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关于电力大数据关键技术及应用的探讨

发布时间: 2022-01-04  点击次数: 62次


摘要:文章结合当前电力企业运营的实际情况,阐述了大数据在电力企业运营中的应用特点,从而就电力大数据关键技术进行了探讨,并提出了大数据价关键技术的应用情况,为今后电网运行管理工作提供数据支撑。
关键词:大数据技术;电网运营;物联网技术;可视化技术
0 引言
       目前,在电网运营过程中,将会涉及到众多数据,包括数据源、异构、海量等,故将大数据新技术引入电网运营过程中,是发展智能电网的必然条件。随着我国智能电网的建设规模不断扩大,电网营销系统、资产系统、人才资源系统、财务系统、综合系统、协同和决策系统等6+1系统在电力各个领域中得到了广泛应用。这些系统是我国电力大数据的重要来源,推动了电力行业的迅速发展。因此,本文探讨基于电力大数据关键技术及应用具有重要的意义。
1 电力企业运营中的大数据概述
       目前来说,我国部分电力企业已建成并拥有生产、GIS、投资计划、项目、物资、基建、财务、营销、人力资源、客户等一批信息化管理系统,实现了业务全覆盖,并构建资产全生命周期管理、客户服务等的企业管理体系。然而从企业管理的角度分析,目前的信息化平台建设仍有不足之处。首先,企业级运营管控体系缺少总体规划,各业务系统的核心数据未实现整合和应用,无法为企业管理层带来客观准确的业务定位、管理对象、监测及分析方法。其次,面向公司领导,企业经营指标等数据仍采用手工上报方式,无法实现指标的实时监控。后,平台缺乏集约能力,无法合理地运用现代化技术去充分展示公司良好形象。因此,为提升电力企业运营效率和效益,需要结合的云大物智移技术,搭建专业级的数字化运营管理工具。
1.1大数据的来源
       在电网运营管理过程中,其数据类型主要分为基础数据、运营数据、管理数据和外部数据等几种:其中,基础数据、运营数据、管理数据储存于电力系统之内,基础数据指的是电力设备参数和属性。运营数据包括客户信息、用电量和售电量等。管理数据主要是指一体化平台数据。而外部数据是指地理、气象、法律等数据,储存于电力系统之外。
1.2数据特点
       (1)数据量较大。据不完全统计,我国的电力生产、运行、管理数据已达到20PB,相当于950个国家图书馆的数据量。
       (2)数据类型众多。在电网运营过程中,涉及到的大数据类型众多,包括用电量、视频数据、音频数据、报表数据以及95598工单数据等。
       (3)具有一定的实时性:在电网数据采集过程中,通过采用监控系统SCADA(SupervisoryControlAndDatacquisition),并以秒为单位进行数据采集。
       (4)以结构化数据为主。电网数据主要以结构化数据为主,主要将电网数据存储在数据库中,其中结构化数据分为非结构化数据和半结构化两种数据。这两种数据主要在电力企业生产、物资、财务、营销、客户管理应用较多。
2 电力大数据关键技术
2.1物联网技术
       平台通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知手段,对物体进行实时采集及监控,形成一个智能物联网络体系,为监控业务提供实时的管理和控制能力。在生产领域,平台以无人机、电网自动化设备、可视化移动作业终端为载体,通过使用其嵌入式系统技术、流媒体及传感器技术,实现视频的在线监控实时调取,并对电网的负荷曲线趋势监控,对监测到的故障及风险提前消缺提前预防,保障电网的安全稳定运行。
2.2大数据技术
       平台涵盖大规模数据同步、海量数据存储建模、基于深度学习数据挖掘等技术,实现资产、营销、人资、财务、客户等相关的12个信息系统核心数据的抽取、整合、统计、分析,实现全指标数据的直采直送。大规模数据同步技术,平台主要体现为针对6+1系统及本地化业务系统存在不同的系统架构与底层开发语言难点,采用了更细致的数据调度方案,按照存储量、实时性按需定制,实现资源合理抢占、数据有效隔离及公平调度,保障数据实时性。同时,运用基于深度学习数据挖掘技术开展分析,对关键指标进行聚类算法分析,识别分析出指标之间的关联度,从而进一步对指标进行构成影响分析,准确定位到影响核心指标的关键点,为后续指标的计划值设定提供辅助参考。
2.3可视化技术
       平台利用unity3D、css3,ThreeJs技术实现全景展示的3D建模渲染与首页星空旋转、内容进场动效、模块切换效果、界面点缀动效等视觉动效,大幅提高页面的性能与用户体验。同时,通过大屏系统的单时钟处理技术,保障所有信号在系统主时钟的控制下同时输出,实现拼接屏间图像完全同步、影像清晰。在拼接屏上可显示两个或多个信号源图像,完成在示画面上叠加、裁剪、分割、拼接其他画面,形成画中画的显示效果。
2.4人工智能技术
       通过引入人脸识别技术,实现对平台访问客户进行准确识别,以友好方式迎接来宾及签到管理,并结合语音识别、体感手势等人工智能技术,用户在进行功能演示、汇报工作时,可随时通过语音指令与手势模拟滑动,快速切换展示内容,给来访客户一种全新的、科技感丰富、沉浸式的交互体验。
3 电力大数据技术的应用
3.1应用中存在的问题
       大数据技术在电力行业应用过程中,主要是对企业内部管理模式进行优化。而随着人们对电力需求量持续增加,电力系统得到了迅速的发展,但在发展过程中仍存在许多的新问题。具体来说,主要包括以下几点:
      (1)大电网运行控制有待加强。随着我国电网运行规模的不断扩大,超高压、高容量的特大电网建设数量不断增多,故需要对电网进行分区。待电力系统市场引进之后,人们广泛使用了远距离输送电方式,此方式有利于运行控制的水平的提升,进而有效地提升系统成员类型复杂情况下系统的控制水平。
      (2)系统分析有待加强。随着我国电网建设规模的不断扩大,电力系统的动态变得越来越复杂。而伴随着电力市场的改革与创新,电力市场出现了大量的经济类数据,从而导致系统变得更复杂,故需要对电网系统进行分析。
      (3)难以达到高实时性、高统一性的需求。当前,为了实现电网实时性控制目标,应对相位测量单元进行采集,但此方式难以达到高速通信实时分析需求。因此,我们需要从经济角度对空间尺度进行调度,加强各级的协调,且要充分考虑物理的经济性和稳定性。
      (4)人们对智能化调度的要求不断提高。在电网安全运行过程中,其工作重点是对监控和电网进行实时控制。首先,在电网监控过程中,由于电网系统数据的实时变化监控需要较长的时间,且工作量较大,故将大大削弱系统操作;其次,从历史数据研究发现,对于电网运行的抽象数据,人们缺乏深入的分析,导致集中数据不足,这将给未来的电网的改变和电力安全运行工作要求越来越高。
3.2应用实例分析
       近年来,世界上较先进的网格化管理系统由美国PJM互联电网(PJMInterconnection)推出,此系统主要采用共享的整合平台,利用SpectrumPower进行网络化管理,系统运行能力好,通过控制中心实现对每一站点虚拟网络管理。同时,用户界面设置了上网可视化功能,大大地方便用户的使用,并且人们可以通过各个站点来访问的数据。PJM作为美国惟一一个具有两个控制中心的电力公司,能够及时处理中心故障或者分站点故障,确保电网的安全稳定运行。
       2018年,我国某供电公司采用配网管理系统对工程项目的进度、物资、费用等进行统计,并从中提取关键数据,并定期对供电项目进行统计与分析,确保工程管理信息得到及时反映,实现了项目的实时管控目标。与此同时,通过了解实时数据,对相关信息进行多维度分析。例如,可以利用系统对线路负荷故障问题进行分析,以及时进行调整升级。另外,可以对新数据记录进行实时分析,便于工作人员及时掌握电力工程项目建设情况,大大地提高工程管理效率,为用户提供安全、可靠的服务。
4 安科瑞变电所电力运维云平台介绍及选型
4.1 云平台概述:
       按照国家电网公司的统计,10kV及以上供电电压等级的工商业用户有200万户以上,此类“用户侧变配电所"产权归电力用户所有(工商企业、住宅小区、学校、医院等),虽然数量众多,但是日常的运行维护工作比较传统,普遍存在以下痛点:
       人工成本高:人工巡视、纸质记录、电话沟通,缺乏智能化的手段
       工作效率低:巡视频率低、巡检任务无法定位、巡检过程不标准规范、巡检缺陷缺乏闭环跟踪;
       安全隐患:有些用电单位无专业维护电工、无法即时排查电气隐患、隐蔽工程隐患检查难等难题;
抢修时间长:变电所设备种类较多,在分布上也比较分散,无法即时识别和定位故障信息,需要用户通知后到现场确认;
运行大数据缺少分析:有些用户未有数据汇总分析平台,甚至未安装电力仪表导致运维人员对现场电力参数信息不了解,无法确定电力系统是否正常运行。
4.2  应用场所
4.3 云平台架构
       我司的运维平台综合运用综合保护装置、多功能电力仪表、母排及线缆测温装置、变压器温控仪、视频摄像头、水浸烟雾、温湿度、门磁等多种传感器统一接入变电所现场的边缘计算网关,经边缘计算网关将数据封装、压缩、加密后上传至云平台。实时集中监测所有变电所用电情况、统一调度运维巡检安排,线上线下联动;实现用户侧变配电所的24小时无人值守,全面监测各配电回路运行状态,即时定位故障,降低安全风险。通过手机APP下发运维任务到人员手机上,并通过GPS跟踪运维执行过程。将企业集团/高等院校内广泛分布的变电所集中统一管理,提高运维效率、提高故障响应速度,即时发现运行缺陷并做消缺处理。为售电企业提供电能集抄服务,即时掌握用户用电量情况,避免偏差考核;响应泛在电力物联网的政策,增加客户粘性,为后期的增值服务开展做准备。
4.4 平台功能
4.5 平台配置方案
4.6 产品介绍
4.6.1 AM5SE系列微机综合保护装置
功能:
       (1)保护功能:主变差动保护功能、主变后备保护、三段式过流带方向带电压闭锁、三段式过流、零序电流保护、过电压、
       (2)低电压保护、大功率电机保护、高压电动机综合保护、PT并列功能、非电量保护、并网逆功率保护、检同期功能
       (3)测量功能:保护电流、测量电流、零序电流、母线电压、零序电压4-20MA输出、直流测量
       (4)通讯功能:提供RS485通讯接口,RS232维护接口,IRIG-B对时接口、USB升级接口,RJ45网口接口
       (5)故障录波功能:保护动作时触发录波,可以记录故障前8个周波后四个周波的数据
       (6)控制回路:自带操作回路,防跳功能
       (7)GPS校时功能:提供时钟同步接口,接收GPS校时信号
应用:
       35kV及以下电压等级的变配电站及设备的保护测控功能,至少包括35kV进线/主变压器(一般容量2000kVA以上)/PT/母联、10kV进线/馈线/配电变压器(一般容量2000kVA以下)/高压电动机/高压电容器/母联/PT等设备的保护和自动控制功能
4.6.2 ASD300系列智能操控装置
功能:
       (1)一次动态模拟图指示及自检带电显示、闭锁及自检
       (2)核相、强制加热、强制照明
       (3)语音防误提示
       (4)人体感应及柜内照明、已带电语音播报
       (5)分合闸、远方就地、储能转换开关
       (6)分合闸回路完好指示/电压测量
       (7)预分预合闪光指示
       (8)断路器分合次数统计
       (9)RS485串行通讯接口
       (10)开关柜节点无线测温
       (11)全电参量测量U,I,P,Q,f,PF,Ep,Eq
应用:
       35KV高压及以下中置柜,手车柜,环网柜
4.6.3 ARTM-Pn无线测温装置
功能:
       (1)接收多60个ATE100/200/300/400
       (2)3U3I电参量测量
       (3)实时测温功能
       (4)RS485通讯接口,通过标准的MODBUSRTU协议实现组网功能
       (5)具备自检功能
      (6)超温、高温、相间温差报警、温度突变量告警功能
应用:
       变电站、配电室、箱变等
4.6.4 APM810系列多功能电力仪表
功能:
       (1)准确度等级:有功电能0.5S级,无功电能2级
       (2)测量功能:三相电压、三相电流、分相及总有功功率、分相及总无功功率、分相及总视在功率、分相及总功率因数、频率、需量
       (3)电能计量:分相及总双向电能、四象限无功电能
       (4)电能质量监测:2-63次分次谐波、总(奇、偶)谐波测量、电压波峰系数、电话波峰因子、电流K系数测量
       (5)输入输出:2路开关量输出(选配MD82模块多可扩至8路)及2路开关量输入(选配MD82模块多可扩至26路),开关量输出可配置为报警输出或远程遥控,DO用作报警输出时可自由关联报警内容
       (6)SD卡存储功能:用于电参量、电能、谐波等数据定时存储,波形存储等功能
应用:
       适用于电力系统、工矿企业、公用设施、智能大厦等需要电力监控的场合
4.6.5 DTSD1352导轨式电能表
功能:
       (1)测量功能:三相电流、电压、功率、频率、总正反向有功电能统计、总正反向无功电能统计;
       (2)准确级精度:有功0.5S
       (3)电流信号接入:直接接入10(80)A经CT接入1(6)A
       (4)电压信号:100V380V
       (5)通信:RS485接口,支持MODBUS-RTU或者DL/T645通讯协议
应用:
       适用于政府机关和大型公建中对电能的分项计量,也可用于企事业单位作电能管理考核。
4.6.6 ADW300无线智能仪表
功能:
       (1)测量功能:三相电流、电压、功率、频率、总正反向有功电能统计、总正反向无功电能统计;
       (2)电能质量:电压、电流不平衡度,电压、电流总谐波及2-31分次谐波
       (3)需量:大电流、功率需量及实时电流,功率需量
       (4)准确级精度:0.5s级ADW300外置互感器型1级
       (5)电流信号规格:100A输入,经互感器输入,5 A二次互感接入
       (6)通讯方式:RS485、LORA无线通讯、NB-IOT无线通讯、4G无线通讯
应用:
        ADW300方便用户进行用电监测、集抄和管理,可灵活安装在配电箱中,可用于电力运维、环保监管等在线监测类平台中。
4.6.7 ARCM300系列电气火灾监控仪表
功能:
       (1)测量:单回路剩余电流、4路温度、电压、电流、功率、频率、功率因数、视在电能、四象限电能
       (2)保护:剩余电流、温度、过流等
       (3)报警:声光报警,支持消音、复位操作
       (4)开关量:1路继电器输出、4路开关量输入
       (5)通讯方式:RS485、NB-IOT无线通讯、4G无线通讯
应用:
       适用于智能楼宇、高层公寓、宾馆、饭店、商厦、工矿企业、国家 重点消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等领域。
4.6.8 ANET智能网关
功能:
       (1)数据采集(支持串口、以太网,只需配置即可兼容支持标准电力规约的各类仪表)
       (2)数据上传(支持往上海分类分项能耗平台、宁夏电力需求侧平台、江苏电力运维平台、浙江电力运维平台上传数据)
       (3)边缘计算(灵活的报警阈值设置、主动上传报警信息、数据合并计算、断点续传、数据加密、4G路由)
       (4)远程管理(远程配置、远程升级、远程监视)
应用:
       泛在电力物联网、能耗系统平台、电力需求侧管理平台、三方云平台、预付费系统、运维系统平台、电力监控平台、能源综合管理平台
4.7 现场应用图片
展厅现场运维团队采集箱内部图
高配现场门磁安装烟感安装
安装漏水检测安装低压柜仪表
4.8 平台价值
       为电力运维企业提供线上运维服务平台,实时集中监测所有变电所用电情况、统一调度运维巡检安排,线上线下联动。
       将企业集团/高等院校内广泛分布的变电所集中统一管理,提高运维效率、提高故障响应速度;
响应泛在电力物联网的政策,增加客户粘性,为后期的增值服务开展做准备;
为售电企业提供电能集抄服务,即时掌握用户用电量情况,避免偏差考核;

4.10 典型案例
5 结束语
       随着我国电力事业的持续发展,在电力行业中引入了信息技术,从中不断提升了电力企业信息化水平,在电力企业信息管理系统中积累了大量的数据。因此,如何做好大数据新技术在电力企业远营管理中的应用,成为了电力公司努力改善的重点问题。本文着重从数据来源和数据特点分析了电网运营中的数据,并分析了电力大数据关键技术,在基于大数据背景下,提出了大数据技术的实际应用,以供电力工作人员参考。
参考文献
[1] 原春亮.国网乌鲁木齐供电公司客户投诉管理研究[D].北京:华北电力大学,2016.
[2] 赵云山,刘焕焕.大数据技术在电力行业的应用研究[J].电信科学,2014,30(01):57-62.
[3] 宫宇,吕金壮.大数据挖掘分析在电力设备状态评估中的应用[J].南方电网技术,2014,8(06):74-77.
[4] 陈清明,王定波,付彦哲.基于电力大数据关键技术及应用探讨
[5] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.


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