智能電網(wǎng)下基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的電力需求側(cè)管理探究

夏懷民，徐雄軍

(國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司孝感供電公司,湖北 孝感 432000)

智能電網(wǎng)下基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的電力需求側(cè)管理探究

夏懷民，徐雄軍

(國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司孝感供電公司,湖北 孝感 432000)

大數(shù)據(jù)技術(shù)是科技創(chuàng)新的主攻方向之一，智能電網(wǎng)是其重要的應(yīng)用領(lǐng)域，在智能電網(wǎng)下電力需求側(cè)管理現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力需求側(cè)管理中的應(yīng)用模式及其成效，將智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于電力需求側(cè)管理，有利于適應(yīng)電力經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，并使電力需求側(cè)管理模式得到優(yōu)化。

智能電網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；電力需求側(cè)管理；互聯(lián)網(wǎng)+

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的到來(lái)，電力系統(tǒng)越來(lái)越趨于數(shù)字化、自動(dòng)化、信息化和智能化，智能電網(wǎng)成為世界電力系統(tǒng)的變革新動(dòng)向。智能電網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、新能源消納與并網(wǎng)等信息服務(wù)，被列入“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃[1]。電力需求側(cè)管理，即PDSM（Power Demand Side Man?agement），是智能電網(wǎng)發(fā)展與建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于電力需求側(cè)管理，能夠克服當(dāng)前電力需求側(cè)管理面臨的各系統(tǒng)數(shù)據(jù)難共享、供電、購(gòu)電、售電信息難一體化、數(shù)據(jù)監(jiān)控與采集難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線等問(wèn)題[2]，有助于供電公司快速響應(yīng)電力市場(chǎng)需求的動(dòng)態(tài)變化，提高電力營(yíng)銷服務(wù)管理工作水平。

1 智能電網(wǎng)下電力需求側(cè)管理現(xiàn)狀

1.1 電力需求側(cè)管理概述

電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與實(shí)時(shí)電力供需平衡密切相關(guān)。隨著社會(huì)的發(fā)展，電力需求總量不斷增加，電力短缺現(xiàn)象頻繁發(fā)生，這一現(xiàn)狀推動(dòng)了新能源發(fā)電及并網(wǎng)的快速發(fā)展，然而，新能源發(fā)電的間歇性、不穩(wěn)定性、分散性等加大了供電系統(tǒng)的復(fù)雜度，也增加了電力供應(yīng)側(cè)的管理難度。為了緩解電力供需不平衡的矛盾，從電力供應(yīng)側(cè)管理轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏π枨髠?cè)管理便成為世界公認(rèn)的緩解電力缺口最有效的方法之一[3]。

當(dāng)前的電力需求側(cè)管理，是以電力客戶為主體，利用技術(shù)、管理、政策等方式，基于“移峰填谷”的思想來(lái)調(diào)控客戶的電力需求，達(dá)到“有序”用電的目的，減少用電高峰時(shí)段的電網(wǎng)峰荷，改變電力需求的時(shí)序分布，以提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與可靠性。然而，電力系統(tǒng)的供用電無(wú)時(shí)無(wú)刻不在發(fā)生變化，且電力負(fù)荷的不斷增加、供電系統(tǒng)的多樣化和復(fù)雜化，都增加了電力需求側(cè)管理的難度，加之電力需求側(cè)管理涉及不同管理部門(mén)，故很難實(shí)時(shí)把控電力需求狀況，無(wú)法快速響應(yīng)用戶電力需求，這些現(xiàn)狀對(duì)電力需求側(cè)管理都提出了更高的要求。

1.2 電力需求側(cè)管理概述

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)工作的展開(kāi)，其靈活、清潔、經(jīng)濟(jì)、可靠、自愈、兼容、安全等特點(diǎn)，一方面對(duì)電力需求側(cè)管理提出了更高的要求，另一方面為電力需求側(cè)管理提供了良好的環(huán)境與平臺(tái)。下圖1為智能電網(wǎng)環(huán)境下的電力需求側(cè)管理模型。

圖1 智能電網(wǎng)環(huán)境下的電力需求側(cè)管理模型Figure1 Power demand side management model in smart grid environment

在智能電網(wǎng)環(huán)境下，通過(guò)實(shí)時(shí)在線監(jiān)控技術(shù)和智能控制策略，能夠?qū)崿F(xiàn)精確、實(shí)時(shí)的用戶需求響應(yīng)和調(diào)控。智能電網(wǎng)支持分布式能源并網(wǎng)，讓用戶從單一的“被動(dòng)受電”轉(zhuǎn)變?yōu)椤半p向互動(dòng)式地供用電”。另外，在智能電網(wǎng)環(huán)境下，電力部門(mén)通過(guò)充分監(jiān)測(cè)和分析用戶對(duì)電力的需求規(guī)律，采取“分時(shí)電價(jià)”等激勵(lì)措施，通過(guò)調(diào)整電價(jià)來(lái)促進(jìn)用戶自主調(diào)節(jié)用電時(shí)段，以促進(jìn)電力供需平衡。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，在智能電網(wǎng)建設(shè)環(huán)境下，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”和“大數(shù)據(jù)”背景，電力需求側(cè)管理的變革趨勢(shì)是基于“全覆蓋”、“全采集”、“全預(yù)付費(fèi)”的全網(wǎng)建設(shè)和全網(wǎng)管理模式。

2 智能電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)技術(shù)

2.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)概述

“大數(shù)據(jù)”于2012年首次在國(guó)家層面被提出，并成為科技創(chuàng)新熱點(diǎn)之一[4]。大數(shù)據(jù)與“海量數(shù)據(jù)”和“超大規(guī)模數(shù)據(jù)”等術(shù)語(yǔ)不同，其代表性定義為3V，即“規(guī)模性（Volume）、多樣性（Variety）、高速性（Ve?locity）”，或者4V，即補(bǔ)充“真實(shí)性（Veracity）”或“價(jià)值性（Value）”[5]。自大數(shù)據(jù)被提出以來(lái)，其特點(diǎn)與“互聯(lián)網(wǎng)+”的信息時(shí)代背景就決定了大數(shù)據(jù)技術(shù)將在眾多領(lǐng)域帶來(lái)革命性的影響，勢(shì)必會(huì)掀起大數(shù)據(jù)技術(shù)的研究和應(yīng)用高潮。

電力系統(tǒng)是極其復(fù)雜的人造系統(tǒng)，其規(guī)模之大、涉及范圍之廣、傳輸能量之多、潮流情況之復(fù)雜、實(shí)時(shí)運(yùn)行之不停歇、故障擴(kuò)散之極快極廣等特點(diǎn)，決定了電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中必然產(chǎn)生不同類型的海量數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)量時(shí)時(shí)刻刻保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，十分符合大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，因此，是典型的電網(wǎng)大數(shù)據(jù)。

2.2 智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)

智能電網(wǎng)是大數(shù)據(jù)技術(shù)十分重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)建設(shè)中，為智能電網(wǎng)建設(shè)帶來(lái)了新思維和新活力。隨著電力信息化的推進(jìn)以及智能電表、智能變電站、實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)檢修系統(tǒng)、先進(jìn)的信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣，電力數(shù)據(jù)種類和規(guī)模均快速增長(zhǎng)，這些數(shù)據(jù)便構(gòu)成智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)[6-7]。總體來(lái)看，智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)包括電網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)和電網(wǎng)外部數(shù)據(jù)兩大類，具體來(lái)源示意圖如圖2所示。

圖2 智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分類及數(shù)據(jù)來(lái)源示意圖窗體頂端Figure 2 Schematic diagram of big data classification and data sources of smart grid

大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用涵蓋多個(gè)方面，包括面向電力公司運(yùn)行管理與發(fā)展的應(yīng)用、面向電力用戶服務(wù)的應(yīng)用、面向政府部門(mén)輔助決策的應(yīng)用。其中，面向電力用戶服務(wù)的應(yīng)用又包括用戶用電行為分析、電力需求側(cè)管理、用戶能效分析、供電服務(wù)輿情監(jiān)測(cè)預(yù)警分析等內(nèi)容[6，8]。

3 智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力需求側(cè)管理中的應(yīng)用

3.1 智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)在電力需求側(cè)管理中的具體應(yīng)用

智能電網(wǎng)環(huán)境下，將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于電力需求側(cè)管理，有利于適應(yīng)現(xiàn)階段電力經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求，同時(shí)優(yōu)化電力需求側(cè)管理模式，促進(jìn)電力需求側(cè)管理水平和效率的大幅提升[9]。根據(jù)大數(shù)據(jù)技術(shù)的分析架構(gòu)以及大數(shù)據(jù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用步驟，得到圖3所示的智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)在電力需求側(cè)管理中的應(yīng)用示意圖。

圖3 智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)在電力需求側(cè)管理中的應(yīng)用示意圖窗體頂端Figure 3 Schematic diagram of the application of big data of smart grid in power demand side management

由圖3可知，利用智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電力需求側(cè)管理時(shí)，首先需要采集數(shù)據(jù)，智能電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用了云計(jì)算技術(shù)，從海量數(shù)據(jù)中提取的用戶數(shù)據(jù)需要通過(guò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)作預(yù)處理，進(jìn)而針對(duì)有效數(shù)據(jù)，根據(jù)濕度、溫度等氣候條件以及用戶階層的差異性，對(duì)電力用戶進(jìn)行分類。然后針對(duì)各類用戶的不同用電設(shè)備繪制日負(fù)荷曲線、周負(fù)荷曲線、月負(fù)荷曲線、年負(fù)荷曲線等，并對(duì)其進(jìn)行充分解讀，比如分析用電設(shè)備的用電特性，包括用電時(shí)間或周期、用電量大小、用電負(fù)荷波動(dòng)情況等；對(duì)于空調(diào)、熱水器、取暖器等受季節(jié)、天氣影響的用電設(shè)備，需分析其受季節(jié)、天氣影響的程度等。接著對(duì)分析所得結(jié)果進(jìn)行整合，采用關(guān)聯(lián)分析、聚類分析、回歸分析等方法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析，并根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果實(shí)現(xiàn)各電力用戶的電力需求情況的宏觀掌控，進(jìn)而以此為依據(jù)，制定電力需求管理機(jī)制。

3.2 智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)在電力需求側(cè)管理中的應(yīng)用成效分析

通過(guò)智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，電力需求管理預(yù)期會(huì)出現(xiàn)新方法及新趨勢(shì)，比如分時(shí)電價(jià)措施將全面有效推廣、智能家電模式將得到普及與推廣、基于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的微電網(wǎng)并網(wǎng)得到廣泛應(yīng)用等。

利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)分析當(dāng)前供用電情況，確定實(shí)時(shí)電價(jià)以及下一時(shí)段的預(yù)測(cè)電價(jià)，并及時(shí)發(fā)布告知用戶，用戶享有全網(wǎng)用電情況和用戶個(gè)體用電信息的知情權(quán)，用戶可根據(jù)個(gè)體的電力需求情況，主動(dòng)調(diào)節(jié)用電時(shí)段，盡可能利用電價(jià)較低的時(shí)間進(jìn)行生產(chǎn)和生活，以提高用電經(jīng)濟(jì)性；另一方面，通過(guò)分時(shí)電價(jià)措施，能夠有效降低峰荷，減少峰荷對(duì)電網(wǎng)的負(fù)面影響。

利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，用戶能夠掌握實(shí)時(shí)負(fù)荷情況及實(shí)時(shí)電價(jià)信息，這將促進(jìn)用戶對(duì)具有遙控、預(yù)約、變頻、節(jié)能等功能的智能家電的青睞，充分利用智能家電的節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，為用戶創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電源并網(wǎng)的靈活管理，各電源部門(mén)或安裝有可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的微電網(wǎng)用戶可根據(jù)實(shí)際用電情況，優(yōu)先滿足電力的“自給自足”，并儲(chǔ)存多余電能，待電價(jià)較高時(shí)并入電網(wǎng)，供給其他用戶，若微電網(wǎng)提供電力不足以維持用戶的生產(chǎn)生活，再選擇低電價(jià)時(shí)段從電網(wǎng)取電。

4 結(jié)語(yǔ)

在互聯(lián)網(wǎng)+的信息時(shí)代，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)，將智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行充分利用，挖掘其價(jià)值，并就數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行利用，讓智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)服務(wù)于電力公司，服務(wù)于電力用戶，服務(wù)于政府部門(mén)輔助決策，進(jìn)而將智能電網(wǎng)建設(shè)推向新的階段。面對(duì)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)+這些新興事物，智能電網(wǎng)建設(shè)需要改革，電力需求側(cè)管理亦需要與時(shí)俱進(jìn)，將智能電網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、電力需求側(cè)管理相結(jié)合，充分利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，必將為我國(guó)的電力行業(yè)帶來(lái)新態(tài)勢(shì)。

（References）

[1]王韶英.智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的處理技術(shù)[J].信息與電腦, 2016(17):129-130.WANG Shaoying.Processing technology of big data in smart grid[J].China Computer&Communication, 2016(17):129-130.

[2]高建宏,臧寶志.智能電網(wǎng)建設(shè)時(shí)期的需求側(cè)管理[J].山東電力高等專科學(xué)校學(xué)報(bào),2010,13(2):64-66.GAO Jianhong,ZANG Baozhi.Demand side manage?ment under smart grid framework[J].Journal of Shandong Electric Power College,2010,13(2):64-66.

[3]邢毓卿.智能電網(wǎng)框架下電力市場(chǎng)需求側(cè)管理的研究[D].華北電力大學(xué)(北京),2016.XING Yuqing.Research on power demand side man?agement framework of Smart Gide[D].North China Electric Power University(Beijing),2016.

[4]王欽,蔣懷光,文福拴,等.智能電網(wǎng)中大數(shù)據(jù)的概念、技術(shù)與挑戰(zhàn)[J].電力建設(shè),2016,37(12):1-10.WANG Qin,JIANG Huaiguang,WEN Fushuan,et al.Concept,technology and challengs of big data in smart grids[J].Electric Power Construction,2016,37 (12):1-10.

[5]彭小圣,鄧迪元,程時(shí)杰,等.面向智能電網(wǎng)應(yīng)用的電力大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2015(3): 503-511.PENG Xiaosheng,DENG Diyuan,CHENG Shijie,et al.Key technologies of electric power big data and its application prospects in Smart Grid[J].Proceed?ings of the CSEE,2015(3):503-511.

[6]張東霞,苗新,劉麗平,等.智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2015(1):2-12.ZHANG Dongxia,MIAO Xin,LIU Liping,et al.Re?search on development strategy for smart grid big data[J].Proceedings of the CSEE,2015(1):2-12.

[7]陳曄.智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展探索[J].科技資訊, 2016,14(29):2-3.CHEN Ye.Exploring the development of big data technology in Smart Grid[J].Science&Technology Information,2016,14(29):2-3.

[8]孟祥君,季知祥,楊祎.智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].供用電,2015,32(8):19-24.MENG Xiangjun,JI Zhixiang,YANG Yi.Research on big data platform and its key technologies in Smart Grid[J].Distribution&Utilization,2015,32(8):19-24.

[9]姜海俠.淺析智能電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)劃與電力需求側(cè)管理的內(nèi)在關(guān)系[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2017(09): 110-111.JIANG Haixia.Analysis on the intrinsic relationship between operation planning and power demang side managementofsmartgrid system[J].China New Technologies and Products,2017(09):110-111.

Research on Power Demand Side Management Based on Big Data Technology under Smart Grid

XIA HuaiMin，XU XiongJun
(Hubei Xiaogan Power Supply Bureau,Xiaogan Hubei432000,China)

Big data technology is one of the main direction of technological innovation,smart grid is an important application area.Based on the analysis of the present situation of PDSM in smart grid,the application mode and effect of big data technology in PDSM are analyzed in this paper.Ap?plying the big data technology of smart grid to PDSM is helpful to meet the demand of electric pow?er development and optimize the PDSM model.

smart grid;big data;PDSM;Internet plus

TM715

A

1006-3986(2017)04-0001-04

2017-03-09

夏懷民（1971），男，安徽宿州人，本科，高級(jí)工程師。

10.19308/j.hep.2017.04.001