智能電網(wǎng)及大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用過程中的問題探討

唐占發(fā) 李芝平 甘肅省白銀市國網(wǎng)白銀供電公司

一、引言

社會(huì)以及經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展必然帶來全社會(huì)用電量的迅速增加，這不僅考驗(yàn)著電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性，亦對(duì)其運(yùn)行效率和智能水平提出了較高要求。智能電網(wǎng)作為未來電力行業(yè)主流發(fā)展方向，對(duì)其進(jìn)行研究十分必要。智能電網(wǎng)通過將各類技術(shù)進(jìn)行整合及應(yīng)用，在實(shí)現(xiàn)信息和電能從輸電到用電環(huán)節(jié)雙向流動(dòng)的同時(shí)，提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率以及電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)施的全景實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲(chǔ)，以及累積的海量多源數(shù)據(jù)快速分析等功能，是保障智能電網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵。

二、電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的基本特性

大數(shù)據(jù)是一個(gè)龐大而復(fù)雜的數(shù)據(jù)集，具有不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如：非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和結(jié)構(gòu)化等等，不能在給定的時(shí)間內(nèi)用傳統(tǒng)方法進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、管理和分析。電網(wǎng)大數(shù)據(jù)具有4項(xiàng)基本特性，分別是：規(guī)模性（Volume）、多樣性（Variety）、高速性（Velocity）以及有價(jià)值性（Value），又稱為4V特性。

（1）規(guī)模性：隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，在發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生大量信息數(shù)據(jù)，將使得電網(wǎng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量的級(jí)別逐步從PB向EP飛躍。（2）多樣性：隨著電力系統(tǒng)信息化建設(shè)的飛速發(fā)展，相比于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的單一化信息數(shù)據(jù)，電網(wǎng)大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其表現(xiàn)形式開始變得多樣化，如：視頻、文本、圖像等。（3）高速性：由于電力系統(tǒng)大數(shù)據(jù)流存在實(shí)時(shí)性、易失性、無序性等基本特性，且數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性錯(cuò)綜復(fù)雜。因此，需要對(duì)電力系統(tǒng)生產(chǎn)、運(yùn)行期間所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)做出高效處理，以滿足電網(wǎng)對(duì)電力調(diào)度、負(fù)荷預(yù)測(cè)以及故障診斷等問題的快速性要求。（4）價(jià)值大密度低：在海量的監(jiān)測(cè)或檢測(cè)的數(shù)據(jù)中隱含著大量的信息。對(duì)其進(jìn)行挖掘分析可以提供給生產(chǎn)、運(yùn)行、管理、用戶等有價(jià)值的信息。這些數(shù)據(jù)不僅僅反映電力行業(yè)內(nèi)部的信息，而且關(guān)系到整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的情況，對(duì)國家的經(jīng)濟(jì)宏觀調(diào)控、資源的合理利用、減少污染。大數(shù)據(jù)中隱藏著巨大經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)價(jià)值。

三、智能電網(wǎng)中大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)

（一）傳感器

大數(shù)據(jù)技術(shù)中的智能傳感器是其獲取外界信息的關(guān)鍵途徑。相對(duì)于傳統(tǒng)傳感器來說，智能傳感器的可靠性強(qiáng)、精度相對(duì)較高，且適應(yīng)能力水平較高。在智能電網(wǎng)中小微傳感器的應(yīng)用最為廣泛，其擁有采集信息、分析信息、傳遞信息的能力，安裝便捷、抗干擾性能強(qiáng)。在大數(shù)據(jù)中的感知層中應(yīng)用小微智能傳感器能夠在智能電網(wǎng)中完成海量數(shù)據(jù)的測(cè)量與收集。其作為智能電網(wǎng)中透明電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)單元，當(dāng)前還存在電壓測(cè)量難度大、功率較大等情況。除了小微智能傳感器外，無線傳感網(wǎng)絡(luò)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用也十分普及。在智能電網(wǎng)中無線傳感器已經(jīng)逐漸開始被用于收集數(shù)據(jù)，如進(jìn)行智能自動(dòng)抄表、遠(yuǎn)程系統(tǒng)監(jiān)控等。

（二）通信技術(shù)

第一，寬帶載波通信技術(shù)。寬帶載波通信技術(shù)是一種通信編碼技術(shù)，其相對(duì)于窄帶載波技術(shù)而言抗干擾能力強(qiáng)，速率較高，通信延時(shí)少，能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)提供更好的服務(wù)。且寬帶載波通信技術(shù)能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)運(yùn)作時(shí)需要進(jìn)行的信息采集提供安全穩(wěn)定的信息渠道。將寬帶載波通信技術(shù)應(yīng)用于智能電網(wǎng)的合適區(qū)域能夠滿足智能配電系統(tǒng)中大量數(shù)據(jù)的傳輸需求，提升通信效率。第二，5G通信技術(shù)。5G通信技術(shù)是大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，其傳輸速率較高、容量大、延時(shí)低，可以用于智能電網(wǎng)中電源發(fā)電情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提升電能的利用率。且能夠針對(duì)電纜的工作情況進(jìn)行評(píng)估，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患。5G通信技術(shù)的運(yùn)用能夠?qū)崿F(xiàn)無人機(jī)巡檢輸電線路，對(duì)智能電網(wǎng)運(yùn)行過程進(jìn)行圖片與視頻拍攝，提升巡檢的智能性與可靠性。第三，低功耗廣域大數(shù)據(jù)通信技術(shù)。低功耗廣域大數(shù)據(jù)通信技術(shù)可以針對(duì)M2M通信場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化，以星型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行覆蓋，單節(jié)點(diǎn)最大覆蓋范圍高達(dá)100 km。低功耗廣域大數(shù)據(jù)通信技術(shù)覆蓋范圍廣、功耗低、寬帶低。且在應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)配置較為靈活，能夠支持定位服務(wù)與移動(dòng)對(duì)象，且抗干擾能力理想。低功耗廣域大數(shù)據(jù)通信技術(shù)在智能電網(wǎng)中可以用于電氣設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)、配電故障指示等。

（三）云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算技術(shù)擁有強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)傳輸能力，且儲(chǔ)存容量大、計(jì)算能力強(qiáng)，在智能電網(wǎng)中改技術(shù)可以用于進(jìn)行智能電網(wǎng)調(diào)度、智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析等，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與處理。第一，智能電網(wǎng)調(diào)度。伴隨著智能電網(wǎng)的完善，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也愈加復(fù)雜，規(guī)模也不斷增加。為了對(duì)智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控并合理調(diào)度，則需要利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、分析。大數(shù)據(jù)技術(shù)中的云計(jì)算技術(shù)能夠以總線技術(shù)將分布于不同區(qū)域調(diào)度系統(tǒng)的功能，利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化進(jìn)行高度整合，以打造實(shí)時(shí)、全面、準(zhǔn)確的電網(wǎng)調(diào)度平臺(tái)，以存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)，完成智能電網(wǎng)調(diào)度。第二，智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析。智能電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，伴隨而來的智能電表、傳感設(shè)備、信息系統(tǒng)等不同數(shù)據(jù)持續(xù)產(chǎn)生，最終形成海量數(shù)據(jù)。結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)中的云計(jì)算技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)用戶、電力設(shè)備情況的數(shù)據(jù)分析。智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析能夠進(jìn)一步強(qiáng)化電網(wǎng)的透明度，從而更好地調(diào)節(jié)、優(yōu)化智能電網(wǎng)服務(wù)。

（四）邊緣計(jì)算技術(shù)

邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用在智能電網(wǎng)中主要用于優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)延遲的情況，并提升任務(wù)的執(zhí)行效率，以便快速響應(yīng)用戶的請(qǐng)求。邊緣計(jì)算技術(shù)可以將控制轉(zhuǎn)移至邊緣，以完成對(duì)大數(shù)據(jù)中大數(shù)據(jù)的分析。如智能電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行異常或出現(xiàn)故障，邊緣計(jì)算技術(shù)可以一改將海量信息傳輸?shù)郊惺较到y(tǒng)的傳統(tǒng)形式，而是將其轉(zhuǎn)移至邊緣，從而提升數(shù)據(jù)處理能力。例如，當(dāng)前配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)繁復(fù)，點(diǎn)多面廣，大多數(shù)解決策略是把所采集的圖片信息上傳到服務(wù)器中進(jìn)行分析。但由于圖片傳輸量相對(duì)較大，且有價(jià)值的信息含量低，會(huì)占用網(wǎng)絡(luò)資源。利用邊緣計(jì)算技術(shù)則可以配備高能力的計(jì)算單元，通過建立模型來消除部分無用數(shù)據(jù)傳輸。邊緣計(jì)算技術(shù)憑借著數(shù)據(jù)分析效率高的特點(diǎn)尤其適宜開展數(shù)據(jù)分析與智能自動(dòng)處理。

四、大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力行業(yè)中的具體應(yīng)用

（一）傳輸和存儲(chǔ)電力大數(shù)據(jù)

隨著我國智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)所有環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)都會(huì)被記錄下來，這就需要有更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)功能。同時(shí)，隨著電力系統(tǒng)的不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)產(chǎn)生越來越多的數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)承受較大的負(fù)擔(dān)，如果不及時(shí)采取有效措施，會(huì)限制智能化的良好發(fā)展。通過合理應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以很好地解決這類問題，滿足電力系統(tǒng)大數(shù)據(jù)的需求。目前，分布式文件系統(tǒng)在電力企業(yè)中的應(yīng)用比較廣泛，便于儲(chǔ)存更多的數(shù)據(jù)。另外，大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠隨時(shí)采集電力系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以滿足電力系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，并且利用流式傳輸還可以及時(shí)分析數(shù)據(jù)，讓工作人員能夠掌握相關(guān)信息。還可按照電力系統(tǒng)的性能與數(shù)據(jù)特征分別進(jìn)行儲(chǔ)存，利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)還能夠及時(shí)處理具有高標(biāo)準(zhǔn)要求的數(shù)據(jù)。利用數(shù)據(jù)倉庫能夠處理一般數(shù)據(jù)。工作人員在處理歷史數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)時(shí)，可以采用分布式文件系統(tǒng)。此外，電力行業(yè)中存在許多復(fù)雜的數(shù)據(jù)，合理利用大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)換成方便分析和儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)。這樣一來，可以為工作人員提供有效的參考數(shù)據(jù)，大大提高工作效率。同時(shí)，可以通過數(shù)據(jù)倉庫進(jìn)行管理，并逐步建立信息化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，充分發(fā)揮出電力數(shù)據(jù)的巨大作用，還能增加企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

（二）評(píng)估電力設(shè)備狀態(tài)

為了確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，一定要重點(diǎn)關(guān)注相關(guān)設(shè)備，使其能夠正常運(yùn)行。在實(shí)際工作中要考核評(píng)估電力設(shè)備的狀態(tài)，根據(jù)結(jié)果了解設(shè)備的情況，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題，提高各生產(chǎn)運(yùn)營環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性。在電力行業(yè)發(fā)展中電力設(shè)備狀態(tài)檢修非常重要。目前，電力設(shè)備狀態(tài)評(píng)估通常涉及評(píng)估方法、故障診斷專家系統(tǒng)、設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)等。在開展設(shè)備狀態(tài)評(píng)估工作時(shí)要合理應(yīng)用時(shí)序挖掘、聚類算法、分類算法等大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過深入分析設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)，找出不同狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系，結(jié)合采集的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，關(guān)聯(lián)分析電力設(shè)備，從而做出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，為后續(xù)工作的開展提供指導(dǎo)作用。

（三）配用電需求分析

目前，電力行業(yè)在不斷推進(jìn)智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)，利用數(shù)據(jù)融合等形式來支撐配用電業(yè)務(wù)，可以大大提高工作效率，更好地完成配用電數(shù)據(jù)挖掘工作。電力企業(yè)要想提高核心競(jìng)爭(zhēng)力，就要提高管理質(zhì)量，實(shí)行精細(xì)化管理，并結(jié)合電力系統(tǒng)的運(yùn)行和大數(shù)據(jù)融合等，改進(jìn)和完善各項(xiàng)決策方案。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷成熟，許多行業(yè)都逐步引入相關(guān)技術(shù)手段。電力行業(yè)作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，也在積極學(xué)習(xí)、引進(jìn)大數(shù)據(jù)技術(shù)，尤其是在配用電數(shù)據(jù)挖掘分析方面，能起到良好作用。配用電數(shù)據(jù)挖掘分析工作涉及多個(gè)方面，主要有社會(huì)經(jīng)濟(jì)、配電網(wǎng)規(guī)劃、運(yùn)行以及用電服務(wù)管理等。這項(xiàng)工作在政府決策、供電側(cè)以及用戶側(cè)等方面也有廣泛運(yùn)用，具有一定的指導(dǎo)意義。另外，配電網(wǎng)數(shù)據(jù)的挖掘?qū)收蠙z測(cè)、負(fù)荷預(yù)測(cè)以及停電管理等工作也起著關(guān)鍵作用。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠全面分析客戶的用電情況和服務(wù)反饋，科學(xué)管理需求側(cè)，從而為客戶提供更好的服務(wù)。還可以結(jié)合政府決策，全面分析社會(huì)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，并預(yù)測(cè)未來的發(fā)展趨勢(shì)，評(píng)估能源補(bǔ)貼、電價(jià)政策等，從而合理調(diào)整企業(yè)未來的發(fā)展規(guī)劃和戰(zhàn)略目標(biāo)。

五、智能電網(wǎng)及大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用過程中的問題

（一）隱私問題

通過智能電表能夠收集和分析有關(guān)家庭電能使用的詳細(xì)信息。例如，智能電表可以通過對(duì)能耗的監(jiān)控，知道客戶何時(shí)在家、何時(shí)做飯、何時(shí)看電視或是就寢等行為，進(jìn)而分析出客戶的生活模式。若是該類隱私信息泄露給某些商業(yè)公司的推銷部門，戶主可能面臨著被騷擾的風(fēng)險(xiǎn)?？傊蛻魧?duì)擁有此類隱私信息的商業(yè)組織（包括公用事業(yè)公司）會(huì)抱有不同程度的擔(dān)憂，進(jìn)而導(dǎo)致智能電表使用和普及受阻。且只有在獲得客戶同意的情況下，才能通過第三方向客戶提供新產(chǎn)品或服務(wù)，例如根據(jù)客戶的用電習(xí)慣向客戶提供動(dòng)態(tài)的消費(fèi)建議服務(wù)，在保障客戶用電舒適性的前提下，達(dá)到降低用電費(fèi)用的目的。

（二）網(wǎng)絡(luò)安全問題

一旦智能電網(wǎng)遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊可能會(huì)造成相當(dāng)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至危害公共安全和國家安全。由于分布式能源往往采取協(xié)調(diào)式的控制模式，針對(duì)關(guān)鍵電源控制設(shè)備的攻擊會(huì)同時(shí)產(chǎn)生級(jí)聯(lián)效應(yīng)，并最終導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。這樣的網(wǎng)絡(luò)攻擊不僅會(huì)損害智能電網(wǎng)中的各類設(shè)備，而且會(huì)對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)人員、各類用戶構(gòu)成巨大的人身安全危害。如今，電能早已成為了人類現(xiàn)代生活的最基本要素，從日常起居到工作都離不開電能，對(duì)智能電網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)攻擊，會(huì)直接影響到人們的正常生活。雖然至今為止，對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)攻擊非常少見，但每一次這種情況出現(xiàn)都會(huì)引起社會(huì)各界的極大關(guān)注。

六、解決措施

智能電網(wǎng)是未來發(fā)展的大勢(shì)所趨，其所使用的大數(shù)據(jù)技術(shù)更是不可或缺，而面對(duì)其帶來的各類問題，應(yīng)當(dāng)積極應(yīng)對(duì)，并從以下幾個(gè)方面進(jìn)行解決。

（一）建立智能電網(wǎng)倫理評(píng)價(jià)機(jī)制和從業(yè)人員教育機(jī)制

由于當(dāng)前對(duì)智能電網(wǎng)應(yīng)用中存在的倫理問題沒有明確的定義，無法對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)性的判別和評(píng)價(jià)，故要結(jié)合政府、高校和電力相關(guān)行業(yè)的專家，制定明確的評(píng)價(jià)機(jī)制，并設(shè)立相關(guān)監(jiān)管體系。此外，對(duì)于智能電網(wǎng)的相關(guān)從業(yè)人員、電氣工程專業(yè)的學(xué)生，要將倫理道德教育納入其日常的工作與學(xué)習(xí)，使其首先從思想上認(rèn)識(shí)到他們肩負(fù)的責(zé)任與義務(wù)。

（二）完善智能電網(wǎng)的安全性

針對(duì)智能電網(wǎng)可能遭受的網(wǎng)絡(luò)攻擊以及可能造成的環(huán)境問題，應(yīng)當(dāng)從科學(xué)技術(shù)角度入手，不斷加強(qiáng)智能電網(wǎng)的可靠性、安全性，避免網(wǎng)絡(luò)攻擊情況的發(fā)生。在新材料、新技術(shù)研發(fā)上下足功夫，使智能電網(wǎng)中的設(shè)備和技術(shù)，達(dá)到對(duì)環(huán)境友好、對(duì)人類健康無害的目標(biāo)。

七、結(jié)束語

大數(shù)據(jù)技術(shù)將智能電網(wǎng)的各個(gè)結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系起來，持續(xù)推動(dòng)電力系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化發(fā)展。其中，傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)與邊緣計(jì)算技術(shù)能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)提供穩(wěn)定的電力服務(wù)起到重要作用，實(shí)現(xiàn)了智能電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、及時(shí)調(diào)整與穩(wěn)定優(yōu)化。伴隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，其在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用越來越廣泛，智能電網(wǎng)也將朝向更加自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。