大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中應(yīng)用

王星星

【摘要】：目前，我國(guó)環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，全社會(huì)節(jié)能減排的壓力逐漸增大，電力行業(yè)的能耗在能源領(lǐng)域占比較高，多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家電力消費(fèi)占終端能源消費(fèi)比例約為20%，且呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢(shì)。智能電網(wǎng)技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)發(fā)展成熟，基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)全網(wǎng)多維信息的采集，同時(shí)“互聯(lián)網(wǎng)+”、“能源互聯(lián)網(wǎng)”、“物聯(lián)網(wǎng)”等概念的提出，使得電力系統(tǒng)和外界的交互越來(lái)越頻繁，海量數(shù)據(jù)為智能電網(wǎng)建設(shè)帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。智能電網(wǎng)中如何利用海量數(shù)據(jù)，使得不同能源之間協(xié)調(diào)配合實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，改善我們的環(huán)境生活，已成為國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者研究的熱點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】：大數(shù)據(jù)技術(shù)；智能電網(wǎng)；應(yīng)用

1、智能電網(wǎng)與大數(shù)據(jù)

智能電網(wǎng)是電力工業(yè)發(fā)展的方向和趨勢(shì)。智能電網(wǎng)是以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，將現(xiàn)代先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、通信技術(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)。它涵蓋發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度等各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)電力市場(chǎng)中各利益方的需求和功能進(jìn)行協(xié)調(diào)，在保證系統(tǒng)各部分高效運(yùn)行、降低運(yùn)營(yíng)成本和環(huán)境影響的同時(shí)，提高系統(tǒng)的可靠性、自愈性和穩(wěn)定性。智能電網(wǎng)是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備制造技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)。一般認(rèn)為，智能電網(wǎng)的特征主要包括堅(jiān)強(qiáng)、自愈、兼容、經(jīng)濟(jì)、集成和優(yōu)化。智能電網(wǎng)的“智能”表現(xiàn)為高度的“可觀測(cè)”和“可控制”，觀測(cè)和控制的基礎(chǔ)在于獲得反映系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的信息和數(shù)據(jù)，并對(duì)信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行快速地分析、處理、判斷、預(yù)測(cè)。智能電網(wǎng)的最終目的是為用戶（包括發(fā)電側(cè)用戶和用電側(cè)用戶）提供更好的服務(wù)，滿足用戶多樣性的需求。而且，隨著信息通信技術(shù)的發(fā)展，智能電網(wǎng)將與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能移動(dòng)終端等相互融合，更大范圍地滿足用戶的需求。大數(shù)據(jù)早期主要應(yīng)用于商業(yè)、金融等領(lǐng)域，之后逐漸擴(kuò)展到交通、醫(yī)療、能源等領(lǐng)域。智能電網(wǎng)被看作是大數(shù)據(jù)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。

隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，智能電表的大規(guī)模部署和傳感、量測(cè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電力工業(yè)產(chǎn)生了大量結(jié)構(gòu)多樣、來(lái)源復(fù)雜的數(shù)據(jù)。如何利用這些數(shù)據(jù)為電網(wǎng)的發(fā)展和運(yùn)行控制提供科學(xué)的決策，是智能電網(wǎng)發(fā)展的迫切需求，也是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)堅(jiān)強(qiáng)、自愈、兼容、經(jīng)濟(jì)、集成、優(yōu)化特征的必由之路。可以說(shuō)，大數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)“智能化”的重要工具。

2、大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1負(fù)荷波動(dòng)及新能源出力預(yù)測(cè)

負(fù)荷預(yù)測(cè)作為電網(wǎng)電量管理系統(tǒng)的重要組成部分，其預(yù)測(cè)誤差的大小直接影響電網(wǎng)運(yùn)行的安全性及可靠性，較大的預(yù)測(cè)誤差會(huì)給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)較高的風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)階段負(fù)荷預(yù)測(cè)主要是通過(guò)負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)，利用相似日或者其他算法預(yù)測(cè)負(fù)荷的大小，短期預(yù)測(cè)精度較高，中長(zhǎng)期精度較差。隨著電網(wǎng)采集數(shù)據(jù)范圍增加，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以將氣象信息、用戶作息規(guī)律、宏觀經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等不同種類的數(shù)據(jù)，通過(guò)抽象的量化指標(biāo)表征與負(fù)荷之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷變化趨勢(shì)更為精確的感知，提高預(yù)測(cè)精度。

分布式發(fā)電的不斷接入，特別是新能源滲透率的不斷增加，打破了原來(lái)電網(wǎng)運(yùn)行管理的模式，不但需要考慮負(fù)荷側(cè)的波動(dòng)，還要計(jì)及新能源出力的間歇性。在我國(guó)，新能源接入主要受制于兩個(gè)因素：新能源大多分布在電網(wǎng)末端遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較為脆弱，從而造成電網(wǎng)接納能力較弱；新能源預(yù)測(cè)誤差較大，目前風(fēng)電出力預(yù)測(cè)日前和實(shí)時(shí)的誤差分別為20%、5%左右，這樣就會(huì)給電網(wǎng)調(diào)度帶來(lái)較大的挑戰(zhàn)。由于新能源較大的預(yù)測(cè)誤差，往往需要在大型新能源基地周邊建立配套的大型常規(guī)能源作為旋轉(zhuǎn)備用，以彌補(bǔ)新能源預(yù)測(cè)精度方面的不足。作為備用的常規(guī)電源，由于擔(dān)負(fù)著較重的旋轉(zhuǎn)備用，長(zhǎng)期不能工作在最佳運(yùn)行點(diǎn)，將造成其發(fā)電效率低以及能源的浪費(fèi)。

2.2網(wǎng)架發(fā)展規(guī)劃

電網(wǎng)已經(jīng)從傳統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)展到智能電網(wǎng)，隨之將會(huì)成為能源互聯(lián)網(wǎng)的一部分，從而使得電網(wǎng)與整個(gè)能源網(wǎng)聯(lián)系的更為緊密。電轉(zhuǎn)氣技術(shù)的提出，為新能源接入提供了新的思路，試圖將不宜存儲(chǔ)的電能轉(zhuǎn)化為便于存儲(chǔ)的天然氣，但由于轉(zhuǎn)化效率較低，尚屬于技術(shù)論證階段。冷熱氣三聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了能源的階梯利用，能源利用效率高、環(huán)境污染小、經(jīng)濟(jì)效益好。電動(dòng)汽車(chē)的興起將會(huì)顯著提高能源末端電力消費(fèi)的占比，充換電站將會(huì)像加油站一樣分布在城市的每個(gè)角落。傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)來(lái)源渠道不足，數(shù)據(jù)分析挖掘能力欠缺，因此造成規(guī)劃過(guò)程中面臨著眾多不確定性因素的現(xiàn)象，特別是現(xiàn)在新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，能源結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變革，使得傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃方法往往與實(shí)際需求差別較大。電網(wǎng)規(guī)劃的過(guò)程中，需要利用大數(shù)據(jù)技術(shù)綜合考慮多種因素如分布式能源的接入、電動(dòng)汽車(chē)的增長(zhǎng)趨勢(shì)、電力市場(chǎng)環(huán)境下為用戶提供個(gè)性化用電服務(wù)等，多類型、海量數(shù)據(jù)的引入，可以有效減少電網(wǎng)規(guī)劃過(guò)程中的不確定性，使得整個(gè)規(guī)劃的過(guò)程更加合理、有序。

2.3源網(wǎng)荷協(xié)同調(diào)度

利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以有效降低新能源預(yù)測(cè)誤差，但這對(duì)于新能源出力固有的波動(dòng)性，傳統(tǒng)的調(diào)度方法通過(guò)增加系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用來(lái)解決。在電力市場(chǎng)不斷完善的背景下，可以不通過(guò)調(diào)節(jié)常規(guī)電源的出力，而是利用市場(chǎng)手段，使得一部分用戶主動(dòng)削減或者增加一部分負(fù)荷去平衡發(fā)電側(cè)出力的變化，即通過(guò)需求側(cè)管理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電量平衡。若要達(dá)到網(wǎng)源荷協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度需要大量的輔助信息，如新能源出力波動(dòng)大小、電網(wǎng)線路輸送能力、負(fù)荷削減電量的范圍、實(shí)時(shí)電價(jià)等，其中每個(gè)因素又受很多條件的影響，因此是一個(gè)非常復(fù)雜的電力交易過(guò)程，此時(shí)必須利用大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)掘數(shù)據(jù)內(nèi)部之間的聯(lián)系，從而制定出最佳調(diào)度方案。智能電網(wǎng)和傳統(tǒng)電網(wǎng)最大的區(qū)別在于源網(wǎng)荷三者之間信息流動(dòng)的雙向性，三者之間信息在一個(gè)框架內(nèi)可以順暢的進(jìn)行交互，極大地提升電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性。

結(jié)語(yǔ)

由于目前智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用研究尚處在起步階段，智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域并不限于本章所述的技術(shù)領(lǐng)域。隨著智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)研究的不斷深入以及應(yīng)用的不斷拓展和創(chuàng)新，其應(yīng)用將向更深、更廣的領(lǐng)域拓展。

【參考文獻(xiàn)】：

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