孫長榮

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：大數據作為技術概念逐漸得到了世界各國的認可和重視。因智能電網和能源互聯網的快速發展,在技術應用、服務模式和發展理念方面,傳統電力系統均發生了很大的變化。電力網絡設備和用電設備普遍分散化、小型化和智能化特征,使得電力系統運行和控制信息均呈現出快速增長趨勢。而承載這些信息的數據量也將呈現出指數型增長,并凸顯出大數據特征。在此背景下,本文在概述大數據和電力大數據的基礎上,分析了大數據技術在電力系統中的應用,并探討了大數據技術給電力行業帶來的挑戰。

關鍵詞：大數據技術；電力系統；應用；挑戰

0 引言

因電力系統規模的不斷擴大,可再生能源發電滲透率的增強和電動汽車的快速發展,能量和信息之間的雙向流通的智能電網開始出現。國家電網與南方電網公司等在智能電網、網絡安全、用電能效等不同領域方面的大數據研究,進一步推動了大數據技術的發展。與此同時,外國針對智能電網大數據方面的研究也呈現出增多的趨勢。大數據技術在電力系統中的應用,通過對用戶的用電行為進行分析,可以更好的幫助消費者來調整自身的用電行為,通過對電力使用情況進行規劃,進一步提升資源的利用效率。

1  大數據概述

1.1 大數據定義

大數據又被人們稱之為巨量資料,主要是涉及到了龐大的數據資料規模,很難在合理的時間內通過當前的主流軟件工具對其進行掘取、管理、處理并整理成幫助企業經營者決策的信息。大數據具有四方面的特征:大量、多樣、高速、價值,并簡稱“4V”特點。

1.2 大數據技術簡介

現階段,在對大數據進行處理的過程中,較為流行的計算架構是Apache開發的Hadoop分布式系統基礎架構。用戶在對分布式底層細節不了解的情況下,可以對分布式程序進行開發。在高速運算和儲存的過程中則是對集群的能力進行了充分利用。其中HDFS和MapReduce是Hadoop架構的核心組件,且還有其他的組件存在于Hadoop生態圈內,這里重點介紹一些重要的組件。

2 電力大數據概述

2.1 電力大數據特征

通常情況下,電力大數據主要是指在電力行業中發電、輸電、配 電、變電、用電、售電、調度不同環節中產生數據信息的總稱。電力大數據包含了大數據的所有特征,包括數量龐大、數據類型多、處理速度快、數據準確、數據價值五方面的特征[1]。

2.2 電力大數據技術

2.2.1 電力大數據存儲

因電力大數據存儲量的增加,非結構化數據的存儲和在低廉硬件設備上部署存儲方案將是當前面臨的兩個問題。Hadoop大數據架構的出現,有效彌補了大數據時代數據存儲和計算方面的不足。Hadoop生態系統中的Hive組件則能實現電力大數據結構化數據的存儲。

2.2.2 電力大數據計算和可視化

借助于Hadoop中的MapReduce計算框架和Spark分布式計算框架可對大數據進行分布式計算,數據挖掘技術主要對大量數據進行分析,找出數據分布規律,步驟主要有數據準備、規律尋找和表示三個。可視化方法現已被證明是解決大規模數據分析較為有效的方法,并在實踐過程中得到了廣泛應用。通過可視化方法,借助于相關的算法可以將數據以圖片的方式展現出來,可快速實現數據的觀察和定性定量分析。

3 大數據技術在電力系統中的應用

3.1 在諧波治理中的應用

大數據技術的進步和完善在很大程度上促進了電力大數據的發展,并在電網故障診斷、電力風險評估等方面得到了廣泛應用,為確保電力系統安全、穩定的運行提供了強有力保障。

3.2 在電力規劃中的應用

因電力行業的快速發展,在電力行業中發電、輸電、配電、變電、用電、售電、調度不同環節中產生了大量的TB級數據,能否對數據進行及時采集、分析和處理對電力行業提出了更高的要求。因此,應將大數據技術引入到電力規劃中,進而實現空間負荷、用電量的預測及關聯分析多項指標。

3.3 在決策中的應用

作為承載能源和用能兩大主體的載體,電網同很多因素相關聯。電網企業可以為部門了解社會各個行業的發展狀況、產業結構布局、未來經濟發展等的預測提供數據支撐。

4 大數據技術給電力行業帶來的挑戰

4.1 數據質量方面的挑戰

收集海量的信息數據是大數據技術的先決條件。結合當前電力系統實際,不難發現自動化設備還沒有完全在整個電網范圍內實現普及,部分老舊的廠站和線路上布設的相關電氣設備還沒有自動化功能,相關人員很難短時間來采集信息,此時的數據分析準確性和實時性不能得到保證,會在很大程度上影響電力大數據技術的應用。

4.2 數據分析與處理方面的挑戰

當前,電力行業中涵蓋的數據量較為龐大,相較于外國發達國家,我國在對數據進行分析和處理時的能力還較為薄弱,大都處于數據的錄入和查詢等較低的級別,很難深入挖掘數據潛在的價值信息。

5 安科瑞變電所電力運維云平臺

5.1 概述

按照國家電網公司的統計，10kV及以上供電電壓等級的工商業用戶有200萬戶以上，此類“用戶側變配電所”產權歸電力用戶所有（工商企業、住宅小區、學校、醫院等），雖然數量眾多，但是日常的運行維護工作比較傳統，普遍存在以下痛點：

人工成本高：人工巡視、紙質記錄、電話溝通，缺乏智能化的手段

  工作效率低：巡視頻率低、巡檢任務無法定位、巡檢過程不標準規范、巡檢缺陷缺乏閉環跟蹤；

  安全隱患：有些用電單位無專業維護電工、無法即時排查電氣隱患、隱蔽工程隱患檢查難等難題；

搶修時間長：變電所設備種類較多，在分布上也比較分散，無法即時識別和定位故障信息，需要用戶通知后到現場確認；

運行大數據缺少分析：有些用戶未有數據匯總分析平臺，甚至未安裝電力儀表導致運維人員對現場電力參數信息不了解，無法確定電力系統是否正常運行。

5.2 應用場所

5.3 云平臺架構

我司的運維平臺綜合運用綜合保護裝置、多功能電力儀表、母排及線纜測溫裝置、 變壓器溫控儀、視頻攝像頭、水浸煙霧、溫濕度、門磁等多種傳感器統一接入變電所現場的邊緣計算網關，經邊緣計算網關將數據封裝、壓縮、加密后上傳至云平臺。實時集中監測所有變電所用電情況、統一調度運維巡檢安排，線上線下聯動；實現用戶側變配電所的24小時無人值守，全面監測各配電回路運行狀態，即時定位故障，降低安全風險。通過手機APP下發運維任務到人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執行過程。將企業集團/高等院校內廣泛分布的變電所集中統一管理，提高運維效率、提高故障響應速度，即時發現運行缺陷并做消缺處理。為售電企業提供電能集抄服務，即時掌握用戶用電量情況，避免偏差考核；響應泛在電力物聯網的政策，增加客戶粘性，為后期的增值服務開展做準備。

5.4 平臺功能

5.5 平臺配置方案

5.6 產品介紹

5.6.1 AM5SE系列微機綜合保護裝置

功能：

（1）保護功能：主變差動保護功能、主變后備保護、三段式過流帶方向帶電壓閉鎖、三段式過流、零序電流保護、過電壓、

（2）低電壓保護、大功率電機保護、高壓電動機綜合保護、PT并列功能、非電量保護、并網逆功率保護、檢同期功能

（3）測量功能：保護電流、測量電流、零序電流、母線電壓、零序電壓4-20MA輸出、直流測量

（4）通訊功能：提供RS485通訊接口，RS232維護接口，IRIG-B對時接口、USB升級接口，RJ45網口接口

（5）故障錄波功能：保護動作時觸發錄波，可以記錄故障前8個周波后四個周波的數據

（6）控制回路：自帶操作回路，防跳功能

（7）GPS校時功能：提供時鐘同步接口，接收GPS校時信號

應用：

35kV及以下電壓等級的變配電站及設備的保護測控功能，至少包括35kV進線/主變壓器（一般容量2000kVA以上）/PT/母聯、10kV進線/饋線/配電變壓器（一般容量2000kVA以下）/高壓電動機/高壓電容器/母聯/PT等設備的保護和自動控制功能

5.6.2 ASD300系列智能操控裝置

功能:

（1）一次動態模擬圖指示及自檢帶電顯示、閉鎖及自檢

（2）核相、強制加熱、強制照明

（3）語音防誤提示

（4）人體感應及柜內照明、已帶電語音播報

（5）分合閘、遠方就地、儲能轉換開關

（6）分合閘回路完好指示/電壓測量

（7）預分預合閃光指示

（8）斷路器分合次數統計

（9）RS485串行通訊接口

（10）開關柜節點無線測溫

（11）全電參量測量U,I,P,Q,f,PF,Ep,Eq

應用：

35KV高壓及以下中置柜，手車柜，環網柜

5.6.3 ARTM-Pn無線測溫裝置

功能：

（1）接收多60個ATE100/200/300/400

（2）3U3I電參量測量

（3）實時測溫功能

（4）RS485通訊接口，通過標準的MODBUSRTU協議實現組網功能

（5）具備自檢功能

（6）超溫、高溫、相間溫差報警、溫度突變量告警功能

應用：

變電站、配電室、箱變等

5.6.4 APM810系列多功能電力儀表

功能：

（1）準確度等級：有功電能0.5S級，無功電能2級

（2）測量功能：三相電壓、三相電流、分相及總有功功率、分相及總無功功率、分相及總視在功率、分相及總功率因數、頻率、需量

（3）電能計量：分相及總雙向電能、四象限無功電能

（4）電能質量監測：2-63次分次諧波、總（奇、偶）諧波測量、電壓波峰系數、電話波峰因子、電流K系數測量

（5）輸入輸出：2路開關量輸出（選配MD82模塊多可擴至8路）及2路開關量輸入（選配MD82模塊多可擴至26路），開關量輸出可配置為報警輸出或遠程遙控，DO用作報警輸出時可自由關聯報警內容

（6）SD卡存儲功能：用于電參量、電能、諧波等數據定時存儲，波形存儲等功能

應用：

適用于電力系統、工礦企業、公用設施、智能大廈等需要電力監控的場合

5.6.5 DTSD1352導軌式電能表

功能：

（1）測量功能：三相電流、電壓、功率、頻率、總正反向有功電能統計、總正反向無功電能統計；

（2）準確級精度：有功0.5S

（3）電流信號接入：直接接入10（80)A經CT接入1（6）A

（4）電壓信號：100V380V

（5）通信：RS485接口，支持MODBUS-RTU或者DL/T645通訊協議

應用：

適用于機關和大型公建中對電能的分項計量，也可用于企事業單位作電能管理考核。

5.6.6 ADW300無線智能儀表

功能：

（1）測量功能：三相電流、電壓、功率、頻率、總正反向有功電能統計、總正反向無功電能統計；

（2）電能質量：電壓、電流不平衡度，電壓、電流總諧波及2-31分次諧波

（3）需量：大電流、功率需量及實時電流，功率需量

（4）準確級精度：0.5s級ADW300外置互感器型1級

（5）電流信號規格：100A輸入，經互感器輸入，5A二次互感接入

（6）通訊方式：RS485、LORA無線通訊、NB-IOT無線通訊、4G無線通訊

應用：

ADW300方便用戶進行用電監測、集抄和管理，可靈活安裝在配電箱中，可用于電力運維、環保監管等在線監測類平臺中。

5.6.7 ARCM300系列電氣火災監控儀表

功能：

（1）測量：單回路剩余電流、4路溫度、電壓、電流、功率、頻率、功率因數、視在電能、四象限電能

（2）保護：剩余電流、溫度、過流等

（3）報警：聲光報警，支持消音、復位操作

（4）開關量：1路繼電器輸出、4路開關量輸入

（5）通訊方式：RS485、NB-IOT無線通訊、4G無線通訊

應用：

適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。

5.6.8 ANET智能網關

功能：

（1）數據采集（支持串口、以太網，只需配置即可兼容支持標準電力規約的各類儀表）

（2）數據上傳（支持往上海分類分項能耗平臺、寧夏電力需求側平臺、江蘇電力運維平臺、浙江電力運維平臺上傳數據）

（3）邊緣計算（靈活的報警閾值設置、主動上傳報警信息、數據合并計算、斷點續傳、數據加密、4G路由）

（4）遠程管理（遠程配置、遠程升級、遠程監視）

應用：

泛在電力物聯網、能耗系統平臺、電力需求側管理平臺、第三方云平臺、預付費系統、運維系統平臺、電力監控平臺、能源綜合管理平臺

5.7 現場應用圖片

展廳現場運維團隊采集箱內部圖

高配現場門磁安裝煙感安裝

槍機安裝漏水檢測安裝低壓柜儀表

5.8 平臺價值

為電力運維企業提供線上運維服務平臺，實時集中監測所有變電所用電情況、統一調度運維巡檢安排，線上線下聯動。

將企業集團/高等院校內廣泛分布的變電所集中統一管理，提高運維效率、提高故障響應速度；

響應泛在電力物聯網的政策，增加客戶粘性，為后期的增值服務開展做準備；

為售電企業提供電能集抄服務，即時掌握用戶用電量情況，避免偏差考核；

5.9 訪問方式

微信掃碼下載網頁版：www.acrelcloud.cn

5.10典型案例

6 結語

我們正處于一個變革的時代,在新的能源變革、工業革命和“互聯網+”行動計劃帶來的社會變革中,電網企業擔當著重要角色并面臨著轉型發展的機遇。大數據演化著一場模式與價值功能的重構,為智能電網、全球能源互聯網的發展提供了新思路、新方法和新的解決方案,也為我國電網企業趕超國際先進水平,在應用領域采取跨越式的方法吸收創新,提供了新的機遇。可以預見,電力大數據將迎來好的時代,成為產業風口。這需要我們積極面對,需要得到強烈認知和戰略上的認同,從而推進大數據從概念走向現實。 

參考文獻

[1] 黃彥浩,于之虹,謝昶,史東宇,周孝信.電力大數據技術與電力系統仿真計算結合問題研究[J].中國電機工程學報,2015,35(1):13-22.

[2] 遲克寒,郝成亮,臧洪睿,馬旭東,王天琰.大數據技術在電力系統中的應用[J].數字技術與應用,2020,38(5):104-106.

[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.

作者簡介

孫長榮，女，本科安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電
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