處理好數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)空間治理等方面的挑戰(zhàn)，需要各國(guó)加強(qiáng)交流互鑒、深化溝通合作”，積極推進(jìn)和部署國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略。國(guó)網(wǎng)公司早在2017年就提出“大云物移智鏈”信息化戰(zhàn)略，將大數(shù)據(jù)作為信息化工作的重要組成部分，在2018年電網(wǎng)中接入智能電表等各類(lèi)終端5.4億臺(tái)（套），采集數(shù)據(jù)日增量超過(guò)60 TB，在配網(wǎng)運(yùn)檢、能耗管理、用戶(hù)服務(wù)上提供了良好的支撐。

電力泛在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)包括發(fā)、輸、變、配、用、調(diào)度六大環(huán)節(jié)，從數(shù)據(jù)的來(lái)源可以簡(jiǎn)單將電網(wǎng)數(shù)據(jù)分為電網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)和電網(wǎng)外部數(shù)據(jù)。電網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)主要指來(lái)自于電網(wǎng)內(nèi)部系統(tǒng)，如用采系統(tǒng)、營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)、廣域檢測(cè)系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、客戶(hù)服務(wù)系統(tǒng)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)等數(shù)據(jù)。電網(wǎng)外部數(shù)據(jù)來(lái)源于GIS供應(yīng)商、天氣、授時(shí)、政府等外部服務(wù)數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)變化的頻率上，數(shù)據(jù)也可以分為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)主要包括運(yùn)行數(shù)據(jù)、營(yíng)銷(xiāo)數(shù)據(jù)等，靜態(tài)數(shù)據(jù)主要包括一些如CMDB的元數(shù)據(jù)等。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)擁有volume（巨量數(shù)據(jù)）、varity（類(lèi)型多樣）、velcity（運(yùn)算高效）、value（產(chǎn)生價(jià)值）的4V特性，其還有如下特點(diǎn)：

a）數(shù)據(jù)多源異構(gòu)性。由于專(zhuān)業(yè)壁壘和歷史原因，在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中，同一份數(shù)據(jù)的來(lái)源存在多源性特點(diǎn)，比如用戶(hù)數(shù)據(jù)可能來(lái)源于用戶(hù)采集系統(tǒng)、電力營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)內(nèi)容存在較大差異性，同一個(gè)字段可能有不同的含義、精度、描述方式。如何有效地篩選并且清洗相關(guān)的數(shù)據(jù)，是構(gòu)建泛在電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。

b）數(shù)據(jù)時(shí)間粒度離散。電網(wǎng)常見(jiàn)數(shù)據(jù)既有用戶(hù)采集系統(tǒng)（SCADA）這種“秒”粒度的數(shù)據(jù)，也有智能電表“分鐘”粒度的數(shù)據(jù)，也有電氣設(shè)備“小時(shí)/天”粒度的數(shù)據(jù)，甚至于某些監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)粒度達(dá)到“毫秒”級(jí)別。如何分析這些多維度、粒度離散的數(shù)據(jù)，找出這些數(shù)據(jù)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)挖掘分析，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)價(jià)值，是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)建設(shè)的關(guān)鍵。

c）地理空間及業(yè)務(wù)空間跨度大?？臻g跨度大包含2個(gè)方面內(nèi)容，一方面是指電網(wǎng)空間跨度極大，基于地理數(shù)據(jù)（GIS）維度，如從西藏到上海，強(qiáng)調(diào)與電網(wǎng)規(guī)劃、區(qū)域發(fā)展、綜合能源網(wǎng)、需求響應(yīng)之間的關(guān)系；另一方面是指管理空間維度復(fù)雜，基于電網(wǎng)層級(jí)結(jié)構(gòu)的維度，發(fā)-輸-配-變-用各層級(jí)均有不同的設(shè)備和管理要求，其強(qiáng)調(diào)與電網(wǎng)運(yùn)行、資產(chǎn)管理的關(guān)系。如何有效地對(duì)這些數(shù)據(jù)分層進(jìn)行組織，利用好這些數(shù)據(jù)，是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)建設(shè)的另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

d）隱私保護(hù)及數(shù)據(jù)安全性。部分電力大數(shù)據(jù)涉及到政務(wù)民生的重要數(shù)據(jù)（臺(tái)區(qū)信息、用電數(shù)據(jù)），且留存有用戶(hù)的敏感信息（戶(hù)名、身份證號(hào)），數(shù)據(jù)敏感度高，有較高的安全防護(hù)要求，對(duì)于用戶(hù)隱私的保護(hù)和合理使用提出了更高的要求。如何在保障用戶(hù)隱私的前提下，安全存放、流轉(zhuǎn)并使用相關(guān)的數(shù)據(jù)，是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的準(zhǔn)繩。

3 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)架構(gòu)

目前，國(guó)內(nèi)外已有不少基于開(kāi)源的通用大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，提供標(biāo)準(zhǔn)的大數(shù)據(jù)能力，同時(shí)國(guó)網(wǎng)公司在多年智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)過(guò)程中也積累不少經(jīng)驗(yàn)，本文結(jié)合兩者，提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)可行的架構(gòu)（見(jiàn)圖1）。

圖1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)業(yè)務(wù)架構(gòu)

a）數(shù)據(jù)接入層：適配各個(gè)數(shù)據(jù)源，根據(jù)定義好的統(tǒng)一模型與采集規(guī)則，完成數(shù)據(jù)的采集、清理、預(yù)處理工作。

b）基礎(chǔ)服務(wù)層：提供基本的大數(shù)據(jù)分析工具與編排工具，如流處理引擎、配置管理、規(guī)則引擎等。

c）數(shù)據(jù)服務(wù)層：提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析服務(wù)、數(shù)據(jù)展現(xiàn)服務(wù)、數(shù)據(jù)監(jiān)控服務(wù)、資源調(diào)度服務(wù)，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在此層維護(hù)。用戶(hù)可以根據(jù)自身的需求，通過(guò)相關(guān)的服務(wù)定義發(fā)布自己的業(yè)務(wù)。此外，數(shù)據(jù)服務(wù)層還對(duì)數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)行控制。

d）業(yè)務(wù)層：主要為大數(shù)據(jù)運(yùn)行的具體業(yè)務(wù)，如用戶(hù)全生命周期管理、配網(wǎng)監(jiān)控、電動(dòng)車(chē)分析等，不同業(yè)務(wù)可配置自己的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，相互獨(dú)立，互不影響。

e）展現(xiàn)層：提供Web、APP的訪(fǎng)問(wèn)，同時(shí)提供SDK和標(biāo)準(zhǔn)接口的方式，供外部系統(tǒng)調(diào)用。

f）安全管理：主要包括用戶(hù)管理、數(shù)據(jù)權(quán)限管理、業(yè)務(wù)功能權(quán)限管理等，可以為平臺(tái)各個(gè)層級(jí)的接口和模塊設(shè)定相關(guān)的權(quán)限，適用于國(guó)網(wǎng)內(nèi)部多層級(jí)、多角色融合的使用場(chǎng)景。

g）系統(tǒng)管理：包括系統(tǒng)監(jiān)控、日志管理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自維護(hù)和審計(jì)功能。

4 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)

基于以上分析，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)如下。

4.1 多源多時(shí)空維度數(shù)據(jù)處理技術(shù)

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)來(lái)源多樣化，涉及靜態(tài)、動(dòng)態(tài)等處理需求不同、來(lái)源不同、時(shí)空粒度不同的數(shù)據(jù)。平臺(tái)應(yīng)該能支持統(tǒng)一的采集方式，將不同系統(tǒng)、不同格式、不同維度的數(shù)據(jù)集成到基于拓?fù)?、關(guān)系、時(shí)序的同一數(shù)據(jù)模型中，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的抽取、清洗、融合，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，最終為業(yè)務(wù)應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。營(yíng)配用數(shù)據(jù)一體分析如圖2所示。

圖2 營(yíng)配用數(shù)據(jù)一體分析

某小區(qū)營(yíng)（營(yíng)銷(xiāo)）配（配電）用（用電）一體分析，涉及到小區(qū)內(nèi)部智能電表、集中器、配電變壓器、配電臺(tái)區(qū)、營(yíng)銷(xiāo)以及外部數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)時(shí)間粒度橫跨毫秒、秒、分鐘、小時(shí)、天等。在配電臺(tái)區(qū)這一層級(jí)，電網(wǎng)同步相量測(cè)量單元（PMU）數(shù)據(jù)與SCADA和智能電表數(shù)據(jù)融合可以用于分析多源數(shù)據(jù)融合狀態(tài)，進(jìn)一步闡述PMU數(shù)據(jù)中P、Q、Um、Ua之間的關(guān)系。智能電表數(shù)據(jù)和溫度等氣象數(shù)據(jù)融合可以分析溫度對(duì)系統(tǒng)有功功率和無(wú)功功率的影響，結(jié)合網(wǎng)損分析，可以做出更精準(zhǔn)的負(fù)荷預(yù)測(cè)。在營(yíng)銷(xiāo)層面，針對(duì)單個(gè)用戶(hù)，可以進(jìn)行多時(shí)間尺度的用電行為分析，整合臺(tái)區(qū)的用戶(hù)型號(hào)，針對(duì)性地做出預(yù)測(cè)和規(guī)劃，在保證電力服務(wù)質(zhì)量的情況下有效地降低運(yùn)行成本。

同時(shí)也可以按照地理空間維度對(duì)于小區(qū)、縣供電公司、市電業(yè)局等維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和比較，找出地域和居民組成特征，更好地進(jìn)行電網(wǎng)預(yù)警和巡檢規(guī)劃，有效降低運(yùn)營(yíng)成本。

4.2 適應(yīng)電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)解析技術(shù)

電網(wǎng)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘與融合手段，呈現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的空間、時(shí)間冗余性，可以很好地從全景上對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行展現(xiàn)，也可以對(duì)電網(wǎng)局部進(jìn)行多角度、多層次、多模式的精確感知，有助于電網(wǎng)業(yè)務(wù)的順利開(kāi)展和新業(yè)務(wù)的發(fā)掘。

4.3 安全管控

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)涉及大量企業(yè)、個(gè)人的敏感信息，如身份證信息、戶(hù)主信息、營(yíng)業(yè)額信息，這些信息切實(shí)關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益和人身安全，因此大數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)該有完善的安全管控體系。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)安全體系框架見(jiàn)圖3。

圖3 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)安全體系框架

首先，平臺(tái)應(yīng)有自己的使用規(guī)章和管理制度。其次，平臺(tái)需要接入國(guó)網(wǎng)SG-I6000（國(guó)網(wǎng)信息通信一體化調(diào)度運(yùn)行支撐平臺(tái)）系統(tǒng)中，完成對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)和關(guān)鍵業(yè)務(wù)指標(biāo)的監(jiān)控。

平臺(tái)安全框架從下往上分為3層，底層主要是安全策略的執(zhí)行引擎，存儲(chǔ)關(guān)于文件、數(shù)據(jù)庫(kù)、緩存的安全控制策略以及執(zhí)行引擎，根據(jù)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)請(qǐng)求讀取相關(guān)的策略并執(zhí)行；此外，還包括國(guó)網(wǎng)統(tǒng)一權(quán)限平臺(tái)（SG-ISC）的集成，完成對(duì)用戶(hù)的統(tǒng)一認(rèn)證、權(quán)限管理。中間層是安全管理服務(wù)層，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的多租戶(hù)管理、數(shù)據(jù)權(quán)限管理以及日志和審計(jì)管理工作。頂層為安全接口層，包括獨(dú)立安全策略接口、數(shù)據(jù)接口以及使用于移動(dòng)環(huán)境的軟件開(kāi)發(fā)套件（SDK）包，其主要涉及的技術(shù)包括多租戶(hù)與訪(fǎng)問(wèn)隔離技術(shù)、數(shù)據(jù)發(fā)布匿名保護(hù)技術(shù)、安全數(shù)據(jù)交易技術(shù)。

5 電力泛在物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用

經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)，國(guó)網(wǎng)公司逐步完善了電網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)。參考各國(guó)經(jīng)驗(yàn)以及國(guó)網(wǎng)公司的分析研究，智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)主要集中在3個(gè)方面：：社會(huì)、政府和相關(guān)行業(yè)服務(wù)；電力用戶(hù)服務(wù)；電網(wǎng)自身的創(chuàng)新和運(yùn)營(yíng)。2019年，國(guó)網(wǎng)在“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)大綱”中明確大數(shù)據(jù)平臺(tái)/中心作為內(nèi)部業(yè)務(wù)和外部業(yè)務(wù)的支撐，涉及業(yè)務(wù)包括提升客戶(hù)服務(wù)水平，提升企業(yè)經(jīng)營(yíng)績(jī)效，提升電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，促進(jìn)清潔能源消納，打造智慧綜合服務(wù)平臺(tái)，培育發(fā)展信息業(yè)務(wù)，構(gòu)建能源生態(tài)體系。

目前，電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的建設(shè)已經(jīng)取得了初步成效，并且圍繞以上業(yè)務(wù)方向進(jìn)行積極探討，本章選擇部分業(yè)務(wù)方向，對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的應(yīng)用前景進(jìn)行一些探討。

5.1 虛擬電廠(chǎng)

隨著國(guó)家大力推進(jìn)綠色能源戰(zhàn)略，光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，這些新能源供電系統(tǒng)并網(wǎng)后帶來(lái)了一些問(wèn)題。首先，大規(guī)模新能源系統(tǒng)并網(wǎng)后，其輸出功率受自然條件影響較大，如風(fēng)力能源一般晚上的電力較強(qiáng)、光伏晚上沒(méi)有電力，對(duì)電網(wǎng)沖擊較大，需要進(jìn)行調(diào)峰和調(diào)度。其次，如果采用分布式供能系統(tǒng)，則會(huì)引起雙向潮流問(wèn)題、無(wú)功電壓不穩(wěn)問(wèn)題。為了適應(yīng)新能源的接入，國(guó)網(wǎng)公司大力推進(jìn)虛擬電廠(chǎng)，虛擬電廠(chǎng)是一種“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”系統(tǒng)，包含“電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲(chǔ)能”的整體電網(wǎng)解決方案，期望解決清潔能源消納過(guò)程中電網(wǎng)波動(dòng)性等問(wèn)題，推進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

虛擬電廠(chǎng)的核心是電網(wǎng)供需側(cè)協(xié)調(diào)，是基于大數(shù)據(jù)的分析協(xié)調(diào)。在需求側(cè)，預(yù)測(cè)用戶(hù)負(fù)荷，聚合可控負(fù)荷，提高電網(wǎng)可調(diào)控容量占比，提升電網(wǎng)對(duì)新能源的接納能力；在供給側(cè)，將分布式新能源聚合成一個(gè)實(shí)體，通過(guò)協(xié)調(diào)控制、智能計(jì)量和源荷預(yù)測(cè)，解決分布式新能源接入成本高和無(wú)序并網(wǎng)的問(wèn)題，提高分布式供電系統(tǒng)的接納能力；同時(shí)，通過(guò)市場(chǎng)分析，搭配營(yíng)銷(xiāo)手段，促進(jìn)用戶(hù)錯(cuò)峰用電，減少電網(wǎng)波動(dòng)。大數(shù)據(jù)平臺(tái)虛擬電廠(chǎng)控制中心業(yè)務(wù)如圖4所示。

圖4 大數(shù)據(jù)平臺(tái)業(yè)務(wù)——虛擬電廠(chǎng)控制

首先，獲取虛擬電廠(chǎng)范圍內(nèi)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，包括環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)等。然后，通過(guò)大數(shù)據(jù)建模以及AI學(xué)習(xí)，對(duì)供給、需求以及儲(chǔ)能站進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。將預(yù)測(cè)結(jié)果與市場(chǎng)行情結(jié)合，撮合交易，促進(jìn)供需協(xié)調(diào)，最終實(shí)現(xiàn)新能源的順利入網(wǎng)。

5.2 智慧樓宇/智慧園區(qū)能源管理

國(guó)網(wǎng)公司在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，積累了大量的數(shù)據(jù)，具有一整套的電力能源并網(wǎng)、監(jiān)控、計(jì)量、計(jì)費(fèi)、交易、運(yùn)維等業(yè)務(wù)流程和相關(guān)的支撐系統(tǒng)，在提供優(yōu)質(zhì)電網(wǎng)服務(wù)的同時(shí)，也開(kāi)放自身能力、知識(shí)和平臺(tái)，旨在為用戶(hù)提供高價(jià)值的增值服務(wù)，如面向智慧樓宇/智慧園區(qū)的能源管理精細(xì)化服務(wù)。

作為樓宇或者園區(qū)的業(yè)主，目前能獲取的包括園區(qū)總電表數(shù)據(jù)、分用戶(hù)電表數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)粒度較粗，而不能掌握專(zhuān)業(yè)的細(xì)粒度數(shù)據(jù)，且缺少對(duì)于專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)的分析能力，造成園區(qū)的能耗管理相對(duì)比較粗獷，電力使用量大，運(yùn)營(yíng)成本較高。國(guó)網(wǎng)公司在智慧能源綜合服務(wù)平臺(tái)中，開(kāi)放配電網(wǎng)、用電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)能力，用電數(shù)據(jù)分析能力，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)和已有知識(shí)，為業(yè)主提供一站式能耗管理方案（見(jiàn)圖5）。

圖5 智慧樓宇——園區(qū)能源管理

業(yè)主可以通過(guò)應(yīng)用查看園區(qū)內(nèi)電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況，監(jiān)控電網(wǎng)質(zhì)量和運(yùn)行指標(biāo)，并且能通過(guò)用電分析進(jìn)行園區(qū)內(nèi)部的用電分析。用電分析通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)完成對(duì)園區(qū)能耗、能效的評(píng)估，通過(guò)大數(shù)據(jù)計(jì)算與知識(shí)庫(kù)，形成節(jié)能方案，并且督導(dǎo)節(jié)能方案的執(zhí)行，最終評(píng)估節(jié)能效率，核算相關(guān)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)能耗的優(yōu)化，流程如圖6所示。

圖6 大數(shù)據(jù)平臺(tái)業(yè)務(wù)——園區(qū)節(jié)能方案能耗計(jì)算流程

5.3 用戶(hù)（用電）行為分析

傳統(tǒng)的用戶(hù)行為分析主要完成對(duì)用戶(hù)的初步分類(lèi)，通過(guò)用戶(hù)類(lèi)型典型數(shù)據(jù)以及已有的歷史數(shù)據(jù)，對(duì)用戶(hù)的用電行為進(jìn)行預(yù)測(cè)，這種負(fù)荷預(yù)測(cè)相對(duì)偏差較大，對(duì)于電力設(shè)備需要預(yù)留更大的余量，無(wú)法提高設(shè)備利用率。而通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，可以針對(duì)用戶(hù)進(jìn)行細(xì)粒度的用戶(hù)畫(huà)像和分類(lèi)，引入預(yù)測(cè)影響因子，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘和分析深入精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)用戶(hù)的負(fù)荷，有效提升設(shè)備的利用率，其具體的分析流程如圖7所示。

用戶(hù)行為分析的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于用戶(hù)采集系統(tǒng)、配網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)，匯聚相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過(guò)模糊算法、聚類(lèi)算法、最小二乘法、回歸方法等算法對(duì)于電力用戶(hù)進(jìn)行詳細(xì)的分類(lèi)。也可以采用逆向分析的方法，從營(yíng)銷(xiāo)已歸類(lèi)的用戶(hù)特點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)熵權(quán)法分析匹配現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，驗(yàn)證分類(lèi)正確性，并進(jìn)一步對(duì)用戶(hù)進(jìn)行畫(huà)像。國(guó)網(wǎng)公司可以針對(duì)不同的用戶(hù)提供有針對(duì)性的服務(wù)，有效提升服務(wù)滿(mǎn)意度。

圖7 大數(shù)據(jù)平臺(tái)業(yè)務(wù)——用戶(hù)行為分析流程

在進(jìn)行用戶(hù)分析前，還需要引入影響因子，包括以下3類(lèi)。

a）用戶(hù)影響因子，指用戶(hù)因?yàn)樽陨碓驅(qū)е掠秒娦袨橛休^大的波動(dòng)，這類(lèi)因子可以根據(jù)用戶(hù)的歷史數(shù)據(jù)、用戶(hù)提交的用電計(jì)劃、用戶(hù)經(jīng)營(yíng)情況進(jìn)行分析計(jì)算。

b）自然環(huán)境影響因子，指影響用戶(hù)用電行為的環(huán)境因素，如溫度、濕度、風(fēng)力等，這些環(huán)境變量與用戶(hù)的用電曲線(xiàn)進(jìn)行融合與分析，可以恰當(dāng)?shù)睾Y選出受環(huán)境影響較大的用電行為。

c）社會(huì)環(huán)境因子，主要包括節(jié)假日、重點(diǎn)事件和突發(fā)事件等，如春節(jié)、十一、兩會(huì)、廣交會(huì)等，除節(jié)假日外，突發(fā)事件與重點(diǎn)事件較多，因子的隨機(jī)性和不確定性較大，需要對(duì)此類(lèi)因子進(jìn)行手動(dòng)選擇和篩選。

適用于電力行業(yè)的分析內(nèi)容包括電力用戶(hù)的分類(lèi)及細(xì)分建模研究、電力用戶(hù)用電負(fù)荷研究、電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)預(yù)警與故障率預(yù)測(cè)、電價(jià)與激勵(lì)下的電力用戶(hù)響應(yīng)行為研究等。在分析用戶(hù)用電行為時(shí)，可結(jié)合負(fù)荷分析方法、聚類(lèi)算法、負(fù)荷預(yù)測(cè)算法和回歸方法等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，尋找數(shù)據(jù)間存在的聯(lián)系與規(guī)律，建立不同負(fù)荷類(lèi)型的用戶(hù)模型，對(duì)用戶(hù)用電行為進(jìn)行全面分析預(yù)測(cè)，基于云計(jì)算的K-Means算法是目前用戶(hù)分析的主流算法。

最后，通過(guò)預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)際用戶(hù)用電數(shù)據(jù)的差異分析，調(diào)整迭代用戶(hù)分類(lèi)和分析模型，有助于更精準(zhǔn)地完成用戶(hù)負(fù)荷預(yù)測(cè)工作。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)與信息技術(shù)的發(fā)展，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)成為國(guó)網(wǎng)公司的核心戰(zhàn)略，大數(shù)據(jù)平臺(tái)對(duì)于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)具有重要的戰(zhàn)略意義，其提供了標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，豐富了分析模式，有助于現(xiàn)有業(yè)務(wù)的提升和新業(yè)務(wù)的開(kāi)展。本文提出了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)架構(gòu)，同時(shí)闡述了相關(guān)大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)以及典型應(yīng)用場(chǎng)景，能夠?yàn)榉涸陔娏ξ锫?lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)提供理論支持和技術(shù)積累。