基于大數(shù)據(jù)的用電信息采集運維系統(tǒng)設(shè)計

郭雷崗 ，余寧 ，崔宗浩 ，李耀祖

（1.鄭州電力高等專科學(xué)校，河南鄭州，450001；2.中原工學(xué)院，河南鄭州，450003）

近年來,由于國家供電信息收集體系的大力推廣,全國供電信息收集規(guī)模日益壯大,數(shù)據(jù)深化運用能力不斷加強,系統(tǒng)的運營保障工作也隨之增加,但緊迫的運維工作要求和相對落后的運維力量不相匹配等問題也逐步凸現(xiàn)了出來。隨著中國科學(xué)技術(shù)能力的逐漸增強,國家信息化管理水平也在不斷提升,而大數(shù)據(jù)分析技術(shù)也是建立在計算機技術(shù)蓬勃發(fā)展的基石上而蓬勃發(fā)展出來的,近年來大數(shù)據(jù)分析技術(shù)已經(jīng)在許多應(yīng)用領(lǐng)域之中進行了廣泛應(yīng)用,并獲得了相應(yīng)的蓬勃發(fā)展。因此筆者也對大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在信息采集與運維服務(wù)領(lǐng)域中的運用策略作出了一些探討。

圖1 信息采集系統(tǒng)框圖

1 大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)又被叫做巨量數(shù)據(jù)甚至是大資料等,它是指利用人工或是電腦,利用適當?shù)目臻e資源和時間加以截取、管理并且進行處理和收集整理,作為給我們唯一一個可以被理解的各種表達方式的信息,這一類數(shù)據(jù)在醫(yī)學(xué)和商業(yè)模式的研發(fā)、疾病預(yù)警、交通運輸和科研等各個領(lǐng)域,例如在遺傳學(xué)、人類生物工程等方面都會起到巨大的推動力。一般來說,當人們遇到這些大數(shù)據(jù)時,很難直觀地了解這些數(shù)據(jù)間的關(guān)系,但盡管如此,通過利用與大數(shù)據(jù)分析的關(guān)聯(lián)研究技術(shù),我們能夠更加輕松地找到這些數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系,有助于對其中的相互關(guān)系進行深入研究。大數(shù)據(jù)有著規(guī)模大、增長速度快、表現(xiàn)形式多樣化、辨識難度和社會價值密度系數(shù)較低的優(yōu)勢,但只要進一步提高了數(shù)據(jù)的存儲效能和信息處理速率,才可以促進人們對大數(shù)據(jù)資源的綜合利用。為此,google、amazon和apache等大企業(yè),先后從產(chǎn)品研發(fā)中開始從現(xiàn)實應(yīng)用需求角度著手,提供了一整套基于大數(shù)據(jù)分析的相關(guān)檔案文件系統(tǒng)、計算框架、數(shù)據(jù)庫管理、機器人學(xué)習(xí)等應(yīng)用領(lǐng)域的熱點關(guān)鍵技術(shù)。

在當前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析科技的進步與發(fā)展過程中,人們對即時運算的需求在不斷持續(xù)地提高,造成對分布式內(nèi)存的計算問題也就慢慢地變成了熱點話題,而怎樣實現(xiàn)可以同時地進行對海量數(shù)據(jù)的分類與即時運算,以及怎樣逐步地提高對分布式離線審核批處理的速度,也就慢慢地變成了當前人們所關(guān)心的一項重要課題。固態(tài)硬盤等內(nèi)存設(shè)備的出現(xiàn)和發(fā)展,雖然大幅地提高了整個操作系統(tǒng)的內(nèi)存質(zhì)量和吞吐量,不過,硬盤的吞吐量卻仍然呈現(xiàn)了快速增長與緩慢態(tài)勢,因為只有真正做到了充分利用外部的存儲器設(shè)備和文件系統(tǒng)來取代傳統(tǒng)的硬盤設(shè)備,才真正可以有效地促進和提升整個系統(tǒng)的工作效能。為徹底解決這一問題,amplab公司自主開發(fā)了tachyon操作系統(tǒng),這種系統(tǒng)所使用的是一個有著良好的高容錯性和安全度的分布式多延遲內(nèi)存數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),其基本的設(shè)計目標正是為適應(yīng)目前對”低延遲”的數(shù)據(jù)處理需求。Tachyon可以從緩存文件的存儲器中自動實現(xiàn)對緩存文件的管理,同時也可以實現(xiàn)將文件以訪問存儲器的最高速度進行共享,其吞吐量可以是HDFS的一百多倍。Tachyon架構(gòu)底層分布式內(nèi)存與上面的計算相比的中間件,可以把不需保存在DFS中的文檔直接存入分布式內(nèi)存檔案體系中,以提升數(shù)據(jù)處理效能、降低內(nèi)存冗余和垃圾處理時間等。

2 采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

目前的用電信息收集體系以時效為主要分類準則,將信息內(nèi)容分成如下三種:1類數(shù)據(jù)信息實時數(shù)據(jù)信息不具備的時限序列信息屬性,一般只根據(jù)其及時發(fā)布而很少查閱,但由于信息量巨大,其一般僅存在約十五分鐘的時限實效內(nèi),總加數(shù)、測量個數(shù)、終端數(shù)量等為其主要表現(xiàn)形式,在信息內(nèi)容保存的過程中應(yīng)針對與其不同的物理對象,選用與其相對應(yīng)的信息內(nèi)容存儲表;二類資料數(shù)據(jù)其主要表示用電戶在過去一段時間里的供電數(shù)據(jù)信息,為預(yù)付費管理、供電狀況統(tǒng)計分析等工作提供了數(shù)據(jù)支撐,它和l類資料數(shù)據(jù)的不同具有時間序列屬性,而且更新數(shù)量少而信息內(nèi)容多,從十五分鐘至一小時,甚至1日、每月等均可以按照實際需求作為周期,因此在儲存的過程中也可針對不同的物理對象,選用不同的儲存表;另外三類資料數(shù)據(jù)中還有參量遺漏或改變、供電回路變異、電能表的指示值存在誤差等情形,但因為其在各個時段的發(fā)生頻次、使用方法等均具有顯著不同,所以在儲存的過程中應(yīng)單獨分表,并將供電信號根據(jù)自身屬性加以分類,大大提高了信息采集系統(tǒng)的效率。

3 大數(shù)據(jù)分析在采集運維服務(wù)過程中的運用

■ 3.1 用電數(shù)據(jù)識別、估值

操作系統(tǒng)根據(jù)不同的消費者群體,可選擇不同的判斷準則組合,以獲得最佳的數(shù)據(jù)識別效率。操作系統(tǒng)根據(jù)配置準則組合內(nèi)的所有子準則,判斷篩選異常數(shù)據(jù)信息,以保證結(jié)果資料數(shù)據(jù)準確性。操作系統(tǒng)針對缺數(shù)、無法收集到的數(shù)據(jù)信息,采用一系列的估值原則,以得出最合理的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)修復(fù)具有自動學(xué)習(xí)功能,可以自動匹配最貼近現(xiàn)實狀況的統(tǒng)計實現(xiàn)數(shù)值修復(fù)。例如,如果在信息采集流程中,出現(xiàn)了某個時間段缺數(shù),最常用的修復(fù)統(tǒng)計方法就是直線修復(fù)。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)所提出的大數(shù)據(jù)引擎科技,會按照預(yù)設(shè)的規(guī)律找出最貼近缺數(shù)期間的用電數(shù)據(jù)信息,再選擇缺數(shù)時期的數(shù)據(jù)信息加以統(tǒng)計修復(fù),讓數(shù)據(jù)信息更符合實際狀況。

圖2 在線監(jiān)測系統(tǒng)框圖

■ 3.2 可疑的偷電行動數(shù)據(jù)分析

識別偷電行動是繁瑣的分析流程。使用者可以依據(jù)生產(chǎn)狀況,隨意提高或降低供電負荷。但如何從變化的電力數(shù)據(jù)分析中篩查出具有疑似竊電行為的使用者,就必須利用從各種事物、營銷信息系統(tǒng)中收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)開展多維度統(tǒng)計分析,并形成了漏斗式識別模式,以最后篩選出疑似竊電名單,并根據(jù)可疑嚴重程度排名,以引導(dǎo)電力稽查。而除了自動識別竊電情況之外,系統(tǒng)還綜合顯示了使用者的供電狀況、斷電事故、停電修復(fù)事故和電表編程參數(shù)的變化事故等歷史數(shù)據(jù),以方便于采用人工方法確定使用者是否具有竊電情況。

■ 3.3 判定依據(jù)

其一,電力非正常管理系統(tǒng)能按定時每天/每周完成用戶電力非正常數(shù)據(jù)分析。電量分析的統(tǒng)計包括本日(月)與上日(月)用電量的比較。當變動范圍達到一定閥值時,得出用戶電力非正常列表。用電量的變化閥值可由使用者按照實際狀況加以選擇。其二,失壓、失流等報警事故針對使用測量裝置的報警事故,如失壓、失流和計量閥門開啟等非正常事故,依據(jù)測量裝置的負載統(tǒng)計加以處理,得出正確的電力非正常列表。其三,線損異常針對10kV饋電線損、臺區(qū)線損中線損等非正常的數(shù)量經(jīng)過處理,得出了對線損非正常危害最大的表計,將其標記為供電非正常列表。

■ 3.4 用戶供電裝置負載分類

通過數(shù)據(jù)分析使用者的負載狀況,篩選超載的線路、變壓器設(shè)備及其接近超載的該線和變壓器設(shè)備,為線路和使用者擴容提出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析;并按超載的頻次、超載的容量等級,給出按技改優(yōu)先順序的人員名單;控制系統(tǒng)能夠從宏觀經(jīng)濟(總體)和微觀(單臺變壓器)兩方面,給出對變壓器設(shè)備負荷狀況的分析數(shù)據(jù)。使用范圍:通過對供電裝置負荷率的統(tǒng)計趨勢分析,為用戶提出用電意見;對供電裝置負荷異常大的應(yīng)用給出告警消息,以及時引起使用者重視;對長時間超負荷工作的裝置,進行風(fēng)險提醒。

■ 3.5 用戶供電特點分析方法

根據(jù)調(diào)查分析用戶的用總功率、用電負擔、用戶業(yè)務(wù)、供電特性、峰谷供電比、最高需量和功率因數(shù)等統(tǒng)計資料,構(gòu)建用戶用電信息模式,并提出電力情況改進方法,以指導(dǎo)其科學(xué)合理供電、科學(xué)合理供電、經(jīng)濟供電。根據(jù)用戶的供電特點,能夠為用戶供電趨勢統(tǒng)計分析提出數(shù)據(jù)支撐。此外,還進行對用戶供電特點財務(wù)數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計與分析,為政府部門以及地方主管部門提出了不同的供電報告。

4 大數(shù)據(jù)分析在采集運維業(yè)務(wù)中的應(yīng)用案例

■ 4.1 案例解析1

某臺區(qū)內(nèi)日均線損長期保持在百分之三以下,但某一天主站工作人員發(fā)覺當日臺區(qū)內(nèi)線損突然達到百分之八以上,經(jīng)進行系統(tǒng)檢查及數(shù)據(jù)分析比較,發(fā)覺該臺區(qū)內(nèi)每天平均售電量基本保持在五百千瓦時,僅在七日,平均售電量突然上升至五百千瓦時,但用戶的用電能卻并未出現(xiàn)明顯增加,最初疑似出現(xiàn)竊電情形。后現(xiàn)場人員運維師與用檢中心工作人員共同排查臺區(qū)內(nèi),后在某用戶電能表前曾發(fā)生繞越表計計量范圍的電力狀況,隨后拍照取證并經(jīng)使用者簽名承認后,對使用者實施了查處,并在當場實施了線路修復(fù)工作。恢復(fù)后次臺區(qū)內(nèi)線損又回歸日正常值范圍。根據(jù)用電信號收集管理系統(tǒng)中臺區(qū)線損解析模塊實現(xiàn)對所收集數(shù)據(jù)信息的解析,很大程度方便了基層單元監(jiān)管臺區(qū)線損的管理工作,也為對臺區(qū)基礎(chǔ)信號的處理工作提供了準確的校驗平臺。

■ 4.2 案例解析2

某用戶在夏季的某有序供電工作進行期間,供電負載達到了有序供電合同中約定的最大允許負載一千千瓦小時以上,因考慮到使用者的生產(chǎn)狀況實際供電部門已經(jīng)通過電話告知,需要在十五分鐘內(nèi)將負載壓降到一千千瓦小時以內(nèi),但使用者卻在時間內(nèi)仍未能丌展負載的壓降工作,繼續(xù)過點供電,經(jīng)最后一次電話協(xié)調(diào)仍未能壓減負載,因此主站工作人員在經(jīng)調(diào)度同意情形下,通過有序供電的遠程跳閘功能對該使用者的一路開關(guān)進行了重合閘處理,共壓降負載為5001000KWh,從而使得超載線路的負載迅速下降,從而確保了有序供電工作的順利開展。我們還能夠根據(jù)用戶的季節(jié)性供電狀況,總結(jié)收集了系統(tǒng)負荷數(shù)據(jù),并制定了有序供電工作的實施方案,從而保證了有序供電工作實施。

■ 4.3 案例解析3

某用戶是高供高計、三相三線臨時變用,主站工作人員某進行終端控制系統(tǒng)巡査時發(fā)覺某用戶的A相電流數(shù)據(jù)信息不足,經(jīng)過現(xiàn)場檢測后查明是A相燒毀。經(jīng)系統(tǒng)檢查后發(fā)現(xiàn)用戶失壓46326分鐘,約三十三天。

5 結(jié)語

隨著計算機技術(shù)的進展和電力采集系統(tǒng)的逐漸普及,電網(wǎng)數(shù)據(jù)資源將在信息量、獲取數(shù)據(jù)的時效性、有效性等方面更加完備和增強,而大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的特點將獲得更加的突出。電力企業(yè)充分的關(guān)注大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在采管理運維中的運用,通過對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加以分類、整理,建立信息資源共享平臺,以增強大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的實用價值。在電力信息收集管理系統(tǒng)中的管理運維服務(wù)中應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù),就可以對所收集的信息加以深度挖掘和統(tǒng)計分析、管理,將采管理運維管理工作由粗放式管理逐步地向集約化管理和精益化方向加以轉(zhuǎn)化,以提升管理運維業(yè)務(wù)水平和效率。