郝明濤

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司煙臺市分公司，山東 煙臺 264001）

0 引言

當前我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展，多種行業(yè)的信息化正如火如荼的展開，數(shù)據(jù)的地位逐步攀升，如何處理大量的數(shù)據(jù)成為各行業(yè)的焦點。此時大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展與在各行業(yè)中的應用適逢其時，大數(shù)據(jù)技術為諸多領域進行更為科學的決策提供了客觀的依據(jù)。同時，由于大數(shù)據(jù)技術具有對海量數(shù)據(jù)處理速度快的自身優(yōu)勢，可以實現(xiàn)對大量設備的實時監(jiān)控與自動控制。在大數(shù)據(jù)技術應用的各個領域中，電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大、要求時延小、對風險控制嚴格，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析技術無法對其進行有價值的分析。因此，電力系統(tǒng)是當前大數(shù)據(jù)技術的熱點應用領域之一。鑒于電力系統(tǒng)對大數(shù)據(jù)技術有較高的需求與較多的應用，在電力系統(tǒng)中對大數(shù)據(jù)技術進行剖析和闡明具有重要的意義。

1 電力大數(shù)據(jù)簡介

在傳統(tǒng)計算機科學相關的技術下，海量數(shù)據(jù)即便在短時間內(nèi)可以通過傳感器等硬件被采集，也往往無法在有效的時間內(nèi)被成熟的軟件技術處理。因此，當前的數(shù)據(jù)量給數(shù)據(jù)處理技術提出了新的問題，需要新的技術來滿足當前電力系統(tǒng)對數(shù)據(jù)量與處理時效性的需求。

表1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)特征的差異

對比計算機科學領域我們所了解的其他種類的大數(shù)據(jù)，電力大數(shù)據(jù)的定義更為靈活，對于電力大數(shù)據(jù)其數(shù)據(jù)量大小的規(guī)定并沒有一個嚴格標準。從數(shù)據(jù)的來源與類型來看，電力大數(shù)據(jù)是指通過傳感器、智能設備、視頻監(jiān)控設備、音頻通信設備、移動終端等各種信息采集通道采集到的大量結構化、半結構化、非結構化和相關的業(yè)務數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)技術在電力系統(tǒng)中的應用涵蓋了從數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析到提供業(yè)務趨勢預測和數(shù)據(jù)價值挖掘服務的全過程。以及這一系列過程中使用的技術和概念。

2 電力大數(shù)據(jù)的主要特征

電力大數(shù)據(jù)的特點可概括為3“V”3“E”。其中，3“V”是體量、類型、速度。3“E”是能量，交互，共情。從容量特征來看，電力大數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的一個子集；從技術應用的角度來看電力大數(shù)據(jù)技術是大數(shù)據(jù)技術的焦點之一。然而，電力大數(shù)據(jù)技術與其他行業(yè)大數(shù)據(jù)技術的主要區(qū)別在于它的范圍更廣，超越了大數(shù)據(jù)通用概念的普遍性。具有其他行業(yè)數(shù)據(jù)無法比擬的豐富內(nèi)涵。

圖1 電力大數(shù)據(jù)的六大特征

體量：海量數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)的主要特征。也是電力大數(shù)據(jù)的重要特征?，F(xiàn)今電力企業(yè)正在快速建設信息化與智能化的電力系統(tǒng)，隨著電力系統(tǒng)信息化和智能化的發(fā)展，電力數(shù)據(jù)的增長越來越快，其速度將遠遠超過電力企業(yè)對未來情況的估計。以電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)為例，電力生產(chǎn)作為電力系統(tǒng)的一部分，其自動化控制程度也在逐步提高，如對鍋爐壓力、溫度、監(jiān)測精度、頻率等指標質(zhì)量要求越來越高，對大量數(shù)據(jù)的采集和處理提出了更高的要求。就功耗而言，每次采集頻率的增加都將導致數(shù)據(jù)量的數(shù)量級飛速增長。

表2 表計數(shù)量、采集頻率與數(shù)量變化的關系

類型：數(shù)據(jù)的類型可被大體分為結構化、非結構化、半結構化三個種類的數(shù)據(jù)。電力大數(shù)據(jù)囊括了上述所有種類的數(shù)據(jù)。隨著音視頻采集設備的普及，音頻和視頻在電力系統(tǒng)中的應用越來越多，音頻和視頻數(shù)據(jù)在非結構化數(shù)據(jù)中所占的比例也在逐漸增加。此外，電力大數(shù)據(jù)的來源不僅限于電力系統(tǒng)內(nèi)部。例如，在利用清潔能源進行電能生產(chǎn)時，大量的氣象水文數(shù)據(jù)也在采集范圍之內(nèi)。這些來源各異的數(shù)據(jù)在電力系統(tǒng)中均有一定的相關性，對于不同種類數(shù)據(jù)間的關系與聯(lián)系直接或間接的致使數(shù)據(jù)分析難度驟增。

速度：主要指電力大數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)采集、處理和分析的速度高。大數(shù)據(jù)在電力系統(tǒng)中的業(yè)務需要對處理時間有較高的要求。一般來說，電力大數(shù)據(jù)對系統(tǒng)運行狀態(tài)的反饋時延要小于一秒，需要采用流處理技術。因此，大數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)的使用批處理技術進行事后處理的商業(yè)智能和數(shù)據(jù)挖掘之間有巨大的區(qū)別。

能量：電力大數(shù)據(jù)中能量的含義是數(shù)據(jù)即能量，是大數(shù)據(jù)技術在電力系統(tǒng)中的價值體現(xiàn)。海量的數(shù)據(jù)在電力系統(tǒng)的使用過程中不斷細化和增加，從而保護了電力用戶的利益。為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標，在電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)中，采用大數(shù)據(jù)技術將發(fā)電環(huán)節(jié)中的其他形式的能量消耗降低，增加電力鏈路中用戶可用的能量。大數(shù)據(jù)技術并不能直接參與生產(chǎn)電能，但在電力系統(tǒng)運行的各個環(huán)節(jié)，大數(shù)據(jù)技術可以盡可能的減少電能的損耗，從而間接的增加了電能的最終可利用量。大數(shù)據(jù)技術在電力系統(tǒng)中運用的過程是收集不必要損耗的能量的過程。這種環(huán)保屬性使得大數(shù)據(jù)技術在電力系統(tǒng)當中的投資一舉兩得。

交互：電力系統(tǒng)和全國經(jīng)濟有著緊密的聯(lián)系，具有交流互通的關系。而大數(shù)據(jù)技術在電力系統(tǒng)中的應用提升電力系統(tǒng)運行效率的同時也將促進經(jīng)濟發(fā)展與社會進步。因此，電力大數(shù)據(jù)的價值除了體現(xiàn)在電力系統(tǒng)中，還可以反映在國家經(jīng)濟發(fā)展、社會進步和各行業(yè)發(fā)展等方面。為使大數(shù)據(jù)技術在電力系統(tǒng)中發(fā)揮更大價值，電力數(shù)據(jù)與其他領域數(shù)據(jù)的相互融合，并進一步對的電力數(shù)據(jù)的采集、分析和解釋進行更深更廣的探索是前提和關鍵。這將有效的提升電力系統(tǒng)在供電環(huán)節(jié)與用電環(huán)節(jié)上的短板，改善當前電力系統(tǒng)“重視發(fā)電、輕視供電、不管用電”的不足，促進電力系統(tǒng)和其他行業(yè)的交流融合，互利共進。

共情：電力大數(shù)據(jù)中共情的含義是數(shù)據(jù)即共情。電力是現(xiàn)代社會的基本生產(chǎn)資料和生活資料。一個國家的電力系統(tǒng)聯(lián)系著千千萬萬的家庭、工廠、企業(yè)。電力系統(tǒng)與電力企業(yè)和用戶有著密切的連接，電力工業(yè)大數(shù)據(jù)在一定程度上促進了我國電力工業(yè)從“以電力生產(chǎn)為中心”向“以客戶為中心”的轉(zhuǎn)變，這一點的本質(zhì)是對電力用戶的關注。用戶對電力的需求需要被電力企業(yè)進一步挖掘，電力企業(yè)要建立服務型部門與用戶聯(lián)系，以提供用戶所需要的服務。在電力行業(yè)價值最大化的貢獻過程中，大數(shù)據(jù)在電力系統(tǒng)中的應用為中國的電力工業(yè)提供了常變常新的動力源泉，共情方能共贏。

3 電力大數(shù)據(jù)的主要來源

由電力系統(tǒng)的特性，大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源主要集中在三個方面：電力生產(chǎn)、智能電網(wǎng)、管理和運營。

3.1 電力生產(chǎn)大數(shù)據(jù)

電力生產(chǎn)不僅是電能的來源，也是大數(shù)據(jù)的主要來源。其數(shù)據(jù)源可分為三大主要業(yè)務領域：發(fā)電、維護和安全。根據(jù)數(shù)據(jù)類型，可分為兩類：實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設備總生命周期數(shù)據(jù)。電力生產(chǎn)大數(shù)據(jù)的主要信息系統(tǒng)包括企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)、技術監(jiān)督、性能分析和消耗計算、實時數(shù)據(jù)庫、鍋爐壽命管理、檢修、安全監(jiān)督、設備可靠性系統(tǒng)等。對不同類型的數(shù)據(jù)所采用的處理技術也有所區(qū)別，對于歷史數(shù)據(jù)，采用批處理技術，分析結果對設備的運行與維護有重要的參考意義。對于實時數(shù)據(jù)，采用流處理技術，主要用于電力生產(chǎn)的實時調(diào)控。

3.2 智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)

根據(jù)《“十三五”國家信息化規(guī)劃》的要求，電力系統(tǒng)作為工業(yè)化的代表體系之一將和信息技術進一步交融協(xié)調(diào)，信息流將加入原已承載了能量流和業(yè)務流的電網(wǎng)當中，信息在電網(wǎng)中的重要程度也會隨之提高。電網(wǎng)中遍布各處的傳感器、視頻與音頻采集設備所采集到的數(shù)據(jù)構成了電網(wǎng)智能化的基石。通過計算機網(wǎng)絡通信技術，將收集到的數(shù)據(jù)利用大數(shù)據(jù)技術進行處理，實現(xiàn)對電能的監(jiān)控與調(diào)度，從而建設更為理想的電力網(wǎng)絡。

3.3 電力管理運營大數(shù)據(jù)

電力企業(yè)同其他類型的企業(yè)一樣，業(yè)務決策需要大量的生產(chǎn)和管理報告。然而，由于電力系統(tǒng)的特殊性，電力系統(tǒng)管理和運行中的大數(shù)據(jù)技術需要數(shù)據(jù)挖掘與分析部門與運營部門聯(lián)合，多種學科合作對數(shù)據(jù)進行挖掘與分析，再對分析結果進行合理的解釋并展示給決策者。與大數(shù)據(jù)技術相比，在電力管理運營數(shù)據(jù)處理方面，因數(shù)據(jù)對時效性要求較低，可接受較高的時延。從而可以采用傳統(tǒng)批處理技術，如較為成熟的BI工具等。

4 大數(shù)據(jù)的關鍵技術

大數(shù)據(jù)的關鍵技術包括數(shù)據(jù)提取與集成、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)解釋三個方面。

從學校層面來看，高校機關工作人員作風建設關系到和諧校園建設和學校的發(fā)展，關系到學生學習、發(fā)展、生活的各個方面，關系到教師教學、科研等各項工作的開展。從社會層面來看，對學校的社會聲譽、社會影響力都有重要影響。從國家層面來看，對整個高等教育的發(fā)展和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升，都起著重要的推進作用。在高校內(nèi)部，機關工作人員對內(nèi)應充分發(fā)揮機關的組織、服務、協(xié)調(diào)、管理等職能，不斷提升服務質(zhì)量和管理水平，提高師生的滿意度；對外應充分發(fā)揮機關作為與社會、企業(yè)、行政主管部門溝通、協(xié)調(diào)的窗口作用，提高學校的品質(zhì)和社會美譽度，為學校發(fā)展創(chuàng)造良好的外部環(huán)境。

4.1 數(shù)據(jù)抽取與集成

多樣性是大數(shù)據(jù)的一個重要特點，由于數(shù)據(jù)源的方式，導致數(shù)據(jù)來源非常廣泛，具有極其復雜的數(shù)據(jù)類型，特別是半結構化和非結構化數(shù)據(jù)占很大比例.對于收集到的數(shù)據(jù)，完成抽取與集成后，對其進行結構化存儲?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)提取和集成方法主要是基于ETL引擎和搜索引擎。數(shù)據(jù)在非結構化、類型多樣的環(huán)境中，數(shù)據(jù)的清洗作為預處理的程序之一，可以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，是對所采集的數(shù)據(jù)進行分析之前的關鍵步驟。

4.2 數(shù)據(jù)分析

為充分發(fā)揮與體現(xiàn)大數(shù)據(jù)在電力系統(tǒng)中的價值性，數(shù)據(jù)分析作為其關鍵步驟不可或缺。當前已經(jīng)有諸多傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析技術可直接進行應用，如用于推薦系統(tǒng)與決策支持的統(tǒng)計分析、機器學習等。

4.3 數(shù)據(jù)解釋

前兩個步驟最終目的在于理解數(shù)據(jù)的意義并實現(xiàn)其價值。因此，數(shù)據(jù)解釋往往是終端用戶或是決策者最關心的技術之一。而數(shù)據(jù)解釋的重要方面之一就是用合適的方式展示數(shù)據(jù)。假如數(shù)據(jù)展示的方式不當，就無法達到讓用戶理解并進行正確決策的目的，乃至使其效果適得其反。僅僅在計算機上進行可視化顯示的研究和開發(fā)的傳統(tǒng)方式對數(shù)據(jù)的解釋是有限的，如文本、圖表等。為改善傳統(tǒng)方法對數(shù)據(jù)解釋的限制。較為科學的辦法是利用圖形、圖像處理、計算機視覺以及用戶界面，通過表達、建模以及對立體、表面、屬性以及動畫的顯示，對數(shù)據(jù)加以可視化解釋。為提供更加專業(yè)化與個性化的服務，在數(shù)據(jù)分析過程中需要與電力專業(yè)人士和用戶進行深入的溝通交流，甚至讓用戶參與到數(shù)據(jù)分析的過程中來。為了得到更加合理的分析結果，數(shù)據(jù)的解釋，已經(jīng)超越了大數(shù)據(jù)本身的范疇，將涉及到眾多學科的交叉，需要多個部門的協(xié)同共進。

為了將電力系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)的價值盡可能的完全實現(xiàn)，需要包括大數(shù)據(jù)技術在內(nèi)的多種技術配合。如：利用云存儲技術，將多種類型的數(shù)據(jù)進行結構化處理后存儲；采用分布式計算技術來提升數(shù)據(jù)處理的時效性以達到實時監(jiān)視與控制的目的。

5 大數(shù)據(jù)技術在電力系統(tǒng)運行環(huán)節(jié)中的運用電力系統(tǒng)的構成分為發(fā)電、輸電、變電、配電和用電5個環(huán)節(jié)

圖2 電力系統(tǒng)運行環(huán)節(jié)

5.1 發(fā)電環(huán)節(jié)

現(xiàn)階段我國大部分發(fā)電方式均為火力發(fā)電，其作為利用時間最為久遠的發(fā)電方式之一，有著穩(wěn)定性好，可控制性強等優(yōu)點。但火力發(fā)電的缺點也十分顯著，其中化學能源的消耗量巨大與熱效率較低都是火力發(fā)電最顯著的缺點之一，尤其是化石能源極為寶貴且不可再生。而對于利用清潔能源，雖然具有綠色環(huán)保的優(yōu)點，但也不是完美的。如核能在電力過剩時若采用不接入電網(wǎng)的方式也在將會造成巨大的浪費；風電水電等發(fā)電方式受地區(qū)的氣候條件與天氣狀況限制較大，不能提供絕對穩(wěn)定的電力。因此，在電力生產(chǎn)的過程中應用大數(shù)據(jù)技術一方面提高火力發(fā)電的熱效率，發(fā)揮大數(shù)據(jù)技術的時效性高優(yōu)勢，對火力發(fā)電的各個設備進行實時監(jiān)視，即及時發(fā)出警告與提示，協(xié)助工作人員對機組進行監(jiān)督與調(diào)控。另一方面對多種發(fā)電方式進行合理的調(diào)控，盡量利用清潔能源進行發(fā)電并充分發(fā)揮火力發(fā)電的可控性優(yōu)勢對其他形式的電力生產(chǎn)進行補充。

5.2 輸電環(huán)節(jié)

輸電環(huán)節(jié)的主要功能在于通過不同途徑生產(chǎn)的電力進行分配并輸送。因其對國民經(jīng)濟的發(fā)展有著巨大的影響，所以對穩(wěn)定性有著較高的要求。惡劣的地理環(huán)境以及人為破壞是造成輸電線路中斷的最常見的兩種因素。關鍵輸電線路的中斷可能會造成整個區(qū)域電網(wǎng)的故障，因此及時發(fā)現(xiàn)輸電線路的反?，F(xiàn)象并及時處理對保障輸電環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性具有重要的意義。在這個過程中，大數(shù)據(jù)的技術的可用于提升供電環(huán)節(jié)的對于險情的反應與處理速度。大數(shù)據(jù)技術還可用于對輸電環(huán)節(jié)的設備進行全壽命周期內(nèi)服役情況的檢測，進行有效的防災減災。

5.3 變電環(huán)節(jié)

變電環(huán)節(jié)是電網(wǎng)管理的核心環(huán)節(jié)之一，此環(huán)節(jié)的設備運行狀況直接關系到供電的可靠性，尤其是對于重要用戶的供電故障可能導致嚴重的后果，其重要性不言而喻。對于變電環(huán)節(jié)的檢測，我國仍舊處于以大量人工巡檢為主要方式的階段，并且檢測信息共享途徑效率低下且極其有限。因此該環(huán)節(jié)迫切的需要對其進行信息化改造。當前有專家提出了部分理論思想，如：對變電站設備利用數(shù)據(jù)挖掘與處理技術進行監(jiān)測，可以在一定程度上對實時運行狀態(tài)的監(jiān)控提供幫助。

5.4 配電環(huán)節(jié)

用戶所直接使用的電能是經(jīng)變電站把輸電環(huán)節(jié)中的高壓電進行轉(zhuǎn)化而來，這就是配電環(huán)節(jié)的職責所在。做好配電環(huán)節(jié)的工作要求對掌握電能的使用需求規(guī)律進行有效的掌握，并以此為依據(jù)來分析配電環(huán)節(jié)的安全隱患，做到及時排除，大數(shù)據(jù)技術可以為其進行有效的技術支持并提供有意義的參考。另外，大數(shù)據(jù)技術可用于預測未來電力負荷規(guī)律，幫助電力運營部門對可預知的特殊情況提前做好準備，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

5.5 用電環(huán)節(jié)

由于我國國土面積廣闊、各地人民生活習慣各異、工業(yè)門類齊全、貧富差距較大等因素的影響，用電環(huán)節(jié)的情況十分復雜。但較好的基礎設施建設為用電環(huán)節(jié)的信息化建設作了部分鋪墊，一定程度上降低了信息化改造的難度。目前在用戶端的電力信息采集與信息系統(tǒng)的建設作用正在逐步擴大。國內(nèi)已經(jīng)有城市開始對電力用戶展開用戶畫像的工作，以制定更加完善、個性化的營銷策略。

6 大數(shù)據(jù)在電力系統(tǒng)中的應用

6.1 不同環(huán)節(jié)電力數(shù)據(jù)預測的應用

將大數(shù)據(jù)技術應用到電力系統(tǒng)中的主要目的之一是預測電力系統(tǒng)運行的各個環(huán)節(jié)的電力數(shù)據(jù)信息，針對他們的特點分別進行分析后用易于理解的方式展現(xiàn)給用戶和決策者。電力負荷的預測是配件管理的重要組成部分之一，利用大數(shù)據(jù)技術來解決其關鍵問題：收集海量的數(shù)據(jù)后搭建出合適的預測模型，對模型進行大量實驗，調(diào)參后用其預測電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的負荷情況，有助于電力企業(yè)根據(jù)實時及歷史數(shù)據(jù)及時改變電力系統(tǒng)運行與管理策略，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定高效的運行。

在前人已經(jīng)分析過某地區(qū)電力系統(tǒng)的負荷在夏秋季節(jié)的起伏情況后，特別地，我們對這個時間段的短期情況進行預測。如圖3所示，在甲市以一個星期為例，周末的負載相對于工作日來說較低，導致此現(xiàn)象的原因之一為生產(chǎn)用電與生活用電在周末與工作日差距較大，在工作日有更大的生產(chǎn)用電需求從而導致了較高的負載。

圖3 甲市一周負荷變化情況

圖4 甲市單日負荷變化情況

雖然圖3體現(xiàn)出了工作日與周末電力系統(tǒng)負載存在一定的差異，但如果將一周七天每天的波動情況進行對比可以發(fā)現(xiàn)，負載情況在一天中的變化具有可尋的規(guī)律。觀察圖4，0：00后，電網(wǎng)負荷開始下降，3-4時達到最低值，6：00后迅速上升。雖然假期會有所不同，但總的趨勢仍然是一樣的。

6.2 管理電力能源的應用

大數(shù)據(jù)技術在電力能源管理中的應用，不僅有利于高效的利用清潔能源，而且有利于能源消耗的有效控制。該措施對于實現(xiàn)電網(wǎng)工程項目現(xiàn)代化、科學化、智能化，維護電網(wǎng)正常、穩(wěn)定、安全運行具有重要意義。以某大數(shù)據(jù)技術服務公司為例，將“大數(shù)據(jù)技術”應用于電力能源管理，為客戶提供電力產(chǎn)品銷售、計量校準業(yè)務、后期電力維護等服務。如采集與分析電力設備、電子測量行業(yè)、電力生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)、考察新能源的應用等。

7 結束語

大數(shù)據(jù)技術雖然不是來自電力行業(yè)自身的電力技術，也沒有直接參與到電力系統(tǒng)的生產(chǎn)與傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)，但因其自身的特點——數(shù)據(jù)即能量，使數(shù)據(jù)具有獨特的價值性。在電力系統(tǒng)運行的各個環(huán)節(jié)中，利用大數(shù)據(jù)來優(yōu)化電力系統(tǒng)的運行具有重大意義。在大數(shù)據(jù)時代，要通過技術手段來實現(xiàn)處理實時信息并預測未來發(fā)展的目標。電力系統(tǒng)在未來的信息化道路上，大數(shù)據(jù)技術扮演者不可或缺的角色。充分利用大數(shù)據(jù)技術在電力系統(tǒng)中的應用，將成為進一步提高電力行業(yè)運行效率和管理水平的主要方向。充分挖掘數(shù)據(jù)，用好數(shù)據(jù)，還要依靠大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展與電力信息化的深入。怎么用好大數(shù)據(jù)技術，對電力體統(tǒng)中海量的數(shù)據(jù)進行挖掘，實現(xiàn)電力系統(tǒng)中大數(shù)據(jù)的價值性，如何對電力系統(tǒng)進行優(yōu)化改良、為用戶提供更好的服務將會是未來重要的研究課題。