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探討大數據技術(shù)在電力系統的應用

點(diǎn)擊次數:512 更新時(shí)間:2021-12-01

韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
 
摘 要:電力行業(yè)在國家經(jīng)濟發(fā)展中起著(zhù)重要作用,是支撐現代化建設的重要公共事業(yè)。在信息技術(shù)持續發(fā)展的背景下,電力大數據關(guān)鍵技術(shù)的應用開(kāi)始日新月異,為電力系統的經(jīng)營(yíng)管理上提供了重要的技術(shù)支持,其具體應用不但可使電網(wǎng)轉變?yōu)榛?dòng)經(jīng)濟、安全可靠、清潔高效的現代能源互聯(lián)網(wǎng),還能提高電力系統的運營(yíng)效率和管理水平。本文主要介紹了大數據的特點(diǎn)和大數據技術(shù),并對大數據技術(shù)在電力系統的應用研究進(jìn)行分析和探討。
關(guān)鍵詞:電力系統;大數據技術(shù);應用研究
0引言
       中國的電力工業(yè)在近幾十年間飛速發(fā)展,隨著(zhù)智能化電力系統的不斷建設,大量的信息數據在電力生產(chǎn)、營(yíng)銷(xiāo)、服務(wù)的流程中產(chǎn)生,每項業(yè)務(wù)都會(huì )積累大量的歷史數據[1]。管理人員每天都要花費大量的時(shí)間和精力去分析處理這些數據,而在龐大的數據面前,其運維和管理方法對電力生產(chǎn)、決策的支撐不免有些不足和乏力,造成這樣的問(wèn)題主要為以下二種原因:一是因為采用傳統的方法對現產(chǎn)生的大數據進(jìn)行處理,不僅效率低,而且結果并沒(méi)有代表性,若從龐大的數據中提取有效的數據進(jìn)行處理,其結果是使得管理者不能做出更全面的決策;另一原因是現管理信息系統只重視業(yè)務(wù)流程的處理環(huán)節,使得企業(yè)生產(chǎn)和決策對大數據的依賴(lài)得不到滿(mǎn)足。就電力系統而言,未來(lái)電力工業(yè)生產(chǎn)和管理都與電力大數據緊緊相關(guān),因此,電力系統中需要采用大數據技術(shù)來(lái)解決當前各個(gè)業(yè)務(wù)中增長(cháng)的數據所帶來(lái)的問(wèn)題。
1 電力系統中數據的特點(diǎn)和主要類(lèi)型
1.1電力系統中數據特點(diǎn)
       鑒于電力公司業(yè)務(wù)現狀,將大數據技術(shù)應用到電力系統中,其主要是通過(guò)數據挖掘技術(shù),對電力行業(yè)中未來(lái)業(yè)務(wù)進(jìn)行預測,同時(shí)對數據計算、集成和存儲等功能進(jìn)行整合,從而總結出適應于現在和未來(lái)的新型管理模式,不僅促進(jìn)了電力業(yè)務(wù)發(fā)展,還有效提高了電網(wǎng)內部的管理水平[3]。大數據的主要特點(diǎn)是:一,體量大,即各業(yè)務(wù)的數據增長(cháng)遠比預期要快;二,類(lèi)型多,數據主要包括半結構化數據和非結構化數據等;三,速度快,即對電力系統的數據采集、分析、處理技術(shù)速度要求越快越好;四,安全性,不管是數據收集、處理、調用、分析等多個(gè)環(huán)節,都需保證數據不受磨損,保證數據的質(zhì)量,保護數據在各個(gè)環(huán)節的安全性,要集中管理數據,以免丟失數據造成重大后果。
1.2電力系統中數據類(lèi)型
       電力系統數據的主要類(lèi)型分為以下四種:
       (1)基礎類(lèi)數據:這類(lèi)數據主要是與變壓器、發(fā)電機等電力設備相關(guān)聯(lián)的數據,電網(wǎng)內部依照實(shí)際情況來(lái)規劃管理基礎類(lèi)數據,與此同時(shí)在電力系統相應的更新數據,以此來(lái)保證調度中心所做決策是以新數據為基礎。
       (2)實(shí)時(shí)數據:這類(lèi)數據是在產(chǎn)生于電力系統的整個(gè)運行過(guò)程中,龐大的實(shí)時(shí)數據量需要配備較大的存儲空間,實(shí)時(shí)數據能顯示出電力系統的運行情況。
       (3)日常管理數據:這類(lèi)數據主要包括每個(gè)部門(mén)所整理的電力系統處理問(wèn)題后的數據。日常管理數據是在的范圍中所產(chǎn)生,在建立了共享平臺的基礎上,實(shí)時(shí)對電力設備的運行狀態(tài)進(jìn)行反饋,便于電網(wǎng)中每個(gè)部門(mén)得到所需數據信息,有利于所以部門(mén)進(jìn)行下一步工作。
       (4)外部數據:這類(lèi)數據主要產(chǎn)生于與電力系統相連接的其它網(wǎng)絡(luò ),這些網(wǎng)絡(luò )主要有物聯(lián)網(wǎng)、一次能源網(wǎng)絡(luò )、互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò )。這類(lèi)數據與電力系統的運行和維護有著(zhù)重要關(guān)系。比如:天氣溫度變化數據能對風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電站的產(chǎn)生影響,使得電力系統調度發(fā)生變化。從而電力系統的數據中把這些外部信息納入進(jìn)行考慮,能有利于調度部門(mén)做出更全面的決策。
2 電力大數據的關(guān)鍵技術(shù)分析
2.1集成管理技術(shù)
       智能電網(wǎng)下建立的大數據平臺,其擁有大量的信息存儲功能,尤其是在實(shí)際工程應用中,傳感器的作用使得大量的信息能直接傳輸到電力系統中,并能夠完善數據的采集工作。這些數據的技術(shù)主要包括電網(wǎng)運行、數據信息管理、大數據分析應用技術(shù)等,通過(guò)對這些數據分析和處理能使得集成管理技術(shù)得到完善。
2.2數據分析技術(shù)
       采用數據分析技術(shù)能使得電力系統對大量的信息進(jìn)行分析,通過(guò)分析能得到具有較強針對性的技術(shù)信息,并且能夠在信息處理的流程中符合科學(xué)決策[6]。以電力企業(yè)為例分析,為了提升網(wǎng)企業(yè)內的競爭實(shí)力和經(jīng)濟效益,就要做出正確的對策來(lái)針對經(jīng)濟效益的管理,則這個(gè)對策的有效性與電力發(fā)展有著(zhù)重要聯(lián)系。據了解,當今德國在數據分析領(lǐng)域處于超前水平,德國盡可能多使用太陽(yáng)能讓用戶(hù)將剩余的電力傳輸到電網(wǎng)中,有利于經(jīng)濟效益達到新高度。
2.3數據處理技術(shù)
       對于大量的數據分析,首先需要對數據進(jìn)行分類(lèi)處理,這樣才能有效處理大規模的數據。與傳統的數據處理方法相比較,人工處理數據方法不僅要耗費大量的物力和人力,與此同時(shí)在相同條件下數據分析的效率大大降低,所以要將分類(lèi)好的數據輸入到與之相對應的文件中,此操作不但提升了原來(lái)數據的訪(fǎng)問(wèn)途徑,提升了數據的使用效率,同時(shí)在并列式數據庫搭建中大大提升數據的加載效率,保證了數據能夠被實(shí)時(shí)查詢(xún)。
2.4數據存儲備份技術(shù)
       在大數據時(shí)代下,擁有較好的數據存儲能力,才能保證電網(wǎng)中的龐大數據得到有效存儲。與此同時(shí),其自身的修復功能會(huì )解決系統平臺中出現的問(wèn)題,不僅完善了智能電網(wǎng)系統,還保障了數據和智能電網(wǎng)的*性,提高了電網(wǎng)運行的可靠性。
3 大數據技術(shù)在電力系統的應用
3.1大數據技術(shù)對電網(wǎng)建設意義
       大數據技術(shù)對電網(wǎng)的意義主要表現在發(fā)電、輸電和用電這三個(gè)方面:在發(fā)電環(huán)節中,大數據技術(shù)能統計出很大范圍的電力需求,然后通過(guò)收集的數據預測出后一段時(shí)間的用電負荷,發(fā)電領(lǐng)域在考慮預測結果的基礎上進(jìn)行有計劃發(fā)電,這樣有利于整個(gè)社會(huì )的生態(tài)文明建設;在輸電環(huán)節,輸電線(xiàn)路上的所有信息都可以使用大數據技術(shù)來(lái)進(jìn)行收集和處理,此方法能使得低電壓損耗率大大降低,還能保證線(xiàn)路的正常運行;在用戶(hù)用電環(huán)節,所有用戶(hù)的用電量能采用大數據技術(shù)進(jìn)行整理,通過(guò)采納電力市場(chǎng)中的先進(jìn)營(yíng)銷(xiāo)策略,引導用戶(hù)擁有節約用電的理念,以此來(lái)推動(dòng)電力產(chǎn)業(yè)的“集約化"發(fā)展。
3.2預測風(fēng)電功率
       由于現如今大規模風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統和電網(wǎng)調度的安全運行產(chǎn)生了嚴重影響,而對風(fēng)電功率進(jìn)行預測能使這個(gè)問(wèn)題得到有效緩解。風(fēng)電的特性是隨機性和波動(dòng)性,這個(gè)特性使得預測風(fēng)電功率需以大量的歷史數據作為支撐,此類(lèi)數據主要包括風(fēng)電機組信息、地貌形勢、風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)和歷史輸出功率數據、實(shí)時(shí)和歷史測風(fēng)塔等數據。其中采集的風(fēng)塔歷史數據的時(shí)間分辨率短則超過(guò)10min,時(shí)長(cháng)則超過(guò)1年;通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)采集的歷史輸出功率數據的時(shí)間分辨率要超過(guò)5min,數據的時(shí)長(cháng)要超過(guò)1年。面對大量的歷史數據,此時(shí)就需要建立可靠的預測模型來(lái)對風(fēng)電功率進(jìn)行預測,通過(guò)選擇不同的時(shí)間尺度,結合實(shí)際工程應用需求,嘗試多種預測模型對風(fēng)電功率進(jìn)行預測,以便得到更精準的預測結果。
3.3定位和治理配電網(wǎng)低電壓
       由于現在電網(wǎng)仍然存在低電壓的問(wèn)題,主要原因是整個(gè)電網(wǎng)系統升級較慢,以及用電負荷的大大增加,這樣對用戶(hù)的正常用電造成了負面影響。利用大數據技術(shù)能定位配電網(wǎng)低電壓,電網(wǎng)的相關(guān)信息可通過(guò)用電信息采集系統和SCADA系統進(jìn)行收集[7],這些相關(guān)信息如變壓器和線(xiàn)路的電流電壓斷貨負荷類(lèi)型、功率因數等參數。與此同時(shí),與配電網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的無(wú)功補償、負載率、供電半徑、配電網(wǎng)結構、故障情況等信息,為了深度了解電網(wǎng)低電壓的原因,采用數據挖掘模型對配電網(wǎng)低電壓的影響因素進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,提升了配電網(wǎng)合格率,對電網(wǎng)的安全運行給予保障。
3.4預警評估配電網(wǎng)重過(guò)載風(fēng)險
       伴隨著(zhù)用電量即電力需求的大幅度增長(cháng),傳統“輕配重輸"的工程建設模式已與現如今的發(fā)展需求不太符合,主要原因是常常會(huì )出現重過(guò)載的問(wèn)題,因此不但對供電質(zhì)量失去了保障,還影響了配電網(wǎng)的正常運行[8]。為了更方便的獲取配電變壓器和輸電線(xiàn)路的歷史和實(shí)時(shí)的三相電壓、電流和功率因素等相關(guān)信息,可通過(guò)這些系統來(lái)獲取,如用電信息采集系統、OMS、SCADA、AMI、OMS、關(guān)聯(lián)營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)等系統。然后采用綜合分析的方法來(lái)評估配電變壓器的相關(guān)特性,如容載比、配電網(wǎng)元件故障率、線(xiàn)路間負荷轉移能力等。
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:
       按照國家電網(wǎng)公司的統計,10kV及以上供電電壓等級的工商業(yè)用戶(hù)有200萬(wàn)戶(hù)以上,此類(lèi)“用戶(hù)側變配電所"產(chǎn)權歸電力用戶(hù)所有(工商企業(yè)、住宅小區、學(xué)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(diǎn):
       人工成本高:人工巡視、紙質(zhì)記錄、電話(huà)溝通,缺乏智能化的手段
       工作效率低:巡視頻率低、巡檢任務(wù)無(wú)法定位、巡檢過(guò)程不標準規范、巡檢缺陷缺乏閉環(huán)跟蹤;
       安全隱患:有些用電單位無(wú)專(zhuān)業(yè)維護電工、無(wú)法即時(shí)排查電氣隱患、隱蔽工程隱患檢查難等難題;
       搶修時(shí)間長(cháng):變電所設備種類(lèi)較多,在分布上也比較分散,無(wú)法即時(shí)識別和定位故障信息,需要用戶(hù)通知后到現場(chǎng)確認;
       運行大數據缺少分析:有些用戶(hù)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(chǎng)電力參數信息不了解,無(wú)法確定電力系統是否正常運行。
4.2  應用場(chǎng)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(xiàn)纜測溫裝置、變壓器溫控儀、視頻攝像頭、水浸煙霧、溫濕度、門(mén)磁等多種傳感器統一接入變電所現場(chǎng)的邊緣計算網(wǎng)關(guān),經(jīng)邊緣計算網(wǎng)關(guān)將數據封裝、壓縮、加密后上傳至云平臺。實(shí)時(shí)集中監測所有變電所用電情況、統一調度運維巡檢安排,線(xiàn)上線(xiàn)下聯(lián)動(dòng);實(shí)現用戶(hù)側變配電所的24小時(shí)無(wú)人值守,全面監測各配電回路運行狀態(tài),即時(shí)定位故障,降低安全風(fēng)險。通過(guò)手機APP下發(fā)運維任務(wù)到人員手機上,并通過(guò)GPS跟蹤運維執行過(guò)程。將企業(yè)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(shí)發(fā)現運行缺陷并做消缺處理。為售電企業(yè)提供電能集抄服務(wù),即時(shí)掌握用戶(hù)用電量情況,避免偏差考核;響應泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的政策,增加客戶(hù)粘性,為后期的增值服務(wù)開(kāi)展做準備。
4.4云平臺功能
 4.5云平臺配置方案
4.6產(chǎn)品介紹
       AM5SE系列微機綜合保護裝置
       功能
       保護功能:主變差動(dòng)保護功能、主變后備保護、三段式過(guò)流帶方向帶電壓閉鎖、三段式過(guò)流、零序電流保護、過(guò)電壓;
       低電壓保護、大功率電機保護、高壓電動(dòng)機綜合保護、PT并列功能、非電量保護、并網(wǎng)逆功率保護、檢同期功能;
       測量功能:保護電流、測量電流、零序電流、母線(xiàn)電壓、零序電壓4-20MA輸出、直流測量;
       通訊功能:提供RS485通訊接口,RS232維護接口,IRIG-B對時(shí)接口、USB升級接口,RJ45網(wǎng)口接口;
       故障錄波功能:保護動(dòng)作時(shí)觸發(fā)錄波,可以記錄故障前8個(gè)周波后四個(gè)周波的數據;
       控制回路:自帶操作回路,防跳功能;
       GPS校時(shí)功能:提供時(shí)鐘同步接口,接收GPS校時(shí)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(jìn)線(xiàn)/主變壓器(一般容量2000kVA以上)/PT/母聯(lián)、10kV進(jìn)線(xiàn)/饋線(xiàn)/配電變壓器(一般容量2000kVA以下)/高壓電動(dòng)機/高壓電容器/母聯(lián)/PT等設備的保護和自動(dòng)控制功能。
       ASD300系列智能操控裝置
       功能
       一次動(dòng)態(tài)模擬圖指示及自檢帶電顯示、閉鎖及自檢;
       核相、強制加熱、強制照明;
       語(yǔ)音防誤提示;
       人體感應及柜內照明、已帶電語(yǔ)音播報;
       分合閘、遠方就地、儲能轉換開(kāi)關(guān);
       分合閘回路完好指示/電壓測量;
       預分預合閃光指示;
       斷路器分合次數統計;
       RS485串行通訊接口;
       開(kāi)關(guān)柜節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫;
       全電參量測量。
       應用
       35KV高壓及以下中置柜,手車(chē)柜,環(huán)網(wǎng)柜。
 
       ARTM-Pn無(wú)線(xiàn)測溫裝置
       功能
       接收60個(gè)ATE100/200/300/400;
       3U3I電參量測量;
       實(shí)時(shí)測溫功能;
       RS485通訊接口,通過(guò)標準的MODBUS RTU協(xié)議實(shí)現組網(wǎng)功能;
       具備自檢功能;
       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。
 
       APM810系列多功能電力儀表
       功能
       準確度等級:有功電能0.5S級,無(wú)功電能2級;
       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(wú)功功率、分相及總視在功率、分相及總功率因數、頻率、需量;
       電能計量:分相及總雙向電能、四象限無(wú)功電能;
       電能質(zhì)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(huà)波峰因子、電流K系數測量;
       輸入輸出:2路開(kāi)關(guān)量輸出(選配MD82模塊可擴至8路);
       及2路開(kāi)關(guān)量輸入(選配MD82模塊可擴至26路),開(kāi)關(guān)量輸出;
       可配置為報警輸出或遠程遙控,DO用作報警輸出時(shí)可自由關(guān)聯(lián)報警內容;
       SD卡存儲功能:用于電參量、電能、諧波等數據定時(shí)存儲,波形存儲等功能。
       應用
       適用于電力系統、工礦企業(yè)、公用設施、智能大廈等需要電力監控的場(chǎng)合。
 
       DTSD1352導軌式電能表
       功能
       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(wú)功電能統計;
       準確級精度:有功0.5S;
       電流信號接入:直接接入10(80)A 經(jīng)CT接入1(6)A;
       電壓信號:100V 380V;
       通信:RS485接口,支持MODBUS-RTU或者DL/T645通訊協(xié)議。
       應用
       適用于政府機關(guān)和大型公建中對電能的分項計量,也可用于企事業(yè)單位作電能管理考核。
       ADW300無(wú)線(xiàn)智能儀表
       功能
       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(wú)功電能統計;
       電能質(zhì)量:電壓、電流不平衡度,電壓、電流總諧波及2-31分次諧波;
       需量:電流、功率需量及實(shí)時(shí)電流,功率需量;
       準確級精度:0.5s級 ADW300外置互感器型1級;
       電流信號規格:100A輸入 ,經(jīng)互感器輸入,二次互感接入;
       通訊方式:RS485、 LORA無(wú)線(xiàn)通訊、NB-IOT無(wú)線(xiàn)通訊、4G無(wú)線(xiàn)通訊。
       應用
       ADW300方便用戶(hù)進(jìn)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(huán)保監管等在線(xiàn)監測類(lèi)平臺中。
       ARCM300系列電氣火災監控儀表
       功能
       測量:?jiǎn)位芈肥S嚯娏鳌?路溫度、電壓、電流、功率、頻率、功率因數、視在電能、四象限電能;
       保護:剩余電流、溫度、過(guò)流等;
       報警:聲光報警,支持消音、復位操作;
       開(kāi)關(guān)量:1路繼電器輸出、4路開(kāi)關(guān)量輸入;
       通訊方式:RS485、NB-IOT無(wú)線(xiàn)通訊、4G無(wú)線(xiàn)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(yè)、國家消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領(lǐng)域。
       ANET智能網(wǎng)關(guān)
       功能
       數據采集(支持串口、以太網(wǎng),只需配置即可兼容支持標準電力規約的各類(lèi)儀表);
       數據上傳(支持往上海分類(lèi)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);
       邊緣計算(靈活的報警閾值設置、主動(dòng)上傳報警信息、數據合并計算、斷點(diǎn)續傳、數據加密、4G路由);
       遠程管理(遠程配置、遠程升級、遠程監視)。
       應用
       泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、能耗系統平臺、電力需求側管理平臺、第三方云平臺、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云平臺現場(chǎng)應用圖片  
  
 
               展廳現場(chǎng)                 運維團隊               采集箱內部圖
 
高配現場(chǎng)                    門(mén)磁安裝                   煙感安裝
   
           機安裝                   漏水檢測安裝              低壓柜儀表
4.8平臺價(jià)值
       為電力運維企業(yè)提供線(xiàn)上運維服務(wù)平臺,實(shí)時(shí)集中監測所有變電所用電情況、統一調度運維巡檢安排,線(xiàn)上線(xiàn)下聯(lián)動(dòng)。
       將企業(yè)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(lián)網(wǎng)的政策,增加客戶(hù)粘性,為后期的增值服務(wù)開(kāi)展做準備;
       為售電企業(yè)提供電能集抄服務(wù),即時(shí)掌握用戶(hù)用電量情況,避免偏差考核。
4.9訪(fǎng)問(wèn)方式
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4.10 典型案例
 
 
5 結語(yǔ)
       隨著(zhù)智能電網(wǎng)的不斷建設和發(fā)展,以及不斷增加的電力數據需求量,大數據技術(shù)得到各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應用已成為了必然趨勢。通過(guò)分析電力數據的特點(diǎn),并結合大數據技術(shù)的優(yōu)勢,將大數據技術(shù)應用到電力系統中,對智能電網(wǎng)建設產(chǎn)生了積極影響。希望本文的闡述能引起越來(lái)越多的電力工作者對大數據技術(shù)的關(guān)注,電力系統能充分應用大數據技術(shù),推動(dòng)電網(wǎng)的發(fā)展和轉型,促進(jìn)電網(wǎng)的長(cháng)久穩定發(fā)展,才能更好適應社會(huì )發(fā)展需求。
參考文獻
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作者簡(jiǎn)介:
       韓歡慶,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(fā)與應用,


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