關于電力大數據關鍵技術及應用的探討
更新時間：2021-12-21
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淮亞利
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：文章結合當前電力企業運營的實際情況，闡述了大數據在電力企業運營中的應用特點，從而就電力大數據關鍵技術進行了探討，并提出了大數據價關鍵技術的應用情況，為今后電網運行管理工作提供數據支撐。
關鍵詞：大數據技術；電網運營；物聯網技術；可視化技術
0 引言
目前，在電網運營過程中，將會涉及到眾多數據，包括數據源、異構、海量等，故將大數據新技術引入電網運營過程中，是發展智能電網的必然條件。隨著我國智能電網的建設規模不斷擴大，電網營銷系統、資產系統、人才資源系統、財務系統、綜合系統、協同和決策系統等6+1系統在電力各個領域中得到了廣泛應用。這些系統是我國電力大數據的重要來源，推動了電力行業的迅速發展。因此，本文探討基于電力大數據關鍵技術及應用具有重要的意義。
1 電力企業運營中的大數據概述
目前來說，我國部分電力企業已建成并擁有生產、GIS、投資計劃、項目、物資、基建、財務、營銷、人力資源、客戶等一批信息化管理系統，實現了業務全覆蓋，并構建資產全生命周期管理、客戶服務等的企業管理體系。然而從企業管理的角度分析，目前的信息化平臺建設仍有不足之處。首先，企業級運營管控體系缺少總體規劃，各業務系統的核心數據未實現整合和應用，無法為企業管理層帶來客觀準確的業務定位、管理對象、監測及分析方法。其次，面向公司領導，企業經營指標等數據仍采用手工上報方式，無法實現指標的實時監控。后，平臺缺乏集約能力，無法合理地運用現代化技術去充分展示公司良好形象。因此，為提升電力企業運營效率和效益，需要結合國際上先進的云大物智移技術，搭建專業級的數字化運營管理工具。
1.1大數據的來源
在電網運營管理過程中，其數據類型主要分為基礎數據、運營數據、管理數據和外部數據等幾種：其中，基礎數據、運營數據、管理數據儲存于電力系統之內，基礎數據指的是電力設備參數和屬性。運營數據包括客戶信息、用電量和售電量等。管理數據主要是指一體化平臺數據。而外部數據是指地理、氣象、法律等數據，儲存于電力系統之外。
1.2數據特點
（1）數據量較大。據不*統計，我國的電力生產、運行、管理數據已達到20PB，相當于950個圖書館的數據量。
（2）數據類型眾多。在電網運營過程中，涉及到的大數據類型眾多，包括用電量、視頻數據、音頻數據、報表數據以及95598工單數據等。
（3）具有一定的實時性：在電網數據采集過程中，通過采用監控系統SCADA（SupervisoryControlAndDatacquisition），并以秒為單位進行數據采集。
（4）以結構化數據為主。電網數據主要以結構化數據為主，主要將電網數據存儲在數據庫中，其中結構化數據分為非結構化數據和半結構化兩種數據。這兩種數據主要在電力企業生產、物資、財務、營銷、客戶管理應用較多。
2 電力大數據關鍵技術
2.1物聯網技術
平臺通過智能感知、識別技術與普適計算等通信感知手段，對物體進行實時采集及監控，形成一個智能物聯網絡體系，為監控業務提供實時的管理和控制能力。在生產領域，平臺以無人機、電網自動化設備、可視化移動作業終端為載體，通過使用其嵌入式系統技術、流媒體及傳感器技術，實現視頻的在線監控實時調取，并對電網的負荷曲線趨勢監控，對監測到的故障及風險提前消缺提前預防，保障電網的安全穩定運行。
2.2大數據技術
平臺涵蓋大規模數據同步、海量數據存儲建模、基于深度學習數據挖掘等技術，實現資產、營銷、人資、財務、客戶等相關的12個信息系統核心數據的抽取、整合、統計、分析，實現全指標數據的直采直送。大規模數據同步技術，平臺主要體現為針對6+1系統及本地化業務系統存在不同的系統架構與底層開發語言難點，采用了更細致的數據調度方案，按照存儲量、實時性按需定制，實現資源合理搶占、數據有效隔離及公平調度，保障數據實時性。同時，運用基于深度學習數據挖掘技術開展分析，對關鍵指標進行聚類算法分析，識別分析出指標之間的關聯度，從而進一步對指標進行構成影響分析，準確定位到影響核心指標的關鍵點，為后續指標的計劃值設定提供輔助參考。
2.3可視化技術
平臺利用unity3D、css3，ThreeJs技術實現全景展示的3D建模渲染與首頁星空旋轉、內容進場動效、模塊切換效果、界面點綴動效等視覺動效，大幅提高頁面的性能與用戶體驗。同時，通過大屏系統的單時鐘處理技術，保障所有信號在系統主時鐘的控制下同時輸出，實現拼接屏間圖像*同步、影像清晰。在拼接屏上可顯示兩個或多個信號源圖像，完成在任意的顯示畫面上疊加、裁剪、分割、拼接其他畫面，形成畫中畫的顯示效果。
2.4人工智能技術
通過引入人臉識別技術，實現對平臺訪問客戶進行準確識別，以友好方式迎接來賓及簽到管理，并結合語音識別、體感手勢等人工智能技術，用戶在進行功能演示、匯報工作時，可隨時通過語音指令與手勢模擬滑動，快速切換展示內容，給來訪客戶一種全新的、科技感豐富、沉浸式的交互體驗。
3 電力大數據技術的應用
3.1應用中存在的問題
大數據技術在電力行業應用過程中，主要是對企業內部管理模式進行優化。而隨著人們對電力需求量持續增加，電力系統得到了迅速的發展，但在發展過程中仍存在許多的新問題。具體來說，主要包括以下幾點：
（1）大電網運行控制有待加強。隨著我國電網運行規模的不斷擴大，超高壓、高容量的特大電網建設數量不斷增多，故需要對電網進行分區。待電力系統市場引進之后，人們廣泛使用了遠距離輸送電方式，此方式有利于運行控制的水平的提升，進而有效地提升系統成員類型復雜情況下系統的控制水平。
（2）系統分析有待加強。隨著我國電網建設規模的不斷擴大，電力系統的動態變得越來越復雜。而伴隨著電力市場的改革與創新，電力市場出現了大量的經濟類數據，從而導致系統變得更復雜，故需要對電網系統進行分析。
（3）難以達到高實時性、高統一性的需求。當前，為了實現電網實時性控制目標，應對相位測量單元進行采集，但此方式難以達到高速通信實時分析需求。因此，我們需要從經濟角度對空間尺度進行調度，加強各級的協調，且要充分考慮物理的經濟性和穩定性。
（4）人們對智能化調度的要求不斷提高。在電網安全運行過程中，其工作重點是對監控和電網進行實時控制。首先，在電網監控過程中，由于電網系統數據的實時變化監控需要較長的時間，且工作量較大，故將大大削弱系統操作；其次，從歷史數據研究發現，對于電網運行的抽象數據，人們缺乏深入的分析，導致集中數據不足，這將給未來的電網的改變和電力安全運行工作要求越來越高。
3.2應用實例分析
近年來，世界上較先進的網格化管理系統由美國PJM互聯電網（PJMInterconnection）推出，此系統主要采用共享的整合平臺，利用SpectrumPower進行網絡化管理，系統運行能力好，通過控制中心實現對每一站點虛擬網絡管理。同時，用戶界面設置了上網可視化功能，大大地方便用戶的使用，并且人們可以通過各個站點來訪問的數據。PJM作為美國惟一一個具有兩個控制中心的電力公司，能夠及時處理中心故障或者分站點故障，確保電網的安全穩定運行。
2018年，我國某供電公司采用配網管理系統對工程項目的進度、物資、費用等進行統計，并從中提取關鍵數據，并定期對供電項目進行統計與分析，確保工程管理信息得到及時反映，實現了項目的實時管控目標。與此同時，通過了解實時數據，對相關信息進行多維度分析。例如，可以利用系統對線路負荷故障問題進行分析，以及時進行調整升級。另外，可以對新數據記錄進行實時分析，便于工作人員及時掌握電力工程項目建設情況，大大地提高工程管理效率，為用戶提供安全、可靠的服務。
4 安科瑞變電所電力運維云平臺介紹及選型
4.1 云平臺概述：
按照電網公司的統計，10kV及以上供電電壓等級的工商業用戶有200萬戶以上，此類“用戶側變配電所”產權歸電力用戶所有（工商企業、住宅小區、學校、醫院等），雖然數量眾多，但是日常的運行維護工作比較傳統，普遍存在以下痛點：
人工成本高：人工巡視、紙質記錄、電話溝通，缺乏智能化的手段
工作效率低：巡視頻率低、巡檢任務無法定位、巡檢過程不標準規范、巡檢缺陷缺乏閉環跟蹤；
安全隱患：有些用電單位無專業維護電工、無法即時排查電氣隱患、隱蔽工程隱患檢查難等難題；
搶修時間長：變電所設備種類較多，在分布上也比較分散，無法即時識別和定位故障信息，需要用戶通知后到現場確認；
運行大數據缺少分析：有些用戶未有數據匯總分析平臺，甚至未安裝電力儀表導致運維人員對現場電力參數信息不了解，無法確定電力系統是否正常運行。
4.2 應用場所
4.3 云平臺架構
我司的運維平臺綜合運用綜合保護裝置、多功能電力儀表、母排及線纜測溫裝置、變壓器溫控儀、視頻攝像頭、水浸煙霧、溫濕度、門磁等多種傳感器統一接入變電所現場的邊緣計算網關，經邊緣計算網關將數據封裝、壓縮、加密后上傳至云平臺。實時集中監測所有變電所用電情況、統一調度運維巡檢安排，線上線下聯動；實現用戶側變配電所的24小時無人值守，全面監測各配電回路運行狀態，即時定位故障，降低安全風險。通過手機APP下發運維任務到zhi定人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執行過程。將企業集團/高等院校內廣泛分布的變電所集中統一管理，提高運維效率、提高故障響應速度，即時發現運行缺陷并做消缺處理。為售電企業提供電能集抄服務，即時掌握用戶用電量情況，避免偏差考核；響應泛在電力物聯網的政策，增加客戶粘性，為后期的增值服務開展做準備。
4.4 平臺功能
4.5 平臺配置方案
4.6 產品介紹
4.6.1 AM5SE系列微機綜合保護裝置
功能：
（1）保護功能：主變差動保護功能、主變后備保護、三段式過流帶方向帶電壓閉鎖、三段式過流、零序電流保護、過電壓、
（2）低電壓保護、大功率電機保護、高壓電動機綜合保護、PT并列功能、非電量保護、并網逆功率保護、檢同期功能
（3）測量功能：保護電流、測量電流、零序電流、母線電壓、零序電壓4-20MA輸出、直流測量
（4）通訊功能：提供RS485通訊接口，RS232維護接口，IRIG-B對時接口、USB升級接口，RJ45網口接口
（5）故障錄波功能：保護動作時觸發錄波，可以記錄故障前8個周波后四個周波的數據
（6）控制回路：自帶操作回路，防跳功能
（7）GPS校時功能：提供時鐘同步接口，接收GPS校時信號
應用：
35kV及以下電壓等級的變配電站及設備的保護測控功能，至少包括35kV進線/主變壓器（一般容量2000kVA以上）/PT/母聯、10kV進線/饋線/配電變壓器（一般容量2000kVA以下）/高壓電動機/高壓電容器/母聯/PT等設備的保護和自動控制功能
4.6.2 ASD300系列智能操控裝置
功能:
（1）一次動態模擬圖指示及自檢帶電顯示、閉鎖及自檢
（2）核相、強制加熱、強制照明
（3）語音防誤提示
（4）人體感應及柜內照明、已帶電語音播報
（5）分合閘、遠方就地、儲能轉換開關
（6）分合閘回路完好指示/電壓測量
（7）預分預合閃光指示
（8）斷路器分合次數統計
（9）RS485串行通訊接口
（10）開關柜節點無線測溫
（11）全電參量測量U,I,P,Q,f,PF,Ep,Eq
應用：
35KV高壓及以下中置柜，手車柜，環網柜
4.6.3 ARTM-Pn無線測溫裝置
功能：
（1）接收多60個ATE100/200/300/400
（2）3U3I電參量測量
（3）實時測溫功能
（4）RS485通訊接口，通過標準的MODBUSRTU協議實現組網功能
（5）具備自檢功能
（6）超溫、高溫、相間溫差報警、溫度突變量告警功能
應用：
變電站、配電室、箱變等
4.6.4 APM810系列多功能電力儀表
功能：
（1）準確度等級：有功電能0.5S級，無功電能2級
（2）測量功能：三相電壓、三相電流、分相及總有功功率、分相及總無功功率、分相及總視在功率、分相及總功率因數、頻率、需量
（3）電能計量：分相及總雙向電能、四象限無功電能
（4）電能質量監測：2-63次分次諧波、總（奇、偶）諧波測量、電壓波峰系數、電話波峰因子、電流K系數測量
（5）輸入輸出：2路開關量輸出（選配MD82模塊多可擴至8路）及2路開關量輸入（選配MD82模塊多可擴至26路），開關量輸出可配置為報警輸出或遠程遙控，DO用作報警輸出時可自由關聯報警內容
（6）SD卡存儲功能：用于電參量、電能、諧波等數據定時存儲，波形存儲等功能
應用：
適用于電力系統、工礦企業、公用設施、智能大廈等需要電力監控的場合
4.6.5 DTSD1352導軌式電能表
功能：
（1）測量功能：三相電流、電壓、功率、頻率、總正反向有功電能統計、總正反向無功電能統計；
（2）準確級精度：有功0.5S
（3）電流信號接入：直接接入10（80)A經CT接入1（6）A
（4）電壓信號：100V380V
（5）通信：RS485接口，支持MODBUS-RTU或者DL/T645通訊協議
應用：
適用于政府和大型公建中對電能的分項計量，也可用于企事業單位作電能管理考核。
4.6.6 ADW300無線智能儀表
功能：
（1）測量功能：三相電流、電壓、功率、頻率、總正反向有功電能統計、總正反向無功電能統計；
（2）電能質量：電壓、電流不平衡度，電壓、電流總諧波及2-31分次諧波
（3）需量：大電流、功率需量及實時電流，功率需量
（4）準確級精度：0.5s級ADW300外置互感器型1級
（5）電流信號規格：100A輸入，經互感器輸入，5 A二次互感接入
（6）通訊方式：RS485、LORA無線通訊、NB-IOT無線通訊、4G無線通訊
應用：
ADW300方便用戶進行用電監測、集抄和管理，可靈活安裝在配電箱中，可用于電力運維、環保監管等在線監測類平臺中。
4.6.7 ARCM300系列電氣火災監控儀表
功能：
（1）測量：單回路剩余電流、4路溫度、電壓、電流、功率、頻率、功率因數、視在電能、四象限電能
（2）保護：剩余電流、溫度、過流等
（3）報警：聲光報警，支持消音、復位操作
（4）開關量：1路繼電器輸出、4路開關量輸入
（5）通訊方式：RS485、NB-IOT無線通訊、4G無線通訊
應用：
適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業、 重點消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。
4.6.8 ANET智能網關
功能：
（1）數據采集（支持串口、以太網，只需配置即可兼容支持標準電力規約的各類儀表）
（2）數據上傳（支持往上海分類分項能耗平臺、寧夏電力需求側平臺、江蘇電力運維平臺、浙江電力運維平臺上傳數據）
（3）邊緣計算（靈活的報警閾值設置、主動上傳報警信息、數據合并計算、斷點續傳、數據加密、4G路由）
（4）遠程管理（遠程配置、遠程升級、遠程監視）
應用：
泛在電力物聯網、能耗系統平臺、電力需求側管理平臺、三方云平臺、預付費系統、運維系統平臺、電力監控平臺、能源綜合管理平臺
4.7 現場應用圖片
槍機安裝漏水檢測安裝低壓柜儀表
展廳現場運維團隊采集箱內部圖
高配現場門磁安裝煙感安裝
4.8 平臺價值
為電力運維企業提供線上運維服務平臺，實時集中監測所有變電所用電情況、統一調度運維巡檢安排，線上線下聯動。
將企業集團/高等院校內廣泛分布的變電所集中統一管理，提高運維效率、提高故障響應速度；
響應泛在電力物聯網的政策，增加客戶粘性，為后期的增值服務開展做準備；
為售電企業提供電能集抄服務，即時掌握用戶用電量情況，避免偏差考核；
4.9 訪問方式
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4.10 典型案例
5 結束語
隨著我國電力事業的持續發展，在電力行業中引入了信息技術，從中不斷提升了電力企業信息化水平，在電力企業信息管理系統中積累了大量的數據。因此，如何做好大數據新技術在電力企業遠營管理中的應用，成為了電力公司努力改善的重點問題。本文著重從數據來源和數據特點分析了電網運營中的數據，并分析了電力大數據關鍵技術，在基于大數據背景下，提出了大數據技術的實際應用，以供電力工作人員參考。
參考文獻
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[5] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.
作者簡介：
淮亞利，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為變電所智能監測系統的研發與應用
