试析电力自动化系统大数据的应用

李玥贇

引言

电力系统大数据的应用是基于云平台开放的结构化管理模式，在自动化系统建设初期，我们就希望拥有一套完善的管理平台，能够代替人在处理各类不同数据时对数据结果的干预及智能化管理。在常规自动化平台建设的时候，我们会考虑平台的硬件投资，软件开发，网络服务。同样，云平台建设也需要硬件、软件和网络的支持，但是相对常规自动化平台，云平台可以减少整体平台的建设及运营成本，为企业带来不可估量的效益。云平台的分层管理思路，我们可以简单的把云平台想象成由数据采集层、数据处理层、数据应用层构成的无限扩容的云。云平台建设是为解决人与设备之间的比例不平衡问题而诞生的产物。

1 电力自动化系统规模概述

电力系统的发展是全球经济发展的映照，全球经济发展主要是资本市场对于能源市场的有效开发、管理、经营，随着石油产业的日趋明朗，煤炭产业也逐步持续升温，煤炭价格走势上升，直接影响了国内外各产品生产、加工产业的成本投入，造成物价经济上涨。国内主要的电力能源还以火力发电为主，虽然风力、水力、光伏、核能发电等均有市场份额上升趋势，但依旧无法与常规火力发电规模抗衡，所需的煤炭能源也只会更多。并且输配电系统随着人类对荒地、电力高速列车、产品生产规模的扩大、发展起着决定性因素，输配电网也便于接入各类发电系统，变配电站数量会越来越多，变配电网会越来越大，地域分布也会越来越广，所需的电力专业人才也会增加。建设一个变配电站最快只需要3个月，而培养一个合格的电力专业人才需要2～3年，这样的结果是站所比例与运维人员的严重失衡，怎样解决这个问题是电力自动化系统多年来的主要任务。

2 云平台与常规自动化平台的比较

云平台的分层管理思路，可以简单的把云平台想象成由数据采集层、数据处理层、数据应用层构成的无限扩容的云。

采集层负责数据的采集、监控、传输，可以通过现有微机保护装置、自动控制装置、温度传感器、高压开关柜状态显示器、环境监测传感器等设备，将电力自动化系统所需要的电气量，数字量，开关量进行数字化转换，同时通过WIFI网络、GPRS网络、移动网络、或者物理路由等方式完成数据传输工作，而这些设备需支持现有国际网络IPV6/IPV4/GPRS通讯规约的标准。

数据处理层负责数据的接收、存储、处理、分析，首先需要一台拥有公网IP地址的服务器作为数据接收服务器，数据接收服务器再将云平台内的局域网服务器进行网内域连接，进行数据分发业务，每台服务器形成数据立方，或者称为数据矩阵，利用网络端存储的历史数据或者科研机构发布的最新研究成果进行数据比对工作，完成大数据分析，将最终的分析结果发布到云端，或者进行结果数据的存储，以备大数据的循环处理分析。

数据最终到达应用层，应用层负责对结果的管理、集成、应用。输出到调度监控计算机、值班人员远程操作计算机、设备厂家终端、设备运管单位终端、能够以综合展示平台来进行查阅，WEB网页、手机终端、执法人员、环境监测管理单位、其他相关业务系统均可实时、快捷的调用结果数据，并且不受地理位置限制，而且平台化管理，也保证了数据的安全可靠性，对于权限的分级管理，可以有效防止外来入侵。

这些都是常规自动化平台所不具备的，一套常规自动化平台，经常会因为变电站设备厂家不同，使用的设备自动化程度不统一，甚至有些设备不具备通讯功能或者与自动化平台所使用的通讯模式、通讯规约不兼容，导致的各类自动化设备故障无法及时监控，最终发生大规模的电气设备故障。而各个设备厂家可能会为了保有自家产品的市场占有率，设计使用非标准通讯规约或内部通讯规约，这都大大制约了电力自动化系统的发展，作为设备运管单位，更希望看到的是一个统一、稳定、高效的管理平台，能够减少平台故障对生产的影响及限制，并具有一定的开放性。

3 大数据如何运用

如何运用大数据，取决于云平台的开放程度。常规的电力自动化系统平台是相对独立的，电力企业也不希望众多的数据被其他竞争企业获取，这就需要在建设云平台时对平台数据的开放性进行评估。现以某10 kV变电站为例进行分析，一般情况下这个站所具备母线、受电、电压互感器、配出电机、配出变压器，这些设备通过微机保护装置或自动控制装置进行数据收集，收集的数据包括母线电压、母线频率、单开路负荷电流、有功功率、无功功率、功率因数、保护装置自检信息、保护功能信息、开关电气位置、小车位置、地刀位置、开关柜温度、湿度等信息，如果一个站将全部数据纳入数据库管理，可产生两千条点位信息。一个110 kV电网按照一个110 kV变电站加3～5个10 kV变电站，一个小型电网可产生一万多条点位信息。服务器还需要将电网运行的实时量按照时间节点进行记录，如一分钟采样、五分钟采样、一小时采样，每日的信息量可产生十万条点位信息，一个100站电网自动化平台容纳的数据量每日可达到两百万条信息，如果使用人工进行数据的分发、整理、分析，不可能有效的对每一条数据进行正确的解读。通过建立大数据云平台分析系统，可以将数据库内的数据进行建模，分别进行自动计算，在监控终端只显示处理过的结果。比如某站一条母线失压故障，常规自动化系统报出几千条数据，而通过云平台对数据库内采样值规律进行计算，输出到调度监控后台只有一条带有时标的某变电站某段母线失压的信息，并且通过短信、微信等即时通讯APP通知相关管理运维人员，第一时刻展开电力抢修工作，有效开展设备维修。

通过建立云平台大数据分析系统，可以实时监控电网多电源潮流变化。发电厂与配电站间通过调度系统进行沟通协调，出现潮流变化后，调度员不能及时掌握电网潮流变化，而下达倒负荷命令，可能导致电网内部电力供需的不平衡，导致电网潮流引起的电网瓦解，崩溃，最终产生巨额的经济损失。云平台通过对采集的电网大数据进行分析，在电网潮流发生变化后，可以及时通知调度员，并且智能的电网专家库建模分析软件可以立即判断出电网内电能供需平衡所需切除的机组量或负荷量，再通过安全稳定控制装置进行逻辑运算，达到精度更高的电网稳定控制，在小范围内解除并网设备，减少经济损失。

大数据开放后的安全管理是云平台建立的重中之重，一个平台整合了所有不同厂家、不同批次的设备监控，在各级监控过程中，如果数据遭到外部入侵，可能导致大数据分析错误，造成设备损坏或电网瓦解，在云平台建立之初，需要为云平台使用的开发软件进行安全性评价，包括通讯接口设备、服务器设备、操作系统软件、数据库软件、应用、开发软件、甚至设备的可控范围进行研究，通过多行业的介入，将一些通讯程序固化到硬件设备，使用移动互联网技术共享平台达到文件包的数据加密，设备与设备之间只通过固化的安全码进行互联互通，而其他设备或软件虽能够使用相同的软件，但无法接入电网设备，有效的保证了云数据的安全性。并且设备安全码会随着时间的变化，只允许在本地设备上实时变更装置运行参数，不能通过个人或远程设备进行参数修改，达到设备安全监管的效果。

云平台的硬件空间独立且共享。当搭建了一套云平台，所需的硬件设备比常规自动化管理平台少，常规自动化管理平台需要按照站所多少分别建设相应的子平台，所需服务器配置较高，但实际服务器利用率只有30%左右，服务器的价格也相对云平台昂贵。一套云平台只需要数据接收的一台或多台主服务器，配合多功能分发处理服务器机组，并配备一套硬盘共享服务器即可完成整个平台的搭建，变电站内任何一台可以连接互联网络的手机终端、办公计算机（配置一般，成本较低）只要配置隔离的个人权限账户，便可对电网数据进行管理、维护，不需要大量的重复安装平台运行软件，数据库软件等，从而节省软件成本和人力资源，一次性建设，使用周期长，因为有稳定的软件基础，可以对平台进行二次开发，减少平台高软或功能性软件开发难度及开发成本。

4 如何顺应电力自动化系统发展趋势

电力自动化系统向云平台的发展是大势所趋，随着人们生活水平的提高，生产力水平的智能化，科技发展的民生应用，能源管控必然成为人们关注的焦点。电力行业走向智能化平台管理是社会发展的必然趋势，全球能源系统联网，大数据分析优化，平台化、网络化的管理思路及智慧电网、智慧城市的概念正不断的、清晰的展现在人们的面前。谁能够迈出科技创新的第一步，谁就可能成为世界能源经济竞争中最先盈利的领头羊，让电网更坚强，让能源更节约，是每一个能源公司都应赶上的潮流，正如互联网经济对中国经济发展的影响一样。