试分析电网自动化中数据流技术的运用

全 锟

（广东电网有限责任公司湛江供电局）

试分析电网自动化中数据流技术的运用

全 锟

（广东电网有限责任公司湛江供电局）

数据流技术对电网的自动化建设与智能管理、信息的在线处理与决策的制定、电网的安全运用等多方面起着十分重要的作用，本文旨在分析数据流技术在电网自动化领域的应用现状与发展前景，以供参考。

数据流技术；电网自动化；运用分析

0 引言

随着我国科学技术的不断进步，计算机技术的飞速发展，对于智能化技术的应用在各行各业也在进一步普及。为了满足用户对于电力系统的多样化需求，我国电力行业也逐渐迈入了搭建智能电网的时代，数据流技术的运用能够有效提高电网管理中的自动化水平。

1 数据流技术的概述

1.1 数据流技术

数据流实质上是一组带时标元素序列，这种元素序列具有四个共同的特点：实时性、连续性、持续性以及无界性。而在此其中，每个元素都具有一个以上的属性，电力系统中的许多测量装置如相量测量单元等所生成的实时测量数据都属于数据流。从日常生活来看，某条热门微博的转发评论数，某个网站的网页点击量等都可以被看做是数据流。而数据流技术则是随科技水平不断发展而被人们熟知和广泛利用的一项新兴技术，主要利用数据流系统对数据流形式的实时数据进行规范管理，与将数据结构化的关系数据库类似。这一技术目前广泛应用于电网自动化中，对实时数据进行处理分析和决策生成。

1.2 数据流系统

（1）数据流系统的简述

对大量实时数据进行有效的在线分析以及深层次信息的挖掘是数据流系统最主要的功能。这些功能使得在线决策得到了强有力且可靠的数据支持，同时也能够将实时数据及其相关结构化数据进行规范管理。目前关于数据流系统的研究大部分都处于实验室研发阶段，相对而言国外的数据流系统产品较多，我国最主流的数据流原型系统则是Argus。

（2）数据流系统的体系结构

数据流系统体系结构的特点就是具有有效的查询网络，而这个查询网络的组成单元则是多个连续且同时执行的查询节点，这些查询节点实质上就是一个逻辑功能完善且具有明确输入输出的完整的处理单元，又称算子，这些算子合并起来就构成了一个有效的查询网络。当需要系统进行一个较为复杂的查询操作时，只需对查询网络中的多个算子进行有效组合。滑动窗口、投影以及连续等是数据流系统中使用较多的算子类型。对实时数据进行在线处理以及深层次信息的挖掘等工作在数据流系统中多由滑动窗口进行，利用滑动窗口，系统能够将相关的数据在特定的范围内进行一定程度上的限制，将限定串口中的数据都限定为实时数据。具体过程如图1所示。

图1 数据流系统结构

在数据流系统工作过程中使用较为频繁的滑动窗口多存在两种形式，一是以元素数为基础的滑动窗口，第二种则是相较于时间而言的滑动窗口。随着新的流元素的出现或时间的变化，为了让新的流元素能够源源不断地出现滑动窗口中，滑动窗口需要不断向前滑。中国南方电网有限责任公司要求“加强与客户服务停电信息传递”5min内实现故障信息传送，实现此目标必须整合各方数据信息，形成稳定数据流交互。快速复电工单的实时处理必须通过EMS系统、计量自动化等实时监测平台将报障信息汇总，形成准确、稳定信息流。当EMS跳闸告警，检测到有负荷损失后此模块自动生成工单，传递到配调集约化系统和营销系统以供配调值班人员判断故障情况和客服人员及时、准确通知受影响用户。配调值班人员根据情况将数据流信息下发至PDA移动终端（或平板系统），供电所运维人员通过完善数据流信息将数据同时反馈至营销系统与配调集约化系统，客服人员根据反馈数据流的信息及时告知用户复电信息，满足客户需求，并通知配调值班人员抢修信息。所以在电网自动化的应用中，数据流系统能够有效对电力系统中产生的实时数据进行处理，生成相应的决策信息，这种完善的实时在线处理分析功能能够有效取代传统的电力系统中数据处理架构里的告警事件管理功能，从很大程度上提升电力系统的自动化水平，提高电力系统的运行以及工作效率。

（3）数据流系统的查询语言

数据流系统中，一般采用类SQL查询语言对实时数据进行的在线分析处理和深层次信息挖掘。不同于数据库系统的是，数据流系统上的查询是一种持续查询，其在数据流的滑动窗口上持续执行。在这种查询下，滑动窗口中的全部流元素代表了持续查询的结果，因此，查询结果随着流元素的变化而变化，系统也将会根据这种动态的变化利用增量对其进行实时的更新操作。从本质上来说，滑动窗口类似于一个不停发生变化的数据集合，而这种变化从某种角度而言是相对的，在一定的时刻，滑动窗口中的流元素是不变的，这一时刻的滑动窗口与关系数据库中具有固定内容的表是类似的。在这种两者具有一定相似性的前提下，可以通过将关系数据库中的SQL语言进行详尽且可靠的修改和扩展完成数据流系统查询语言的实现。

2 电网自动化的概述

利用信息技术的应用来实现对电网的自动化控制是实现电网自动化建设的根本目标。同时，面对日益扩大和多样化的用户需求，传统的电网系统也已经力不从心，智能电网的建设势在必行。而这种自动化的运行主要分为传感和量测、实时数据的分析处理与决策两个部分，可以通过传感装置来进行实时数据的采集与传输，通过在线的数据分析和处理流程完成决策信息的获取。显然，对于采集和传输到的实时数据的分析处理与决策更为重要，其直接影响到了决策信息的制定与指令的生成，对电网自动化产生巨大的影响。

3 数据流技术在电力系统自动化中的几大应用现状

（1）配电自动化中的应用

配电自动化将已有的电力设备与计算机技术、现代通信技术、现代电子技术等多种新兴科技结合一体，使得供电部门的工作和管理，以及配电网在多种情况下的监测工作、维护工作、计量工作及控制工作等有效结合在一起；凭借配电自动化提高供电效率以及供电质量的稳定性，以良好的供电品质拉近与用户之间的关系，通过减少人工成本的方式使得供电价格更为合理，以此满足用户日益多样化的需求，提高供电的经济性和企业管理效率。配电自动化这一系统性工程十分复杂，综合了多项技术，其工作量极大，因而工作中所生成的实时数据也是海量的。其中包括配电以及供电系统所生成的全部数据流，以及这些数据流的相关操作。这些海量数据对于配电自动化而言是一个极大的挑战。同时，将这些数据流有效且合理地运用在信息处理上也是配电自动化的重中之重。

以中国南方电网有限责任公司应急指挥信息管理系统为例，是在电网现有网络设施与信息系统建设的基础上，充分结合现代网络技术、计算机技术和多媒体技术，以整合各类业务数据库、空间数据库、天气预报数据为基础，以地理信息系统、数据分析系统、信息综合可视化展示系统、大屏系统、视频会议系统为手段，实现了电力行业监测、预警和应急管理领域的“监测、预警、应急”一体化应急指挥与决策支持解决方案，实现了应急事件从预警、报送、响应（指挥与处置、物资调度等）、监控、辅助决策等全过程管理。系统为网省二级部署，网、省、地、县四级应用，通过接入OS2、海量准实时平台、调度气象、变电站视频等实时监测系统获得输入流数据源，通过数据流集成“6+1”系统、GIS、主数据等业务应用系统，实现与内外部系统数据的集成。确保数据动态更新、准确有效。充分利用GIS、数据仓库、大数据、云计算和移动通信技术，在应急指挥平台的大屏幕、移动作业平台等硬件平台上支撑应急指挥中的决策辅助、调度指挥、综合研判和辅助决策等工作，实现应急指挥的可视化展示与空间信息分析，并通过移动应用加强事故灾难现场信息实时采集和监测，为各级领导机关指挥救援提供决策依据。这种高度集成的系统依赖的就是稳定的数据流传递，任一接口出现数据断链或数据流出现信息丢失都会影响整个业务应用和系统运行。

由此可见，数据流系统是否完善，关系着整个电力系统中的配电系统的自动化程度。在电站的自动化信息处理系统中，一个CPU的控制更适用于单套配电保护装置，这种处理可以保证采样的同步性、A/D转换以及运算输出指令的简洁快速。相反的，如果系统信息的采样、运算输出控制指令以及保护运算的实现都是在较为复杂的全数字化条件下，则更倾向于使用多个处理器协作工作，这样就使得控制采样同步性和保护命令的快速输出成为了一个较为复杂的问题，这其中技术要点就在于如何在整个过程中保证对数据流技术的处理。图2所示就是一种基本的自动化框架。

图2 自动化框架

（2）对具有时序特征信息的研究与应用

由于数据流具有非常明显的时序特征，从这些时序特征之中可以挖掘出许多重要的信息和趋势，因此，数据流中的信息需要系统对这些数据序列进行实时的、有效的分析和处理。这样才能够及时地从中获取有用的信息、以保证电力系统决策操作的可靠性和科学性。例如，在电力系统系统运行过程中，故障信息的出现具有时序属性，数据流技术可以将这一点充分利用，对故障进行准确的诊断与分析，提高故障修复的效率，保证电力系统的良好运行。电力变压器等电气设备状态监测数据也具有一定的时序特征，这些时序特征从某种角度代表了电气设备故障发生发展的严重程度和趋势，对其进行分析和识别有助于制定合理的维护计划。

（3）数据流处理系统的通用模型

随着数据流技术的不断发展和推广应用，逐渐形成了一套较为通用的数据流处理系统模型。输入数据控制在一个滑动窗口中，用于最近数据的处理、滑动窗口的大小要与其具体应用相适宜。而其数据选择则需要与最近特征相吻合，控制窗口的更新周期时需要应用输入缓冲，滑动窗口的更新方式一般而言分为联系更新和周期更新，数据流的实时性操作决定了更新间隔的变化。另一方面，实时性又与监控时间的间隔是密不可分的，如果监控时间间隔过大，系统则有可能丢失非常关键的性能信息，这样一来就会导致性能检测的偏差。而时间间隔过小的情况对于CPU的处理时间要求较高，更新过于频繁容易造成数据无法及时处理，因此，一定要根据现状结合实际有效选择更新间隔。

4 数据流技术在电网自动化中的应用意义

随着时代的发展，用户对于电网系统供电等多方面的需求日益多样化，传统的电网系统已经逐渐落伍。智能化电网建设逐步推进，信息领域的许多高新技术被运用到智能电网建设之中，数据流技术就是其中之一。电网运行的过程中将会不断生成大量的实时数据，数据流技术的运用能够对其进行在线分析并生成科学的决策信息。从而以在线生成的决策信息作为依据，进一步生成并完成对电网的控制指令，即可实现电网系统的智能自动化。

5 数据流技术在电网自动化中的应用前景

基于信息技术的不断发展与进步，信息的海量式增长对信息的处理分析将会造成更大的挑战。电力企业方面在实现电网自动化建设的过程中，要想进一步提高电网系统的自动化水平和智能水准，必须针对海量数据的实时动态处理分析程序进行进一步的完善和提高。因此，数据流技术以及基于数据流的数据流系统在电网自动化的应用依旧具备良好的发展前景。基于数据流系统下，电网系统能够通过强大的数据处理功能为实现决策信息的科学生成奠定良好的基础。而数据流系统目前仍然处于一个发展中的趋势，多出现在实验室研究之中，随着技术不断的发展，数据流系统的查询语言和相关技术的不断完善，数据流技术的功能将会更为强大，进一步提升电网系统的自动化水平和智能水准。

6 结束语

在电力自动化系统中，将数据流技术有效进行应用，构建数据流系统，能够有效对实时数据进行分析处理以及深层次挖掘，科学生成与制定决策信息，有效地对电网系统以及电网设备进行检测和管理，大大提高电网系统的自动化水平和智能程度。相信随着科学技术的不断发展，数据流技术的完善和成熟，这项新兴技术将会更加先进，其在电网自动化中所发挥的作用也将越来越大。

[1]赵江河,陈新,林涛.基于智能电网的配电自动化建设[J].电力系统自动化,2012(18):33-36.

[2]赵加奎,杨国凤,沐连顺.数据流技术在电网自动化中的应用研究[J].电网技术,2011(8):6-11.

[3]于戈,王国仁.实时数据流管理技术研究[J].计算机应用,2004(10):11-13,26.

[4]孔英会.数据流技术及其在电力信息处理中的应用研究[D].保定:华北电力大学,2009.

[5]张晶.基于数据流管理系统的数据挖掘技术研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2014.

2016-09-25）