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                    關于電力大數據關鍵技術及應用的探討

                    全球五金網發表于 2021-12-15
                    摘要:文章結合當前電力企業運營的實際情況,闡述了大數據在電力企業運營中的應用特點,從而就電力大數據關鍵技術進行了探討,并提出了大數據價關鍵技術的應用情況,為今后電網運行管理工作提供數據支撐。
                    關鍵詞:大數據技術;電網運營;物聯網技術;可視化技術
                    0 引言
                           目前,在電網運營過程中,將會涉及到眾多數據,包括數據源、異構、海量等,故將大數據新技術引入電網運營過程中,是發展智能電網的必然條件。隨著我國智能電網的建設規模不斷擴大,電網營銷系統、資產系統、人才資源系統、財務系統、綜合系統、協同和決策系統等6+1系統在電力各個領域中得到了廣泛應用。這些系統是我國電力大數據的重要來源,推動了電力行業的迅速發展。因此,本文探討基于電力大數據關鍵技術及應用具有重要的意義。
                    1 電力企業運營中的大數據概述
                           目前來說,我國部分電力企業已建成并擁有生產、GIS、投資計劃、項目、物資、基建、財務、營銷、人力資源、客戶等一批信息化管理系統,實現了業務全覆蓋,并構建資產全生命周期管理、客戶服務等的企業管理體系。然而從企業管理的角度分析,目前的信息化平臺建設仍有不足之處。首先,企業級運營管控體系缺少總體規劃,各業務系統的核心數據未實現整合和應用,無法為企業管理層帶來客觀準確的業務定位、管理對象、監測及分析方法。其次,面向公司領導,企業經營指標等數據仍采用手工上報方式,無法實現指標的實時監控。后,平臺缺乏集約能力,無法合理地運用現代化技術去充分展示公司良好形象。因此,為提升電力企業運營效率和效益,需要結合國際先進的云大物智移技術,搭建專業級的數字化運營管理工具。
                    1.1大數據的來源
                           在電網運營管理過程中,其數據類型主要分為基礎數據、運營數據、管理數據和外部數據等幾種:其中,基礎數據、運營數據、管理數據儲存于電力系統之內,基礎數據指的是電力設備參數和屬性。運營數據包括客戶信息、用電量和售電量等。管理數據主要是指一體化平臺數據。而外部數據是指地理、氣象、法律等數據,儲存于電力系統之外。
                    1.2數據特點
                           (1)數據量較大。據不完全統計,我國的電力生產、運行、管理數據已達到20PB,相當于950個國家圖書館的數據量。
                           (2)數據類型眾多。在電網運營過程中,涉及到的大數據類型眾多,包括用電量、視頻數據、音頻數據、報表數據以及95598工單數據等。
                           (3)具有一定的實時性:在電網數據采集過程中,通過采用監控系統SCADA(SupervisoryControlAndDatacquisition),并以秒為單位進行數據采集。
                           (4)以結構化數據為主。電網數據主要以結構化數據為主,主要將電網數據存儲在數據庫中,其中結構化數據分為非結構化數據和半結構化兩種數據。這兩種數據主要在電力企業生產、物資、財務、營銷、客戶管理應用較多。
                    2 電力大數據關鍵技術
                    2.1物聯網技術
                           平臺通過智能感知、識別技術與普適計算等通信感知手段,對物體進行實時采集及監控,形成一個智能物聯網絡體系,為監控業務提供實時的管理和控制能力。在生產領域,平臺以無人機、電網自動化設備、可視化移動作業終端為載體,通過使用其嵌入式系統技術、流媒體及傳感器技術,實現視頻的在線監控實時調取,并對電網的負荷曲線趨勢監控,對監測到的故障及風險提前消缺提前預防,保障電網的安全穩定運行。
                    2.2大數據技術
                           平臺涵蓋大規模數據同步、海量數據存儲建模、基于深度學習數據挖掘等技術,實現資產、營銷、人資、財務、客戶等相關的12個信息系統核心數據的抽取、整合、統計、分析,實現全指標數據的直采直送。大規模數據同步技術,平臺主要體現為針對6+1系統及本地化業務系統存在不同的系統架構與底層開發語言難點,采用了更細致的數據調度方案,按照存儲量、實時性按需定制,實現資源合理搶占、數據有效隔離及公平調度,保障數據實時性。同時,運用基于深度學習數據挖掘技術開展分析,對關鍵指標進行聚類算法分析,識別分析出指標之間的關聯度,從而進一步對指標進行構成影響分析,準確定位到影響核心指標的關鍵點,為后續指標的計劃值設定提供輔助參考。
                    2.3可視化技術
                           平臺利用unity3D、css3,ThreeJs技術實現全景展示的3D建模渲染與首頁星空旋轉、內容進場動效、模塊切換效果、界面點綴動效等視覺動效,大幅提高頁面的性能與用戶體驗。同時,通過大屏系統的單時鐘處理技術,保障所有信號在系統主時鐘的控制下同時輸出,實現拼接屏間圖像完全同步、影像清晰。在拼接屏上可顯示兩個或多個信號源圖像,完成在任意顯示畫面上疊加、裁剪、分割、拼接其他畫面,形成畫中畫的顯示效果。
                    2.4人工智能技術
                           通過引入人臉識別技術,實現對平臺訪問客戶進行準確識別,以友好方式迎接來賓及簽到管理,并結合語音識別、體感手勢等人工智能技術,用戶在進行功能演示、匯報工作時,可隨時通過語音指令與手勢模擬滑動,快速切換展示內容,給來訪客戶一種全新的、科技感豐富、沉浸式的交互體驗。
                    3 電力大數據技術的應用
                    3.1應用中存在的問題
                           大數據技術在電力行業應用過程中,主要是對企業內部管理模式進行優化。而隨著人們對電力需求量持續增加,電力系統得到了迅速的發展,但在發展過程中仍存在許多的新問題。具體來說,主要包括以下幾點:
                          (1)大電網運行控制有待加強。隨著我國電網運行規模的不斷擴大,超高壓、高容量的特大電網建設數量不斷增多,故需要對電網進行分區。待電力系統市場引進之后,人們廣泛使用了遠距離輸送電方式,此方式有利于運行控制的水平的提升,進而有效地提升系統成員類型復雜情況下系統的控制水平。
                          (2)系統分析有待加強。隨著我國電網建設規模的不斷擴大,電力系統的動態變得越來越復雜。而伴隨著電力市場的改革與創新,電力市場出現了大量的經濟類數據,從而導致系統變得更復雜,故需要對電網系統進行分析。
                          (3)難以達到高實時性、高統一性的需求。當前,為了實現電網實時性控制目標,應對相位測量單元進行采集,但此方式難以達到高速通信實時分析需求。因此,我們需要從經濟角度對空間尺度進行調度,加強各級的協調,且要充分考慮物理的經濟性和穩定性。
                          (4)人們對智能化調度的要求不斷提高。在電網安全運行過程中,其工作重點是對監控和電網進行實時控制。首先,在電網監控過程中,由于電網系統數據的實時變化監控需要較長的時間,且工作量較大,故將大大削弱系統操作;其次,從歷史數據研究發現,對于電網運行的抽象數據,人們缺乏深入的分析,導致集中數據不足,這將給未來的電網的改變和電力安全運行工作要求越來越高。
                    3.2應用實例分析
                           近年來,世界上較先進的網格化管理系統由美國PJM互聯電網(PJMInterconnection)推出,此系統主要采用共享的整合平臺,利用SpectrumPower進行網絡化管理,系統運行能力好,通過控制中心實現對每一站點虛擬網絡管理。同時,用戶界面設置了上網可視化功能,大大地方便用戶的使用,并且人們可以通過各個站點來訪問的數據。PJM作為美國惟一一個具有兩個控制中心的電力公司,能夠及時處理中心故障或者分站點故障,確保電網的安全穩定運行。
                           2018年,我國某供電公司采用配網管理系統對工程項目的進度、物資、費用等進行統計,并從中提取關鍵數據,并定期對供電項目進行統計與分析,確保工程管理信息得到及時反映,實現了項目的實時管控目標。與此同時,通過了解實時數據,對相關信息進行多維度分析。例如,可以利用系統對線路負荷故障問題進行分析,以及時進行調整升級。另外,可以對新數據記錄進行實時分析,便于工作人員及時掌握電力工程項目建設情況,大大地提高工程管理效率,為用戶提供安全、可靠的服務。
                    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:
                           按照國家電網公司的統計,10kV及以上供電電壓等級的工商業用戶有200萬戶以上,此類“用戶側變配電所”產權歸電力用戶所有(工商企業、住宅小區、學校、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:
                           人工成本高:人工巡視、紙質記錄、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、巡檢過程不標準規范、巡檢缺陷缺乏閉環跟蹤;
                           安全隱患:有些用電單位無專業維護電工、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場確認;
                    運行大數據缺少分析:有些用戶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電力參數信息不了解,無法確定電力系統是否正常運行。
                    4.2  應用場所
                    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一接入變電所現場的邊緣計算網關,經邊緣計算網關將數據封裝、壓縮、加密后上傳至云平臺。實時集中監測所有變電所用電情況、統一調度運維巡檢安排,線上線下聯動;實現用戶側變配電所的24小時無人值守,全面監測各配電回路運行狀態,即時定位故障,降低安全風險。通過手機APP下發運維任務到指定人員手機上,并通過GPS跟蹤運維執行過程。將企業集團/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,即時發現運行缺陷并做消缺處理。為售電企業提供電能集抄服務,即時掌握用戶用電量情況,避免偏差考核;響應泛在電力物聯網的政策,增加客戶粘性,為后期的增值服務開展做準備。
                    4.4 平臺功能
                    4.5 平臺配置方案
                    4.6 產品介紹
                    4.6.1 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網口接口
                           (5)故障錄波功能:保護動作時觸發錄波,可以記錄故障前8個周波后四個周波的數據
                           (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、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/PT等設備的保護和自動控制功能
                    4.6.2 ASD300系列智能操控裝置
                    功能:
                           (1)一次動態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)人體感應及柜內照明、已帶電語音播報
                           (5)分合閘、遠方就地、儲能轉換開關
                           (6)分合閘回路完好指示/電壓測量
                           (7)預分預合閃光指示
                           (8)斷路器分合次數統計
                           (9)RS485串行通訊接口
                           (10)開關柜節點無線測溫
                           (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,環網柜
                    4.6.3 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協議實現組網功能
                           (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
                    4.6.4 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、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、電話波峰因子、電流K系數測量
                           (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報警內容
                           (6)SD卡存儲功能:用于電參量、電能、諧波等數據定時存儲,波形存儲等功能
                    應用:
                           適用于電力系統、工礦企業、公用設施、智能大廈等需要電力監控的場合
                    4.6.5 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計、總正反向無功電能統計;
                           (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,也可用于企事業單位作電能管理考核。
                    4.6.6 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計、總正反向無功電能統計;
                           (2)電能質量: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)電流信號規格:100A輸入,經互感器輸入,5 A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測、集抄和管理,可靈活安裝在配電箱中,可用于電力運維、環保監管等在線監測類平臺中。
                    4.6.7 ARCM300系列電氣火災監控儀表
                    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、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、國家 重點消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。
                    4.6.8 ANET智能網關
                    功能:
                           (1)數據采集(支持串口、以太網,只需配置即可兼容支持標準電力規約的各類儀表)
                           (2)數據上傳(支持往上海分類分項能耗平臺、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)
                           (3)邊緣計算(靈活的報警閾值設置、主動上傳報警信息、數據合并計算、斷點續傳、數據加密、4G路由)
                           (4)遠程管理(遠程配置、遠程升級、遠程監視)
                    應用:
                           泛在電力物聯網、能耗系統平臺、電力需求側管理平臺、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 現場應用圖片
                    展廳現場運維團隊采集箱內部圖
                    高配現場門磁安裝煙感安裝
                    槍機安裝漏水檢測安裝低壓柜儀表
                    4.8 平臺價值
                           為電力運維企業提供線上運維服務平臺,實時集中監測所有變電所用電情況、統一調度運維巡檢安排,線上線下聯動。
                           將企業集團/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;
                    響應泛在電力物聯網的政策,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
                    微信掃碼下載網頁版:www.acrelcloud.cn
                    4.10 典型案例
                    5 結束語
                           隨著我國電力事業的持續發展,在電力行業中引入了信息技術,從中不斷提升了電力企業信息化水平,在電力企業信息管理系統中積累了大量的數據。因此,如何做好大數據新技術在電力企業遠營管理中的應用,成為了電力公司努力改善的重點問題。本文著重從數據來源和數據特點分析了電網運營中的數據,并分析了電力大數據關鍵技術,在基于大數據背景下,提出了大數據技術的實際應用,以供電力工作人員參考。
                    參考文獻
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