面向分布式能源的智能微電網(wǎng)云平臺(tái)的特性與關(guān)鍵技術(shù)
分布式能源不僅包括風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能和冷 熱 電聯(lián)供系統(tǒng),還將包括氫燃料電池和鋰動(dòng)力電池等發(fā)儲(chǔ)一體化系統(tǒng),具有負(fù)荷微量化和碎片化的趨勢(shì)
(1)多源數(shù)據(jù)采集清洗技術(shù)
通過大量傳感器和智能表計(jì)以固定頻率周期性的集微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各類分布式能源的生產(chǎn)與消費(fèi)數(shù)據(jù),形成一個(gè)覆蓋微電網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)(控制中心、變電站、分段開關(guān)和用戶端口等)的IP通信網(wǎng),采用光纖、無線與載波等組網(wǎng)技術(shù),支持各種配電終端與系統(tǒng)“上網(wǎng)”。該技術(shù)融合了基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)清洗技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)多源數(shù)據(jù)采集過程中的錯(cuò)誤、遺漏以及格式差異,進(jìn)行規(guī)制、補(bǔ)采與清洗。
(2)先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)
光學(xué)或電子互感器、架空線路與電纜溫度測(cè)量、電力設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)和電能質(zhì)量測(cè)量等技術(shù),只對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳感與量測(cè),不做數(shù)據(jù)可靠性辨識(shí)。融合了云計(jì)算能力的先進(jìn)傳感量測(cè)是以數(shù)據(jù)比對(duì)、數(shù)據(jù)測(cè)試,實(shí)時(shí)分析判斷數(shù)據(jù)量測(cè)準(zhǔn)確性與可靠性,保障微電網(wǎng)智能管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。
(3)基于網(wǎng)格文件的多維索引技術(shù)
在微電網(wǎng)的系統(tǒng)保護(hù)、離并網(wǎng)高效切換、產(chǎn)需匹配尋優(yōu)和碳足跡跟蹤等各業(yè)務(wù)場(chǎng)景的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)瞬時(shí)調(diào)用與分析中,常用的是基于Google公司的Hadoop平臺(tái)開發(fā)的Hive數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)。但是Hive對(duì)于索引的支持較弱,難以實(shí)現(xiàn)多緯度數(shù)據(jù)索引。目前正在設(shè)計(jì)基于網(wǎng)格文件(Grid-File)的分布式多維索引DGFIndex(DistributedGridFileIndex),用于提高多維區(qū)間查詢性能。
(4)高級(jí)配電自動(dòng)化技術(shù)
目前的配電自動(dòng)化技術(shù)包括配電運(yùn)行自動(dòng)化(安全監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集、綜合自動(dòng)化和饋線自動(dòng)化)、配電管理自動(dòng)化(配電地理信息系統(tǒng)、設(shè)備管理和檢修管理等)以及需求側(cè)響應(yīng)自動(dòng)化這三個(gè)方面的內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上的微電網(wǎng)云平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)的是高級(jí)配電自動(dòng)化(Advanced Distribution Automation,ADA),支持DER的“即插即用”,采用IP技術(shù),強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)接口、數(shù)據(jù)模型與通信服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化與開放性。
(5)高級(jí)量測(cè)技術(shù)(Advanced Metering Architecture,AMA)
高級(jí)量測(cè)技術(shù)是一個(gè)使用智能電能表通過多種通信介質(zhì),配合ETL技術(shù),發(fā)揮云端計(jì)算能力,按需或以設(shè)定的方式測(cè)量、收集并分析用戶側(cè)的能源使用和消費(fèi)數(shù)據(jù)的技術(shù)體系。AMA是支持用戶互動(dòng)并實(shí)現(xiàn)需求側(cè)快速實(shí)時(shí)響應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)。
(6)ETL(Extract-Transform-Load)技術(shù)
ETL是構(gòu)建數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的重要一環(huán),用戶從數(shù)據(jù)源中抽取出所需的數(shù)據(jù),經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗,最終按照預(yù)先定義好的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)模型將數(shù)據(jù)加載到數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中去。這是貫通基于多種分布式能源的各類數(shù)據(jù)源,包括Oracle、SQLServer、Sybase、DB2和MySQL等,實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)一致性并與微電網(wǎng)多能源業(yè)務(wù)場(chǎng)景融會(huì)貫通的云平臺(tái)搭建的核心技術(shù)。
智能微電網(wǎng)云平臺(tái)架構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
(1)云平臺(tái)系統(tǒng)架
根據(jù)數(shù)據(jù)的流向,設(shè)計(jì)系統(tǒng)分為四層架構(gòu):
①數(shù)據(jù)采集層:主要通過傳感器(智能表計(jì))等獲取各回路的電耗及其相關(guān)能源參數(shù)、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能、制氫用氫和用電量等能源信息;
②數(shù)據(jù)傳輸層:主要把能源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCP/IP協(xié)議格式上傳至節(jié)能管理監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器;
③數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)層及顯示:數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層主要負(fù)責(zé)對(duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、統(tǒng)計(jì)、分析、處理和存儲(chǔ);
④數(shù)據(jù)展示層:主要對(duì)存儲(chǔ)層中的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行展示和發(fā)布。
設(shè)計(jì)將采用基于Hadoop生態(tài)系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和并行計(jì)算系統(tǒng)解決方案。
圖1面向分布式能源的智能微電網(wǎng)云平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)圖
(2)云平臺(tái)數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)
該云平臺(tái)設(shè)計(jì)總的數(shù)據(jù)庫(kù)選型是從開放性、安全性和性能等角度綜合考量。同時(shí),結(jié)合本項(xiàng)目中大數(shù)據(jù)的處理、分析和預(yù)測(cè)的要求,除了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)以外,還考慮選擇非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行有力地補(bǔ)充。提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的完整性和安全性,提高數(shù)據(jù)處理和分析的效率。
數(shù)據(jù)架構(gòu)的設(shè)計(jì)除了考慮數(shù)據(jù)庫(kù)的性能,更關(guān)注的是數(shù)據(jù)架構(gòu)與神華科技園各類分布式能源的業(yè)務(wù)融合,構(gòu)建的云平臺(tái)要支撐多源數(shù)據(jù)、多能互補(bǔ)的全類數(shù)據(jù)(結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù))的存儲(chǔ)管理和快速高效分析,能夠?qū)崿F(xiàn)在百TB至PB級(jí)數(shù)據(jù)規(guī)模下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢的秒級(jí)響應(yīng);能夠?qū)Y(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理;能夠?qū)崿F(xiàn)千億級(jí)文本條目全文檢索的秒級(jí)響應(yīng)。平臺(tái)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。
圖2平臺(tái)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)架構(gòu)系統(tǒng)功能圖
該云平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)初步實(shí)驗(yàn)測(cè)試,具有以下技術(shù)性能優(yōu)勢(shì)特點(diǎn):
1)實(shí)時(shí)增量數(shù)據(jù)處理:千萬級(jí)別以上的對(duì)象一次增量60萬,20min內(nèi)處理完成。
2)關(guān)鍵業(yè)務(wù)接口處理:8h以上的提高到25分鐘內(nèi),4min以上的提高到15min內(nèi),1h以上的提高到10min內(nèi)處理效率。
3)超高速大數(shù)據(jù)交換:在10個(gè)節(jié)點(diǎn)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)內(nèi),4000萬記錄的數(shù)據(jù)交換不超過10min,3000萬記錄不超過6min。
4)高可靠性的大數(shù)據(jù)平臺(tái):主控節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí),HA節(jié)點(diǎn)2s內(nèi)完成漂移接管。
智能微電網(wǎng)云平臺(tái)系統(tǒng)的應(yīng)用前景
開發(fā)面向分布式能源的智能微電網(wǎng)云平臺(tái),是一個(gè)具有容納海量數(shù)據(jù)、高并發(fā)、多進(jìn)程及擁有自主開發(fā)的核心算法的大數(shù)據(jù)平臺(tái);利用人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),結(jié)合微電網(wǎng)特點(diǎn),根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)際數(shù)據(jù),搭建契合分布式能源利用特征和多能互補(bǔ)應(yīng)用需求的云平臺(tái)系統(tǒng)將具有廣闊的應(yīng)用空間。
智能微電網(wǎng)云平臺(tái)系統(tǒng)的建立和運(yùn)行可以有效挖掘大型商業(yè)樓宇、學(xué)校、醫(yī)院和科技園區(qū)等各應(yīng)用場(chǎng)景的用能異常、能耗漏洞,智能優(yōu)化調(diào)度用能方案,更加合理地分配和利用各類能源,從而更精準(zhǔn)地控制能源消耗。在保證提供舒適環(huán)境下,幫助建立起管理節(jié)能的模式,挖掘自身的節(jié)能潛力并結(jié)合技術(shù)節(jié)能措施,有效降低能源消耗和用能成本。該云平臺(tái)系統(tǒng)具有高效率、低成本、智能化和可復(fù)制等優(yōu)點(diǎn),是未來分布式能源管理的重要工具,適合廣泛推廣應(yīng)用和實(shí)施。
責(zé)任編輯:lixin
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