智能电网及大数据技术应用过程中的问题探讨

唐占发 李芝平 甘肃省白银市国网白银供电公司

一、引言

社会以及经济的不断发展必然带来全社会用电量的迅速增加，这不仅考验着电网运行的安全性和可靠性，亦对其运行效率和智能水平提出了较高要求。智能电网作为未来电力行业主流发展方向，对其进行研究十分必要。智能电网通过将各类技术进行整合及应用，在实现信息和电能从输电到用电环节双向流动的同时，提升电力系统的运行效率以及电网运行的经济性和稳定性。通过大数据技术实施的全景实时数据采集、传输和存储，以及累积的海量多源数据快速分析等功能，是保障智能电网运行的关键。

二、电网大数据的基本特性

大数据是一个庞大而复杂的数据集，具有不同的数据结构，如：非结构化、半结构化和结构化等等，不能在给定的时间内用传统方法进行处理、存储、管理和分析。电网大数据具有4项基本特性，分别是：规模性（Volume）、多样性（Variety）、高速性（Velocity）以及有价值性（Value），又称为4V特性。

（1）规模性：随着电力系统规模的不断扩大，在发电、变电、输电、配电和用电等各个环节产生大量信息数据，将使得电网存储数据容量的级别逐步从PB向EP飞跃。（2）多样性：随着电力系统信息化建设的飞速发展，相比于传统电力系统的单一化信息数据，电网大数据结构及其表现形式开始变得多样化，如：视频、文本、图像等。（3）高速性：由于电力系统大数据流存在实时性、易失性、无序性等基本特性，且数据之间的关联性错综复杂。因此，需要对电力系统生产、运行期间所产生的数据做出高效处理，以满足电网对电力调度、负荷预测以及故障诊断等问题的快速性要求。（4）价值大密度低：在海量的监测或检测的数据中隐含着大量的信息。对其进行挖掘分析可以提供给生产、运行、管理、用户等有价值的信息。这些数据不仅仅反映电力行业内部的信息，而且关系到整个经济社会的情况，对国家的经济宏观调控、资源的合理利用、减少污染。大数据中隐藏着巨大经济以及社会价值。

三、智能电网中大数据关键技术

（一）传感器

大数据技术中的智能传感器是其获取外界信息的关键途径。相对于传统传感器来说，智能传感器的可靠性强、精度相对较高，且适应能力水平较高。在智能电网中小微传感器的应用最为广泛，其拥有采集信息、分析信息、传递信息的能力，安装便捷、抗干扰性能强。在大数据中的感知层中应用小微智能传感器能够在智能电网中完成海量数据的测量与收集。其作为智能电网中透明电网的重要基础单元，当前还存在电压测量难度大、功率较大等情况。除了小微智能传感器外，无线传感网络在智能电网中的应用也十分普及。在智能电网中无线传感器已经逐渐开始被用于收集数据，如进行智能自动抄表、远程系统监控等。

（二）通信技术

第一，宽带载波通信技术。宽带载波通信技术是一种通信编码技术，其相对于窄带载波技术而言抗干扰能力强，速率较高，通信延时少，能够为智能电网提供更好的服务。且宽带载波通信技术能够为智能电网运作时需要进行的信息采集提供安全稳定的信息渠道。将宽带载波通信技术应用于智能电网的合适区域能够满足智能配电系统中大量数据的传输需求，提升通信效率。第二，5G通信技术。5G通信技术是大数据的关键技术之一，其传输速率较高、容量大、延时低，可以用于智能电网中电源发电情况的实时监测，提升电能的利用率。且能够针对电缆的工作情况进行评估，以便及时发现安全隐患。5G通信技术的运用能够实现无人机巡检输电线路，对智能电网运行过程进行图片与视频拍摄，提升巡检的智能性与可靠性。第三，低功耗广域大数据通信技术。低功耗广域大数据通信技术可以针对M2M通信场景进行优化，以星型网络进行覆盖，单节点最大覆盖范围高达100 km。低功耗广域大数据通信技术覆盖范围广、功耗低、宽带低。且在应用中网络配置较为灵活，能够支持定位服务与移动对象，且抗干扰能力理想。低功耗广域大数据通信技术在智能电网中可以用于电气设备温度监测、配电故障指示等。

（三）云计算技术

云计算技术拥有强大的互联网传输能力，且储存容量大、计算能力强，在智能电网中改技术可以用于进行智能电网调度、智能电网数据分析等，对海量数据进行存储与处理。第一，智能电网调度。伴随着智能电网的完善，电网结构也愈加复杂，规模也不断增加。为了对智能电网实现实时监控并合理调度，则需要利用大数据技术对电网运行数据进行采集、传输、分析。大数据技术中的云计算技术能够以总线技术将分布于不同区域调度系统的功能，利用系统结构化进行高度整合，以打造实时、全面、准确的电网调度平台，以存储海量数据，完成智能电网调度。第二，智能电网数据分析。智能电网规模的扩大，伴随而来的智能电表、传感设备、信息系统等不同数据持续产生，最终形成海量数据。结合大数据技术中的云计算技术能够实现对电网用户、电力设备情况的数据分析。智能电网的数据分析能够进一步强化电网的透明度，从而更好地调节、优化智能电网服务。

（四）边缘计算技术

边缘计算技术应用在智能电网中主要用于优化网络延迟的情况，并提升任务的执行效率，以便快速响应用户的请求。边缘计算技术可以将控制转移至边缘，以完成对大数据中大数据的分析。如智能电网系统出现运行异常或出现故障，边缘计算技术可以一改将海量信息传输到集中式系统的传统形式，而是将其转移至边缘，从而提升数据处理能力。例如，当前配电网结构繁复，点多面广，大多数解决策略是把所采集的图片信息上传到服务器中进行分析。但由于图片传输量相对较大，且有价值的信息含量低，会占用网络资源。利用边缘计算技术则可以配备高能力的计算单元，通过建立模型来消除部分无用数据传输。边缘计算技术凭借着数据分析效率高的特点尤其适宜开展数据分析与智能自动处理。

四、大数据技术在电力行业中的具体应用

（一）传输和存储电力大数据

随着我国智能电网的快速发展，电力系统所有环节的数据都会被记录下来，这就需要有更强大的数据传输和存储功能。同时，随着电力系统的不断运转，会产生越来越多的数据，使系统承受较大的负担，如果不及时采取有效措施，会限制智能化的良好发展。通过合理应用大数据技术可以很好地解决这类问题，满足电力系统大数据的需求。目前，分布式文件系统在电力企业中的应用比较广泛，便于储存更多的数据。另外，大数据技术能够随时采集电力系统的运行数据，可以满足电力系统对实时性的要求，并且利用流式传输还可以及时分析数据，让工作人员能够掌握相关信息。还可按照电力系统的性能与数据特征分别进行储存，利用数据库系统还能够及时处理具有高标准要求的数据。利用数据仓库能够处理一般数据。工作人员在处理历史数据和非结构性数据时，可以采用分布式文件系统。此外，电力行业中存在许多复杂的数据，合理利用大数据技术能够将其转换成方便分析和储存的数据。这样一来，可以为工作人员提供有效的参考数据，大大提高工作效率。同时，可以通过数据仓库进行管理，并逐步建立信息化管理系统，实现数据共享，充分发挥出电力数据的巨大作用，还能增加企业的核心竞争力。

（二）评估电力设备状态

为了确保电力系统稳定运转，一定要重点关注相关设备，使其能够正常运行。在实际工作中要考核评估电力设备的状态，根据结果了解设备的情况，从而及时发现并解决问题，提高各生产运营环节的稳定性。在电力行业发展中电力设备状态检修非常重要。目前，电力设备状态评估通常涉及评估方法、故障诊断专家系统、设备状态评价等。在开展设备状态评估工作时要合理应用时序挖掘、聚类算法、分类算法等大数据技术，通过深入分析设备的历史数据，找出不同状态参数间的关系，结合采集的设备运行数据，关联分析电力设备，从而做出准确的评价，为后续工作的开展提供指导作用。

（三）配用电需求分析

目前，电力行业在不断推进智能电网业务，利用数据融合等形式来支撑配用电业务，可以大大提高工作效率，更好地完成配用电数据挖掘工作。电力企业要想提高核心竞争力，就要提高管理质量，实行精细化管理，并结合电力系统的运行和大数据融合等，改进和完善各项决策方案。随着大数据技术的不断成熟，许多行业都逐步引入相关技术手段。电力行业作为社会经济的重要组成部分，也在积极学习、引进大数据技术，尤其是在配用电数据挖掘分析方面，能起到良好作用。配用电数据挖掘分析工作涉及多个方面，主要有社会经济、配电网规划、运行以及用电服务管理等。这项工作在政府决策、供电侧以及用户侧等方面也有广泛运用，具有一定的指导意义。另外，配电网数据的挖掘对故障检测、负荷预测以及停电管理等工作也起着关键作用。利用大数据技术能够全面分析客户的用电情况和服务反馈，科学管理需求侧，从而为客户提供更好的服务。还可以结合政府决策，全面分析社会经济形势，并预测未来的发展趋势，评估能源补贴、电价政策等，从而合理调整企业未来的发展规划和战略目标。

五、智能电网及大数据技术应用过程中的问题

（一）隐私问题

通过智能电表能够收集和分析有关家庭电能使用的详细信息。例如，智能电表可以通过对能耗的监控，知道客户何时在家、何时做饭、何时看电视或是就寝等行为，进而分析出客户的生活模式。若是该类隐私信息泄露给某些商业公司的推销部门，户主可能面临着被骚扰的风险。总之，客户对拥有此类隐私信息的商业组织（包括公用事业公司）会抱有不同程度的担忧，进而导致智能电表使用和普及受阻。且只有在获得客户同意的情况下，才能通过第三方向客户提供新产品或服务，例如根据客户的用电习惯向客户提供动态的消费建议服务，在保障客户用电舒适性的前提下，达到降低用电费用的目的。

（二）网络安全问题

一旦智能电网遭受网络攻击可能会造成相当严重的经济损失，甚至危害公共安全和国家安全。由于分布式能源往往采取协调式的控制模式，针对关键电源控制设备的攻击会同时产生级联效应，并最终导致系统崩溃。这样的网络攻击不仅会损害智能电网中的各类设备，而且会对电网的运行维护人员、各类用户构成巨大的人身安全危害。如今，电能早已成为了人类现代生活的最基本要素，从日常起居到工作都离不开电能，对智能电网进行网络攻击，会直接影响到人们的正常生活。虽然至今为止，对电力网络进行的网络攻击非常少见，但每一次这种情况出现都会引起社会各界的极大关注。

六、解决措施

智能电网是未来发展的大势所趋，其所使用的大数据技术更是不可或缺，而面对其带来的各类问题，应当积极应对，并从以下几个方面进行解决。

（一）建立智能电网伦理评价机制和从业人员教育机制

由于当前对智能电网应用中存在的伦理问题没有明确的定义，无法对其进行系统性的判别和评价，故要结合政府、高校和电力相关行业的专家，制定明确的评价机制，并设立相关监管体系。此外，对于智能电网的相关从业人员、电气工程专业的学生，要将伦理道德教育纳入其日常的工作与学习，使其首先从思想上认识到他们肩负的责任与义务。

（二）完善智能电网的安全性

针对智能电网可能遭受的网络攻击以及可能造成的环境问题，应当从科学技术角度入手，不断加强智能电网的可靠性、安全性，避免网络攻击情况的发生。在新材料、新技术研发上下足功夫，使智能电网中的设备和技术，达到对环境友好、对人类健康无害的目标。

七、结束语

大数据技术将智能电网的各个结构紧密联系起来，持续推动电力系统的智能化、自动化发展。其中，传感器技术、通信技术、云计算技术与边缘计算技术能够为智能电网提供稳定的电力服务起到重要作用，实现了智能电网的实时监控、及时调整与稳定优化。伴随着大数据技术的持续发展，其在智能电网中的应用越来越广泛，智能电网也将朝向更加自动化、智能化的方向发展。