关于电力大数据关键技术及应用的探讨
时间：2022-01-04 阅读：570
摘要：文章结合当前电力企业运营的实际情况，阐述了大数据在电力企业运营中的应用特点，从而就电力大数据关键技术进行了探讨，并提出了大数据价关键技术的应用情况，为今后电网运行管理工作提供数据支撑。
关键词：大数据技术；电网运营；物联网技术；可视化技术
0 引言
目前，在电网运营过程中，将会涉及到众多数据，包括数据源、异构、海量等，故将大数据新技术引入电网运营过程中，是发展智能电网的必然条件。随着我国智能电网的建设规模不断扩大，电网营销系统、资产系统、人才资源系统、财务系统、综合系统、协同和决策系统等6+1系统在电力各个领域中得到了广泛应用。这些系统是我国电力大数据的重要来源，推动了电力行业的迅速发展。因此，本文探讨基于电力大数据关键技术及应用具有重要的意义。
1 电力企业运营中的大数据概述
目前来说，我国部分电力企业已建成并拥有生产、GIS、投资计划、项目、物资、基建、财务、营销、人力资源、客户等一批信息化管理系统，实现了业务全覆盖，并构建资产全生命周期管理、客户服务等的企业管理体系。然而从企业管理的角度分析，目前的信息化平台建设仍有不足之处。首先，企业级运营管控体系缺少总体规划，各业务系统的核心数据未实现整合和应用，无法为企业管理层带来客观准确的业务定位、管理对象、监测及分析方法。其次，面向公司领导，企业经营指标等数据仍采用手工上报方式，无法实现指标的实时监控。后，平台缺乏集约能力，无法合理地运用现代化技术去充分展示公司良好形象。因此，为提升电力企业运营效率和效益，需要结合的云大物智移技术，搭建专业级的数字化运营管理工具。
1.1大数据的来源
在电网运营管理过程中，其数据类型主要分为基础数据、运营数据、管理数据和外部数据等几种：其中，基础数据、运营数据、管理数据储存于电力系统之内，基础数据指的是电力设备参数和属性。运营数据包括客户信息、用电量和售电量等。管理数据主要是指一体化平台数据。而外部数据是指地理、气象、法律等数据，储存于电力系统之外。
1.2数据特点
（1）数据量较大。据不*统计，我国的电力生产、运行、管理数据已达到20PB，相当于950个国家图书馆的数据量。
（2）数据类型众多。在电网运营过程中，涉及到的大数据类型众多，包括用电量、视频数据、音频数据、报表数据以及95598工单数据等。
（3）具有一定的实时性：在电网数据采集过程中，通过采用监控系统SCADA（SupervisoryControlAndDatacquisition），并以秒为单位进行数据采集。
（4）以结构化数据为主。电网数据主要以结构化数据为主，主要将电网数据存储在数据库中，其中结构化数据分为非结构化数据和半结构化两种数据。这两种数据主要在电力企业生产、物资、财务、营销、客户管理应用较多。
2 电力大数据关键技术
2.1物联网技术
平台通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知手段，对物体进行实时采集及监控，形成一个智能物联网络体系，为监控业务提供实时的管理和控制能力。在生产领域，平台以无人机、电网自动化设备、可视化移动作业终端为载体，通过使用其嵌入式系统技术、流媒体及传感器技术，实现视频的在线监控实时调取，并对电网的负荷曲线趋势监控，对监测到的故障及风险提前消缺提前预防，保障电网的安全稳定运行。
2.2大数据技术
平台涵盖大规模数据同步、海量数据存储建模、基于深度学习数据挖掘等技术，实现资产、营销、人资、财务、客户等相关的12个信息系统核心数据的抽取、整合、统计、分析，实现全指标数据的直采直送。大规模数据同步技术，平台主要体现为针对6+1系统及本地化业务系统存在不同的系统架构与底层开发语言难点，采用了更细致的数据调度方案，按照存储量、实时性按需定制，实现资源合理抢占、数据有效隔离及公平调度，保障数据实时性。同时，运用基于深度学习数据挖掘技术开展分析，对关键指标进行聚类算法分析，识别分析出指标之间的关联度，从而进一步对指标进行构成影响分析，准确定位到影响核心指标的关键点，为后续指标的计划值设定提供辅助参考。
2.3可视化技术
平台利用unity3D、css3，ThreeJs技术实现全景展示的3D建模渲染与首页星空旋转、内容进场动效、模块切换效果、界面点缀动效等视觉动效，大幅提高页面的性能与用户体验。同时，通过大屏系统的单时钟处理技术，保障所有信号在系统主时钟的控制下同时输出，实现拼接屏间图像*同步、影像清晰。在拼接屏上可显示两个或多个信号源图像，完成在示画面上叠加、裁剪、分割、拼接其他画面，形成画中画的显示效果。
2.4人工智能技术
通过引入人脸识别技术，实现对平台访问客户进行准确识别，以友好方式迎接来宾及签到管理，并结合语音识别、体感手势等人工智能技术，用户在进行功能演示、汇报工作时，可随时通过语音指令与手势模拟滑动，快速切换展示内容，给来访客户一种全新的、科技感丰富、沉浸式的交互体验。
3 电力大数据技术的应用
3.1应用中存在的问题
大数据技术在电力行业应用过程中，主要是对企业内部管理模式进行优化。而随着人们对电力需求量持续增加，电力系统得到了迅速的发展，但在发展过程中仍存在许多的新问题。具体来说，主要包括以下几点：
（1）大电网运行控制有待加强。随着我国电网运行规模的不断扩大，超高压、高容量的特大电网建设数量不断增多，故需要对电网进行分区。待电力系统市场引进之后，人们广泛使用了远距离输送电方式，此方式有利于运行控制的水平的提升，进而有效地提升系统成员类型复杂情况下系统的控制水平。
（2）系统分析有待加强。随着我国电网建设规模的不断扩大，电力系统的动态变得越来越复杂。而伴随着电力市场的改革与创新，电力市场出现了大量的经济类数据，从而导致系统变得更复杂，故需要对电网系统进行分析。
（3）难以达到高实时性、高统一性的需求。当前，为了实现电网实时性控制目标，应对相位测量单元进行采集，但此方式难以达到高速通信实时分析需求。因此，我们需要从经济角度对空间尺度进行调度，加强各级的协调，且要充分考虑物理的经济性和稳定性。
（4）人们对智能化调度的要求不断提高。在电网安全运行过程中，其工作重点是对监控和电网进行实时控制。首先，在电网监控过程中，由于电网系统数据的实时变化监控需要较长的时间，且工作量较大，故将大大削弱系统操作；其次，从历史数据研究发现，对于电网运行的抽象数据，人们缺乏深入的分析，导致集中数据不足，这将给未来的电网的改变和电力安全运行工作要求越来越高。
3.2应用实例分析
近年来，世界上较的网格化管理系统由美国PJM互联电网（PJMInterconnection）推出，此系统主要采用共享的整合平台，利用SpectrumPower进行网络化管理，系统运行能力好，通过控制中心实现对每一站点虚拟网络管理。同时，用户界面设置了上网可视化功能，大大地方便用户的使用，并且人们可以通过各个站点来访问的数据。PJM作为美国惟一一个具有两个控制中心的电力公司，能够及时处理中心故障或者分站点故障，确保电网的安全稳定运行。
2018年，我国某供电公司采用配网管理系统对工程项目的进度、物资、费用等进行统计，并从中提取关键数据，并定期对供电项目进行统计与分析，确保工程管理信息得到及时反映，实现了项目的实时管控目标。与此同时，通过了解实时数据，对相关信息进行多维度分析。例如，可以利用系统对线路负荷故障问题进行分析，以及时进行调整升级。另外，可以对新数据记录进行实时分析，便于工作人员及时掌握电力工程项目建设情况，大大地提高工程管理效率，为用户提供安全、可靠的服务。
4 安科瑞变电所电力运维云平台介绍及选型
4.1 云平台概述：
按照国家电网公司的统计，10kV及以上供电电压等级的工商业用户有200万户以上，此类“用户侧变配电所”产权归电力用户所有（工商企业、住宅小区、学校、医院等），虽然数量众多，但是日常的运行维护工作比较传统，普遍存在以下痛点：
人工成本高：人工巡视、纸质记录、电话沟通，缺乏智能化的手段
工作效率低：巡视频率低、巡检任务无法定位、巡检过程不标准规范、巡检缺陷缺乏闭环跟踪；
安全隐患：有些用电单位无专业维护电工、无法即时排查电气隐患、隐蔽工程隐患检查难等难题；
抢修时间长：变电所设备种类较多，在分布上也比较分散，无法即时识别和定位故障信息，需要用户通知后到现场确认；
运行大数据缺少分析：有些用户未有数据汇总分析平台，甚至未安装电力仪表导致运维人员对现场电力参数信息不了解，无法确定电力系统是否正常运行。
4.2 应用场所
4.3 云平台架构
我司的运维平台综合运用综合保护装置、多功能电力仪表、母排及线缆测温装置、变压器温控仪、视频摄像头、水浸烟雾、温湿度、门磁等多种传感器统一接入变电所现场的边缘计算网关，经边缘计算网关将数据封装、压缩、加密后上传至云平台。实时集中监测所有变电所用电情况、统一调度运维巡检安排，线上线下联动；实现用户侧变配电所的24小时无人值守，全面监测各配电回路运行状态，即时定位故障，降低安全风险。通过手机APP下发运维任务到人员手机上，并通过GPS跟踪运维执行过程。将企业集团/高等院校内广泛分布的变电所集中统一管理，提高运维效率、提高故障响应速度，即时发现运行缺陷并做消缺处理。为售电企业提供电能集抄服务，即时掌握用户用电量情况，避免偏差考核；响应泛在电力物联网的政策，增加客户粘性，为后期的增值服务开展做准备。
4.4 平台功能
4.5 平台配置方案
4.6 产品介绍
4.6.1 AM5SE系列微机综合保护装置
功能：
（1）保护功能：主变差动保护功能、主变后备保护、三段式过流带方向带电压闭锁、三段式过流、零序电流保护、过电压、
（2）低电压保护、大功率电机保护、高压电动机综合保护、PT并列功能、非电量保护、并网逆功率保护、检同期功能
（3）测量功能：保护电流、测量电流、零序电流、母线电压、零序电压4-20MA输出、直流测量
（4）通讯功能：提供RS485通讯接口，RS232维护接口，IRIG-B对时接口、USB升级接口，RJ45网口接口
（5）故障录波功能：保护动作时触发录波，可以记录故障前8个周波后四个周波的数据
（6）控制回路：自带操作回路，防跳功能
（7）GPS校时功能：提供时钟同步接口，接收GPS校时信号
应用：
35kV及以下电压等级的变配电站及设备的保护测控功能，至少包括35kV进线/主变压器（一般容量2000kVA以上）/PT/母联、10kV进线/馈线/配电变压器（一般容量2000kVA以下）/高压电动机/高压电容器/母联/PT等设备的保护和自动控制功能
4.6.2 ASD300系列智能操控装置
功能:
（1）一次动态模拟图指示及自检带电显示、闭锁及自检
（2）核相、强制加热、强制照明
（3）语音防误提示
（4）人体感应及柜内照明、已带电语音播报
（5）分合闸、远方就地、储能转换开关
（6）分合闸回路完好指示/电压测量
（7）预分预合闪光指示
（8）断路器分合次数统计
（9）RS485串行通讯接口
（10）开关柜节点无线测温
（11）全电参量测量U,I,P,Q,f,PF,Ep,Eq
应用：
35KV高压及以下中置柜，手车柜，环网柜
4.6.3 ARTM-Pn无线测温装置
功能：
（1）接收多60个ATE100/200/300/400
（2）3U3I电参量测量
（3）实时测温功能
（4）RS485通讯接口，通过标准的MODBUSRTU协议实现组网功能
（5）具备自检功能
（6）超温、高温、相间温差报警、温度突变量告警功能
应用：
变电站、配电室、箱变等
4.6.4 APM810系列多功能电力仪表
功能：
（1）准确度等级：有功电能0.5S级，无功电能2级
（2）测量功能：三相电压、三相电流、分相及总有功功率、分相及总无功功率、分相及总视在功率、分相及总功率因数、频率、需量
（3）电能计量：分相及总双向电能、四象限无功电能
（4）电能质量监测：2-63次分次谐波、总（奇、偶）谐波测量、电压波峰系数、电话波峰因子、电流K系数测量
（5）输入输出：2路开关量输出（选配MD82模块多可扩至8路）及2路开关量输入（选配MD82模块多可扩至26路），开关量输出可配置为报警输出或远程遥控，DO用作报警输出时可自由关联报警内容
（6）SD卡存储功能：用于电参量、电能、谐波等数据定时存储，波形存储等功能
应用：
适用于电力系统、工矿企业、公用设施、智能大厦等需要电力监控的场合
4.6.5 DTSD1352导轨式电能表
功能：
（1）测量功能：三相电流、电压、功率、频率、总正反向有功电能统计、总正反向无功电能统计；
（2）准确级精度：有功0.5S
（3）电流信号接入：直接接入10（80)A经CT接入1（6）A
（4）电压信号：100V380V
（5）通信：RS485接口，支持MODBUS-RTU或者DL/T645通讯协议
应用：
适用于政府机关和大型公建中对电能的分项计量，也可用于企事业单位作电能管理考核。
4.6.6 ADW300无线智能仪表
功能：
（1）测量功能：三相电流、电压、功率、频率、总正反向有功电能统计、总正反向无功电能统计；
（2）电能质量：电压、电流不平衡度，电压、电流总谐波及2-31分次谐波
（3）需量：大电流、功率需量及实时电流，功率需量
（4）准确级精度：0.5s级ADW300外置互感器型1级
（5）电流信号规格：100A输入，经互感器输入，5 A二次互感接入
（6）通讯方式：RS485、LORA无线通讯、NB-IOT无线通讯、4G无线通讯
应用：
ADW300方便用户进行用电监测、集抄和管理，可灵活安装在配电箱中，可用于电力运维、环保监管等在线监测类平台中。
4.6.7 ARCM300系列电气火灾监控仪表
功能：
（1）测量：单回路剩余电流、4路温度、电压、电流、功率、频率、功率因数、视在电能、四象限电能
（2）保护：剩余电流、温度、过流等
（3）报警：声光报警，支持消音、复位操作
（4）开关量：1路继电器输出、4路开关量输入
（5）通讯方式：RS485、NB-IOT无线通讯、4G无线通讯
应用：
适用于智能楼宇、高层公寓、宾馆、饭店、商厦、工矿企业、国家 重点消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等领域。
4.6.8 ANET智能网关
功能：
（1）数据采集（支持串口、以太网，只需配置即可兼容支持标准电力规约的各类仪表）
（2）数据上传（支持往上海分类分项能耗平台、宁夏电力需求侧平台、江苏电力运维平台、浙江电力运维平台上传数据）
（3）边缘计算（灵活的报警阈值设置、主动上传报警信息、数据合并计算、断点续传、数据加密、4G路由）
（4）远程管理（远程配置、远程升级、远程监视）
应用：
泛在电力物联网、能耗系统平台、电力需求侧管理平台、三方云平台、预付费系统、运维系统平台、电力监控平台、能源综合管理平台
4.7 现场应用图片
展厅现场运维团队采集箱内部图
高配现场门磁安装烟感安装
安装漏水检测安装低压柜仪表
4.8 平台价值
为电力运维企业提供线上运维服务平台，实时集中监测所有变电所用电情况、统一调度运维巡检安排，线上线下联动。
将企业集团/高等院校内广泛分布的变电所集中统一管理，提高运维效率、提高故障响应速度；
响应泛在电力物联网的政策，增加客户粘性，为后期的增值服务开展做准备；
为售电企业提供电能集抄服务，即时掌握用户用电量情况，避免偏差考核；
4.10 典型案例
5 结束语
随着我国电力事业的持续发展，在电力行业中引入了信息技术，从中不断提升了电力企业信息化水平，在电力企业信息管理系统中积累了大量的数据。因此，如何做好大数据新技术在电力企业远营管理中的应用，成为了电力公司努力改善的重点问题。本文着重从数据来源和数据特点分析了电网运营中的数据，并分析了电力大数据关键技术，在基于大数据背景下，提出了大数据技术的实际应用，以供电力工作人员参考。
参考文献
[1] 原春亮.国网乌鲁木齐供电公司客户投诉管理研究[D].北京：华北电力大学，2016.
[2] 赵云山，刘焕焕.大数据技术在电力行业的应用研究[J].电信科学，2014，30（01）：57-62.
[3] 宫宇，吕金壮.大数据挖掘分析在电力设备状态评估中的应用[J].南方电网技术，2014，8（06）：74-77.
[4] 陈清明，王定波，付彦哲.基于电力大数据关键技术及应用探讨
[5] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.