關(guān)于電力大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用的探討
更新時間：2021-12-21
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淮亞利
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：文章結(jié)合當前電力企業(yè)運營的實際情況，闡述了大數(shù)據(jù)在電力企業(yè)運營中的應(yīng)用特點，從而就電力大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)進行了探討，并提出了大數(shù)據(jù)價關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用情況，為今后電網(wǎng)運行管理工作提供數(shù)據(jù)支撐。
關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)技術(shù)；電網(wǎng)運營；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；可視化技術(shù)
0 引言
目前，在電網(wǎng)運營過程中，將會涉及到眾多數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)源、異構(gòu)、海量等，故將大數(shù)據(jù)新技術(shù)引入電網(wǎng)運營過程中，是發(fā)展智能電網(wǎng)的必然條件。隨著我國智能電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模不斷擴大，電網(wǎng)營銷系統(tǒng)、資產(chǎn)系統(tǒng)、人才資源系統(tǒng)、財務(wù)系統(tǒng)、綜合系統(tǒng)、協(xié)同和決策系統(tǒng)等6+1系統(tǒng)在電力各個領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。這些系統(tǒng)是我國電力大數(shù)據(jù)的重要來源，推動了電力行業(yè)的迅速發(fā)展。因此，本文探討基于電力大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用具有重要的意義。
1 電力企業(yè)運營中的大數(shù)據(jù)概述
目前來說，我國部分電力企業(yè)已建成并擁有生產(chǎn)、GIS、投資計劃、項目、物資、基建、財務(wù)、營銷、人力資源、客戶等一批信息化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)全覆蓋，并構(gòu)建資產(chǎn)全生命周期管理、客戶服務(wù)等的企業(yè)管理體系。然而從企業(yè)管理的角度分析，目前的信息化平臺建設(shè)仍有不足之處。首先，企業(yè)級運營管控體系缺少總體規(guī)劃，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)未實現(xiàn)整合和應(yīng)用，無法為企業(yè)管理層帶來客觀準確的業(yè)務(wù)定位、管理對象、監(jiān)測及分析方法。其次，面向公司領(lǐng)導，企業(yè)經(jīng)營指標等數(shù)據(jù)仍采用手工上報方式，無法實現(xiàn)指標的實時監(jiān)控。后，平臺缺乏集約能力，無法合理地運用現(xiàn)代化技術(shù)去充分展示公司良好形象。因此，為提升電力企業(yè)運營效率和效益，需要結(jié)合國際上先進的云大物智移技術(shù)，搭建專業(yè)級的數(shù)字化運營管理工具。
1.1大數(shù)據(jù)的來源
在電網(wǎng)運營管理過程中，其數(shù)據(jù)類型主要分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、運營數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)等幾種：其中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、運營數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)儲存于電力系統(tǒng)之內(nèi)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)指的是電力設(shè)備參數(shù)和屬性。運營數(shù)據(jù)包括客戶信息、用電量和售電量等。管理數(shù)據(jù)主要是指一體化平臺數(shù)據(jù)。而外部數(shù)據(jù)是指地理、氣象、法律等數(shù)據(jù)，儲存于電力系統(tǒng)之外。
1.2數(shù)據(jù)特點
（1）數(shù)據(jù)量較大。據(jù)不*統(tǒng)計，我國的電力生產(chǎn)、運行、管理數(shù)據(jù)已達到20PB，相當于950個圖書館的數(shù)據(jù)量。
（2）數(shù)據(jù)類型眾多。在電網(wǎng)運營過程中，涉及到的大數(shù)據(jù)類型眾多，包括用電量、視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、報表數(shù)據(jù)以及95598工單數(shù)據(jù)等。
（3）具有一定的實時性：在電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集過程中，通過采用監(jiān)控系統(tǒng)SCADA（SupervisoryControlAndDatacquisition），并以秒為單位進行數(shù)據(jù)采集。
（4）以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為主。電網(wǎng)數(shù)據(jù)主要以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為主，主要將電網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，其中結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化兩種數(shù)據(jù)。這兩種數(shù)據(jù)主要在電力企業(yè)生產(chǎn)、物資、財務(wù)、營銷、客戶管理應(yīng)用較多。
2 電力大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)
2.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
平臺通過智能感知、識別技術(shù)與普適計算等通信感知手段，對物體進行實時采集及監(jiān)控，形成一個智能物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)體系，為監(jiān)控業(yè)務(wù)提供實時的管理和控制能力。在生產(chǎn)領(lǐng)域，平臺以無人機、電網(wǎng)自動化設(shè)備、可視化移動作業(yè)終端為載體，通過使用其嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、流媒體及傳感器技術(shù)，實現(xiàn)視頻的在線監(jiān)控實時調(diào)取，并對電網(wǎng)的負荷曲線趨勢監(jiān)控，對監(jiān)測到的故障及風險提前消缺提前預(yù)防，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
2.2大數(shù)據(jù)技術(shù)
平臺涵蓋大規(guī)模數(shù)據(jù)同步、海量數(shù)據(jù)存儲建模、基于深度學習數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，實現(xiàn)資產(chǎn)、營銷、人資、財務(wù)、客戶等相關(guān)的12個信息系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)的抽取、整合、統(tǒng)計、分析，實現(xiàn)全指標數(shù)據(jù)的直采直送。大規(guī)模數(shù)據(jù)同步技術(shù)，平臺主要體現(xiàn)為針對6+1系統(tǒng)及本地化業(yè)務(wù)系統(tǒng)存在不同的系統(tǒng)架構(gòu)與底層開發(fā)語言難點，采用了更細致的數(shù)據(jù)調(diào)度方案，按照存儲量、實時性按需定制，實現(xiàn)資源合理搶占、數(shù)據(jù)有效隔離及公平調(diào)度，保障數(shù)據(jù)實時性。同時，運用基于深度學習數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)開展分析，對關(guān)鍵指標進行聚類算法分析，識別分析出指標之間的關(guān)聯(lián)度，從而進一步對指標進行構(gòu)成影響分析，準確定位到影響核心指標的關(guān)鍵點，為后續(xù)指標的計劃值設(shè)定提供輔助參考。
2.3可視化技術(shù)
平臺利用unity3D、css3，ThreeJs技術(shù)實現(xiàn)全景展示的3D建模渲染與首頁星空旋轉(zhuǎn)、內(nèi)容進場動效、模塊切換效果、界面點綴動效等視覺動效，大幅提高頁面的性能與用戶體驗。同時，通過大屏系統(tǒng)的單時鐘處理技術(shù)，保障所有信號在系統(tǒng)主時鐘的控制下同時輸出，實現(xiàn)拼接屏間圖像*同步、影像清晰。在拼接屏上可顯示兩個或多個信號源圖像，完成在任意的顯示畫面上疊加、裁剪、分割、拼接其他畫面，形成畫中畫的顯示效果。
2.4人工智能技術(shù)
通過引入人臉識別技術(shù)，實現(xiàn)對平臺訪問客戶進行準確識別，以友好方式迎接來賓及簽到管理，并結(jié)合語音識別、體感手勢等人工智能技術(shù)，用戶在進行功能演示、匯報工作時，可隨時通過語音指令與手勢模擬滑動，快速切換展示內(nèi)容，給來訪客戶一種全新的、科技感豐富、沉浸式的交互體驗。
3 電力大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用
3.1應(yīng)用中存在的問題
大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力行業(yè)應(yīng)用過程中，主要是對企業(yè)內(nèi)部管理模式進行優(yōu)化。而隨著人們對電力需求量持續(xù)增加，電力系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展，但在發(fā)展過程中仍存在許多的新問題。具體來說，主要包括以下幾點：
（1）大電網(wǎng)運行控制有待加強。隨著我國電網(wǎng)運行規(guī)模的不斷擴大，超高壓、高容量的特大電網(wǎng)建設(shè)數(shù)量不斷增多，故需要對電網(wǎng)進行分區(qū)。待電力系統(tǒng)市場引進之后，人們廣泛使用了遠距離輸送電方式，此方式有利于運行控制的水平的提升，進而有效地提升系統(tǒng)成員類型復(fù)雜情況下系統(tǒng)的控制水平。
（2）系統(tǒng)分析有待加強。隨著我國電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，電力系統(tǒng)的動態(tài)變得越來越復(fù)雜。而伴隨著電力市場的改革與創(chuàng)新，電力市場出現(xiàn)了大量的經(jīng)濟類數(shù)據(jù)，從而導致系統(tǒng)變得更復(fù)雜，故需要對電網(wǎng)系統(tǒng)進行分析。
（3）難以達到高實時性、高統(tǒng)一性的需求。當前，為了實現(xiàn)電網(wǎng)實時性控制目標，應(yīng)對相位測量單元進行采集，但此方式難以達到高速通信實時分析需求。因此，我們需要從經(jīng)濟角度對空間尺度進行調(diào)度，加強各級的協(xié)調(diào)，且要充分考慮物理的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性。
（4）人們對智能化調(diào)度的要求不斷提高。在電網(wǎng)安全運行過程中，其工作重點是對監(jiān)控和電網(wǎng)進行實時控制。首先，在電網(wǎng)監(jiān)控過程中，由于電網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時變化監(jiān)控需要較長的時間，且工作量較大，故將大大削弱系統(tǒng)操作；其次，從歷史數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，對于電網(wǎng)運行的抽象數(shù)據(jù)，人們?nèi)狈ι钊氲姆治觯瑢е录袛?shù)據(jù)不足，這將給未來的電網(wǎng)的改變和電力安全運行工作要求越來越高。
3.2應(yīng)用實例分析
近年來，世界上較先進的網(wǎng)格化管理系統(tǒng)由美國PJM互聯(lián)電網(wǎng)（PJMInterconnection）推出，此系統(tǒng)主要采用共享的整合平臺，利用SpectrumPower進行網(wǎng)絡(luò)化管理，系統(tǒng)運行能力好，通過控制中心實現(xiàn)對每一站點虛擬網(wǎng)絡(luò)管理。同時，用戶界面設(shè)置了上網(wǎng)可視化功能，大大地方便用戶的使用，并且人們可以通過各個站點來訪問的數(shù)據(jù)。PJM作為美國惟一一個具有兩個控制中心的電力公司，能夠及時處理中心故障或者分站點故障，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
2018年，我國某供電公司采用配網(wǎng)管理系統(tǒng)對工程項目的進度、物資、費用等進行統(tǒng)計，并從中提取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并定期對供電項目進行統(tǒng)計與分析，確保工程管理信息得到及時反映，實現(xiàn)了項目的實時管控目標。與此同時，通過了解實時數(shù)據(jù)，對相關(guān)信息進行多維度分析。例如，可以利用系統(tǒng)對線路負荷故障問題進行分析，以及時進行調(diào)整升級。另外，可以對新數(shù)據(jù)記錄進行實時分析，便于工作人員及時掌握電力工程項目建設(shè)情況，大大地提高工程管理效率，為用戶提供安全、可靠的服務(wù)。
4 安科瑞變電所電力運維云平臺介紹及選型
4.1 云平臺概述：
按照電網(wǎng)公司的統(tǒng)計，10kV及以上供電電壓等級的工商業(yè)用戶有200萬戶以上，此類“用戶側(cè)變配電所”產(chǎn)權(quán)歸電力用戶所有（工商企業(yè)、住宅小區(qū)、學校、醫(yī)院等），雖然數(shù)量眾多，但是日常的運行維護工作比較傳統(tǒng)，普遍存在以下痛點：
人工成本高：人工巡視、紙質(zhì)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(wù)無法定位、巡檢過程不標準規(guī)范、巡檢缺陷缺乏閉環(huán)跟蹤；
安全隱患：有些用電單位無專業(yè)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(shè)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(xiàn)場確認；
運行大數(shù)據(jù)缺少分析：有些用戶未有數(shù)據(jù)匯總分析平臺，甚至未安裝電力儀表導致運維人員對現(xiàn)場電力參數(shù)信息不了解，無法確定電力系統(tǒng)是否正常運行。
4.2 應(yīng)用場所
4.3 云平臺架構(gòu)
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(tǒng)一接入變電所現(xiàn)場的邊緣計算網(wǎng)關(guān)，經(jīng)邊緣計算網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)封裝、壓縮、加密后上傳至云平臺。實時集中監(jiān)測所有變電所用電情況、統(tǒng)一調(diào)度運維巡檢安排，線上線下聯(lián)動；實現(xiàn)用戶側(cè)變配電所的24小時無人值守，全面監(jiān)測各配電回路運行狀態(tài)，即時定位故障，降低安全風險。通過手機APP下發(fā)運維任務(wù)到zhi定人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執(zhí)行過程。將企業(yè)集團/高等院校內(nèi)廣泛分布的變電所集中統(tǒng)一管理，提高運維效率、提高故障響應(yīng)速度，即時發(fā)現(xiàn)運行缺陷并做消缺處理。為售電企業(yè)提供電能集抄服務(wù)，即時掌握用戶用電量情況，避免偏差考核；響應(yīng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的政策，增加客戶粘性，為后期的增值服務(wù)開展做準備。
4.4 平臺功能
4.5 平臺配置方案
4.6 產(chǎn)品介紹
4.6.1 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(wǎng)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(wǎng)口接口
（5）故障錄波功能：保護動作時觸發(fā)錄波，可以記錄故障前8個周波后四個周波的數(shù)據(jù)
（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(yīng)用：
35kV及以下電壓等級的變配電站及設(shè)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(lián)、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(lián)/PT等設(shè)備的保護和自動控制功能
4.6.2 ASD300系列智能操控裝置
功能:
（1）一次動態(tài)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(yīng)及柜內(nèi)照明、已帶電語音播報
（5）分合閘、遠方就地、儲能轉(zhuǎn)換開關(guān)
（6）分合閘回路完好指示/電壓測量
（7）預(yù)分預(yù)合閃光指示
（8）斷路器分合次數(shù)統(tǒng)計
（9）RS485串行通訊接口
（10）開關(guān)柜節(jié)點無線測溫
（11）全電參量測量U,I,P,Q,f,PF,Ep,Eq
應(yīng)用：
35KV高壓及以下中置柜，手車柜，環(huán)網(wǎng)柜
4.6.3 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(xié)議實現(xiàn)組網(wǎng)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(yīng)用：
變電站、配電室、箱變等
4.6.4 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(shù)、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(zhì)量監(jiān)測：2-63次分次諧波、總（奇、偶）諧波測量、電壓波峰系數(shù)、電話波峰因子、電流K系數(shù)測量
（5）輸入輸出：2路開關(guān)量輸出（選配MD82模塊多可擴至8路）及2路開關(guān)量輸入（選配MD82模塊多可擴至26路），開關(guān)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(guān)聯(lián)報警內(nèi)容
（6）SD卡存儲功能：用于電參量、電能、諧波等數(shù)據(jù)定時存儲，波形存儲等功能
應(yīng)用：
適用于電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公用設(shè)施、智能大廈等需要電力監(jiān)控的場合
4.6.5 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(tǒng)計、總正反向無功電能統(tǒng)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(jīng)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(xié)議
應(yīng)用：
適用于政府和大型公建中對電能的分項計量，也可用于企事業(yè)單位作電能管理考核。
4.6.6 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(tǒng)計、總正反向無功電能統(tǒng)計；
（2）電能質(zhì)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(guī)格：100A輸入，經(jīng)互感器輸入，5 A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(yīng)用：
ADW300方便用戶進行用電監(jiān)測、集抄和管理，可靈活安裝在配電箱中，可用于電力運維、環(huán)保監(jiān)管等在線監(jiān)測類平臺中。
4.6.7 ARCM300系列電氣火災(zāi)監(jiān)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(shù)、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(fù)位操作
（4）開關(guān)量：1路繼電器輸出、4路開關(guān)量輸入
（5）通訊方式：RS485、NB-IOT無線通訊、4G無線通訊
應(yīng)用：
適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(yè)、 重點消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領(lǐng)域。
4.6.8 ANET智能網(wǎng)關(guān)
功能：
（1）數(shù)據(jù)采集（支持串口、以太網(wǎng)，只需配置即可兼容支持標準電力規(guī)約的各類儀表）
（2）數(shù)據(jù)上傳（支持往上海分類分項能耗平臺、寧夏電力需求側(cè)平臺、江蘇電力運維平臺、浙江電力運維平臺上傳數(shù)據(jù)）
（3）邊緣計算（靈活的報警閾值設(shè)置、主動上傳報警信息、數(shù)據(jù)合并計算、斷點續(xù)傳、數(shù)據(jù)加密、4G路由）
（4）遠程管理（遠程配置、遠程升級、遠程監(jiān)視）
應(yīng)用：
泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、能耗系統(tǒng)平臺、電力需求側(cè)管理平臺、三方云平臺、預(yù)付費系統(tǒng)、運維系統(tǒng)平臺、電力監(jiān)控平臺、能源綜合管理平臺
4.7 現(xiàn)場應(yīng)用圖片
槍機安裝漏水檢測安裝低壓柜儀表
展廳現(xiàn)場運維團隊采集箱內(nèi)部圖
高配現(xiàn)場門磁安裝煙感安裝
4.8 平臺價值
為電力運維企業(yè)提供線上運維服務(wù)平臺，實時集中監(jiān)測所有變電所用電情況、統(tǒng)一調(diào)度運維巡檢安排，線上線下聯(lián)動。
將企業(yè)集團/高等院校內(nèi)廣泛分布的變電所集中統(tǒng)一管理，提高運維效率、提高故障響應(yīng)速度；
響應(yīng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的政策，增加客戶粘性，為后期的增值服務(wù)開展做準備；
為售電企業(yè)提供電能集抄服務(wù)，即時掌握用戶用電量情況，避免偏差考核；
4.9 訪問方式
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4.10 典型案例
5 結(jié)束語
隨著我國電力事業(yè)的持續(xù)發(fā)展，在電力行業(yè)中引入了信息技術(shù)，從中不斷提升了電力企業(yè)信息化水平，在電力企業(yè)信息管理系統(tǒng)中積累了大量的數(shù)據(jù)。因此，如何做好大數(shù)據(jù)新技術(shù)在電力企業(yè)遠營管理中的應(yīng)用，成為了電力公司努力改善的重點問題。本文著重從數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)特點分析了電網(wǎng)運營中的數(shù)據(jù)，并分析了電力大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)，在基于大數(shù)據(jù)背景下，提出了大數(shù)據(jù)技術(shù)的實際應(yīng)用，以供電力工作人員參考。
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作者簡介：
淮亞利，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為變電所智能監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用
