智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展研究

張東霞，苗新，劉麗平，等

摘要：目的：智能電網(wǎng)被看作是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的重要技術(shù)領(lǐng)域之一。2012年以來，國內(nèi)外在智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)研究和工程應(yīng)用方面做了一些有益的嘗試，但總的來看，這些工作尚處于探索起步階段。戰(zhàn)略研究和頂層設(shè)計(jì)，對(duì)推進(jìn)智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用有著重要的意義。通過闡述智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的理論基礎(chǔ)，總結(jié)智能電網(wǎng)的技術(shù)體系，提出智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)研究框架和技術(shù)發(fā)展路線建議。方法：通過查閱文獻(xiàn)，總結(jié)國內(nèi)外智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)發(fā)展現(xiàn)狀和面臨挑戰(zhàn)；對(duì)各主要技術(shù)領(lǐng)域開展了大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的需求分析和場(chǎng)景設(shè)計(jì)；分析戰(zhàn)略目標(biāo)和現(xiàn)狀間差距，提出研究框架和技術(shù)發(fā)展路線圖。結(jié)果：隨著電網(wǎng)智能化水平的提高，電網(wǎng)部署了眾多的監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，每時(shí)每刻都在產(chǎn)生著數(shù)據(jù)量巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、異構(gòu)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)與影響電網(wǎng)發(fā)展和運(yùn)行的外部數(shù)據(jù)如天氣、用戶特征、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)相結(jié)合，構(gòu)成了智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)。智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)有潛在的應(yīng)用價(jià)值，在新能源發(fā)電預(yù)測(cè)、負(fù)荷預(yù)測(cè)、用戶行為分析、大電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析、設(shè)備監(jiān)測(cè)、停電管理等眾多領(lǐng)域都能發(fā)揮重要的技術(shù)支持。智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用面臨諸多挑戰(zhàn)，如：缺乏共識(shí)、技術(shù)儲(chǔ)備不足、數(shù)據(jù)獲取困難、技術(shù)復(fù)雜度高等。智能電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)包括數(shù)據(jù)的獲取、集成和融合、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、存儲(chǔ)、處理和分析等，數(shù)據(jù)的集成和融合是智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的最大難點(diǎn)。在數(shù)據(jù)融合基礎(chǔ)上，需要結(jié)合不同的應(yīng)用進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理、處理，并選擇適宜的數(shù)據(jù)分析方法。在應(yīng)用層面，需要針對(duì)智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，深入開展大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用需求分析、場(chǎng)景設(shè)計(jì)、分析模型、專業(yè)方法的研究。結(jié)論：建議我國智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的發(fā)展路線如下：第1階段，完成需求分析、場(chǎng)景設(shè)計(jì)、應(yīng)用價(jià)值分析和智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)研發(fā)；第2 階段，重點(diǎn)開展智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接入和融合相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究，在配用電數(shù)據(jù)融合基礎(chǔ)上開展以用戶用電信息采集數(shù)據(jù)為核心的大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究；第3 階段，在在智能電網(wǎng)其他技術(shù)領(lǐng)域全面開展大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究。

來源出版物：中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2015, 35(1): 2-12

入選年份：2016

電力系統(tǒng)信息物理融合建模與綜合安全評(píng)估：驅(qū)動(dòng)力與研究構(gòu)想

郭慶來，辛蜀駿，孫宏斌，等

摘要：目的：智能電網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)都是典型的信息—物理融合系統(tǒng)（CPS，cyber-physical system），信息環(huán)節(jié)的可靠性問題可能導(dǎo)致物理系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。為了定量評(píng)估信息故障對(duì)能量系統(tǒng)的影響程度，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)信息—物理系統(tǒng)的耦合建模，并基于該模型實(shí)現(xiàn)對(duì)信息物理融合系統(tǒng)的綜合安全評(píng)估。方法：以電力系統(tǒng)控制中心應(yīng)用為著眼點(diǎn)，針對(duì)智能電網(wǎng)信息—物理的強(qiáng)耦合特性，研究電力信息—物理系統(tǒng)中信息側(cè)元件、拓?fù)涞慕７椒āＬ崛‰娏π畔ⅰ锢眈詈系年P(guān)鍵因素——信息流作為分析目標(biāo)，構(gòu)造數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)、信息支路和信息母線，分析三者與信息流之間的相互映射關(guān)系，建立信息系統(tǒng)物理側(cè)的等值模型。借鑒電網(wǎng)建模的思路，基于建立的等值模型，采用有向拓?fù)鋱D描述各信息元件的連接關(guān)系，并將其等價(jià)轉(zhuǎn)換為節(jié)點(diǎn)—支路關(guān)聯(lián)矩陣?；谇拔牡耐ㄐ啪W(wǎng)信息流等值模型，對(duì)電力系統(tǒng)的潮流模型進(jìn)行擴(kuò)展，提出了電力信息—能量流混成計(jì)算的模型架構(gòu)，并引入虛擬信息接地節(jié)點(diǎn)，生成擴(kuò)展節(jié)—支關(guān)聯(lián)矩陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)冗余信息的剔除，優(yōu)化信息流模型。具體分析了不同信息側(cè)故障場(chǎng)景中該模型的應(yīng)用，為量化評(píng)估信息流對(duì)電力系統(tǒng)的影響大小，定位信息系統(tǒng)中關(guān)鍵元件與脆弱環(huán)節(jié)，提出了信息—物理耦合靈敏度對(duì)電力系統(tǒng)安全評(píng)估的量化方法。結(jié)果：對(duì)電力信息—物理系統(tǒng)的耦合建模進(jìn)行研究，提出一種基于信息流輸入輸出映射關(guān)系的信息支路元件建模方法，建立了通信網(wǎng)絡(luò)信息流的物理側(cè)等值模型架構(gòu)，并提出信息—能量流混成計(jì)算模型。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的信息—能量流可通過矩陣運(yùn)算的方式快速簡單地進(jìn)行量化計(jì)算，引入的虛擬信息接地節(jié)點(diǎn)也有利于信息流冗余信息的剔除和計(jì)算效率的提高，與一般的迭代計(jì)算和仿真方法相比，該方法可有效提升計(jì)算速率。最后，分別討論了該模型應(yīng)用于各種信息故障的分析方法，借助提出的信息—物理靈敏度，可利用已有的網(wǎng)絡(luò)模型和信道可靠性參數(shù)進(jìn)行可靠性分析，并對(duì)信息物理系統(tǒng)的綜合安全評(píng)估技術(shù)體系進(jìn)行了展望。結(jié)論：構(gòu)建了將傳統(tǒng)電力系統(tǒng)分析方法推廣到與信息側(cè)耦合建模的信息—物理模型框架，提出了信息流—能量流混成計(jì)算模型，為未來電力信息能量綜合安全評(píng)估與架構(gòu)改進(jìn)提供了基礎(chǔ)。

來源出版物：中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2016, 36(6): 1481-1489

入選年份：2016

智能電網(wǎng)與能源網(wǎng)融合的模式及其發(fā)展前景

李立浧，張勇軍，陳澤興，等

摘要：目的：隨著傳統(tǒng)化石能源的逐漸枯竭及環(huán)境污染問題的日漸加劇，現(xiàn)有能源生產(chǎn)和消費(fèi)模式與節(jié)能減排矛盾突顯。面向能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的需求，智能電網(wǎng)拓寬其互聯(lián)范圍，與其他能源網(wǎng)（以下簡稱“能源網(wǎng)”）深度融合，以此促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化已成為趨勢(shì)。在此大背景下，將對(duì)智能電網(wǎng)與能源網(wǎng)融合所存在模式的形態(tài)特征、約束條件、應(yīng)用場(chǎng)景等方面展開研究。方法：首先，從電力行業(yè)、其他能源行業(yè)以及互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)三者博弈的角度出發(fā)，提出智能電網(wǎng)與能源網(wǎng)融合的3 種典型模 式。其次，從物理融合特征和信息融合特征分析了3 種融合模式的形態(tài)特征，并以時(shí)間和空間兩個(gè)維度，分析形成不同融合模式的客觀約束。其中，時(shí)間維主要指關(guān)鍵技術(shù)隨時(shí)間的發(fā)展?？臻g維主要指在不同地域環(huán)境下，原有的能源基礎(chǔ)設(shè)施、能源資源的產(chǎn)量、負(fù)荷量及資源與負(fù)荷的空間分布等客觀因素。最后，綜合形成不同融合模式主客觀因素，提出不同融合模式的應(yīng)用場(chǎng)景。結(jié)果：智能電網(wǎng)與能源網(wǎng)存在3 種典型模式，包括智能電網(wǎng)2.0、互聯(lián)能源網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)＋能源網(wǎng)。智能電網(wǎng)2.0 以智能電網(wǎng)為核心網(wǎng)絡(luò)，各種能源轉(zhuǎn)換為電能供用戶使用，電力專用網(wǎng)采集各種數(shù)據(jù)并借助大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)服務(wù)于智能電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行；互聯(lián)能源網(wǎng)，強(qiáng)調(diào)多種能源互聯(lián)互通并同時(shí)為用戶所選擇使用，能源系統(tǒng)專用網(wǎng)采集各種數(shù)據(jù)并借助大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)服務(wù)于能源網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行；互聯(lián)網(wǎng)＋能源網(wǎng)指的是利用信息通信技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，讓互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)能源行業(yè)深度融合，創(chuàng)造新的發(fā)展生態(tài)和商業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)能源產(chǎn)消者與其他用戶的能源高效共享，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)作用于能源網(wǎng)中的所有生產(chǎn)者、消費(fèi)者和產(chǎn)消者的效益優(yōu)化。形成不同融合模式的主要技術(shù)約束包括：能源存儲(chǔ)技術(shù)，能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，能源傳輸技術(shù)，信息系統(tǒng)通信質(zhì)量與信息安全等。在技術(shù)約束的基礎(chǔ)上，綜合考慮主觀因素導(dǎo)向（主要指國家宏觀政策）以及不同的地域環(huán)境，可以認(rèn)識(shí)到：（1）由于目前電能在傳輸效率仍占據(jù)優(yōu)勢(shì)，因此，在能源市場(chǎng)管制較強(qiáng)，地域遼闊、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施完善、負(fù)荷與能源資源分布不均，負(fù)荷類型相對(duì)單一的地方，發(fā)展智能電網(wǎng)2.0 模式的融合網(wǎng)絡(luò)較為適合，如我國西北部、西南遼闊地帶等；（2）在一次能源資源豐富、地域相對(duì)狹小，能源市場(chǎng)有一定的管制的區(qū)域，可借助于該能源資源優(yōu)勢(shì)，就地利用，構(gòu)建互聯(lián)能源網(wǎng)模式的融合網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)能源綜合高效利用，如海島等；（3）在大城市等互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)達(dá)、能源市場(chǎng)管制放開，市場(chǎng)行為活躍的地方，可逐漸利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)邊際成本低的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)＋能源網(wǎng)模式的融合網(wǎng)絡(luò)，如區(qū)域性自營的配電網(wǎng)和售電公司等。結(jié)論：智能電網(wǎng)與能源網(wǎng)融合的3 種模式都是不同宏觀政策導(dǎo)向、不同技術(shù)條件及不同地域環(huán)境約束下的產(chǎn)物，它們分別適應(yīng)于不同的場(chǎng)景，3 種融合模式或?qū)⒐泊婧荛L的一段時(shí)間。隨著時(shí)間的推移和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，3 種融合模式或?qū)⑦M(jìn)一步走向統(tǒng)一，形成以某種融合模式為主導(dǎo)。這一方面取決于未來關(guān)鍵技術(shù)在經(jīng)濟(jì)成本及技術(shù)水平方面的突破，另一方面亦受到宏觀政策導(dǎo)向、不同地域環(huán)境資源差異的制約。

來源出版物：電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2016, 40(11): 1-9

入選年份：2016

大能源思維與大數(shù)據(jù)思維的融合： （一）大數(shù)據(jù)與電力大數(shù)據(jù)

薛禹勝，賴業(yè)寧

摘要：目的：大能源思維將電力視為能源生產(chǎn)與消費(fèi)全流程中的樞紐環(huán)節(jié)，借此推動(dòng)上游一次能源的清潔替代與下游終端能源的電能替代，支撐能源的可持續(xù)發(fā)展。大數(shù)據(jù)思維將各種數(shù)據(jù)資源從簡單的處理對(duì)象轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)的基礎(chǔ)要素。強(qiáng)調(diào)兩種思維的融合，促使電力大數(shù)據(jù)成為大能源系統(tǒng)廣泛互聯(lián)、開放互動(dòng)及高度智能的支撐，包括：廣域多時(shí)間尺度的能源數(shù)據(jù)及相關(guān)領(lǐng)域數(shù)據(jù)的采集、傳輸和存儲(chǔ)，以及從這些大量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)中快速提煉出深層知識(shí)并發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值。方法：在演繹大數(shù)據(jù)基本概念、結(jié)構(gòu)類型及本質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，歸納電力大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，闡述了大數(shù)據(jù)的采集、集成、存儲(chǔ)、分析、應(yīng)用及安全性等方面的技術(shù)挑戰(zhàn)。從信息創(chuàng)新必須與能源革命在更高層次上深度融合的需求出發(fā)，將電力大數(shù)據(jù)的思維應(yīng)用到電力的廣義可靠性、大能源安全及環(huán)境安全。將單一維度轉(zhuǎn)向多維度統(tǒng)籌融合，開發(fā)知識(shí)處理的新方法，從更深刻的視角，以更高的時(shí)效發(fā)掘多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，從而發(fā)現(xiàn)新知識(shí)和新規(guī)律。最后，從電力大數(shù)據(jù)對(duì)電力可靠性的支撐探究電力大數(shù)據(jù)未來的發(fā)展方向。結(jié)果：大數(shù)據(jù)研究應(yīng)該遵循問題導(dǎo)向、需求牽引及數(shù)據(jù)共享的原則。必須結(jié)合具體的目標(biāo)問題，將采集到的低價(jià)值的大數(shù)據(jù)加工成高價(jià)值的思想或知識(shí)，大數(shù)據(jù)技術(shù)才有生命力。雖然當(dāng)前關(guān)于大數(shù)據(jù)的應(yīng)用案例大多發(fā)生在互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)中，但傳統(tǒng)的電力及能源企業(yè)也在思考如何從關(guān)于大數(shù)據(jù)的空泛介紹走向?qū)嶋H應(yīng)用。特別是除了直接依賴互聯(lián)網(wǎng)的電力金融業(yè)務(wù)及面向消費(fèi)的個(gè)性化服務(wù)以外，在基于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析與控制領(lǐng)域中，如何融合電力及能源的統(tǒng)計(jì)關(guān)系數(shù)據(jù)、因果關(guān)系數(shù)據(jù)及博弈行為數(shù)據(jù)，發(fā)揮大數(shù)據(jù)的價(jià)值。例如：間歇性能源及負(fù)荷預(yù)測(cè)，引導(dǎo)需求響應(yīng)及節(jié)能減排，降低停電風(fēng)險(xiǎn)，反竊電，堵塞經(jīng)營漏洞，優(yōu)化資產(chǎn)全壽命周期管理等方面。特別是：如何使企業(yè)決策從當(dāng)前基于常規(guī)數(shù)據(jù)及主觀經(jīng)驗(yàn)的模式，發(fā)展為基于數(shù)學(xué)模型、參與者及多代理模型的混合仿真的沙盤推演模式。其中的多代理模型就需要大數(shù)據(jù)技術(shù)的支撐。這關(guān)系到電力大數(shù)據(jù)技術(shù)能否進(jìn)入到通常由因果關(guān)系數(shù)據(jù)一統(tǒng)天下的物理系統(tǒng)分析領(lǐng)域。為此，思維方式需要重大變革。結(jié)論：已有信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)研究中存在藩籬和孤島，必須遵循以電力系統(tǒng)為核心環(huán)節(jié)的大能源系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)時(shí)代下的發(fā)展理念，順應(yīng)管理體制及技術(shù)路線的變革。針對(duì)綜合能源，建議通過基于數(shù)學(xué)模型的因果型數(shù)據(jù)、無因果關(guān)系的統(tǒng)計(jì)型數(shù)據(jù)以及參與者博弈型數(shù)據(jù)的融合，構(gòu)建信息能源系統(tǒng)的知識(shí)挖掘平臺(tái)。

來源出版物：電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2016, 40(1): 1-8

入選年份：2016