浅谈大数据技术在电力系统中的应用

王子锋

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定201801

摘要：大数据作为技术概念逐渐得到了的认可和重视。因智能电网和能源互联网的快速发展,在技术应用、服务模式和发展理念方面,传统电力系统均发生了很大的变化。电力网络设备和用电设备普遍分散化、小型化和智能化特征,使得电力系统运行和控制信息均呈现出快速增长趋势。而承载这些信息的数据量也将呈现出指数型增长,并凸显出大数据特征。在此背景下,本文在概述大数据和电力大数据的基础上,分析了大数据技术在电力系统中的应用,并探讨了大数据技术给电力行业带来的挑战。

关键词：大数据技术；电力系统；应用；挑战

0 引言

因电力系统规模的不断扩大,可再生能源发电渗透率的增强和电动汽车的快速发展,能量和信息之间的双向流通的智能电网开始出现。国家电网与南方电网公司等在智能电网、网络安全、用电能效等不同领域方面的大数据研究,进一步推动了大数据技术的发展。与此同时,外国针对智能电网大数据方面的研究也呈现出增多的趋势。大数据技术在电力系统中的应用,通过对用户的用电行为进行分析,可以更好的帮助消费者来调整自身的用电行为,通过对电力使用情况进行规划,进一步提升资源的利用效率。

1 大数据概述

1.1 大数据定义

大数据又被人们称之为巨量资料,主要是涉及到了庞大的数据资料规模,很难在合理的时间内通过当前的主流软件工具对其进行掘取、管理、处理并整理成帮助企业经营者决策的信息。大数据具有四方面的特征:大量、多样、高速、价值,并简称“4V”特点。

1.2 大数据技术简介

现阶段,在对大数据进行处理的过程中,较为流行的计算架构是Apache基金会所开发的Hadoop分布式系统基础架构。用户在对分布式底层细节不了解的情况下,可以对分布式程序进行开发。在高速运算和储存的过程中则是对集群的能力进行了充分利用。其中HDFS和MapReduce是Hadoop架构的核心组件,且还有其他的组件存在于Hadoop生态圈内,这里重点介绍一些重要的组件。

2 电力大数据概述

2.1 电力大数据特征

通常情况下,电力大数据主要是指在电力行业中发电、输电、配 电、变电、用电、售电、调度不同环节中产生数据信息的总称。电力大数据包含了大数据的所有特征,包括数量庞大、数据类型多、处理速度快、数据准确、数据价值五方面的特征[1]。

2.2 电力大数据技术

2.2.1 电力大数据存储

因电力大数据存储量的增加,非结构化数据的存储和在低廉硬件设备上部署存储方案将是当前面临的两个问题。Hadoop大数据架构的出现,有效弥补了大数据时代数据存储和计算方面的不足。Hadoop生态系统中的Hive组件则能实现电力大数据结构化数据的存储。

2.2.2 电力大数据计算和可视化

借助于Hadoop中的MapReduce计算框架和Spark分布式计算框架可对大数据进行分布式计算,数据挖掘技术主要对大量数据进行分析,找出数据分布规律,步骤主要有数据准备、规律寻找和表示三个。可视化方法现已被证明是解决大规模数据分析较为有效的方法,并在实践过程中得到了广泛应用。通过可视化方法,借助于相关的算法可以将数据以图片的方式展现出来,可快速实现数据的观察和定性定量分析。

3 大数据技术在电力系统中的应用

3.1 在谐波治理中的应用

大数据技术的进步和完善在很大程度上促进了电力大数据的发展,并在电网故障诊断、电力风险评估等方面得到了广泛应用,为确保电力系统安全、稳定的运行提供了强有力保障。

3.2 在电力规划中的应用

因电力行业的快速发展,在电力行业中发电、输电、配电、变电、用电、售电、调度不同环节中产生了大量的TB级数据,能否对数据进行及时采集、分析和处理对电力行业提出了更高的要求。因此,应将大数据技术引入到电力规划中,进而实现空间负荷、用电量的预测及关联分析多项指标。

3.3 在 决策中的应用

作为承载能源和用能两大主体的载体,电网同很多因素相关联。电网企业可以为了解社会各个行业的发展状况、产业结构布局、未来经济发展等的预测提供数据支撑。

4 大数据技术给电力行业带来的挑战

4.1 数据质量方面的挑战

收集海量的信息数据是大数据技术的先决条件。结合当前电力系统实际,不难发现自动化设备还没有完全在整个电网范围内实现普及,部分老旧的厂站和线路上布设的相关电气设备还没有自动化功能,相关人员很难短时间来采集信息,此时的数据分析准确性和实时性不能得到保证,会在很大程度上影响电力大数据技术的应用。

4.2 数据分析与处理方面的挑战

当前,电力行业中涵盖的数据量较为庞大,相较于外国发达国家,我国在对数据进行分析和处理时的能力还较为薄弱,大都处于数据的录入和查询等较低的级别,很难深入挖掘数据潜在的价值信息。

5 安科瑞变电所电力运维云平台

5.1概述

按照国家电网公司的统计，10kV及以上供电电压等级的工商业用户有200万户以上，此类“用户侧变配电所”产权归电力用户所有（工商企业、住宅小区、学校、医院等），虽然数量众多，但是日常的运行维护工作比较传统，普遍存在以下痛点：

人工成本高：人工巡视、纸质记录、电话沟通，缺乏智能化的手段

　　工作效率低：巡视频率低、巡检任务无法定位、巡检过程不标准规范、巡检缺陷缺乏闭环跟踪；

　　安全隐患：有些用电单位无维护电工、无法即时排查电气隐患、隐蔽工程隐患检查难等难题；

抢修时间长：变电所设备种类较多，在分布上也比较分散，无法即时识别和定位故障信息，需要用户通知后到现场确认；

运行大数据缺少分析：有些用户未有数据汇总分析平台，甚至未安装电力仪表导致运维人员对现场电力参数信息不了解，无法确定电力系统是否正常运行。

5.2应用场所

5.3云平台架构

我司的运维平台综合运用综合保护装置、多功能电力仪表、母排及线缆测温装置、变压器温控仪、视频摄像头、水浸烟雾、温湿度、门磁等多种传感器统一接入变电所现场的边缘计算网关，经边缘计算网关将数据封装、压缩、加密后上传至云平台。实时集中监测所有变电所用电情况、统一调度运维巡检安排，线上线下联动；实现用户侧变配电所的24小时无人值守，全面监测各配电回路运行状态，即时定位故障，降低安全风险。通过手机APP下发运维任务到指定人员手机上，并通过GPS跟踪运维执行过程。将企业集团/高等院校内广泛分布的变电所集中统一管理，提高运维效率、提高故障响应速度，即时发现运行缺陷并做消缺处理。为售电企业提供电能集抄服务，即时掌握用户用电量情况，避免偏差考核；响应泛在电力物联网的政策，增加客户粘性，为后期的增值服务开展做准备。

5.4 平台功能

5.5 平台配置方案

5.6产品介绍

5.6.1AM5SE系列微机综合保护装置

功能：

（1）保护功能：主变差动保护功能、主变后备保护、三段式过流带方向带电压闭锁、三段式过流、零序电流保护、过电压、

（2）低电压保护、大功率电机保护、高压电动机综合保护、PT并列功能、非电量保护、并网逆功率保护、检同期功能

（3）测量功能：保护电流、测量电流、零序电流、母线电压、零序电压4-20MA输出、直流测量

（4）通讯功能：提供RS485通讯接口，RS232维护接口，IRIG-B对时接口、USB升级接口，RJ45网口接口

（5）故障录波功能：保护动作时触发录波，可以记录故障前8个周波后四个周波的数据

（6）控制回路：自带操作回路，防跳功能

（7）GPS校时功能：提供时钟同步接口，接收GPS校时信号

应用：

35kV及以下电压等级的变配电站及设备的保护测控功能，至少包括35kV进线/主变压器（一般容量2000kVA以上）/PT/母联、10kV进线/馈线/配电变压器（一般容量2000kVA以下）/高压电动机/高压电容器/母联/PT等设备的保护和自动控制功能

5.6.2ASD300系列智能操控装置

功能:

（1）一次动态模拟图指示及自检带电显示、闭锁及自检

（2）核相、强制加热、强制照明

（3）语音防误提示

（4）人体感应及柜内照明、已带电语音播报

（5）分合闸、远方就地、储能转换开关

（6）分合闸回路完好指示/电压测量

（7）预分预合闪光指示

（8）断路器分合次数统计

（9）RS485串行通讯接口

（10）开关柜节点无线测温

（11）全电参量测量U,I,P,Q,f,PF,Ep,Eq

应用：

35KV高压及以下中置柜，手车柜，环网柜

5.6.3ARTM-Pn无线测温装置

功能：

（1）接收多60个ATE100/200/300/400

（2）3U3I电参量测量

（3）实时测温功能

（4）RS485通讯接口，通过标准的MODBUSRTU协议实现组网功能

（5）具备自检功能

（6）超温、高温、相间温差报警、温度突变量告警功能

应用：

变电站、配电室、箱变等

5.6.4APM810系列多功能电力仪表

功能：

（1）准确度等级：有功电能0.5S级，无功电能2级

（2）测量功能：三相电压、三相电流、分相及总有功功率、分相及总无功功率、分相及总视在功率、分相及总功率因数、频率、需量

（3）电能计量：分相及总双向电能、四象限无功电能

（4）电能质量监测：2-63次分次谐波、总（奇、偶）谐波测量、电压波峰系数、电话波峰因子、电流K系数测量

（5）输入输出：2路开关量输出（选配MD82模块多可扩至8路）及2路开关量输入（选配MD82模块多可扩至26路），开关量输出可配置为报警输出或远程遥控，DO用作报警输出时可自由关联报警内容

（6）SD卡存储功能：用于电参量、电能、谐波等数据定时存储，波形存储等功能

应用：

适用于电力系统、工矿企业、公用设施、智能大厦等需要电力监控的场合

5.6.5DTSD1352导轨式电能表

功能：

（1）测量功能：三相电流、电压、功率、频率、总正反向有功电能统计、总正反向无功电能统计；

（2）准确级精度：有功0.5S

（3）电流信号接入：直接接入10（80)A经CT接入1（6）A

（4）电压信号：100V380V

（5）通信：RS485接口，支持MODBUS-RTU或者DL/T645通讯协议

应用：

适用于 和大型公建中对电能的分项计量，也可用于企事业单位作电能管理考核。

5.6.6ADW300无线智能仪表

功能：

（1）测量功能：三相电流、电压、功率、频率、总正反向有功电能统计、总正反向无功电能统计；

（2）电能质量：电压、电流不平衡度，电压、电流总谐波及2-31分次谐波

（3）需量：大电流、功率需量及实时电流，功率需量

（4）准确级精度：0.5s级ADW300外置互感器型1级

（5）电流信号规格：100A输入，经互感器输入，5A二次互感接入

（6）通讯方式：RS485、LORA无线通讯、NB-IOT无线通讯、4G无线通讯

应用：

ADW300方便用户进行用电监测、集抄和管理，可灵活安装在配电箱中，可用于电力运维、环保监管等在线监测类平台中。

5.6.7ARCM300系列电气火灾监控仪表

功能：

（1）测量：单回路剩余电流、4路温度、电压、电流、功率、频率、功率因数、视在电能、四象限电能

（2）保护：剩余电流、温度、过流等

（3）报警：声光报警，支持消音、复位操作

（4）开关量：1路继电器输出、4路开关量输入

（5）通讯方式：RS485、NB-IOT无线通讯、4G无线通讯

应用：

适用于智能楼宇、高层公寓、宾馆、饭店、商厦、工矿企业、国家重点消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等领域。

5.6.8ANET智能网关

功能：

（1）数据采集（支持串口、以太网，只需配置即可兼容支持标准电力规约的各类仪表）

（2）数据上传（支持往上海分类分项能耗平台、宁夏电力需求侧平台、江苏电力运维平台、浙江电力运维平台上传数据）

（3）边缘计算（灵活的报警阈值设置、主动上传报警信息、数据合并计算、断点续传、数据加密、4G路由）

（4）远程管理（远程配置、远程升级、远程监视）

应用：

泛在电力物联网、能耗系统平台、电力需求侧管理平台、第三方云平台、预付费系统、运维系统平台、电力监控平台、能源综合管理平台

5.7现场应用图片

展厅现场运维团队采集箱内部图

高配现场门磁安装烟感安装

枪机安装漏水检测安装低压柜仪表

5.8平台价值

为电力运维企业提供线上运维服务平台，实时集中监测所有变电所用电情况、统一调度运维巡检安排，线上线下联动。

将企业集团/高等院校内广泛分布的变电所集中统一管理，提高运维效率、提高故障响应速度；

响应泛在电力物联网的政策，增加客户粘性，为后期的增值服务开展做准备；

为售电企业提供电能集抄服务，即时掌握用户用电量情况，避免偏差考核；

5.9 访问方式

微信扫码下载网页版：www.acrelcloud.cn

5.10典型案例

6 结语

我们正处于一个变革的时代,在新的能源变革、工业革命和“互联网+”行动计划带来的社会变革中,电网企业担当着重要角色并面临着转型发展的机遇。大数据演化着一场模式与价值功能的重构,为智能电网、全球能源互联网的发展提供了新思路、新方法和新的解决方案,也为我国电网企业赶超国际先进水平,在应用领域采取跨越式的方法吸收创新,提供了新的机遇。可以预见,电力大数据将迎来好的时代,成为产业风口。这需要我们积极面对,需要得到强烈认知和战略上的认同,从而推进大数据从概念走向现实。

参考文献

[1]黄彦浩,于之虹,谢昶,史东宇,周孝信.电力大数据技术与电力系统仿真计算结合问题研究[J].中国电机工程学报,2015,35(1):13-22.

[2]迟克寒,郝成亮,臧洪睿,马旭东,王天琰.大数据技术在电力系统中的应用[J].数字技术与应用,2020,38(5):104-106.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.