淺談面向智能電網(wǎng)應用的電力大數(shù)據(jù)關鍵技術

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：作為城市建設發(fā)展必須的資源資源之一，電力能源供應的穩(wěn)定性至關重要，而電力系統(tǒng)可靠運行，才是保持電能持續(xù)穩(wěn)定供應的根本性保障，隨著電氣工程及其自動化技術的發(fā)展，電力系統(tǒng)逐漸邁向智能化、自動化，在運行穩(wěn)定的前提下，運行效率會有所提升。在智能電網(wǎng)中，大數(shù)據(jù)分析是必不可shao的，而其中又包含了分析、處理，以及集成技術，只有保障每項技術可以為大數(shù)據(jù)分析軟件提供必要的支持，才能夠切實保障數(shù)據(jù)分析工作的效率，以及分析得到結(jié)果的質(zhì)量。本文主要從技術角度出發(fā)，解析了電力大數(shù)據(jù)關鍵技術。

關鍵詞：智能電網(wǎng)；電力大數(shù)據(jù)；關鍵技術

0 引言

    智能電網(wǎng)和傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)相比，顯著的優(yōu)勢在于反應時間上，智能電網(wǎng)在大數(shù)據(jù)分析技術的加持下，當大數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示任意一個時間段內(nèi)，任意局部范圍內(nèi)電網(wǎng)運行狀態(tài)存在波動，系統(tǒng)會第一時間做出處理，確保電力系統(tǒng)能夠始終維持在一個較為穩(wěn)定的運行狀態(tài)。而對于大數(shù)據(jù)分析而言，從開始的數(shù)據(jù)采掘和分析，再到數(shù)據(jù)處理，每一個環(huán)節(jié)的質(zhì)量共同影響著大數(shù)據(jù)分析結(jié)果的可靠性。

1 大數(shù)據(jù)分析的重要性

    大數(shù)據(jù)分析，對于優(yōu)化電力系統(tǒng)運行效率而言至關重要的，只有切實做好相應的大數(shù)據(jù)分析工作，才能夠zhi定具有一定針對性的改造計劃。大數(shù)據(jù)分析對于電力系統(tǒng)而言，首先是數(shù)據(jù)采集的性上，由于大數(shù)據(jù)分析需要采集海量的數(shù)據(jù)，所以可以從數(shù)據(jù)信息的角度總結(jié)出電力系統(tǒng)實時運行期間真實的狀態(tài)，其次則是軟件分析的可靠性上，通過軟件分析得出的結(jié)論具有較高的參考價值，軟件本身可以根據(jù)數(shù)據(jù)對未來發(fā)展的趨勢進行預判。

    總而言之，大數(shù)據(jù)分析對智能化電網(wǎng)建設工作而言至關重要，作為優(yōu)化電網(wǎng)系統(tǒng)運行效率重要的分析手段之一，對于推動智能電網(wǎng)發(fā)展具有重要價值。

2 關鍵技術淺析

2.1 規(guī)劃中的應用

    數(shù)據(jù)規(guī)劃是分析數(shù)據(jù)之前必須要進行的工作，主要實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)各項運行參數(shù)的挖掘、分析，進而為優(yōu)化電力系統(tǒng)提供參考。對智能電網(wǎng)而言，首先是數(shù)據(jù)的采掘和分類，智能化系統(tǒng)會對大體量的數(shù)據(jù)進行掃描，自動將沒有用的數(shù)據(jù)過濾掉，只保存有價值的數(shù)據(jù)信息，并將所有的數(shù)據(jù)信息進行分類。其次，是數(shù)據(jù)分析模塊， 大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)會針對不同特征對采掘到的數(shù)據(jù)進行分析，系統(tǒng)會根據(jù)分析結(jié)果，自動進行、擴展，在此期間不需要人為干預，所以能夠極大程度節(jié)省數(shù)據(jù)分析需要的時間。電力大數(shù)據(jù)分析技術 , 從根本上講 , 屬于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘技術在海量數(shù)據(jù)挖掘下的新發(fā)展 ,但由于大數(shù)據(jù)海量、高速增長、多樣性的特點 ,并且不僅包含結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù) , 還含半結(jié)構(gòu)化和非機構(gòu)化數(shù)據(jù) , 因此傳統(tǒng)的很多處理小數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘方法已經(jīng)不再實用。大數(shù)據(jù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)挖掘與機器學習算法 ,可以從兩個方面著手:一方面從大數(shù)據(jù)的治理與抽樣、特征選擇的角度入手,將大數(shù)據(jù)小數(shù)據(jù)化；另一方面從開展大數(shù)據(jù)下的聚類、分類算法研究。

2.2 檢修中的應用

    傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢修方法，算法復雜，解決電力系統(tǒng)問題速率較低， 并且前期工作需要花費較長的時間才能夠完成，所以電力系統(tǒng)檢修的 周期較長，而基于數(shù)據(jù)處理技術的檢修系統(tǒng)，其算法是在原有算法的基礎上進行優(yōu)化得到的，運算速率和準確率都有大幅提升。在分析故障原因的時候，系統(tǒng)自身還根據(jù)數(shù)據(jù)類型的不同，采用不同的算法，其一，針對大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)來說法，分布式計算技術的效率*，能夠迅速集成分布式數(shù)據(jù)，對其進行存儲并處理。其二，內(nèi)存計算技術的運算速率較高，主要應用于實時數(shù)據(jù)的計算，效率較高，可以實現(xiàn)線上處理問題。其三， 針對實時到達，速度和規(guī)模無法做出預判的數(shù)據(jù)而言，流處理技術可以技術處理相應數(shù)據(jù)，效率要高于其他處理技術。綜合以上三種數(shù)據(jù)處理技術，可以更好開展大數(shù)據(jù)分析，對電力系統(tǒng)運行的狀態(tài)有一個更為深入的理解，進而可以采取更具針對性的優(yōu)化措施，使電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性進一步得到提升。

2.3 監(jiān)控中的應用

    對于電力系統(tǒng)而言，需要對電力系統(tǒng)進行實時的監(jiān)控，將分散的數(shù)據(jù)進行整合，在對數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控的過程中，需要建立相應的數(shù)據(jù)庫用于存儲數(shù)據(jù)信息，其中，基于 No SQL 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)集成技術，就很好的解決了這一問題，在大數(shù)據(jù)庫的支撐下，數(shù)據(jù)集成的效率得到了顯著提升，在查找到數(shù)據(jù)之后，集成系統(tǒng)會進行抽樣檢測，確認數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性，在確認完畢之后才會對數(shù)據(jù)進行儲存。在數(shù)據(jù)集成技術的加持下，一方面可以切實提升數(shù)據(jù)分析工作的效率，另外一個方面，則是可以有效提高數(shù)據(jù)本身的質(zhì)量。

3 安科瑞變電所電力運維云平臺

3.1 概述

    按照國家電網(wǎng)公司的統(tǒng)計，10kV及以上供電電壓等級的工商業(yè)用戶有200萬戶以上，此類“用戶側(cè)變配電所”產(chǎn)權(quán)歸電力用戶所有（工商企業(yè)、住宅小區(qū)、學校、醫(yī)院等），雖然數(shù)量眾多，但是日常的運行維護工作比較傳統(tǒng)，普遍存在以下痛點：

       人工成本高：人工巡視、紙質(zhì)記錄、電hua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(guī)范、巡檢缺陷缺乏閉環(huán)跟蹤；

　　隱患：有些用電單位無專業(yè)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(xiàn)場確認；

        運行大數(shù)據(jù)缺少分析：有些用戶未有數(shù)據(jù)匯總分析平臺，甚至未an裝電力儀表導致運維人員對現(xiàn)場電力參數(shù)信息不了解，無法確定電力系統(tǒng)是否正常運行。

3.2 應用場所

3.3 云平臺架構(gòu)

    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(tǒng)一接入變電所現(xiàn)場的邊緣計算網(wǎng)關，經(jīng)邊緣計算網(wǎng)關將數(shù)據(jù)封裝、壓縮、加密后上傳至云平臺。實時集中監(jiān)測所有變電所用電情況、統(tǒng)一調(diào)度運維巡檢安排，線上線下聯(lián)動；實現(xiàn)用戶側(cè)變配電所的24小時無人值守，監(jiān)測各配電回路運行狀態(tài)，即時定位故障，降低風險。通過手機APP下發(fā)運維任務到zhi定人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執(zhí)行過程。將企業(yè)集團/高等院校內(nèi)廣泛分布的變電所集中統(tǒng)一管理，提高運維效率、提高故障響應速度，即時發(fā)現(xiàn)運行缺陷并做消缺處理。為售電企業(yè)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(lián)網(wǎng)的政策，增加客戶粘性，為后期的增值服務開展做準備。

3.4 平臺功能

3.5 平臺配置方案

3.6 產(chǎn)品介紹

3.6.1 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(wǎng)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(wǎng)口接口

（5）故障錄波功能：保護動作時觸發(fā)錄波，可以記錄故障前8個周波后四個周波的數(shù)據(jù)

（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(lián)、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(lián)/PT等設備的保護和自動控制功能

3.6.2 ASD300系列智能操控裝置

功能:

（1）一次動態(tài)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(nèi)照明、已帶電語音播報

（5）分合閘、遠方就地、儲能轉(zhuǎn)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(shù)統(tǒng)計

（9）RS485串行通訊接口

（10）開關柜節(jié)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(huán)網(wǎng)柜

3.6.3 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(xié)議實現(xiàn)組網(wǎng)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

3.6.4 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(shù)、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(zhì)量監(jiān)測：2-63次分次諧波、總（奇、偶）諧波測量、電壓波峰系數(shù)、電話波峰因子、電流K系數(shù)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(lián)報警內(nèi)容

（6）SD卡存儲功能：用于電參量、電能、諧波等數(shù)據(jù)定時存儲，波形存儲等功能

應用：

適用于電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公用設施、智能大廈等需要電力監(jiān)控的場合

3.6.5 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(tǒng)計、總正反向無功電能統(tǒng)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(jīng)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(xié)議

應用：

適用于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。

3.6.6 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(tǒng)計、總正反向無功電能統(tǒng)計；

（2）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

（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(guī)格：100A輸入，經(jīng)互感器輸入，5A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(jiān)測、集抄和管理，可靈活an裝在配電箱中，可用于電力運維、環(huán)保監(jiān)管等在線監(jiān)測類平臺中。

3.6.7 ARCM300系列電氣火災監(jiān)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(shù)、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(yè)、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領域。

3.6.8 ANET智能網(wǎng)關

功能：

（1）數(shù)據(jù)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(guī)約的各類儀表）

（2）數(shù)據(jù)上傳（支持往上海分類分項能耗平臺、寧夏電力需求側(cè)平臺、江蘇電力運維平臺、浙江電力運維平臺上傳數(shù)據(jù)）

（3）邊緣計算（靈活的報警閾值設置、主動上傳報警信息、數(shù)據(jù)合并計算、斷點續(xù)傳、數(shù)據(jù)加密、4G路由）

（4）遠程管理（遠程配置、遠程升級、遠程監(jiān)視）

應用：

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、能耗系統(tǒng)平臺、電力需求側(cè)管理平臺、第三方云平臺、預付費系統(tǒng)、運維系統(tǒng)平臺、電力監(jiān)控平臺、能源綜合管理平臺

3.7 現(xiàn)場應用圖片

展廳現(xiàn)場運維團隊采集箱內(nèi)部圖

高配現(xiàn)場門磁an裝煙感an裝

qiang機安裝漏水檢測安裝低壓柜儀表

3.8 平臺價值

    為電力運維企業(yè)提供線上運維服務平臺，實時集中監(jiān)測所有變電所用電情況、統(tǒng)一調(diào)度運維巡檢安排，線上線下聯(lián)動。

將企業(yè)集團/高等院校內(nèi)廣泛分布的變電所集中統(tǒng)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，增加客戶粘性，為后期的增值服務開展做準備；

為售電企業(yè)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；

3.9 訪問方式

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3.10典型案例

4 結(jié)語

    作為智能電網(wǎng)建設必不可shao的技術手段之一，結(jié)合大數(shù)據(jù)的技術優(yōu)勢和電力系統(tǒng)的應用需求，發(fā)揮電力大數(shù)據(jù)的價值，將為智能電網(wǎng)的建設帶來新的發(fā)展契機。電力企業(yè)應該牢牢抓住這個契機，從數(shù)據(jù)政策、人才培養(yǎng)、關鍵技術研發(fā)等層面，促成電力大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展。 

參考文獻：

[1]王建成．面向智能電網(wǎng)應用的電力大數(shù)據(jù)關鍵技術探析[J]．電子測試,2018,000(004):132-133.

[2]謝敏敏．面向智能電網(wǎng)應用的電力大數(shù)據(jù)關鍵技術探析[J]．數(shù)碼世界,2020,000(001):281-282.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版.

作者簡介：

劉細鳳，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司