秦苻珂 李曉龍

(1.北京國研信息工程監(jiān)理咨詢有限公司；2.國網(wǎng)節(jié)能服務(wù)有限公司，北京 102206)

0 引言

隨著我國電力系統(tǒng)智能化、數(shù)據(jù)化建設(shè)的不斷深入，電網(wǎng)運(yùn)行、電力設(shè)備監(jiān)測、電力企業(yè)營銷及管理等產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級(jí)增長。在這樣的情況下，電網(wǎng)運(yùn)行、電力企業(yè)營銷和管理等決策要求越來越高，需要綜合考慮各種因素，涉及到的數(shù)據(jù)集越來越大，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度要求也很高，大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)為這種需要提供了技術(shù)支撐。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)Σ煌愋?、不同型?hào)、不同狀態(tài)的設(shè)備進(jìn)行故障預(yù)測，為電網(wǎng)安全運(yùn)行提供有力保障；根據(jù)運(yùn)行和管理提煉準(zhǔn)確、有價(jià)值的數(shù)據(jù)，為管理效益、決策能力提升提供有效幫助。然而，大數(shù)據(jù)技術(shù)在我國電力行業(yè)的應(yīng)用還處于起步階段，存在一些問題和不足。

1 電力大數(shù)據(jù)技術(shù)

電力生產(chǎn)以及電網(wǎng)運(yùn)行是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，包含發(fā)電、配電、輸電、營銷以及管理等環(huán)節(jié)，這個(gè)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的集合就叫做電力大數(shù)據(jù)。處理這些電力大數(shù)據(jù)的技術(shù)，稱為電力大數(shù)據(jù)技術(shù)。電力大數(shù)據(jù)包含4個(gè)主要方面：(體量)Volume、(種類)Variety、(價(jià)值)Value和(速度)Velocity。

(1)(體量)Volume。體量指從任何不同來源獲得的大量數(shù)據(jù)，包括移動(dòng)設(shè)備、發(fā)電設(shè)備、配電設(shè)備、變電設(shè)備、社交網(wǎng)絡(luò)等。在電力行業(yè)，隨著智能計(jì)量裝置的廣泛部署，配電自動(dòng)化、用電信息采集等系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，每時(shí)每刻都在創(chuàng)建大量的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的體量非常大，也非常復(fù)雜，不能按照傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式存儲(chǔ)和分析，為企業(yè)獲取有價(jià)值的知識(shí)帶來了許多挑戰(zhàn)。

(2)(種類)Variety。多樣性指的是通過傳感器、智能手機(jī)或社交網(wǎng)絡(luò)收集不同類型的數(shù)據(jù)，如視頻、圖像、文本、音頻、日志等。電力大數(shù)據(jù)具有高度的多樣性，包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的組合將使大數(shù)據(jù)應(yīng)用變得異常復(fù)雜。

(3)(價(jià)值)Value。價(jià)值是任何基于大數(shù)據(jù)應(yīng)用的最重要特性。如果能源大數(shù)據(jù)沒有被挖掘，以支持業(yè)務(wù)決策或客戶服務(wù)等，那么它沒有任何意義和價(jià)值。對(duì)于電網(wǎng)和發(fā)電企業(yè)來講，通過大數(shù)據(jù)分析，能夠更好地了解不同消費(fèi)者的能源消費(fèi)模式，從而采取相應(yīng)措施，以節(jié)約能源，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。

(4)(速度)Velocity。速度主要是指電力大數(shù)據(jù)采集、處理和分析的速度。采集和處理需要驚人的速度，電力能源數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理就是以“秒”為目標(biāo)。

2 電力大數(shù)據(jù)分析處理流程

大數(shù)據(jù)的價(jià)值體現(xiàn)在通過對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行智能處理，進(jìn)而從其中獲取有用信息。這個(gè)過程的實(shí)現(xiàn)，就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘。電力大數(shù)據(jù)分析處理流程為電力大數(shù)據(jù)采集、電力大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)挖掘、電力大數(shù)據(jù)應(yīng)用展示，見圖1。

圖1 電力大數(shù)據(jù)分析處理流程

(1)電力大數(shù)據(jù)采集。電力大數(shù)據(jù)從來源上可以分為運(yùn)行數(shù)據(jù)、企業(yè)管理數(shù)據(jù)和營銷數(shù)據(jù)三大類型。其中，運(yùn)行數(shù)據(jù)包括生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)、運(yùn)行調(diào)度數(shù)據(jù)以及各種設(shè)備和輸配電網(wǎng)運(yùn)行過程中監(jiān)測到的數(shù)據(jù)；企業(yè)管理數(shù)據(jù)包括電網(wǎng)規(guī)劃、財(cái)務(wù)、氣象環(huán)境、地理信息以及電力知識(shí)等數(shù)據(jù)；營銷數(shù)據(jù)主要有來自用電采集系統(tǒng)、營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)等數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

(2)電力大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。大數(shù)據(jù)應(yīng)用的一個(gè)主要特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性或者近實(shí)時(shí)性。數(shù)據(jù)通常以每年50%快速增長，尤其是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。隨著科技的進(jìn)步，有越來越多的傳感器采集數(shù)據(jù)、移動(dòng)設(shè)備數(shù)據(jù)、社交多媒體數(shù)據(jù)等。因此，大數(shù)據(jù)需要高性能、高吞吐率、大容量的基礎(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)。

(3)數(shù)據(jù)清洗。采集到的電力大數(shù)據(jù)往往是不完整、有噪聲和不一致的。數(shù)據(jù)質(zhì)量問題會(huì)使基于這些數(shù)據(jù)的分析和研究毫無意義甚至還會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性后果。作為提高數(shù)據(jù)質(zhì)量的一種重要技術(shù)，數(shù)據(jù)清洗是解決數(shù)據(jù)質(zhì)量問題的處理過程，其目的是保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)清洗包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)清洗和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)清洗，能夠提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確率和分析效率，可以避免對(duì)后期數(shù)據(jù)處理以及分析造成不良影響，提高大數(shù)據(jù)分析的正確性、完整性、一致性和可靠性。

(4)數(shù)據(jù)挖掘。數(shù)據(jù)挖掘是電力大數(shù)據(jù)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，具有知識(shí)推理功能，能夠在建立知識(shí)數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，將信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用知識(shí)，達(dá)到數(shù)據(jù)分析目的。通過融合人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和云計(jì)算等技術(shù)，目前數(shù)據(jù)挖掘已發(fā)展成為大數(shù)據(jù)分析的主要手段。

(5)電力大數(shù)據(jù)應(yīng)用展示。通過大數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生的知識(shí)信息會(huì)通過報(bào)表、界面以及接口形式展現(xiàn)出來。

3 應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題

目前，大數(shù)據(jù)技術(shù)在我國電力行業(yè)的應(yīng)用還處于起步階段，存在一些問題和不足。大數(shù)據(jù)的價(jià)值在于數(shù)據(jù)融合與數(shù)據(jù)挖掘。國家電網(wǎng)大部分省公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成以及共享，電網(wǎng)公司之間，如國網(wǎng)與南網(wǎng)、電網(wǎng)與發(fā)電企業(yè)之間的數(shù)據(jù)共享還有待實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，電力企業(yè)各個(gè)系統(tǒng)之間，以及不同企業(yè)的系統(tǒng)之間沒有采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，使數(shù)據(jù)共享和融合難以實(shí)現(xiàn)。

(1)電力行業(yè)知識(shí)系統(tǒng)建設(shè)不完善。絕大多數(shù)相關(guān)領(lǐng)域研究人員認(rèn)為，要很好地完成數(shù)據(jù)清洗過程，一定要結(jié)合特定應(yīng)用領(lǐng)域的知識(shí)。數(shù)據(jù)挖掘同樣需要結(jié)合應(yīng)用領(lǐng)域的知識(shí)。知識(shí)是一種有組織的經(jīng)驗(yàn)、價(jià)值觀、相關(guān)信息及洞察力的動(dòng)態(tài)組合，它所構(gòu)成的框架可以不斷地評(píng)價(jià)和吸收新的經(jīng)驗(yàn)和信息。信息系統(tǒng)研究人員順應(yīng)了知識(shí)管理的發(fā)展趨勢，在信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)了知識(shí)管理系統(tǒng)，以支持知識(shí)的創(chuàng)造、轉(zhuǎn)移和應(yīng)用。在大數(shù)據(jù)分析過程中，必須借助于知識(shí)系統(tǒng)，同時(shí)，大數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生的新知識(shí)也會(huì)存入知識(shí)系統(tǒng)(見圖2)。知識(shí)系統(tǒng)越完善，大數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性越高。知識(shí)系統(tǒng)的建設(shè)，除了平臺(tái)建設(shè)，更重要的是知識(shí)數(shù)據(jù)的搜集、分類、整理和完善，是一項(xiàng)工作量巨大的系統(tǒng)工程。目前，電力行業(yè)知識(shí)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用并不充分。沒有電力知識(shí)系統(tǒng)支撐，電力大數(shù)據(jù)技術(shù)平臺(tái)得到的信息不夠可信，不足以成為決策的依據(jù)。

圖2 電力大數(shù)據(jù)分析和知識(shí)系統(tǒng)關(guān)系

(2)系統(tǒng)之間和企業(yè)之間數(shù)據(jù)共享不充分。電力行業(yè)信息系統(tǒng)包括生產(chǎn)管理系統(tǒng)(PMS)、調(diào)度管理系統(tǒng)(OMS)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)(SCADA)、用電信息采集系統(tǒng)等很多各自獨(dú)立的信息系統(tǒng)。各個(gè)信息系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間不同，使用的操作系統(tǒng)、系統(tǒng)模型、數(shù)據(jù)格式等各異，其數(shù)據(jù)是分布的、異構(gòu)的，不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)資源難以相互訪問，形成信息孤島，數(shù)據(jù)信息很難共享。除了技術(shù)上的原因，現(xiàn)有管理體制也是造成跨部門、跨單位數(shù)據(jù)共享的最大障礙。數(shù)據(jù)共享不充分的直接結(jié)果會(huì)導(dǎo)致大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的實(shí)施難度大大增加，影響大數(shù)據(jù)分析的效果。

4 相關(guān)建議

(1)建設(shè)電力行業(yè)知識(shí)系統(tǒng)。為了建設(shè)更高效、準(zhǔn)確率更高的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，需要建設(shè)和完善電力行業(yè)知識(shí)管理系統(tǒng)。電力行業(yè)需要建設(shè)統(tǒng)一的知識(shí)系統(tǒng)，為我國電力行業(yè)大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略提供有力基礎(chǔ)保障?？梢杂呻娏π袠I(yè)協(xié)會(huì)或者大型電力公司牽頭實(shí)施。

(2)建設(shè)電力數(shù)據(jù)共享中心。信息共享描述了各種組織、人員和技術(shù)之間的數(shù)據(jù)交換。大數(shù)據(jù)解決方案涉及數(shù)據(jù)從簡單的行到復(fù)雜的圖，但是所有這些數(shù)據(jù)的出處最好是以統(tǒng)一的方式記錄和儲(chǔ)存，以便統(tǒng)一查詢。電力大數(shù)據(jù)分析需要以信息共享為基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)集成是將現(xiàn)有分布、異構(gòu)以及各自獨(dú)立的多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)分散的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過應(yīng)用間的數(shù)據(jù)交換有機(jī)地集合起來，屏蔽這些數(shù)據(jù)之間的差異，形成數(shù)據(jù)共享中心。電力大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)建設(shè)，需要構(gòu)建發(fā)電企業(yè)、設(shè)備供應(yīng)商、氣象部門、電網(wǎng)、電力調(diào)度機(jī)構(gòu)、供電系統(tǒng)、電力市場、配電網(wǎng)、服務(wù)提供商及用戶的數(shù)據(jù)集成體系，以利于電力大數(shù)據(jù)分析的平臺(tái)建設(shè)的方便性及大數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性(見圖3)。建設(shè)數(shù)據(jù)共享中心除了克服技術(shù)障礙，還要解放思想，打破體制壁壘。只有打破體制壁壘，才能建設(shè)不同級(jí)別的企業(yè)級(jí)、地區(qū)級(jí)、省級(jí)電力數(shù)據(jù)共享中心；只有數(shù)據(jù)得到充分共享，才能更加高效地進(jìn)行宏觀電力大數(shù)據(jù)分析，促進(jìn)電力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

圖3 電力大數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)共享中心

(3)統(tǒng)一電力行業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。電力數(shù)據(jù)共享中心的建設(shè)需要統(tǒng)一的電力行業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。目前，電力行業(yè)雖然具有一些數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，如IEC61970標(biāo)準(zhǔn)、IEC61968標(biāo)準(zhǔn)，但整個(gè)電力行業(yè)并沒有統(tǒng)一遵循。電力行業(yè)各種應(yīng)用系統(tǒng)多為不同時(shí)期分別建設(shè)或由不同專業(yè)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)建設(shè)的，缺少總體設(shè)計(jì)和統(tǒng)一規(guī)范，也缺少統(tǒng)一的信息化標(biāo)準(zhǔn)體系，內(nèi)部信息系統(tǒng)的信息編碼沒有統(tǒng)一尺度，直接影響了企業(yè)上下級(jí)以及企業(yè)之間的信息共享交流。因此，急需統(tǒng)一電力行業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，以利于實(shí)現(xiàn)電力數(shù)據(jù)共享中心的建設(shè)與大數(shù)據(jù)分析的開展。

5 結(jié)語

通過大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用，能夠保障電網(wǎng)安全運(yùn)行，提升管理效益、決策能力，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行方式、降低管理成本。電力大數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵就是通過數(shù)據(jù)挖掘，提取出有價(jià)值的數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)清洗和數(shù)據(jù)挖掘都離不開電力行業(yè)知識(shí)庫的支持。電力大數(shù)據(jù)采集則離不開電力數(shù)據(jù)共享中心。電力數(shù)據(jù)共享中心的建設(shè)需要統(tǒng)一的電力行業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。因此，為了建設(shè)更高效、準(zhǔn)確率更高的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，更好地應(yīng)用電力大數(shù)據(jù)技術(shù)，需要建設(shè)和完善電力行業(yè)知識(shí)管理系統(tǒng)，建設(shè)電力數(shù)據(jù)共享中心，統(tǒng)一電力行業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。