智能電網及大數據技術應用過程中的問題探討

唐占發 李芝平 甘肅省白銀市國網白銀供電公司

一、引言

社會以及經濟的不斷發展必然帶來全社會用電量的迅速增加，這不僅考驗著電網運行的安全性和可靠性，亦對其運行效率和智能水平提出了較高要求。智能電網作為未來電力行業主流發展方向，對其進行研究十分必要。智能電網通過將各類技術進行整合及應用，在實現信息和電能從輸電到用電環節雙向流動的同時，提升電力系統的運行效率以及電網運行的經濟性和穩定性。通過大數據技術實施的全景實時數據采集、傳輸和存儲，以及累積的海量多源數據快速分析等功能，是保障智能電網運行的關鍵。

二、電網大數據的基本特性

大數據是一個龐大而復雜的數據集，具有不同的數據結構，如：非結構化、半結構化和結構化等等，不能在給定的時間內用傳統方法進行處理、存儲、管理和分析。電網大數據具有4項基本特性，分別是：規模性（Volume）、多樣性（Variety）、高速性（Velocity）以及有價值性（Value），又稱為4V特性。

（1）規模性：隨著電力系統規模的不斷擴大，在發電、變電、輸電、配電和用電等各個環節產生大量信息數據，將使得電網存儲數據容量的級別逐步從PB向EP飛躍。（2）多樣性：隨著電力系統信息化建設的飛速發展，相比于傳統電力系統的單一化信息數據，電網大數據結構及其表現形式開始變得多樣化，如：視頻、文本、圖像等。（3）高速性：由于電力系統大數據流存在實時性、易失性、無序性等基本特性，且數據之間的關聯性錯綜復雜。因此，需要對電力系統生產、運行期間所產生的數據做出高效處理，以滿足電網對電力調度、負荷預測以及故障診斷等問題的快速性要求。（4）價值大密度低：在海量的監測或檢測的數據中隱含著大量的信息。對其進行挖掘分析可以提供給生產、運行、管理、用戶等有價值的信息。這些數據不僅僅反映電力行業內部的信息，而且關系到整個經濟社會的情況，對國家的經濟宏觀調控、資源的合理利用、減少污染。大數據中隱藏著巨大經濟以及社會價值。

三、智能電網中大數據關鍵技術

（一）傳感器

大數據技術中的智能傳感器是其獲取外界信息的關鍵途徑。相對于傳統傳感器來說，智能傳感器的可靠性強、精度相對較高，且適應能力水平較高。在智能電網中小微傳感器的應用最為廣泛，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。在大數據中的感知層中應用小微智能傳感器能夠在智能電網中完成海量數據的測量與收集。其作為智能電網中透明電網的重要基礎單元，當前還存在電壓測量難度大、功率較大等情況。除了小微智能傳感器外，無線傳感網絡在智能電網中的應用也十分普及。在智能電網中無線傳感器已經逐漸開始被用于收集數據，如進行智能自動抄表、遠程系統監控等。

（二）通信技術

第一，寬帶載波通信技術。寬帶載波通信技術是一種通信編碼技術，其相對于窄帶載波技術而言抗干擾能力強，速率較高，通信延時少，能夠為智能電網提供更好的服務。且寬帶載波通信技術能夠為智能電網運作時需要進行的信息采集提供安全穩定的信息渠道。將寬帶載波通信技術應用于智能電網的合適區域能夠滿足智能配電系統中大量數據的傳輸需求，提升通信效率。第二，5G通信技術。5G通信技術是大數據的關鍵技術之一，其傳輸速率較高、容量大、延時低，可以用于智能電網中電源發電情況的實時監測，提升電能的利用率。且能夠針對電纜的工作情況進行評估，以便及時發現安全隱患。5G通信技術的運用能夠實現無人機巡檢輸電線路，對智能電網運行過程進行圖片與視頻拍攝，提升巡檢的智能性與可靠性。第三，低功耗廣域大數據通信技術。低功耗廣域大數據通信技術可以針對M2M通信場景進行優化，以星型網絡進行覆蓋，單節點最大覆蓋范圍高達100 km。低功耗廣域大數據通信技術覆蓋范圍廣、功耗低、寬帶低。且在應用中網絡配置較為靈活，能夠支持定位服務與移動對象，且抗干擾能力理想。低功耗廣域大數據通信技術在智能電網中可以用于電氣設備溫度監測、配電故障指示等。

（三）云計算技術

云計算技術擁有強大的互聯網傳輸能力，且儲存容量大、計算能力強，在智能電網中改技術可以用于進行智能電網調度、智能電網數據分析等，對海量數據進行存儲與處理。第一，智能電網調度。伴隨著智能電網的完善，電網結構也愈加復雜，規模也不斷增加。為了對智能電網實現實時監控并合理調度，則需要利用大數據技術對電網運行數據進行采集、傳輸、分析。大數據技術中的云計算技術能夠以總線技術將分布于不同區域調度系統的功能，利用系統結構化進行高度整合，以打造實時、全面、準確的電網調度平臺，以存儲海量數據，完成智能電網調度。第二，智能電網數據分析。智能電網規模的擴大，伴隨而來的智能電表、傳感設備、信息系統等不同數據持續產生，最終形成海量數據。結合大數據技術中的云計算技術能夠實現對電網用戶、電力設備情況的數據分析。智能電網的數據分析能夠進一步強化電網的透明度，從而更好地調節、優化智能電網服務。

（四）邊緣計算技術

邊緣計算技術應用在智能電網中主要用于優化網絡延遲的情況，并提升任務的執行效率，以便快速響應用戶的請求。邊緣計算技術可以將控制轉移至邊緣，以完成對大數據中大數據的分析。如智能電網系統出現運行異常或出現故障，邊緣計算技術可以一改將海量信息傳輸到集中式系統的傳統形式，而是將其轉移至邊緣，從而提升數據處理能力。例如，當前配電網結構繁復，點多面廣，大多數解決策略是把所采集的圖片信息上傳到服務器中進行分析。但由于圖片傳輸量相對較大，且有價值的信息含量低，會占用網絡資源。利用邊緣計算技術則可以配備高能力的計算單元，通過建立模型來消除部分無用數據傳輸。邊緣計算技術憑借著數據分析效率高的特點尤其適宜開展數據分析與智能自動處理。

四、大數據技術在電力行業中的具體應用

（一）傳輸和存儲電力大數據

隨著我國智能電網的快速發展，電力系統所有環節的數據都會被記錄下來，這就需要有更強大的數據傳輸和存儲功能。同時，隨著電力系統的不斷運轉，會產生越來越多的數據，使系統承受較大的負擔，如果不及時采取有效措施，會限制智能化的良好發展。通過合理應用大數據技術可以很好地解決這類問題，滿足電力系統大數據的需求。目前，分布式文件系統在電力企業中的應用比較廣泛，便于儲存更多的數據。另外，大數據技術能夠隨時采集電力系統的運行數據，可以滿足電力系統對實時性的要求，并且利用流式傳輸還可以及時分析數據，讓工作人員能夠掌握相關信息。還可按照電力系統的性能與數據特征分別進行儲存，利用數據庫系統還能夠及時處理具有高標準要求的數據。利用數據倉庫能夠處理一般數據。工作人員在處理歷史數據和非結構性數據時，可以采用分布式文件系統。此外，電力行業中存在許多復雜的數據，合理利用大數據技術能夠將其轉換成方便分析和儲存的數據。這樣一來，可以為工作人員提供有效的參考數據，大大提高工作效率。同時，可以通過數據倉庫進行管理，并逐步建立信息化管理系統，實現數據共享，充分發揮出電力數據的巨大作用，還能增加企業的核心競爭力。

（二）評估電力設備狀態

為了確保電力系統穩定運轉，一定要重點關注相關設備，使其能夠正常運行。在實際工作中要考核評估電力設備的狀態，根據結果了解設備的情況，從而及時發現并解決問題，提高各生產運營環節的穩定性。在電力行業發展中電力設備狀態檢修非常重要。目前，電力設備狀態評估通常涉及評估方法、故障診斷專家系統、設備狀態評價等。在開展設備狀態評估工作時要合理應用時序挖掘、聚類算法、分類算法等大數據技術，通過深入分析設備的歷史數據，找出不同狀態參數間的關系，結合采集的設備運行數據，關聯分析電力設備，從而做出準確的評價，為后續工作的開展提供指導作用。

（三）配用電需求分析

目前，電力行業在不斷推進智能電網業務，利用數據融合等形式來支撐配用電業務，可以大大提高工作效率，更好地完成配用電數據挖掘工作。電力企業要想提高核心競爭力，就要提高管理質量，實行精細化管理，并結合電力系統的運行和大數據融合等，改進和完善各項決策方案。隨著大數據技術的不斷成熟，許多行業都逐步引入相關技術手段。電力行業作為社會經濟的重要組成部分，也在積極學習、引進大數據技術，尤其是在配用電數據挖掘分析方面，能起到良好作用。配用電數據挖掘分析工作涉及多個方面，主要有社會經濟、配電網規劃、運行以及用電服務管理等。這項工作在政府決策、供電側以及用戶側等方面也有廣泛運用，具有一定的指導意義。另外，配電網數據的挖掘對故障檢測、負荷預測以及停電管理等工作也起著關鍵作用。利用大數據技術能夠全面分析客戶的用電情況和服務反饋，科學管理需求側，從而為客戶提供更好的服務。還可以結合政府決策，全面分析社會經濟形勢，并預測未來的發展趨勢，評估能源補貼、電價政策等，從而合理調整企業未來的發展規劃和戰略目標。

五、智能電網及大數據技術應用過程中的問題

（一）隱私問題

通過智能電表能夠收集和分析有關家庭電能使用的詳細信息。例如，智能電表可以通過對能耗的監控，知道客戶何時在家、何時做飯、何時看電視或是就寢等行為，進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公司的推銷部門，戶主可能面臨著被騷擾的風險。總之，客戶對擁有此類隱私信息的商業組織（包括公用事業公司）會抱有不同程度的擔憂，進而導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品或服務，例如根據客戶的用電習慣向客戶提供動態的消費建議服務，在保障客戶用電舒適性的前提下，達到降低用電費用的目的。

（二）網絡安全問題

一旦智能電網遭受網絡攻擊可能會造成相當嚴重的經濟損失，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調式的控制模式，針對關鍵電源控制設備的攻擊會同時產生級聯效應，并最終導致系統崩潰。這樣的網絡攻擊不僅會損害智能電網中的各類設備，而且會對電網的運行維護人員、各類用戶構成巨大的人身安全危害。如今，電能早已成為了人類現代生活的最基本要素，從日常起居到工作都離不開電能，對智能電網進行網絡攻擊，會直接影響到人們的正常生活。雖然至今為止，對電力網絡進行的網絡攻擊非常少見，但每一次這種情況出現都會引起社會各界的極大關注。

六、解決措施

智能電網是未來發展的大勢所趨，其所使用的大數據技術更是不可或缺，而面對其帶來的各類問題，應當積極應對，并從以下幾個方面進行解決。

（一）建立智能電網倫理評價機制和從業人員教育機制

由于當前對智能電網應用中存在的倫理問題沒有明確的定義，無法對其進行系統性的判別和評價，故要結合政府、高校和電力相關行業的專家，制定明確的評價機制，并設立相關監管體系。此外，對于智能電網的相關從業人員、電氣工程專業的學生，要將倫理道德教育納入其日常的工作與學習，使其首先從思想上認識到他們肩負的責任與義務。

（二）完善智能電網的安全性

針對智能電網可能遭受的網絡攻擊以及可能造成的環境問題，應當從科學技術角度入手，不斷加強智能電網的可靠性、安全性，避免網絡攻擊情況的發生。在新材料、新技術研發上下足功夫，使智能電網中的設備和技術，達到對環境友好、對人類健康無害的目標。

七、結束語

大數據技術將智能電網的各個結構緊密聯系起來，持續推動電力系統的智能化、自動化發展。其中，傳感器技術、通信技術、云計算技術與邊緣計算技術能夠為智能電網提供穩定的電力服務起到重要作用，實現了智能電網的實時監控、及時調整與穩定優化。伴隨著大數據技術的持續發展，其在智能電網中的應用越來越廣泛，智能電網也將朝向更加自動化、智能化的方向發展。