基于大數(shù)據(jù)的電力信息技術(shù)應(yīng)用

許錦豐 毛英田

基于大數(shù)據(jù)的電力信息技術(shù)應(yīng)用

許錦豐 毛英田

電力企業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了大數(shù)據(jù)時(shí)代，大數(shù)據(jù)在電力信息技術(shù)的應(yīng)用日益受到重視。本文闡述了大數(shù)據(jù)的概念及電力大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，指出電力企業(yè)在大數(shù)據(jù)時(shí)代所面臨的挑戰(zhàn)，研究了基于大數(shù)據(jù)的電力信息技術(shù)在電力企業(yè)中的應(yīng)用。

隨著電網(wǎng)智能化水平的不斷提高，產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)信息，我們稱其為“大數(shù)據(jù)”。電力大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生是由于電力生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)等環(huán)節(jié)信息化程度不斷提高，各類電力數(shù)據(jù)與信息暴發(fā)式增長的結(jié)果。電力信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展必須充分利用大數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值。本文就大數(shù)據(jù)背景下的電力信息技術(shù)應(yīng)用做出有益的探討，首先說明了電力大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，指出大數(shù)據(jù)時(shí)代電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)，闡述了大數(shù)據(jù)處理的技術(shù)體系，最后說明了電力大數(shù)據(jù)在信息技術(shù)方面的具體應(yīng)用。

大數(shù)據(jù)時(shí)代的電力系統(tǒng)

大數(shù)據(jù)的概念及其特點(diǎn)

電力大數(shù)據(jù)是指電力生產(chǎn)消費(fèi)過程中產(chǎn)生的大量類型繁多、數(shù)量巨大的數(shù)據(jù)集合，它隱含著很高的使用價(jià)值。

電力大數(shù)據(jù)具有以下幾個(gè)方面的特征。

（1）數(shù)據(jù)類型多。其中不僅包括各種結(jié)構(gòu)化的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如電量數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)記錄、資產(chǎn)優(yōu)化信息等，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，還出現(xiàn)了大量非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，如視頻、音頻、文本等。

（2）數(shù)據(jù)量巨大。電力行業(yè)的所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)都在產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，電網(wǎng)智能化水平的不斷提升，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)將超過結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)規(guī)模從PB量級增長到EB量級。

（3）數(shù)據(jù)處理速度快。電能不能大量貯存，發(fā)電量必須與用電量實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)平衡，要求對電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息快速響應(yīng)、及時(shí)處理。

（4）數(shù)據(jù)價(jià)值潛力大。對電力大數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘與分析，不僅可以反映電力行業(yè)的發(fā)展規(guī)律和內(nèi)部特征，而且還能反映社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展規(guī)律，存在著巨大的潛在價(jià)值。

（5）數(shù)據(jù)處理靈活性高。電力系統(tǒng)對大數(shù)據(jù)的應(yīng)用種類很多，為了適應(yīng)不同的需求，對大數(shù)據(jù)的處理必須具備高度的靈活性。

（6）數(shù)據(jù)處理復(fù)雜度高。量大、類型多、要求處理速度快等特點(diǎn)使得電力大數(shù)據(jù)的處理相當(dāng)復(fù)雜。

大數(shù)據(jù)時(shí)代下電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

從目前我國的電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀來看，大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生來源于電力生產(chǎn)與消費(fèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)。在發(fā)電側(cè)，信息化和自動(dòng)化水平的不斷提高，各種與電力生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息都得以保存；在輸電側(cè)和配電側(cè)，電網(wǎng)智能化和配電網(wǎng)自動(dòng)化程序不斷提升，設(shè)備在線監(jiān)測能力越來越高，各種狀態(tài)信息被記錄與存儲(chǔ)；在用電側(cè)，智能電表的普及，把數(shù)量極其龐大的電力用戶的用電信息上傳和保存。

目前，電力企業(yè)對大數(shù)據(jù)的處理、應(yīng)用能力有限，僅能存儲(chǔ)、查詢、統(tǒng)計(jì)等，尚不能實(shí)現(xiàn)更有價(jià)值的應(yīng)用。大數(shù)據(jù)時(shí)代中的電力企業(yè)，必須深刻理解大數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，在解決了“信息孤島”的難題之后，不能轉(zhuǎn)而變成受困于“數(shù)據(jù)大海”茫然無措的狀態(tài)。為破除這一困境，有關(guān)專家和學(xué)者需做出相當(dāng)大的努力，電力企業(yè)也應(yīng)該積極應(yīng)對。

電力大數(shù)據(jù)的技術(shù)體系

電力大數(shù)據(jù)的技術(shù)體系是指電力大數(shù)據(jù)在采集、處理、應(yīng)用過程中所依賴的所有技術(shù)總和。

大數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理

電力大數(shù)據(jù)的來源主要有：（1）電力規(guī)劃設(shè)計(jì)信息；（2）電力系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息；（3）電力生產(chǎn)管理方面的信息；（4）所有用戶的用電信息。

電力數(shù)據(jù)采集之后須做必要的預(yù)處理，比如異構(gòu)數(shù)據(jù)集成、實(shí)體識(shí)別以及數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制等。

大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理

數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理不是新課題，但大數(shù)據(jù)背景下給這個(gè)問題帶來了更大的挑戰(zhàn)：（1）存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量級達(dá)到PB甚至EB；（2）異構(gòu)數(shù)據(jù)并存使存儲(chǔ)更復(fù)雜；（3）不同的高級應(yīng)用對數(shù)據(jù)服務(wù)種類和水平要求不同，數(shù)據(jù)的大規(guī)模和高復(fù)雜度使得存儲(chǔ)系統(tǒng)的高性能、高可靠性等指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)難度大增。

基于分布式的文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫以及分布式的訪問接口和查詢語言等是存儲(chǔ)、管理大數(shù)據(jù)最適用的技術(shù)。目前各個(gè)大數(shù)據(jù)庫的廠商都已開發(fā)出分布式索引和查詢的產(chǎn)品，還有很多面向全文檢索的產(chǎn)品，且這些產(chǎn)品都是開源的。

大數(shù)據(jù)計(jì)算模式與系統(tǒng)

大數(shù)據(jù)的計(jì)算必須適用于不同的高級應(yīng)用，要求處理方式更具多樣性，而且必須滿足高級應(yīng)用的性能要求。為了達(dá)到這個(gè)目的，多種大數(shù)據(jù)計(jì)算模式應(yīng)運(yùn)而生，對應(yīng)的計(jì)算系統(tǒng)和工具也隨之涌現(xiàn)。大數(shù)據(jù)的計(jì)算模式?jīng)Q定了大數(shù)據(jù)被利用的程度，目前云計(jì)算模式是當(dāng)前最成功、最廣泛接受的。

大數(shù)據(jù)可視化分析

大數(shù)據(jù)量大而雜，只有通過可視化技術(shù)才能在有限的空間與時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)大量信息，再者人類視覺系統(tǒng)獲取信息量大、速度快，用戶可以通過觀察大數(shù)據(jù)的圖像、視頻，結(jié)合自身儲(chǔ)備的知識(shí)，做出分析與判斷。通過可視化技術(shù)，讓看似龐雜、無序、無關(guān)的數(shù)據(jù)得以直觀的呈現(xiàn)，用戶還可以通過對可視化系統(tǒng)的不同設(shè)置，改變數(shù)據(jù)的輸出方式，從而獲得大數(shù)據(jù)不同角度、不同方面的利用價(jià)值。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了不少相關(guān)的產(chǎn)品，為大數(shù)據(jù)的可視化服務(wù)做出了不少努力與嘗試。

大數(shù)據(jù)背景下電力信息技術(shù)的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)的挖掘技術(shù)

電力系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)價(jià)值巨大，它來源面廣，關(guān)聯(lián)著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的多個(gè)方面，電力是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展風(fēng)向標(biāo)之一。電力大數(shù)據(jù)不僅可以為電力系統(tǒng)發(fā)展服務(wù)也可以為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。

為了得以充分地利用大數(shù)據(jù)，需要采用模糊識(shí)別等算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘、分析。大數(shù)據(jù)背景下，電力數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)必須結(jié)合電力生產(chǎn)的特點(diǎn)，從采集、整理、管理、分析、展示等所有環(huán)節(jié)出發(fā)，基于不同的應(yīng)用進(jìn)行研發(fā)。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是電力大數(shù)據(jù)價(jià)值得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

云計(jì)算在電力信息技術(shù)中的體現(xiàn)

云計(jì)算應(yīng)用最廣泛，具備如下若干特點(diǎn)：（1）計(jì)算存儲(chǔ)能力強(qiáng)大；（2）系統(tǒng)可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)擴(kuò)展；（3）非常便于計(jì)算資源共享和優(yōu)化配置；（4）便于軟件開發(fā)和升級；（5）便于用戶使用等。

電力信息技術(shù)在電力系統(tǒng)仿真、事故預(yù)演等方面應(yīng)用較廣，電力系統(tǒng)智能云為其應(yīng)用提供了更強(qiáng)大的支持，提供更廣的數(shù)據(jù)共享，協(xié)調(diào)各個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)更大范圍的實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集。

此外，電力系統(tǒng)智能云可以把大計(jì)算化解成小計(jì)算，分配給網(wǎng)內(nèi)的眾多計(jì)算機(jī)進(jìn)行并行計(jì)算，可以極大地提高計(jì)算速度，在適時(shí)內(nèi)處理更多的信息。

大數(shù)據(jù)在電力信息技術(shù)中具體的應(yīng)用

電力大數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算等技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)眾多的電力信息技術(shù)應(yīng)用，在電力系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，主要有：

（1）發(fā)輸變電設(shè)備的故障識(shí)別與預(yù)測。通過現(xiàn)場的各種在線監(jiān)測系統(tǒng)獲取的大量數(shù)據(jù)，包括視頻、聲音等，利用視頻分析技術(shù)和流計(jì)算技術(shù)，對輸變電設(shè)備進(jìn)行故障的預(yù)測、分析、識(shí)別。

（2）通過配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)獲得的配電數(shù)據(jù)，采用Storm等流處理技術(shù)，進(jìn)行配電網(wǎng)負(fù)載估算及重過載預(yù)警。

（3）利用關(guān)聯(lián)分析技術(shù)對物資庫存資料需求影響因素進(jìn)行分析，制定安全合理的庫存配置方案。

（4）采用流計(jì)算技術(shù)和批處理技術(shù)，分析用電數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)低電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測應(yīng)用。

（5）采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和分布式計(jì)算技術(shù)，對電網(wǎng)中長期負(fù)荷預(yù)測與用電量進(jìn)行分析。

結(jié)束語

大數(shù)據(jù)給電力系統(tǒng)的發(fā)展帶來了新的挑戰(zhàn)，但通過對電力大數(shù)據(jù)的研究與挖掘，充分利用其潛在的價(jià)值，不斷地提高電力系統(tǒng)的綜合管理水平，電網(wǎng)的智能化水平，為電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供重要的信息技術(shù)保障。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.21.023