彭林喬

摘要：作為一個(gè)高度的智能化系統(tǒng)，智能電網(wǎng)主要通過將傳感器運(yùn)用于電網(wǎng)并結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)其相關(guān)控制和監(jiān)控功能。由于傳感器所收集的數(shù)據(jù)量龐大，因此我們需要通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析并處理智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的電力數(shù)據(jù)從而使智能電網(wǎng)發(fā)揮最大作用。21世紀(jì)以來，大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究取得了一些初步的進(jìn)展。研究人員所做的相關(guān)研究性的嘗試為大數(shù)據(jù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該文主要從三個(gè)方面對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的具體應(yīng)用、應(yīng)用中遇到的困境以及對(duì)大數(shù)據(jù)在智能電網(wǎng)中運(yùn)用的展望。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);智能電網(wǎng);應(yīng)用現(xiàn)狀;展望

引言

智能電網(wǎng)是集數(shù)字信息技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力設(shè)施為一體的現(xiàn)代化電網(wǎng)，智能電網(wǎng)可以提高能源效率、電源的安全性和可靠性。當(dāng)大量的可再生能源被整合到電力系統(tǒng)中時(shí)，更多的變量被代入系統(tǒng)，更多的數(shù)據(jù)需要被處理。大數(shù)據(jù)技術(shù)在預(yù)測(cè)和分析這些隨機(jī)因素方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，以下對(duì)此提出探討。

1智能電網(wǎng)的功能

智能電網(wǎng)將現(xiàn)代先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)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)。首先，運(yùn)用智能電網(wǎng)可以在避免大規(guī)模投資的情況下，為不斷增長(zhǎng)的生活用電需求提供可持續(xù)穩(wěn)定的電能供給。而通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)電網(wǎng)中各類用電數(shù)據(jù)的收集、分析，實(shí)現(xiàn)從電能的供給側(cè)和需求側(cè)進(jìn)行優(yōu)化管理的目的。大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用分為以下四個(gè)方面：第一，通過傳感器收集配電網(wǎng)絡(luò)不同點(diǎn)的實(shí)時(shí)電能信息。第二，利用安裝在房屋中的智能電表收集用戶的用電信息。第三，分析所有收集到的數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)用電需求，在優(yōu)化供需的同時(shí)迅速應(yīng)對(duì)配電網(wǎng)中的突發(fā)狀況。第四，為用戶提供用電建議，設(shè)計(jì)激勵(lì)計(jì)劃以改變用戶的能耗行為。其次，智能電網(wǎng)還能夠使可再生能源和綠色電能安全地并入電網(wǎng)。盡管太陽能、風(fēng)能等可再生能源已經(jīng)成為了我國(guó)電力資源不可或缺的一部分，但如何保證其接入電網(wǎng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性始終是需要時(shí)刻關(guān)注的話題。由于天氣狀況的變化，可再生能源生產(chǎn)的間歇性特質(zhì)可能導(dǎo)致電壓和頻率波動(dòng)，從而對(duì)電力電子設(shè)備產(chǎn)生危害。而可再生能源的并網(wǎng)可能會(huì)使電網(wǎng)過度充電，從而導(dǎo)致斷電事故，并使電網(wǎng)的維護(hù)負(fù)擔(dān)加重，影響電網(wǎng)所提供電力的可靠性和質(zhì)量。

2智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

2.1大數(shù)據(jù)傳輸和儲(chǔ)存技術(shù)

智能網(wǎng)中的數(shù)據(jù)格式與傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)格式有很大不同，并有自己的特點(diǎn)。例如，在故障記錄信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備的狀態(tài)控制模式下，存在大量的波形數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)，在智能網(wǎng)條件下，不同類型的數(shù)據(jù)具有異構(gòu)性，無法用簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述。對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的處理時(shí)效較低，而對(duì)均勻數(shù)據(jù)的處理效率更高。大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理，就是將其系統(tǒng)化，使其成為一種合理的均質(zhì)結(jié)構(gòu)。在智能網(wǎng)絡(luò)中，大量非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)仍然存在著如何將其轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)化格式的大問題。

2.2數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理技術(shù)

（1）數(shù)據(jù)處理及時(shí)

當(dāng)前的云計(jì)算系統(tǒng)能夠提供高速、超高速率的服務(wù)，在未來智能電網(wǎng)中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理還需要發(fā)電。但這可能會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)超載，甚至一臺(tái)服務(wù)器發(fā)生故障，而且無法保證響應(yīng)時(shí)間。存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)庫(kù)越來越受到重視，該數(shù)據(jù)可被存儲(chǔ)并直接操作。在存儲(chǔ)器中讀寫的速度比硬盤快好幾倍。將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中能夠顯著提高應(yīng)用程序的性能，而不是從硬盤訪問數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在能源系統(tǒng)已開始使用存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，例如，針對(duì)中國(guó)部分地區(qū)去年發(fā)生電荒和其他地區(qū)電力過剩的情況，SAP推出了基于Hana數(shù)據(jù)庫(kù)的智能電表分析解決方案，希望整合并分析智能電網(wǎng)和大用戶數(shù)據(jù)，以便分析不同地方的用電量，并在大數(shù)據(jù)集中采取相應(yīng)的預(yù)防措施，這也是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。瀏覽整個(gè)記錄，查找所需記錄。即便用MapReduce這樣的并行處理技術(shù)來加快掃描速度也是不明智的。預(yù)先建立數(shù)據(jù)索引結(jié)構(gòu)，節(jié)省系統(tǒng)資源。當(dāng)前，通用索引結(jié)構(gòu)僅支持少數(shù)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類型，而大型數(shù)據(jù)必須為復(fù)雜數(shù)據(jù)創(chuàng)建適當(dāng)?shù)乃饕Y(jié)構(gòu)，例如，通過物聯(lián)網(wǎng)收集的多維數(shù)據(jù)量在不斷增加。在查詢時(shí)間上，索引結(jié)構(gòu)必須不斷地更新。因此，要設(shè)計(jì)一個(gè)索引是很困難的。下一步，我們將分析智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理在發(fā)電、輸變電、用電等方面面臨的挑戰(zhàn)。

（2）發(fā)電環(huán)節(jié)

研究表明，如果SCADA系統(tǒng)在延遲接收監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后獲得超過50米，這將導(dǎo)致控制策略錯(cuò)誤。這主要是因?yàn)镾CADA系統(tǒng)中使用的TCP協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)上最常用的TCP/IP協(xié)議，SCADA系統(tǒng)中的TCP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議，TCP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議，用于控制流量和消除數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，以及實(shí)時(shí)響應(yīng)TCP/IP協(xié)議的必要性，使未來智能網(wǎng)絡(luò)解決方案能夠更好地應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障。當(dāng)前云計(jì)算系統(tǒng)主要用于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，主要用于處理永久穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。有關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的完整性和一致性;云系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)可靠性和可擴(kuò)展性，但是在工業(yè)生產(chǎn)管理應(yīng)用中很難考慮到數(shù)據(jù)處理和處理的時(shí)間限制。

（3）輸變電連接

對(duì)數(shù)據(jù)的性能或?qū)崟r(shí)存儲(chǔ)、處理的狀態(tài)監(jiān)控是非常重要的。雖然云計(jì)算能有效地處理海量數(shù)據(jù)，但為了滿足實(shí)時(shí)性要求，需要進(jìn)一步提高云平臺(tái)對(duì)海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的訪問性能。以往，大停電最初是由一系列環(huán)境因素引起的，目前SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用范圍局限于對(duì)系統(tǒng)最重要的參數(shù)，缺乏建立系統(tǒng)所需要的健康信息，給運(yùn)行人員帶來很大困難。將來的智能網(wǎng)絡(luò)必須配備糾錯(cuò)工具，其SCADA系統(tǒng)應(yīng)該具備整個(gè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)和設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)。其分散控制方式不允許對(duì)大電網(wǎng)和小電網(wǎng)的波動(dòng)和不可預(yù)測(cè)行為作出響應(yīng)。近幾年的經(jīng)驗(yàn)表明，為適應(yīng)這一形勢(shì)，必須建立新的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，因此，未來的SCADA系統(tǒng)需要對(duì)定量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。

（4）電力供應(yīng)環(huán)節(jié)

為了節(jié)約用電成本，適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷，在未來智能電網(wǎng)環(huán)境中，居民可配置多種電能和電力監(jiān)測(cè)設(shè)備。比如，電熱水器可以在晚上低能耗的時(shí)候啟動(dòng)，空調(diào)可以根據(jù)舒適度、電價(jià)以及電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。從某種程度上說，SCADA系統(tǒng)已經(jīng)滲透到日常生活中，電力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理變得越來越重要。

2.3大數(shù)據(jù)可視分析技術(shù)

針對(duì)智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，采用可視化方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析是一種行之有效的方法，已在實(shí)際工作中得到廣泛推廣。在可視化技術(shù)的發(fā)展過程中，可視化技術(shù)通過一系列復(fù)雜的算法將數(shù)據(jù)可視化成高精度、高分辨率的圖像，為有效地利用人類視覺系統(tǒng)提供了交互工具，可視化技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)主要有可視化算法的擴(kuò)展性、并行圖像合成算法、重要信息的提取和顯示等。

3結(jié)論及未來前景

當(dāng)下智能電網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)比較完善，光纖、微波與載波通信等已經(jīng)成為智能電網(wǎng)主要的通信方式，與此同時(shí)，依托于多種先進(jìn)的通信技術(shù)以及傳感技術(shù)，電網(wǎng)系統(tǒng)信息共享平臺(tái)更加完善和高效?？偠灾?，在信息技術(shù)的迅猛發(fā)展過程中，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用使得電力系統(tǒng)更加智能化。通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)才使得電網(wǎng)的系統(tǒng)運(yùn)行更加安全穩(wěn)定，這使得即使在非常惡劣的氣候條件下智能電網(wǎng)也能通過大數(shù)據(jù)技術(shù)及時(shí)消除故障從而保障供電正常運(yùn)行。大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用使得智能電網(wǎng)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的處理效率明顯提高，并且也使得數(shù)據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)得到良好保證。作為智能電網(wǎng)現(xiàn)在以及將來的發(fā)展方向，大數(shù)據(jù)技術(shù)與智能電網(wǎng)的結(jié)合已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性以及供電的可靠性的必要途徑。隨著時(shí)代的進(jìn)步，智能電網(wǎng)的功能在不斷發(fā)展的科學(xué)技術(shù)的加持下將會(huì)更加智能化。

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