DQZHAN訊：智能配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用需求和場(chǎng)景分析研究
中國(guó)電力科學(xué)研究院的研究人員劉科研、盛萬(wàn)興等，在2015年第2期《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》上撰文，智能配電網(wǎng)中存在大量異構(gòu)多源的數(shù)據(jù)，其中的數(shù)據(jù)規(guī)模和特點(diǎn)符合大數(shù)據(jù)的各項(xiàng)特征。首先總結(jié)配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的來(lái)源和特征，然后從智能配電網(wǎng)中的應(yīng)用場(chǎng)景出發(fā)，分別從配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)、運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估與預(yù)警、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和評(píng)估、基于配電網(wǎng)數(shù)據(jù)融合的停電優(yōu)化等方面進(jìn)行分析。
從不同系統(tǒng)和不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)角度，對(duì)多源數(shù)據(jù)融合中的**數(shù)據(jù)辨識(shí)進(jìn)行重點(diǎn)分析，同時(shí)還歸納了配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型建模方法和配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析手段。通過(guò)在配電網(wǎng)中運(yùn)行大數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，能夠?yàn)橹悄芘潆娋W(wǎng)開(kāi)展分析提供強(qiáng)有力的計(jì)算和分析條件,大數(shù)據(jù)的分析結(jié)果可為配電網(wǎng)規(guī)劃和**運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支撐，也可有效提升配電網(wǎng)各類(lèi)資產(chǎn)健康水平。
在信息技術(shù)中，大數(shù)據(jù)是指無(wú)法在一定時(shí)間內(nèi)，用常規(guī)的工具軟件(如現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)管理工具或數(shù)據(jù)處理應(yīng)用)對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行抓取、管理、存儲(chǔ)、搜索、共享、分析和可視化處理的由數(shù)量巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類(lèi)型眾多數(shù)據(jù)構(gòu)成的大型復(fù)雜數(shù)據(jù)集合[1-2]。
相關(guān)閱讀：面向智能電網(wǎng)應(yīng)用的電力大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)
大數(shù)據(jù)具有4V特點(diǎn)，即高容量(Volume)、快速性(Velocity)、多樣性(Variety)和價(jià)值密度低(Value)。大數(shù)據(jù)帶來(lái)的挑戰(zhàn)在于它的實(shí)時(shí)處理，而數(shù)據(jù)本身也從結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)向了非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)，因此使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行處理是非常困難的。
配電網(wǎng)處于電力系統(tǒng)的末端，具有地域分布廣、電網(wǎng)規(guī)模大、設(shè)備種類(lèi)多、網(wǎng)絡(luò)連接多樣、運(yùn)行方式多變等鮮明特點(diǎn)。隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)和用電需求的增長(zhǎng)，配電網(wǎng)一直在不斷地改造和擴(kuò)建，其規(guī)模也不斷擴(kuò)大，國(guó)網(wǎng)公司系統(tǒng)內(nèi)大多數(shù)縣級(jí)以上配電網(wǎng)的規(guī)模都已達(dá)到百條饋線以上，一些中、大型城市的中壓饋線已達(dá)到或超過(guò)千條。
隨著配電自動(dòng)化、用電信息采集等應(yīng)用系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，對(duì)于有千條饋線的大規(guī)模配電網(wǎng)，配電網(wǎng)中會(huì)產(chǎn)生指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的海量異構(gòu)、多態(tài)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)集合的大小可達(dá)到當(dāng)今信息學(xué)界所關(guān)注的大數(shù)據(jù)級(jí)別。
此外，大規(guī)模配電網(wǎng)還具有其特有的特征：1)數(shù)據(jù)采集多，每個(gè)采集點(diǎn)采集相對(duì)固定類(lèi)別的數(shù)據(jù)，且分布在各個(gè)電壓等級(jí)內(nèi);2)不同采集點(diǎn)的采樣尺度不同，數(shù)據(jù)斷面不同;3)數(shù)據(jù)不健全，數(shù)據(jù)采集存在誤差和漏傳;4)數(shù)據(jù)分布在不同的應(yīng)用系統(tǒng)中。
含有包括光伏發(fā)電、風(fēng)電、燃?xì)廨啓C(jī)等分布式電源(distributed generator，DG)的配電網(wǎng)即有源配電網(wǎng)，分布式電源的不斷滲透給大規(guī)模配電網(wǎng)傳統(tǒng)的分析與計(jì)算帶來(lái)更大的挑戰(zhàn)。
分布式電源接入電網(wǎng)后，向電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)提供的信息至少應(yīng)當(dāng)包括：1)電源并網(wǎng)狀態(tài)、有功和無(wú)功輸出、發(fā)電量;2)電源并網(wǎng)點(diǎn)母線電壓、頻率和注入電力系統(tǒng)的有功功率、無(wú)功功率;3)變壓器分接頭檔位、斷路器和隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
因此，分布式電源接入后，在原已規(guī)模很大的配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集中新增了一組需采集的數(shù)據(jù)項(xiàng)，同時(shí)也會(huì)惡化配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集的非健全性和不確定性。
鑒于大數(shù)據(jù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越多，有必要對(duì)大數(shù)據(jù)在配電網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景和目標(biāo)進(jìn)行分析與總結(jié)，為大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用提供有益的參考。
1 配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的來(lái)源和特征
智能配用電大數(shù)據(jù)應(yīng)用具備豐富的數(shù)據(jù)源，現(xiàn)在大多數(shù)地市擁有多個(gè)配電管理系統(tǒng)，包括配電自動(dòng)化系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、電網(wǎng)氣象信息系統(tǒng)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)、配變負(fù)荷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、負(fù)荷控制系統(tǒng)、營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、95598客服系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)類(lèi)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)源，這些數(shù)據(jù)源的總體狀況如表1所示。
表1 典型配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)源
這些數(shù)據(jù)源涵蓋了調(diào)度、運(yùn)檢、營(yíng)銷(xiāo)等多個(gè)管理業(yè)務(wù)，以及絕大部分110kV及以下多電壓等級(jí)的電網(wǎng)監(jiān)控和采集信息。從數(shù)據(jù)源類(lèi)型來(lái)講，智能配用電大數(shù)據(jù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)源類(lèi)型豐富，覆蓋配變、配電變電站、配電開(kāi)關(guān)站、電表、電能質(zhì)量等配用電自動(dòng)化和信息化數(shù)據(jù)、用戶(hù)數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)。
2 配電網(wǎng)典型大數(shù)據(jù)場(chǎng)景分析
2.1 面向有源配電網(wǎng)規(guī)劃的負(fù)荷預(yù)測(cè)
隨著配電網(wǎng)信息化的快速發(fā)展和電力需求影響因素的逐漸增多，用電預(yù)測(cè)的大數(shù)據(jù)特征日益凸顯，傳統(tǒng)的用電預(yù)測(cè)方法已經(jīng)不再適用。由于智能預(yù)測(cè)方法具備良好的非線性擬合能力，因此近年來(lái)用電預(yù)測(cè)領(lǐng)域出現(xiàn)了大量的研究成果，遺傳算法、粒子群算法、支持向量機(jī)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能預(yù)測(cè)算法開(kāi)始廣泛地應(yīng)用于用電預(yù)測(cè)中。
傳統(tǒng)的用電負(fù)荷預(yù)測(cè)，受限于較窄的數(shù)據(jù)采集渠道或較低的數(shù)據(jù)集成、存儲(chǔ)和處理能力，使得研究人員難以從其中挖掘出更有價(jià)值的信息。通過(guò)將體量更大、類(lèi)型更多的電力大數(shù)據(jù)作為分析樣本可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力負(fù)荷的時(shí)間分布和空間分布預(yù)測(cè)，為規(guī)劃設(shè)計(jì)、電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度提供依據(jù)，提升決策的準(zhǔn)確性和有效性。
2.2 配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估與預(yù)警
基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估與預(yù)
警研究?jī)?nèi)容如圖1 所示，包括以下方面：
圖1 有源配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警
1)對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行**性評(píng)價(jià)，如電力系統(tǒng)的頻率、節(jié)點(diǎn)電壓水平、主變和線路負(fù)載率等;
2)對(duì)配電網(wǎng)的供電能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，如容載比、線路間負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力等。當(dāng)供電能力不能滿(mǎn)足負(fù)荷需求時(shí)，根據(jù)負(fù)荷重要程度、產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益以及歷史電壓負(fù)荷情況，進(jìn)行甩負(fù)荷;
3)對(duì)配電網(wǎng)可靠性和供電質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，如負(fù)荷點(diǎn)故障率、系統(tǒng)平均停電頻率、系統(tǒng)平均停電時(shí)間、電壓合格率、電壓波動(dòng)與閃變、三相不平衡度、波形畸變率、電壓偏移、頻率偏差等;
4)對(duì)配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，如線損率和設(shè)備利用效率等。
通過(guò)計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，判斷出所面臨風(fēng)險(xiǎn)的類(lèi)型;預(yù)測(cè)從現(xiàn)在起未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)配電網(wǎng)所面臨的風(fēng)險(xiǎn)情況;根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型辨識(shí)結(jié)果，生成相應(yīng)的預(yù)防控制方案，供調(diào)度決策人員參考;可以對(duì)突發(fā)性的風(fēng)險(xiǎn)和累積性風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確辨識(shí)、定位、類(lèi)型判斷、生成預(yù)防控制方案等;依據(jù)對(duì)多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)分析，將風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)確定位到局部，進(jìn)一步對(duì)全網(wǎng)或局部電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)狀況進(jìn)行集中判斷、定位以及預(yù)防控制。
2.3 有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和評(píng)估
隨著分布式電源不斷地接入配電網(wǎng)，逐步形成了小、中、大規(guī)模的有源配電網(wǎng)。伴隨著分布式電源的功率波動(dòng)，配電網(wǎng)中的電能質(zhì)量經(jīng)受著較大的沖擊。通過(guò)收集配電網(wǎng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)、分布式電源運(yùn)行等數(shù)據(jù)，能夠開(kāi)展配電網(wǎng)中的電能質(zhì)量分析和評(píng)估研究，從而得出精細(xì)化的配電網(wǎng)網(wǎng)架和無(wú)功源的調(diào)節(jié)方案等。有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和評(píng)估示意圖如圖2所示。
圖2 有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和評(píng)估示意圖
基于大數(shù)據(jù)的有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和評(píng)估包括以下方面。
1)有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量分析與監(jiān)測(cè)。
電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及分布式電源的不斷接入，配電網(wǎng)中運(yùn)行數(shù)據(jù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)、分布式電源運(yùn)行等數(shù)據(jù)逐漸增多，電能質(zhì)量分析的大數(shù)據(jù)特征日益明顯，傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析方法在電能質(zhì)量的消噪、特征提取、擾動(dòng)分類(lèi)和參數(shù)估計(jì)等方面難以完全解決問(wèn)題。面對(duì)出現(xiàn)的電能質(zhì)量問(wèn)題，近年來(lái)產(chǎn)生了許多綜合分析法[3-4]。
但是，基于傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析方法的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置面臨性能差、精度低、智能化程度低等問(wèn)題，需研究高性能的電能質(zhì)量分析方法，開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)在線的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集通信、測(cè)量、分析和管理等諸多功能于一體，能為電力企業(yè)和用戶(hù)提供供電質(zhì)量的基本信息，實(shí)現(xiàn)有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量**、準(zhǔn)確、有效地監(jiān)測(cè)。同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)性，有源配電網(wǎng)中監(jiān)測(cè)終端的*優(yōu)布點(diǎn)也是亟需解決的問(wèn)題。
2)有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量評(píng)估。
有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量的評(píng)估是對(duì)有源配電網(wǎng)運(yùn)行水平和電力供應(yīng)能力的綜合評(píng)價(jià)，是約束、督促電力公司與電力用戶(hù)共同維護(hù)公共電網(wǎng)電能質(zhì)量環(huán)境的基礎(chǔ)，同時(shí)也是實(shí)施質(zhì)量治理與控制的依據(jù)、檢驗(yàn)治理與控制效果的工具[5]。
隨著分布式電源越來(lái)越多的接入配電網(wǎng)，用戶(hù)對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的電能質(zhì)量評(píng)估方法面臨計(jì)算性能降低、耗時(shí)長(zhǎng)、精度低等問(wèn)題，如何使電能質(zhì)量的評(píng)估合理、客觀、準(zhǔn)確是電力企業(yè)面臨的嚴(yán)峻考驗(yàn)。
而且，大規(guī)模的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的加入，將為電能質(zhì)量評(píng)估提供新的研究途徑，制定合理的有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)，提高電能質(zhì)量評(píng)估的準(zhǔn)確性，深度挖掘電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)信息，揭示由于之前分析成本太高而忽略的信息，為電力企業(yè)以及用戶(hù)提供諸如網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析、無(wú)功源配置方案合理性分析、敏感負(fù)荷安裝位置分析、監(jiān)測(cè)點(diǎn)配置方案等高附加值服務(wù)，這些服務(wù)將有利于電網(wǎng)的**、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
3)有源配電網(wǎng)電能質(zhì)量診斷與治理。
為了滿(mǎn)足較高電能質(zhì)量的要求，及時(shí)正確地對(duì)影響電能質(zhì)量的各種異常運(yùn)行狀態(tài)做出診斷，找出電能質(zhì)量干擾源，并預(yù)防或消除，從而避免故障的擴(kuò)大，是有源配電網(wǎng)面臨的又一個(gè)難題。
鑒于分布式電源可以看作一種向配電饋線注入諧波的非線性負(fù)荷，而分布式電源的投切也會(huì)引起電壓波動(dòng)，分布式電源的接入無(wú)疑會(huì)在一定程度上加重對(duì)電能質(zhì)量的擾動(dòng)。傳統(tǒng)的電能質(zhì)量擾動(dòng)定位方法都存在一定的適用環(huán)境與限制條件，且僅僅考慮一種定位方法得出的定位結(jié)果可信度往往不高。
通過(guò)將體量更大、類(lèi)型更多的電力大數(shù)據(jù)作為分析樣本，為電能質(zhì)量擾動(dòng)定位提供詳細(xì)的研究思路，提高電能質(zhì)量擾動(dòng)定位的準(zhǔn)確性，尋找出網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，制定精細(xì)化的配電網(wǎng)網(wǎng)架和無(wú)功源調(diào)節(jié)方案，改善電能質(zhì)量，對(duì)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。
2.4 基于配電網(wǎng)數(shù)據(jù)融合的停電優(yōu)化
配電網(wǎng)停電優(yōu)化是建立在配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、配電自動(dòng)化系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)、配網(wǎng)設(shè)備管理系統(tǒng)、配電設(shè)備檢修管理系統(tǒng)、電網(wǎng)圖形及地理圖形信息和營(yíng)銷(xiāo)管理系統(tǒng)等的基礎(chǔ)上，綜合分析配電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息、設(shè)備檢修信息等，以找出*終的*優(yōu)停電方案。
計(jì)劃停電管理根據(jù)計(jì)劃停電(包括檢修和限電等)的要求，進(jìn)行系統(tǒng)模擬，以*小的停電范圍、*短的停電時(shí)間、*小的停電損失、*小的停電用戶(hù)來(lái)確定停電設(shè)備，通過(guò)屏幕顯示停電區(qū)域，列出停電的用戶(hù)名單，打印用戶(hù)停電通知書(shū)等等。采用傳統(tǒng)技術(shù)在處理時(shí)存在計(jì)算速度慢、計(jì)算周期長(zhǎng)、擴(kuò)展性差等缺點(diǎn)。
為了更加準(zhǔn)確地計(jì)算配網(wǎng)停電損失，降低停電影響需要利用多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析和數(shù)據(jù)挖掘。
基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的配電網(wǎng)停電優(yōu)化包括：1)停電信息分類(lèi)，基于調(diào)度、營(yíng)銷(xiāo)、配網(wǎng)貫通的海量數(shù)據(jù)對(duì)停電信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與分類(lèi);2)停電預(yù)警，對(duì)設(shè)備故障可能導(dǎo)致停電進(jìn)行預(yù)警;3)配電網(wǎng)停電計(jì)劃制定，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)制定合理的停電計(jì)劃，完善配網(wǎng)停電優(yōu)化分析系統(tǒng)。
3 配電網(wǎng)多源數(shù)據(jù)融合中的**數(shù)據(jù)辨識(shí)
3.1 **數(shù)據(jù)檢測(cè)與辨識(shí)方法
**數(shù)據(jù)檢測(cè)是指判斷某次量測(cè)采樣中是否存在**數(shù)據(jù)。**數(shù)據(jù)辨識(shí)是指在發(fā)現(xiàn)某次量測(cè)采樣中存在**數(shù)據(jù)后，確定哪個(gè)(或哪些)量測(cè)是**數(shù)據(jù)。**數(shù)據(jù)的處理已經(jīng)成為一個(gè)熱門(mén)課題，目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)提出多種**數(shù)據(jù)檢測(cè)與辨識(shí)的方法，大致分為以下2 類(lèi)：
1)傳統(tǒng)的**數(shù)據(jù)檢測(cè)方法包括目標(biāo)函數(shù)極值檢測(cè)法、加權(quán)殘差法、檢測(cè)法或標(biāo)準(zhǔn)化殘差檢測(cè)法、量測(cè)量突變檢測(cè)法等。傳統(tǒng)的**數(shù)據(jù)辨識(shí)方法主要有殘差搜索法、非二次準(zhǔn)則法、零殘差法、估計(jì)辨識(shí)法等;
2)相對(duì)傳統(tǒng)的一些新理論和新方法主要有基于數(shù)據(jù)挖掘的模糊數(shù)學(xué)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、聚類(lèi)分析法、間隙統(tǒng)計(jì)法等。這些方法大多針對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)比較簡(jiǎn)單的小規(guī)模結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。隨著智能配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、分布式電源的接入以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在配電系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，對(duì)于配電網(wǎng)中達(dá)到大數(shù)據(jù)級(jí)別的**數(shù)據(jù)的檢測(cè)與辨識(shí)，傳統(tǒng)方法很難達(dá)到處理需求。
3.2 基于多源數(shù)據(jù)的**數(shù)據(jù)辨識(shí)方法
根據(jù)配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)多源、多渠道的特點(diǎn)，可基于不同來(lái)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行互校核，實(shí)現(xiàn)**數(shù)據(jù)的檢測(cè)與辨識(shí)，包括電度量和量測(cè)量的互校核、不同數(shù)據(jù)系統(tǒng)間的互校核方法、不同結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的互校核等，如圖3所示。
圖3 基于多源數(shù)據(jù)融合的**數(shù)據(jù)辨識(shí)方法
1)基于電度量與量測(cè)量互校核的**數(shù)據(jù)檢測(cè)方法。(略)
2)基于不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)互校核的**數(shù)據(jù)檢測(cè)方法。
配電網(wǎng)多源數(shù)據(jù)按獲得來(lái)源分，可分為來(lái)自不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，來(lái)自不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行互校核。如可結(jié)合配電網(wǎng)管理信息系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)的信息以及低壓臺(tái)區(qū)互聯(lián)信息，確定配變用電類(lèi)型，按照不同行業(yè)需量系數(shù)和典型日負(fù)荷曲線可擬合出該配變負(fù)荷曲線。
3)基于不同結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)互校核的**數(shù)據(jù)檢測(cè)方法。
配電網(wǎng)中含有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，但是不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)可能包含相同的信息量，如某一線路的長(zhǎng)度可由地理信息系統(tǒng)中的非結(jié)構(gòu)化圖形數(shù)據(jù)獲得，也可從生產(chǎn)管理系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)獲得，通過(guò)不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)進(jìn)行互校核，可實(shí)現(xiàn)**數(shù)據(jù)的辨識(shí)。
配電網(wǎng)中不同的數(shù)據(jù)源為配電網(wǎng)研究對(duì)象提供了多角度、多時(shí)間、多維度的數(shù)據(jù)描述，為了通過(guò)大數(shù)據(jù)分析充分挖掘有用信息，需要建立數(shù)據(jù)之間的關(guān)系數(shù)學(xué)模型。
4 配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型建模
4.1 配電網(wǎng)數(shù)據(jù)特征化
配電網(wǎng)中的研究對(duì)象一般使用類(lèi)進(jìn)行描述，這種描述可以通過(guò)數(shù)據(jù)特征化得到，數(shù)據(jù)特征化是目標(biāo)類(lèi)數(shù)據(jù)的一般特性或特征的匯總。特征是一個(gè)數(shù)據(jù)字段，表示數(shù)據(jù)對(duì)象的一個(gè)特征[6]。不同配電網(wǎng)研究對(duì)象有不同的屬性，不同的屬性有不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型，一個(gè)屬性的類(lèi)型由該屬性可能具有的值的集合決定。
4.2 配電網(wǎng)數(shù)據(jù)鄰近性模型
數(shù)據(jù)的相似性和相異性都稱(chēng)為鄰近性，配電網(wǎng)數(shù)據(jù)鄰近性模型具有廣泛的應(yīng)用。例如，同一個(gè)負(fù)荷可能在不同的應(yīng)用系統(tǒng)中有著不同的記錄，為了正確高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，需要在數(shù)據(jù)集成時(shí)將多條記錄合并為一條記錄，因此需要對(duì)多條記錄的鄰近性進(jìn)行計(jì)算分析。
再如，需要定量描述投運(yùn)時(shí)間對(duì)設(shè)備性能的影響。同時(shí)，鄰近性模型還是進(jìn)行分類(lèi)、聚類(lèi)分析、離群點(diǎn)分析等深入研究的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
4.3 配電網(wǎng)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型
關(guān)聯(lián)規(guī)則由Agrawal、Imielinski和Swami提出，是數(shù)據(jù)中一種簡(jiǎn)單但很實(shí)用的規(guī)則[7]。配電網(wǎng)故障、狀態(tài)與原因之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)故障屬性間的關(guān)聯(lián)特性可以更好地對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)與診斷。
如分析配電網(wǎng)參數(shù)和暫態(tài)穩(wěn)定性之間的關(guān)聯(lián)性，判斷發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)失穩(wěn)的概率;如分析系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓變化特性與故障之間的關(guān)系，找出系統(tǒng)中*為敏感的節(jié)點(diǎn);如尋找特定地點(diǎn)諧波電流與其他地點(diǎn)電壓之間的關(guān)聯(lián)度，確定諧波源位置、特征及處理方法。
也可在電力營(yíng)銷(xiāo)和負(fù)荷管理中引入關(guān)聯(lián)分析，以指導(dǎo)供電公司制定合理的營(yíng)銷(xiāo)策略，如在配網(wǎng)規(guī)劃中，分析城市用電量與GDP 增長(zhǎng)率、**產(chǎn)業(yè)比重、中心性等級(jí)、行政級(jí)別、氣候類(lèi)型等因素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。
5 配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析方法和手段
5.1 配電網(wǎng)數(shù)據(jù)特征聚類(lèi)
聚類(lèi)可用于將數(shù)據(jù)分割成多個(gè)類(lèi)或子集，在聚類(lèi)分析中類(lèi)的數(shù)量是未知的。常見(jiàn)的聚類(lèi)方法有劃分聚類(lèi)法、層次聚類(lèi)法、網(wǎng)格聚類(lèi)法、基于模型的聚類(lèi)法以及智能聚類(lèi)法等。根據(jù)不同聚類(lèi)方法的適用范圍及配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的特征，通過(guò)研究基于配電網(wǎng)時(shí)空特性的數(shù)據(jù)聚類(lèi)方法，能夠提出處理配電網(wǎng)時(shí)空特性的數(shù)據(jù)聚類(lèi)解決方案。
從配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)和負(fù)荷監(jiān)測(cè)中提取不同區(qū)域、不同類(lèi)型的用戶(hù)負(fù)荷曲線，進(jìn)行負(fù)荷特性聚類(lèi)分析，為電力公司營(yíng)銷(xiāo)和負(fù)荷管理提供依據(jù)，是近幾年電力系統(tǒng)聚類(lèi)分析的研究熱點(diǎn)[8-9]。通過(guò)對(duì)負(fù)荷曲線的聚類(lèi)，可以作為負(fù)荷預(yù)測(cè)和電價(jià)預(yù)測(cè)的預(yù)處理過(guò)程;通過(guò)分析配電網(wǎng)線路和設(shè)備故障信息，形成具有相似變化的曲線簇，可更好地估計(jì)和抑制故障帶來(lái)的影響。
5.2 配電網(wǎng)數(shù)據(jù)特征分類(lèi)
分類(lèi)是通過(guò)訓(xùn)練產(chǎn)生的分類(lèi)函數(shù)或分類(lèi)模型將數(shù)據(jù)對(duì)象映射到2 個(gè)或多個(gè)給定類(lèi)別的方法[10-12]。從機(jī)器學(xué)習(xí)的觀點(diǎn)，分類(lèi)分析是一種有指導(dǎo)的學(xué)習(xí)，即其訓(xùn)練樣本的分類(lèi)屬性(類(lèi)標(biāo)號(hào))的值是已知的，通過(guò)學(xué)習(xí)過(guò)程形成數(shù)據(jù)對(duì)象與類(lèi)標(biāo)示間對(duì)應(yīng)的知識(shí)，這類(lèi)知識(shí)也可稱(chēng)為分類(lèi)規(guī)則。
分類(lèi)通過(guò)已訓(xùn)練好的模型或分類(lèi)規(guī)則來(lái)預(yù)測(cè)、標(biāo)記未知的數(shù)據(jù)類(lèi)。分類(lèi)方法包括決策樹(shù)歸納法、K*近鄰法、向量空間模型法、貝葉斯分類(lèi)法、支持向量機(jī)模糊分類(lèi)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。在配電網(wǎng)配電變壓器故障識(shí)別和診斷中，可以通過(guò)貝葉斯分類(lèi)方法將變壓器故障分類(lèi)為內(nèi)部或外部的接地和短路故障;也可以用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)識(shí)別包括高溫、低能和高能狀態(tài)等故障類(lèi)型。
5.3 配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)快速分析技術(shù)路線
數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的選擇由相應(yīng)需要解決的業(yè)務(wù)問(wèn)題來(lái)決定。要解決一個(gè)業(yè)務(wù)問(wèn)題，在一個(gè)數(shù)據(jù)挖掘的完整流程中，需要同時(shí)利用多種數(shù)據(jù)挖掘方法。例如在數(shù)據(jù)預(yù)處理階段，可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)性描述方法對(duì)數(shù)據(jù)的本質(zhì)、質(zhì)量進(jìn)行探索和分析，利用無(wú)量綱化的模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，也可以用聚類(lèi)分析對(duì)臨群點(diǎn)進(jìn)行探索等。
基于配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)聚類(lèi)與分類(lèi)技術(shù)，研究面向大規(guī)模配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的快速數(shù)據(jù)分析與處理技術(shù)，其技術(shù)路線如圖4所示。
圖4 配電網(wǎng)時(shí)空特性的快速數(shù)據(jù)處理方法
5.4 數(shù)據(jù)密集型計(jì)算手段
目前分布式并行計(jì)算技術(shù)是數(shù)據(jù)密集型計(jì)算的主要手段。由于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量和分布式的特點(diǎn)，使得傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理技術(shù)難以勝任這種海量數(shù)據(jù)。很多企業(yè)開(kāi)始想方設(shè)法把大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，不斷地嘗試新的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)、研究大數(shù)據(jù)分析方法技術(shù)。
目前，在分布式并行計(jì)算與存儲(chǔ)的很多研究和應(yīng)用中，Hadoop的分布式并行處理應(yīng)用的比較多，比如互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁(yè)分析和大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)挖掘等。電力系統(tǒng)的優(yōu)化分析方法大多是計(jì)算任務(wù)/數(shù)據(jù)密集型的，所以可依靠Hadoop較容易地開(kāi)展分布式并行方面的計(jì)算和研究。
基于Hadoop的分布式并行計(jì)算技術(shù)在國(guó)內(nèi)電力行業(yè)中的應(yīng)用研究還處于探索階段，研究?jī)?nèi)容主要集中在系統(tǒng)構(gòu)想、實(shí)現(xiàn)思路和前景展望等方面[13-17]。在國(guó)外，基于Hadoop的分布式并行計(jì)算應(yīng)用目前已用于海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和簡(jiǎn)單處理，已有實(shí)現(xiàn)并運(yùn)行的實(shí)際系統(tǒng)[18-21]。
分布式并行計(jì)算技術(shù)能夠?yàn)榇笠?guī)模復(fù)雜配電網(wǎng)分析計(jì)算提供強(qiáng)大的支撐，并能為供電企業(yè)和用戶(hù)提供大量的高附加值服務(wù)，這些增值服務(wù)將有利于電網(wǎng)**監(jiān)測(cè)與控制(包括故障預(yù)警與處理、供電與電力調(diào)度決策支持和更準(zhǔn)確的用電量預(yù)測(cè))、客戶(hù)用電行為分析與客戶(hù)細(xì)分、電力企業(yè)精細(xì)化運(yùn)營(yíng)管理、更科學(xué)的需求側(cè)管理等。
6 結(jié)論與展望
隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)及大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，為充分利用現(xiàn)有電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和氣象環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備故障預(yù)測(cè)成為可能。
通過(guò)集成各分散系統(tǒng)的信息，規(guī)范數(shù)據(jù)類(lèi)型，形成豐富的、同質(zhì)的大數(shù)據(jù)樣本，對(duì)不同類(lèi)型、不同型號(hào)、不同狀態(tài)的設(shè)備進(jìn)行故障發(fā)生可能性預(yù)測(cè)，可為電網(wǎng)運(yùn)檢采取針對(duì)性的防護(hù)措施提供支撐，為電網(wǎng)**運(yùn)行、智能電網(wǎng)自愈提供保障。
電力信息化建設(shè)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，在企業(yè)數(shù)據(jù)共享的平臺(tái)下獲取電力企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、地形地貌數(shù)據(jù)、水資源數(shù)據(jù)等有效數(shù)據(jù)，能夠提煉準(zhǔn)確的、有價(jià)值的數(shù)據(jù)，能夠?yàn)楣芾硇б?、決策能力提升提供有效幫助。
特別是在運(yùn)行檢修基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不斷積累的前提下，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，能對(duì)檢修工作進(jìn)行有效預(yù)測(cè)和數(shù)據(jù)支持，可進(jìn)一步提升設(shè)備運(yùn)行管理水平，為運(yùn)行檢修科學(xué)決策提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。
