王晶晶
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)展中起著重要作用,是支撐現(xiàn)代化建設的重要公共事業(yè)。在信息技術持續(xù)發(fā)展的背景下,電力大數(shù)據(jù)關鍵技術的應用開始日新月異,為電力系統(tǒng)的經(jīng)營管理上提供了重要的技術支持,其具體應用不但可使電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛咏?jīng)濟、安全可靠、清潔高效的現(xiàn)代能源互聯(lián)網(wǎng),還能提高電力系統(tǒng)的運營效率和管理水平。本文主要介紹了大數(shù)據(jù)的特點和大數(shù)據(jù)技術,并對大數(shù)據(jù)技術在電力系統(tǒng)的應用研究進行分析和探討。
關鍵詞:電力系統(tǒng);大數(shù)據(jù)技術;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,隨著智能化電力系統(tǒng)的不斷建設,大量的信息數(shù)據(jù)在電力生產(chǎn)、營銷、服務的流程中產(chǎn)生,每項業(yè)務都會積累大量的歷史數(shù)據(jù)[1]。管理人員每天都要花費大量的時間和精力去分析處理這些數(shù)據(jù),而在龐大的數(shù)據(jù)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,造成這樣的問題主要為以下二種原因:一是因為采用傳統(tǒng)的方法對現(xiàn)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)進行處理,不僅效率低,而且結(jié)果并沒有代表性,若從龐大的數(shù)據(jù)中提取有效的數(shù)據(jù)進行處理,其結(jié)果是使得管理者不能做出更全面的決策;另一原因是現(xiàn)管理信息系統(tǒng)只重視業(yè)務流程的處理環(huán)節(jié),使得企業(yè)生產(chǎn)和決策對大數(shù)據(jù)的依賴得不到滿足。就電力系統(tǒng)而言,未來電力工業(yè)生產(chǎn)和管理都與電力大數(shù)據(jù)緊緊相關,因此,電力系統(tǒng)中需要采用大數(shù)據(jù)技術來解決當前各個業(yè)務中增長的數(shù)據(jù)所帶來的問題。
1 電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的特點和主要類型
1.1電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)特點
鑒于電力公司業(yè)務現(xiàn)狀,將大數(shù)據(jù)技術應用到電力系統(tǒng)中,其主要是通過數(shù)據(jù)挖掘技術,對電力行業(yè)中未來業(yè)務進行預測,同時對數(shù)據(jù)計算、集成和存儲等功能進行整合,從而總結(jié)出適應于現(xiàn)在和未來的新型管理模式,不僅促進了電力業(yè)務發(fā)展,還有效提高了電網(wǎng)內(nèi)部的管理水平[3]。大數(shù)據(jù)的主要特點是:一,體量大,即各業(yè)務的數(shù)據(jù)增長遠比預期要快;二,類型多,數(shù)據(jù)主要包括半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等;三,速度快,即對電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、分析、處理技術速度要求越快越好;四,安全性,不管是數(shù)據(jù)收集、處理、調(diào)用、分析等多個環(huán)節(jié),都需保證數(shù)據(jù)不受磨損,保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量,保護數(shù)據(jù)在各個環(huán)節(jié)的安全性,要集中管理數(shù)據(jù),以免丟失數(shù)據(jù)造成重大后果。
1.2電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)類型
電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的主要類型分為以下四種:
(1)基礎類數(shù)據(jù):這類數(shù)據(jù)主要是與變壓器、發(fā)電機等電力設備相關聯(lián)的數(shù)據(jù),電網(wǎng)內(nèi)部依照實際情況來規(guī)劃管理基礎類數(shù)據(jù),與此同時在電力系統(tǒng)相應的更新數(shù)據(jù),以此來保證調(diào)度中心所做決策是以新數(shù)據(jù)為基礎。
(2)實時數(shù)據(jù):這類數(shù)據(jù)是在產(chǎn)生于電力系統(tǒng)的整個運行過程中,龐大的實時數(shù)據(jù)量需要配備較大的存儲空間,實時數(shù)據(jù)能顯示出電力系統(tǒng)的運行情況。
(3)日常管理數(shù)據(jù):這類數(shù)據(jù)主要包括每個部門所整理的電力系統(tǒng)處理問題后的數(shù)據(jù)。日常管理數(shù)據(jù)是在范圍中所產(chǎn)生,在建立了共享平臺的基礎上,實時對電力設備的運行狀態(tài)進行反饋,便于電網(wǎng)中每個部門得到所需數(shù)據(jù)信息,有利于所以部門進行下一步工作。
(4)外部數(shù)據(jù):這類數(shù)據(jù)主要產(chǎn)生于與電力系統(tǒng)相連接的其它網(wǎng)絡,這些網(wǎng)絡主要有物聯(lián)網(wǎng)、一次能源網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡。這類數(shù)據(jù)與電力系統(tǒng)的運行和維護有著重要關系。比如:天氣溫度變化數(shù)據(jù)能對風力和太陽能發(fā)電站的產(chǎn)生影響,使得電力系統(tǒng)調(diào)度發(fā)生變化。從而電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中把這些外部信息納入進行考慮,能有利于調(diào)度部門做出更全面的決策。
2 電力大數(shù)據(jù)的關鍵技術分析
2.1集成管理技術
智能電網(wǎng)下建立的大數(shù)據(jù)平臺,其擁有大量的信息存儲功能,尤其是在實際工程應用中,傳感器的作用使得大量的信息能直接傳輸?shù)诫娏ο到y(tǒng)中,并能夠完善數(shù)據(jù)的采集工作。這些數(shù)據(jù)的技術主要包括電網(wǎng)運行、數(shù)據(jù)信息管理、大數(shù)據(jù)分析應用技術等,通過對這些數(shù)據(jù)分析和處理能使得集成管理技術得到完善。
2.2數(shù)據(jù)分析技術
采用數(shù)據(jù)分析技術能使得電力系統(tǒng)對大量的信息進行分析,通過分析能得到具有較強針對性的技術信息,并且能夠在信息處理的流程中符合科學決策[6]。以電力企業(yè)為例分析,為了提升網(wǎng)企業(yè)內(nèi)的競爭實力和經(jīng)濟效益,就要做出正確的對策來針對經(jīng)濟效益的管理,則這個對策的有效性與電力發(fā)展有著重要聯(lián)系。據(jù)了解,當今德國在數(shù)據(jù)分析領域處于超前水平,德國盡可能多使用太陽能讓用戶將剩余的電力傳輸?shù)诫娋W(wǎng)中,有利于經(jīng)濟效益達到新高度。
2.3數(shù)據(jù)處理技術
對于大量的數(shù)據(jù)分析,首先需要對數(shù)據(jù)進行分類處理,這樣才能有效處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法相比較,人工處理數(shù)據(jù)方法不僅要耗費大量的物力和人力,與此同時在相同條件下數(shù)據(jù)分析的效率大大降低,所以要將分類好的數(shù)據(jù)輸入到與之相對應的文件中,此操作不但提升了原來數(shù)據(jù)的訪問途徑,提升了數(shù)據(jù)的使用效率,同時在并列式數(shù)據(jù)庫搭建中大大提升數(shù)據(jù)的加載效率,保證了數(shù)據(jù)能夠被實時查詢。
2.4數(shù)據(jù)存儲備份技術
在大數(shù)據(jù)時代下,擁有較好的數(shù)據(jù)存儲能力,才能保證電網(wǎng)中的龐大數(shù)據(jù)得到有效存儲。與此同時,其自身的修復功能會解決系統(tǒng)平臺中出現(xiàn)的問題,不僅完善了智能電網(wǎng)系統(tǒng),還保障了數(shù)據(jù)和智能電網(wǎng)的*性,提高了電網(wǎng)運行的可靠性。
3 大數(shù)據(jù)技術在電力系統(tǒng)的應用
3.1大數(shù)據(jù)技術對電網(wǎng)建設意義
大數(shù)據(jù)技術對電網(wǎng)的意義主要表現(xiàn)在發(fā)電、輸電和用電這三個方面:在發(fā)電環(huán)節(jié)中,大數(shù)據(jù)技術能統(tǒng)計出很大范圍的電力需求,然后通過收集的數(shù)據(jù)預測出后一段時間的用電負荷,發(fā)電領域在考慮預測結(jié)果的基礎上進行有計劃發(fā)電,這樣有利于整個社會的生態(tài)文明建設;在輸電環(huán)節(jié),輸電線路上的所有信息都可以使用大數(shù)據(jù)技術來進行收集和處理,此方法能使得低電壓損耗率大大降低,還能保證線路的正常運行;在用戶用電環(huán)節(jié),所有用戶的用電量能采用大數(shù)據(jù)技術進行整理,通過采納電力市場中的先進營銷策略,引導用戶擁有節(jié)約用電的理念,以此來推動電力產(chǎn)業(yè)的“集約化"發(fā)展。
3.2預測風電功率
由于現(xiàn)如今大規(guī)模風電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)和電網(wǎng)調(diào)度的安全運行產(chǎn)生了嚴重影響,而對風電功率進行預測能使這個問題得到有效緩解。風電的特性是隨機性和波動性,這個特性使得預測風電功率需以大量的歷史數(shù)據(jù)作為支撐,此類數(shù)據(jù)主要包括風電機組信息、地貌形勢、風電場實時和歷史輸出功率數(shù)據(jù)、實時和歷史測風塔等數(shù)據(jù)。其中采集的風塔歷史數(shù)據(jù)的時間分辨率短則超過10min,時長則超過1年;通過風電場采集的歷史輸出功率數(shù)據(jù)的時間分辨率要超過5min,數(shù)據(jù)的時長要超過1年。面對大量的歷史數(shù)據(jù),此時就需要建立可靠的預測模型來對風電功率進行預測,通過選擇不同的時間尺度,結(jié)合實際工程應用需求,嘗試多種預測模型對風電功率進行預測,以便得到更精準的預測結(jié)果。
3.3定位和治理配電網(wǎng)低電壓
由于現(xiàn)在電網(wǎng)仍然存在低電壓的問題,主要原因是整個電網(wǎng)系統(tǒng)升級較慢,以及用電負荷的大大增加,這樣對用戶的正常用電造成了負面影響。利用大數(shù)據(jù)技術能定位配電網(wǎng)低電壓,電網(wǎng)的相關信息可通過用電信息采集系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)進行收集[7],這些相關信息如變壓器和線路的電流電壓斷貨負荷類型、功率因數(shù)等參數(shù)。與此同時,與配電網(wǎng)相關聯(lián)的無功補償、負載率、供電半徑、配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、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(shù)據(jù)挖掘模型對配電網(wǎng)低電壓的影響因素進行關聯(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)重過載風險
伴隨著用電量即電力需求的大幅度增長,傳統(tǒng)“輕配重輸"的工程建設模式已與現(xiàn)如今的發(fā)展需求不太符合,主要原因是常常會出現(xiàn)重過載的問題,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路的歷史和實時的三相電壓、電流和功率因素等相關信息,可通過這些系統(tǒng)來獲取,如用電信息采集系統(tǒng)、OMS、SCADA、AMI、OMS、關聯(lián)營銷業(yè)務等系統(tǒng)。然后采用綜合分析的方法來評估配電變壓器的相關特性,如容載比、配電網(wǎng)元件故障率、線路間負荷轉(zhuǎn)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(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(guī)范、巡檢缺陷缺乏閉環(huán)跟蹤;
安全隱患: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,甚至未安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。
4.2 應用場所
4.3 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,全面監(jiān)測各配電回路運行狀態(tài),即時定位故障,降低安全風險。通過手機APP下發(fā)運維任務到人員手機上,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。
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;
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;
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;
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;
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);
控制回路:自帶操作回路,防跳功能;
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。
ASD300系列智能操控裝置
功能
一次動態(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;
語音防誤提示;
人體感應及柜內(nèi)照明、已帶電語音播報;
分合閘、遠方就地、儲能轉(zhuǎn)換開關;
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(shù)統(tǒng)計;
RS485串行通訊接口;
開關柜節(jié)點無線測溫;
全電參量測量。
應用
35KV高壓及以下中置柜,手車柜,環(huán)網(wǎng)柜。
ARTM-Pn無線測溫裝置
功能
接收60個ATE100/200/300/400;
3U3I電參量測量;
實時測溫功能;
RS485通訊接口,通過標準的MODBUS RTU協(xié)議實現(xiàn)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、分相及總無功功率、分相及總視在功率、分相及總功率因數(shù)、頻率、需量;
電能計量:分相及總雙向電能、四象限無功電能;
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;
輸入輸出:2路開關量輸出(選配MD82模塊可擴至8路);
及2路開關量輸入(選配MD82模塊可擴至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;
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。
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(tǒng)計、總正反向無功電能統(tǒng)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無線智能儀表
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(tǒng)計、總正反向無功電能統(tǒng)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、功率需量及實時電流,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(guī)格:100A輸入 ,經(jīng)互感器輸入,二次互感接入;
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,可靈活安裝在配電箱中,可用于電力運維、環(huán)保監(jiān)管等在線監(jiān)測類平臺中。
ARCM300系列電氣火災監(jiān)控儀表
功能
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;
保護:剩余電流、溫度、過流等;
報警:聲光報警,支持消音、復位操作;
開關量:1路繼電器輸出、4路開關量輸入;
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)、國家消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領域。
ANET智能網(wǎng)關
功能
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);
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));
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);
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。
4.7云平臺現(xiàn)場應用圖片
4.8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。
4.9訪問方式
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5 結(jié)語
隨著智能電網(wǎng)的不斷建設和發(fā)展,以及不斷增加的電力數(shù)據(jù)需求量,大數(shù)據(jù)技術得到各個領域的廣泛應用已成為了必然趨勢。通過分析電力數(shù)據(jù)的特點,并結(jié)合大數(shù)據(jù)技術的優(yōu)勢,將大數(shù)據(jù)技術應用到電力系統(tǒng)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越多的電力工作者對大數(shù)據(jù)技術的關注,電力系統(tǒng)能充分應用大數(shù)據(jù)技術,推動電網(wǎng)的發(fā)展和轉(zhuǎn)型,促進電網(wǎng)的長久穩(wěn)定發(fā)展,才能更好適應社會發(fā)展需求。
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