浅谈面向智能电网应用的电力大数据关键技术

王蒙蒙

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：作为城市建设发展必须的资源资源之一，电力能源供应的稳定性至关重要，而电力系统可靠运行，才是保持电能持续稳定供应的根本性保障，随着电气工程及其自动化技术的发展，电力系统逐渐迈向智能化、自动化，在运行稳定的前提下，运行效率会有所提升。在智能电网中，大数据分析是必不可少的，而其中又包含了分析、处理，以及集成技术，只有保障每项技术可以为大数据分析软件提供必要的支持，才能够切实保障数据分析工作的效率，以及分析得到结果的质量。本文主要从技术角度出发，解析了电力大数据关键技术。

关键词：智能电网；电力大数据；关键技术

0 引言

    智能电网和传统电网系统相比，显著的优势在于反应时间上，智能电网在大数据分析技术的加持下，当大数据分析结果显示任意一个时间段内，任意局部范围内电网运行状态存在波动，系统会时间做出处理，确保电力系统能够始终维持在一个较为稳定的运行状态。而对于大数据分析而言，从开始的数据采掘和分析，再到数据处理，每一个环节的质量共同影响着大数据分析结果的可靠性。

1 大数据分析的重要性

    大数据分析，对于优化电力系统运行效率而言至关重要的，只有切实做好相应的大数据分析工作，才能够指定具有一定针对性的改造计划。大数据分析对于电力系统而言，首先是数据采集的全面性上，由于大数据分析需要采集海量的数据，所以可以从数据信息的角度总结出电力系统实时运行期间真实的状态，其次则是软件分析的可靠性上，通过软件分析得出的结论具有较高的参考价值，软件本身可以根据数据对未来发展的趋势进行预判。

    总而言之，大数据分析对智能化电网建设工作而言至关重要，作为优化电网系统运行效率重要的分析手段之一，对于推动智能电网发展具有重要价值。

2 关键技术浅析

2.1 规划中的应用

    数据规划是分析数据之前必须要进行的工作，主要实现了对电力系统各项运行参数的挖掘、分析，进而为优化电力系统提供参考。对智能电网而言，首先是数据的采掘和分类，智能化系统会对大体量的数据进行扫描，自动将没有用的数据过滤掉，只保存有价值的数据信息，并将所有的数据信息进行分类。其次，是数据分析模块， 大数据分析系统会针对不同特征对采掘到的数据进行分析，系统会根据分析结果，自动进行、扩展，在此期间不需要人为干预，所以能够程度节省数据分析需要的时间。电力大数据分析技术 , 从根本上讲 , 属于传统数据挖掘技术在海量数据挖掘下的新发展 ,但由于大数据海量、高速增长、多样性的特点 ,并且不仅包含结构化数据 , 还含半结构化和非机构化数据 , 因此传统的很多处理小数据的数据挖掘方法已经不再实用。大数据环境下的数据挖掘与机器学习算法 ,可以从两个方面着手:一方面从大数据的治理与抽样、特征选择的角度入手,将大数据小数据化；另一方面从开展大数据下的聚类、分类算法研究。

2.2 检修中的应用

    传统的数据检修方法，算法复杂，解决电力系统问题速率较低， 并且前期工作需要花费较长的时间才能够完成，所以电力系统检修的 周期较长，而基于数据处理技术的检修系统，其算法是在原有算法的基础上进行优化得到的，运算速率和准确率都有大幅提升。在分析故障原因的时候，系统自身还根据数据类型的不同，采用不同的算法，其一，针对大规模分布式数据来说法，分布式计算技术的效率极高，能够迅速集成分布式数据，对其进行存储并处理。其二，内存计算技术的运算速率较高，主要应用于实时数据的计算，效率较高，可以实现线上处理问题。其三， 针对实时到达，速度和规模无法做出预判的数据而言，流处理技术可以技术处理相应数据，效率要高于其他处理技术。综合以上三种数据处理技术，可以更好开展大数据分析，对电力系统运行的状态有一个更为深入的理解，进而可以采取更具针对性的优化措施，使电力系统运行的稳定性进一步得到提升。

2.3 监控中的应用

    对于电力系统而言，需要对电力系统进行实时的监控，将分散的数据进行整合，在对数据进行实时监控的过程中，需要建立相应的数据库用于存储数据信息，其中，基于 No SQL 数据库的数据集成技术，就很好的解决了这一问题，在大数据库的支撑下，数据集成的效率得到了显著提升，在查找到数据之后，集成系统会进行抽样检测，确认数据的质量和可靠性，在确认完毕之后才会对数据进行储存。在数据集成技术的加持下，一方面可以切实提升数据分析工作的效率，另外一个方面，则是可以有效提高数据本身的质量。

3 安科瑞变电所电力运维云平台

3.1 概述

    按照国家电网公司的统计，10kV及以上供电电压等级的工商业用户有200万户以上，此类“用户侧变配电所”产权归电力用户所有（工商企业、住宅小区、学校、医院等），虽然数量众多，但是日常的运行维护工作比较传统，普遍存在以下痛点：

       人工成本高：人工巡视、纸质记录、电话沟通，缺乏智能化的手段

　　工作效率低：巡视频率低、巡检任务无法定位、巡检过程不标准规范、巡检缺陷缺乏闭环跟踪；

　　安全隐患：有些用电单位无维护电工、无法即时排查电气隐患、隐蔽工程隐患检查难等难题；

        抢修时间长：变电所设备种类较多，在分布上也比较分散，无法即时识别和定位故障信息，需要用户通知后到现场确认；

        运行大数据缺少分析：有些用户未有数据汇总分析平台，甚至未安装电力仪表导致运维人员对现场电力参数信息不了解，无法确定电力系统是否正常运行。

3.2 应用场所

3.3 云平台架构

    我司的运维平台综合运用综合保护装置、多功能电力仪表、母排及线缆测温装置、 变压器温控仪、视频摄像头、水浸烟雾、温湿度、门磁等多种传感器统一接入变电所现场的边缘计算网关，经边缘计算网关将数据封装、压缩、加密后上传至云平台。实时集中监测所有变电所用电情况、统一调度运维巡检安排，线上线下联动；实现用户侧变配电所的24小时无人值守，全面监测各配电回路运行状态，即时定位故障，降低安全风险。通过手机APP下发运维任务到指定人员手机上，并通过GPS跟踪运维执行过程。将企业集团/高等院校内广泛分布的变电所集中统一管理，提高运维效率、提高故障响应速度，即时发现运行缺陷并做消缺处理。为售电企业提供电能集抄服务，即时掌握用户用电量情况，避免偏差考核；响应泛在电力物联网的政策，增加客户粘性，为后期的增值服务开展做准备。

3.4 平台功能

3.5 平台配置方案

3.6 产品介绍

3.6.1 AM5SE系列微机综合保护装置

功能：

（1）保护功能：主变差动保护功能、主变后备保护、三段式过流带方向带电压闭锁、三段式过流、零序电流保护、过电压、

（2）低电压保护、大功率电机保护、高压电动机综合保护、PT并列功能、非电量保护、并网逆功率保护、检同期功能

（3）测量功能：保护电流、测量电流、零序电流、母线电压、零序电压4-20MA输出、直流测量

（4）通讯功能：提供RS485通讯接口，RS232维护接口，IRIG-B对时接口、USB升级接口，RJ45网口接口

（5）故障录波功能：保护动作时触发录波，可以记录故障前8个周波后四个周波的数据

（6）控制回路：自带操作回路，防跳功能

（7）GPS校时功能：提供时钟同步接口，接收GPS校时信号

应用：

35kV及以下电压等级的变配电站及设备的保护测控功能，至少包括35kV进线/主变压器（一般容量2000kVA以上）/PT/母联、10kV进线/馈线/配电变压器（一般容量2000kVA以下）/高压电动机/高压电容器/母联/PT等设备的保护和自动控制功能

3.6.2 ASD300系列智能操控装置

功能:

（1）一次动态模拟图指示及自检带电显示、闭锁及自检

（2）核相、强制加热、强制照明

（3）语音防误提示

（4）人体感应及柜内照明、已带电语音播报

（5）分合闸、远方就地、储能转换开关

（6）分合闸回路完好指示/电压测量

（7）预分预合闪光指示

（8）断路器分合次数统计

（9）RS485串行通讯接口

（10）开关柜节点无线测温

（11）全电参量测量U,I,P,Q,f,PF,Ep,Eq

应用：

35KV高压及以下中置柜，手车柜，环网柜

3.6.3 ARTM-Pn无线测温装置

功能：

（1）接收多60个ATE100/200/300/400

（2）3U3I电参量测量

（3）实时测温功能

（4）RS485通讯接口，通过标准的MODBUSRTU协议实现组网功能

（5）具备自检功能

（6）超温、高温、相间温差报警、温度突变量告警功能

应用：

变电站、配电室、箱变等

3.6.4 APM810系列多功能电力仪表

功能：

（1）准确度等级：有功电能0.5S级，无功电能2级

（2）测量功能：三相电压、三相电流、分相及总有功功率、分相及总无功功率、分相及总视在功率、分相及总功率因数、频率、需量

（3）电能计量：分相及总双向电能、四象限无功电能

（4）电能质量监测：2-63次分次谐波、总（奇、偶）谐波测量、电压波峰系数、电话波峰因子、电流K系数测量

（5）输入输出：2路开关量输出（选配MD82模块多可扩至8路）及2路开关量输入（选配MD82模块多可扩至26路），开关量输出可配置为报警输出或远程遥控，DO用作报警输出时可自由关联报警内容

（6）SD卡存储功能：用于电参量、电能、谐波等数据定时存储，波形存储等功能

应用：

适用于电力系统、工矿企业、公用设施、智能大厦等需要电力监控的场合

3.6.5 DTSD1352导轨式电能表

功能：

（1）测量功能：三相电流、电压、功率、频率、总正反向有功电能统计、总正反向无功电能统计；

（2）准确级精度：有功0.5S

（3）电流信号接入：直接接入10（80)A经CT接入1（6）A

（4）电压信号：100V380V

（5）通信：RS485接口，支持MODBUS-RTU或者DL/T645通讯协议

应用：

适用于机关和大型公建中对电能的分项计量，也可用于企事业单位作电能管理考核。

3.6.6 ADW300无线智能仪表

功能：

（1）测量功能：三相电流、电压、功率、频率、总正反向有功电能统计、总正反向无功电能统计；

（2）电能质量：电压、电流不平衡度，电压、电流总谐波及2-31分次谐波

（3）需量：大电流、功率需量及实时电流，功率需量

（4）准确级精度：0.5s级ADW300外置互感器型1级

（5）电流信号规格：100A输入，经互感器输入，5A二次互感接入

（6）通讯方式：RS485、LORA无线通讯、NB-IOT无线通讯、4G无线通讯

应用：

ADW300方便用户进行用电监测、集抄和管理，可灵活安装在配电箱中，可用于电力运维、环保监管等在线监测类平台中。

3.6.7 ARCM300系列电气火灾监控仪表

功能：

（1）测量：单回路剩余电流、4路温度、电压、电流、功率、频率、功率因数、视在电能、四象限电能

（2）保护：剩余电流、温度、过流等

（3）报警：声光报警，支持消音、复位操作

（4）开关量：1路继电器输出、4路开关量输入

（5）通讯方式：RS485、NB-IOT无线通讯、4G无线通讯

应用：

适用于智能楼宇、高层公寓、宾馆、饭店、商厦、工矿企业、国家重点消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等领域。

3.6.8 ANET智能网关

功能：

（1）数据采集（支持串口、以太网，只需配置即可兼容支持标准电力规约的各类仪表）

（2）数据上传（支持往上海分类分项能耗平台、宁夏电力需求侧平台、江苏电力运维平台、浙江电力运维平台上传数据）

（3）边缘计算（灵活的报警阈值设置、主动上传报警信息、数据合并计算、断点续传、数据加密、4G路由）

（4）远程管理（远程配置、远程升级、远程监视）

应用：

泛在电力物联网、能耗系统平台、电力需求侧管理平台、第三方云平台、预付费系统、运维系统平台、电力监控平台、能源综合管理平台

3.7 现场应用图片

展厅现场运维团队采集箱内部图

高配现场门磁安装烟感安装

枪机安装漏水检测安装低压柜仪表

3.8 平台价值

    为电力运维企业提供线上运维服务平台，实时集中监测所有变电所用电情况、统一调度运维巡检安排，线上线下联动。

将企业集团/高等院校内广泛分布的变电所集中统一管理，提高运维效率、提高故障响应速度；

响应泛在电力物联网的政策，增加客户粘性，为后期的增值服务开展做准备；

为售电企业提供电能集抄服务，即时掌握用户用电量情况，避免偏差考核；

3.9 访问方式

微信扫码下载网页版：www.acrelcloud.cn

3.10典型案例

4 结语

    作为智能电网建设必不可少的技术手段之一，结合大数据的技术优势和电力系统的应用需求，发挥电力大数据的价值，将为智能电网的建设带来新的发展契机。电力企业应该牢牢抓住这个契机，从数据政策、人才培养、关键技术研发等层面，全面促成电力大数据技术的发展。 

参考文献：

[1]王建成．面向智能电网应用的电力大数据关键技术探析[J]．电子测试,2018,000(004):132-133.

[2]谢敏敏．面向智能电网应用的电力大数据关键技术探析[J]．数码世界,2020,000(001):281-282.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.

作者简介：

王蒙蒙，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为变电所电力运维云平台。