電力通信大數據實時共享方法應用

國網安徽省電力有限公司安慶供電公司互聯網辦 羅濤 邵云蛟 吳昊

“互聯網+”時代電力行業新的發展要求，建設與發展智能電網刻不容緩，基于計算機技術，探索電力通信大數據平臺的建設，實現電網大數據的共享與應用將顯著提升電網的運行和管理質量。本文簡要探討了電網大數據平臺的雙環骨架結構、SOA構架的原理及構建情況，并結合國外案例對實現電網大數據共享的利好進行了說明，以期為我們的電力通訊大數據平臺建設及共享方法提供參考。

“互聯網+”時代的到來，信息化和大數據成為推動行業發展主流，電力產業作為基礎產業必然跟進時代發展需求，才能更好地承擔支撐國民經濟和社會發展及民生服務的重任。在電力產業中，電力通信承擔著電力設備維護和電能資源的調度重任，運用大數據，構建電網通信的拓撲結構，可以實現實時的大數據共享，更可以實現點對面、點對點的電網運行動態管理，從而高效地解決電網運行中出現的問題。從某種意義上來講，有了大數據的實時共享，電網的運行能力和運行水平會提升到一個顯著的高度，這也是電網工作者和電力研究者必須重視和持續關注的問題。

1 電力通信大數據平臺的需求和建設原則

1.1 電力大數據的應用需求

當前，電力行業的高度集約化和經濟化趨勢愈發明顯，電網的信息化程度越來越高，因此，如何充分發揮電力大數據的潛力，利用大數據保證電網的穩定運營成為電力行業和電力企業重要的研究課題。電力系統的數據一般包括電力流、業務流和失效流，這些都是電力系統的重要組成部分，因此要在實際的業務中對這些數據進行深入的發掘，以便為電力公司的發展提供準確的決策支持。電網大數據的系統結構包含了多個部分，其中包括：數據采集、MIS、電能計量、存儲、大數據處理、數據檢測、預測數據等。

在電網系統中，可以通過在獨立的子網中運用大數據來提高電網管理的效率，而將它用于電力系統的在線狀態、在線診斷等方面，還可以將大數據系統其他的電力管理系統相結合，例如：將TMRS、MIs等集成到電力系統中，將這些系統結合起來，形成一個龐大的數據收集系統。

1.2 電力通信大數據平臺的構建原則

電力通信大數據平臺的設計思路主要從主體、載體兩個方面去考慮，電力大數據共享系統應該是由國家電網和各大電網公司共同承擔的，從而實現對各電力大數據進行分級、統一的控制。各省、單位、業務部門的基本要素結合起來，開展有針對性地、模塊化地電力運行數據匯總和整理，并訂立開源的數據共享協議和規則。電力大數據共享的載體是現有的電力網絡通信設備和在此基礎上搭建起共享網絡拓撲，引入大數據共享的目的，是為了增強電網現有的智能化水平和大數據的承載能力，將載體中分散的數據匯總起來，將相對獨立、網絡化水平參差不齊的基層電網和數據中心進行整合和聯網，實現在統一的網絡協議、網絡結構和網絡規范內的統一監控和調配，有效地解決對電網設備監控不能覆蓋和電網運行問題不能及時獲知并解決的問題，降低電網管控的延遲性，通過對大數據的分析，在電網的整體功能和服務上，實現國家電網對地方電網和基層電網的高效管控。

2 基于雙環骨架結構大數據共享平臺構建

2.1 實現電網分層的網格化

根據不同層次的輸電線路和下線的負載進行劃分，對其進行柵格劃分，便于實現電網的精細調度。網絡分級網格化過程按從低到高的順序進行，先從基礎資料入手，將電力系統的主體、性質、控制方案、負荷類型、特征及歷史紀錄、與主體有關的配網設備、網架結構、用電結構的發展趨勢四大類；然后，對基層的微網進行規劃，將其整合為分區，主要考慮電網建設的持續性、用電結構的互補性，將一般性分區合并，便于集中調節。

2.2 單元設備節點的設置

在對電力系統進行分級、柵格的基礎上，建立了分區設備節點，其中包含了各個層次的輸配電路由設備、分布式發電設備、存儲設備、智能終端設備以及直供電節點。節點的有關參數是根據給定的比率來設置的，其中包含了電網分層數、分區數、路由節點以及儲能容量參數和配比?；谠撃Ｐ停瑢⒏鞯貐^電網劃分為實體節點，并依據各單元的數目及相關的參數，分別產生對應的能量存儲與發電結點。

2.3 網絡骨干的生成

電網大數據通信網絡的構架，一般以可靠性和持續性為主，也就是要保持電網的穩定，盡可能地降低數據波動。由此，我們將大數據通信網絡的構架設計成互聯水平比較高的雙環骨架結構，中間層采用分層環網結構連接，將各路由結點按層內分區、區內成環的原理聯結成環，在節點成環的情況下，按照電網的供電級別需求，組網模式采用節點與上級同級相連的模式。關于雙環骨架設計，要遵循一定的條件，我們可以用相應的條件公式來表達：

（

L

即電力互聯網分層數；

p

即各層網絡分區；

e

（

n

，

n

）即節點無向邊；

n

、

n

即內環和外環節點數，

N

即路由節點集合）

2.4 網格特征

柵格特性是反映電網連接和集聚的重要指標，它是電網通信的基本特性。在通信網絡中，由于網絡的網絡具有較多的連通狀況，因此必須計算網絡的直徑、平均距離、群集等相關的參數。通過網絡直徑公式、平均距離公式、節點系數公時，計算最短路徑長度、網絡的離散程度以及節點聚焦系數。該方法是建立電力通信的拓撲結構，提高電力通信的中心化和動態的分配能力，使現有的電力通訊的數據特性得到最大的結合。

2.5 拓撲結構相關研究成果

目前對電力通信大數據平臺拓撲結構的研究，都基于互聯網的特征，這具有非常好的實踐價值和意義。雖然相關研究和本文所闡述的結構有一定差異，但從構架的思路上并沒有太大的區別，一種面向能源互聯網的電力系統分層環網規劃方法與流程這一發明專利，就運用互聯網技術理念，打造了一種分層大數據平臺構架如圖1所示。

圖1 一種面向能源互聯網的電力系統分層環網規劃方法與流程Fig.1 A hierarchical ring network planning method and process of power system for energy Internet

3 基于異構數據集成理念的大數據共享平臺構建

3.1 異構數據集成技術發端的背景

隨著電網公司的信息化進程的加速，各級電力部門陸續對原有的數據系統進行了升級更新，出現了不同類型、不同構架的大數據系統。然而，各地的電網公司，由于各自的要求，開發的系統性能、數據存儲格式、編碼格式、系統結構等方面都有很大的差別，這就造成了電網大數據系統無法真正實現共享，國家電網很難精準地獲取和監控地方電網的運行大數據，給電網的綜合管理和電能的統一調配造成了很大的困擾，在國家提倡可持續發展，特別是能源產業轉型升級，實現高質量發展的新形勢下，這種信息的不均衡和大數據壁壘必須盡早打破。

根據電網通信的構架和數據特征，數據的產生一般有三種，即結構化、半結構化和非結構化。數據類型的不同，是由數據池的特征決定的，結構化的數據，一般特征為固定字段的集合存放，數據類型以二維表的形式體現出來，非常直觀，是最便于統計的一類數據，這類數據一般數量不多，且增速較慢。半結構化數據，一般采用標簽的形式或者其他專屬標記，是特定電網輸配電情況和硬件情況發生變化所產生的數據，通常數量較少，且增速較慢，數據內容以SCL、CLM和XML這三大類。非結構化數據，就是在電網運管系統和通信系統監控運行邏輯之外，用現有的數據庫邏輯很難表達的大量數據，這類數據的產生量非常大，且容易出現數據風暴，且數據的增速非?？?，一般為常見的故障錄波、實時監控的數據、圖像、視頻等，還包括CIM數據。在不同的電網通信系統中，通常后兩者，也就是半結構和結構化的數據應用較多，也是亟需實現高效共享的數據。

3.2 異構數據集成理念的相關構架

對于異構數據集成技術的探索，目前比較成型的技術構架是SOA構架，這種構架采用組件式結構，運用分布式粗粒度的方式進行數據整合，其基礎服務具有粗粒度和松耦合的特征，由于其組件的特性，可以實現各種功能的組合，可以匹配不同對象，標準的數據通信接口，可以廣泛地實現不同公司、不同數據平臺之間的集成異構。SOA構架，基于WebService交互協議，可以將電網數據進行集中封裝，而后利用API技術，實現數據的便捷調用。在平臺運行過程中，根據數據處理的需求，將數據處理分為數據層、交換層、集成層和訂閱層等。數據層的主要功能是對數據和功率模式進行數據的分析，然后進行數據的初步處理，數據交換級的功能是將數據進行XML的數據處理，然后在數據的結點上進行數據的轉化。集成層由三大核心組成，將各體系的數據標準化，使使用者能夠按照自身需要進行相應的調用。同時，ODS系統也具有存儲、調用和備份的能力，而用戶層主要作用是維護、登錄、查詢和數據的管理。

4 國外電力通信網絡共享案例

美國的電力工業和大數據發展水平非常高，我們以OpenEI（http：//en.openei.org）這一個美國民間團體所建立大數據分享平臺為例，簡要說明大數據共享的應用意義。OpenEI可以為各團體及團體分享與能源有關的資料，使得用戶可以下載、分析及建模。該數據分享系統中的資料非常豐富，電力方面的數據主要是以24h電力負載數據為主要內容。

OpenEI的數據集按照建筑模塊劃分，分為民宅、商業建筑、定制戶型三種。其中商業建筑分為大型辦公室、超市、小旅店、快餐店、倉庫等16個類別。數據的采樣間隔是1個小時，一年365天不間斷，為平臺用戶提供約8800條數據，并以國家-州-城市的格式命名并統一匯總，每一張Excel表都有一種不同的建筑物在一年內的負載，而在50個州中，937個不同城市的電能使用情況數據，非常方便用戶訂閱和搜尋。數據集的屬性按照，商業建筑的耗電數據、民宅的耗電數據、進行詳細地劃分，提供全天24h的不間斷監控，二者的區別是，對比監控的數據類型有所區別。數據類型以結構性數據的報表為主。在生成的數據層面，OpenEI平臺做到了詳細的分層，從建筑特性出發，將民宅劃分為基準負荷、高負荷、低負荷這幾個層次，根據房屋的建筑面積與室內空間的配比來定義負荷等級，明晰準確。居民可以依據自己住房的房型和用電設施，對能源使用的指標進行評價，并參考相關的統計資料，進行合理的用電布局，從而達到節省用電費用的目的。基于這些基礎數據模型，通過OpenEI還能夠實現不同類型商業建筑的能耗數據對比，細分不同行業的負荷能力和電能的主要流向，分析和研判公司的用電行為，包括對未來的用電情況進行準確地分析。通過不同州和城市的綜合能耗數據，擴展到環境對能耗的影響，為電力部門的供電計劃提供支持，也為梯級電價和季節電價的制訂提供了參考。

5 結語

本文主要探討了電力通訊中大數據實時分享技術，及不同的技術理念下實現電力通信大數據共享方法的若干理論和實踐。從實際情況來講，我國電力通訊大數據實時分享技術仍受到現實的數據資源和技術水平的制約，數據的訪問和存儲方式設計、資源分配策略、多種類型的數據分配策略以及在各種計算架構下的數據交換與分享等方面有待于進一步深化和改進。