試析電力自動化系統大數據的應用

李玥贇

引言

電力系統大數據的應用是基于云平臺開放的結構化管理模式，在自動化系統建設初期，我們就希望擁有一套完善的管理平臺，能夠代替人在處理各類不同數據時對數據結果的干預及智能化管理。在常規自動化平臺建設的時候，我們會考慮平臺的硬件投資，軟件開發，網絡服務。同樣，云平臺建設也需要硬件、軟件和網絡的支持，但是相對常規自動化平臺，云平臺可以減少整體平臺的建設及運營成本，為企業帶來不可估量的效益。云平臺的分層管理思路，我們可以簡單的把云平臺想象成由數據采集層、數據處理層、數據應用層構成的無限擴容的云。云平臺建設是為解決人與設備之間的比例不平衡問題而誕生的產物。

1 電力自動化系統規模概述

電力系統的發展是全球經濟發展的映照，全球經濟發展主要是資本市場對于能源市場的有效開發、管理、經營，隨著石油產業的日趨明朗，煤炭產業也逐步持續升溫，煤炭價格走勢上升，直接影響了國內外各產品生產、加工產業的成本投入，造成物價經濟上漲。國內主要的電力能源還以火力發電為主，雖然風力、水力、光伏、核能發電等均有市場份額上升趨勢，但依舊無法與常規火力發電規模抗衡，所需的煤炭能源也只會更多。并且輸配電系統隨著人類對荒地、電力高速列車、產品生產規模的擴大、發展起著決定性因素，輸配電網也便于接入各類發電系統，變配電站數量會越來越多，變配電網會越來越大，地域分布也會越來越廣，所需的電力專業人才也會增加。建設一個變配電站最快只需要3個月，而培養一個合格的電力專業人才需要2～3年，這樣的結果是站所比例與運維人員的嚴重失衡，怎樣解決這個問題是電力自動化系統多年來的主要任務。

2 云平臺與常規自動化平臺的比較

云平臺的分層管理思路，可以簡單的把云平臺想象成由數據采集層、數據處理層、數據應用層構成的無限擴容的云。

采集層負責數據的采集、監控、傳輸，可以通過現有微機保護裝置、自動控制裝置、溫度傳感器、高壓開關柜狀態顯示器、環境監測傳感器等設備，將電力自動化系統所需要的電氣量，數字量，開關量進行數字化轉換，同時通過WIFI網絡、GPRS網絡、移動網絡、或者物理路由等方式完成數據傳輸工作，而這些設備需支持現有國際網絡IPV6/IPV4/GPRS通訊規約的標準。

數據處理層負責數據的接收、存儲、處理、分析，首先需要一臺擁有公網IP地址的服務器作為數據接收服務器，數據接收服務器再將云平臺內的局域網服務器進行網內域連接，進行數據分發業務，每臺服務器形成數據立方，或者稱為數據矩陣，利用網絡端存儲的歷史數據或者科研機構發布的最新研究成果進行數據比對工作，完成大數據分析，將最終的分析結果發布到云端，或者進行結果數據的存儲，以備大數據的循環處理分析。

數據最終到達應用層，應用層負責對結果的管理、集成、應用。輸出到調度監控計算機、值班人員遠程操作計算機、設備廠家終端、設備運管單位終端、能夠以綜合展示平臺來進行查閱，WEB網頁、手機終端、執法人員、環境監測管理單位、其他相關業務系統均可實時、快捷的調用結果數據，并且不受地理位置限制，而且平臺化管理，也保證了數據的安全可靠性，對于權限的分級管理，可以有效防止外來入侵。

這些都是常規自動化平臺所不具備的，一套常規自動化平臺，經常會因為變電站設備廠家不同，使用的設備自動化程度不統一，甚至有些設備不具備通訊功能或者與自動化平臺所使用的通訊模式、通訊規約不兼容，導致的各類自動化設備故障無法及時監控，最終發生大規模的電氣設備故障。而各個設備廠家可能會為了保有自家產品的市場占有率，設計使用非標準通訊規約或內部通訊規約，這都大大制約了電力自動化系統的發展，作為設備運管單位，更希望看到的是一個統一、穩定、高效的管理平臺，能夠減少平臺故障對生產的影響及限制，并具有一定的開放性。

3 大數據如何運用

如何運用大數據，取決于云平臺的開放程度。常規的電力自動化系統平臺是相對獨立的，電力企業也不希望眾多的數據被其他競爭企業獲取，這就需要在建設云平臺時對平臺數據的開放性進行評估。現以某10 kV變電站為例進行分析，一般情況下這個站所具備母線、受電、電壓互感器、配出電機、配出變壓器，這些設備通過微機保護裝置或自動控制裝置進行數據收集，收集的數據包括母線電壓、母線頻率、單開路負荷電流、有功功率、無功功率、功率因數、保護裝置自檢信息、保護功能信息、開關電氣位置、小車位置、地刀位置、開關柜溫度、濕度等信息，如果一個站將全部數據納入數據庫管理，可產生兩千條點位信息。一個110 kV電網按照一個110 kV變電站加3～5個10 kV變電站，一個小型電網可產生一萬多條點位信息。服務器還需要將電網運行的實時量按照時間節點進行記錄，如一分鐘采樣、五分鐘采樣、一小時采樣，每日的信息量可產生十萬條點位信息，一個100站電網自動化平臺容納的數據量每日可達到兩百萬條信息，如果使用人工進行數據的分發、整理、分析，不可能有效的對每一條數據進行正確的解讀。通過建立大數據云平臺分析系統，可以將數據庫內的數據進行建模，分別進行自動計算，在監控終端只顯示處理過的結果。比如某站一條母線失壓故障，常規自動化系統報出幾千條數據，而通過云平臺對數據庫內采樣值規律進行計算，輸出到調度監控后臺只有一條帶有時標的某變電站某段母線失壓的信息，并且通過短信、微信等即時通訊APP通知相關管理運維人員，第一時刻展開電力搶修工作，有效開展設備維修。

通過建立云平臺大數據分析系統，可以實時監控電網多電源潮流變化。發電廠與配電站間通過調度系統進行溝通協調，出現潮流變化后，調度員不能及時掌握電網潮流變化，而下達倒負荷命令，可能導致電網內部電力供需的不平衡，導致電網潮流引起的電網瓦解，崩潰，最終產生巨額的經濟損失。云平臺通過對采集的電網大數據進行分析，在電網潮流發生變化后，可以及時通知調度員，并且智能的電網專家庫建模分析軟件可以立即判斷出電網內電能供需平衡所需切除的機組量或負荷量，再通過安全穩定控制裝置進行邏輯運算，達到精度更高的電網穩定控制，在小范圍內解除并網設備，減少經濟損失。

大數據開放后的安全管理是云平臺建立的重中之重，一個平臺整合了所有不同廠家、不同批次的設備監控，在各級監控過程中，如果數據遭到外部入侵，可能導致大數據分析錯誤，造成設備損壞或電網瓦解，在云平臺建立之初，需要為云平臺使用的開發軟件進行安全性評價，包括通訊接口設備、服務器設備、操作系統軟件、數據庫軟件、應用、開發軟件、甚至設備的可控范圍進行研究，通過多行業的介入，將一些通訊程序固化到硬件設備，使用移動互聯網技術共享平臺達到文件包的數據加密，設備與設備之間只通過固化的安全碼進行互聯互通，而其他設備或軟件雖能夠使用相同的軟件，但無法接入電網設備，有效的保證了云數據的安全性。并且設備安全碼會隨著時間的變化，只允許在本地設備上實時變更裝置運行參數，不能通過個人或遠程設備進行參數修改，達到設備安全監管的效果。

云平臺的硬件空間獨立且共享。當搭建了一套云平臺，所需的硬件設備比常規自動化管理平臺少，常規自動化管理平臺需要按照站所多少分別建設相應的子平臺，所需服務器配置較高，但實際服務器利用率只有30%左右，服務器的價格也相對云平臺昂貴。一套云平臺只需要數據接收的一臺或多臺主服務器，配合多功能分發處理服務器機組，并配備一套硬盤共享服務器即可完成整個平臺的搭建，變電站內任何一臺可以連接互聯網絡的手機終端、辦公計算機（配置一般，成本較低）只要配置隔離的個人權限賬戶，便可對電網數據進行管理、維護，不需要大量的重復安裝平臺運行軟件，數據庫軟件等，從而節省軟件成本和人力資源，一次性建設，使用周期長，因為有穩定的軟件基礎，可以對平臺進行二次開發，減少平臺高軟或功能性軟件開發難度及開發成本。

4 如何順應電力自動化系統發展趨勢

電力自動化系統向云平臺的發展是大勢所趨，隨著人們生活水平的提高，生產力水平的智能化，科技發展的民生應用，能源管控必然成為人們關注的焦點。電力行業走向智能化平臺管理是社會發展的必然趨勢，全球能源系統聯網，大數據分析優化，平臺化、網絡化的管理思路及智慧電網、智慧城市的概念正不斷的、清晰的展現在人們的面前。誰能夠邁出科技創新的第一步，誰就可能成為世界能源經濟競爭中最先盈利的領頭羊，讓電網更堅強，讓能源更節約，是每一個能源公司都應趕上的潮流，正如互聯網經濟對中國經濟發展的影響一樣。