大數(shù)據(jù)

Big data

在信息技術(shù)中，大數(shù)據(jù)是指無法在一定時(shí)間內(nèi)，用常規(guī)的工具軟件（如現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫管理工具或數(shù)據(jù)處理應(yīng)用）對其內(nèi)容進(jìn)行抓取、管理、存儲(chǔ)、搜索、共享、分析和可視化處理的由數(shù)量巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類型眾多數(shù)據(jù)構(gòu)成的大型復(fù)雜數(shù)據(jù)集合。大數(shù)據(jù)具有 4V 特點(diǎn)，即高容量(Volume)、快速性(Velocity)、多樣性(Variety)和價(jià)值密度低(Value)。

智能配電網(wǎng)具備豐富的數(shù)據(jù)源，現(xiàn)在大多數(shù)地市擁有多個(gè)配電管理系統(tǒng)，包括配電自動(dòng)化系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、電網(wǎng)氣象信息系統(tǒng)、電能質(zhì)量監(jiān)測管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)、配變負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)、負(fù)荷控制系統(tǒng)、營銷業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、ERP 系統(tǒng)、95598客服系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)類數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)源，這些數(shù)據(jù)源的總體狀況如表 1 所示。

這些數(shù)據(jù)源涵蓋了調(diào)度、運(yùn)檢、營銷等多個(gè)管理業(yè)務(wù)，以及絕大部分 110 kV 及以下多電壓等級的電網(wǎng)監(jiān)控和采集信息。從數(shù)據(jù)源類型來講，智能配用電大數(shù)據(jù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)源類型豐富，覆蓋配變、配電變電站、配電開關(guān)站、電表、電能質(zhì)量等配用電自動(dòng)化和信息化數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)。

場景一

面向有源配電網(wǎng)規(guī)劃的負(fù)荷預(yù)測

隨著配電網(wǎng)信息化的快速發(fā)展和電力需求影響因素的逐漸增多，用電預(yù)測的大數(shù)據(jù)特征日益凸顯，傳統(tǒng)的用電預(yù)測方法已經(jīng)不再適用。由于智能預(yù)測方法具備良好的非線性擬合能力，因此近年來用電預(yù)測領(lǐng)域出現(xiàn)了大量的研究成果，遺傳算法、粒子群算法、支持向量機(jī)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能預(yù)測算法開始廣泛地應(yīng)用于用電預(yù)測中。傳統(tǒng)的用電負(fù)荷預(yù)測，受限于較窄的數(shù)據(jù)采集渠道或較低的數(shù)據(jù)集成、存儲(chǔ)和處理能力，使得研究人員難以從其中挖掘出更有價(jià)值的信息。通過將體量更大、類型更多的電力大數(shù)據(jù)作為分析樣本可以實(shí)現(xiàn)對電力負(fù)荷的時(shí)間分布和空間分布預(yù)測，為規(guī)劃設(shè)計(jì)、電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度提供依據(jù)，提升決策的準(zhǔn)確性和有效性。

場景二

配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評估與預(yù)警

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評估與預(yù)警研究內(nèi)容如圖 1 所示，包括以下方面：

1）對配電網(wǎng)進(jìn)行安全性評價(jià)，如電力系統(tǒng)的頻率、節(jié)點(diǎn)電壓水平、主變和線路負(fù)載率等；

2）對配電網(wǎng)的供電能力進(jìn)行評價(jià)，如容載比、線路間負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力等。當(dāng)供電能力不能滿足負(fù)荷需求時(shí)，根據(jù)負(fù)荷重要程度、產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益以及歷史電壓負(fù)荷情況，進(jìn)行甩負(fù)荷；

3）對配電網(wǎng)可靠性和供電質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，如負(fù)荷點(diǎn)故障率、系統(tǒng)平均停電頻率、系統(tǒng)平均停電時(shí)間、電壓合格率、電壓波動(dòng)與閃變、三相不平衡度、波形畸變率、電壓偏移、頻率偏差等；

4）對配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評價(jià)，如線損率和設(shè)備利用效率等。通過計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，判斷出所面臨風(fēng)險(xiǎn)的類型；預(yù)測從現(xiàn)在起未來一段時(shí)間內(nèi)配電網(wǎng)所面臨的風(fēng)險(xiǎn)情況；根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)類型辨識結(jié)果，生成相應(yīng)的預(yù)防控制方案，供調(diào)度決策人員參考；可以對突發(fā)性的風(fēng)險(xiǎn)和累積性風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確辨識、定位、類型判斷、生成預(yù)防控制方案等；依據(jù)對多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)。

場景三

有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測和評估

隨著分布式電源不斷地接入配電網(wǎng)，逐步形成了小、中、大規(guī)模的有源配電網(wǎng)。伴隨著分布式電源的功率波動(dòng)，配電網(wǎng)中的電能質(zhì)量經(jīng)受著較大的沖擊。通過收集配電網(wǎng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)、分布式電源運(yùn)行等數(shù)據(jù)，能夠開展配電網(wǎng)中的電能質(zhì)量分析和評估研究，從而得出精細(xì)化的配電網(wǎng)網(wǎng)架和無功源的調(diào)節(jié)方案等。有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測和評估示意圖如圖 2 所示。

基于大數(shù)據(jù)的有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測和評估包括以下方面。

1）有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量分析與監(jiān)測。

電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及分布式電源的不斷接入，配電網(wǎng)中運(yùn)行數(shù)據(jù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)、分布式電源運(yùn)行等數(shù)據(jù)逐漸增多，電能質(zhì)量分析的大數(shù)據(jù)特征日益明顯，傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析方法在電能質(zhì)量的消噪、特征提取、擾動(dòng)分類和參數(shù)估計(jì)等方面難以完全解決問題。面對出現(xiàn)的電能質(zhì)量問題，近年來產(chǎn)生了許多綜合分析法。但是，基于傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析方法的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置面臨性能差、精度低、智能化程度低等問題，需研究高性能的電能質(zhì)量分析方法，開發(fā)實(shí)時(shí)在線的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)。

電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)集通信、測量、分析和管理等諸多功能于一體，能為電力企業(yè)和用戶提供供電質(zhì)量的基本信息，實(shí)現(xiàn)有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量全面、準(zhǔn)確、有效地監(jiān)測。同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)性，有源配電網(wǎng)中監(jiān)測終端的最優(yōu)布點(diǎn)也是亟需解決的問題。

2）有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量評估。

有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量的評估是對有源配電網(wǎng)運(yùn)行水平和電力供應(yīng)能力的綜合評價(jià)，是約束、督促電力公司與電力用戶共同維護(hù)公共電網(wǎng)電能質(zhì)量環(huán)境的基礎(chǔ)，同時(shí)也是實(shí)施質(zhì)量治理與控制的依據(jù)、檢驗(yàn)治理與控制效果的工具。隨著分布式電源越來越多的接入配電網(wǎng)，用戶對電能質(zhì)量的要求越來越高，傳統(tǒng)的電能質(zhì)量評估方法面臨計(jì)算性能降低、耗時(shí)長、精度低等問題，如何使電能質(zhì)量的評估合理、客觀、準(zhǔn)確是電力企業(yè)面臨的嚴(yán)峻考驗(yàn)。而且，大規(guī)模的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的加入，將為電能質(zhì)量評估提供新的研究途徑，制定合理的有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量評估指標(biāo)，提高電能質(zhì)量評估的準(zhǔn)確性，深度挖掘電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)信息，揭示由于之前分析成本太高而忽略的信息，為電力企業(yè)以及用戶提供諸如網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析、無功源配置方案合理性分析、敏感負(fù)荷安裝位置分析、監(jiān)測點(diǎn)配置方案等高附加值服務(wù)，這些服務(wù)將有利于電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3）有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量診斷與治理。

為了滿足較高電能質(zhì)量的要求，及時(shí)正確地對影響電能質(zhì)量的各種異常運(yùn)行狀態(tài)做出診斷，找出電能質(zhì)量干擾源，并預(yù)防或消除，從而避免故障的擴(kuò)大，是有源配電網(wǎng)面臨的又一個(gè)難題。鑒于分布式電源可以看作一種向配電饋線注入諧波的非線性負(fù)荷，而分布式電源的投切也會(huì)引起電壓波動(dòng)，分布式電源的接入無疑會(huì)在一定程度上加重對電能質(zhì)量的擾動(dòng)。傳統(tǒng)的電能質(zhì)量擾動(dòng)定位方法都存在一定的適用環(huán)境與限制條件，且僅僅考慮一種定位方法得出的定位結(jié)果可信度往往不高。通過將體量更大、類型更多的電力大數(shù)據(jù)作為分析樣本，為電能質(zhì)量擾動(dòng)定位提供詳細(xì)的研究思路，提高電能質(zhì)量擾動(dòng)定位的準(zhǔn)確性，尋找出網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，制定精細(xì)化的配電網(wǎng)網(wǎng)架和無功源調(diào)節(jié)方案，改善電能質(zhì)量，對電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

場景四

基于配電網(wǎng)數(shù)據(jù)融合的停電優(yōu)化

配電網(wǎng)停電優(yōu)化是建立在配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、配電自動(dòng)化系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)、配網(wǎng)設(shè)備管理系統(tǒng)、配電設(shè)備檢修管理系統(tǒng)、電網(wǎng)圖形及地理圖形信息和營銷管理系統(tǒng)等的基礎(chǔ)上，綜合分析配電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息、設(shè)備檢修信息等，以找出最終的最優(yōu)停電方案。計(jì)劃停電管理根據(jù)計(jì)劃停電(包括檢修和限電等)的要求，進(jìn)行系統(tǒng)模擬，以最小的停電范圍、最短的停電時(shí)間、最小的停電損失、最小的停電用戶來確定停電設(shè)備，通過屏幕顯示停電區(qū)域，列出停電的用戶名單，打印用戶停電通知書等等。采用傳統(tǒng)技術(shù)在處理時(shí)存在計(jì)算速度慢、計(jì)算周期長、擴(kuò)展性差等缺點(diǎn)。為了更加準(zhǔn)確地計(jì)算配網(wǎng)停電損失，降低停電影響需要利用多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析和數(shù)據(jù)挖掘。基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的配電網(wǎng)停電優(yōu)化包括：

• 停電信息分類，基于調(diào)度、營銷、配網(wǎng)貫通的海量數(shù)據(jù)對停電信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與分類；
• 停電預(yù)警，對設(shè)備故障可能導(dǎo)致停電進(jìn)行預(yù)警；
• 配電網(wǎng)停電計(jì)劃制定，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)制定合理的停電計(jì)劃，完善配網(wǎng)停電優(yōu)化分析系統(tǒng)。

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來及大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，為充分挖掘現(xiàn)有配電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)價(jià)值提供了可能。通過集成各分散系統(tǒng)的信息，規(guī)范數(shù)據(jù)類型，形成豐富的、同質(zhì)的大數(shù)據(jù)樣本，可為電網(wǎng)運(yùn)檢采取針對性的防護(hù)措施提供支撐，為電網(wǎng)安全運(yùn)行、智能電網(wǎng)自愈提供保障。具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。