基于大數(shù)據(jù)分析的電力系統(tǒng)故障分析研究

秦浩然 孟巧

摘 要：電力系統(tǒng)故障錄波系統(tǒng)是電力系統(tǒng)發(fā)生故障及振蕩時能自動記錄的一種系統(tǒng)或一種裝置。近年來，不同類型的故障錄波器已在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，所記錄的各種故障錄波數(shù)據(jù)為電力系統(tǒng)故障分析及各種保護(hù)動作行為的分析和評價提供了數(shù)據(jù)來源和依據(jù)。目前，電網(wǎng)調(diào)度端已能通過專用網(wǎng)或電話網(wǎng)將電網(wǎng)故障錄波數(shù)據(jù)集中到一起，但如何有效管理和利用這些信息進(jìn)行必要的故障分析、保護(hù)動作行為評價及故障測距等并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此，本文針對電力系統(tǒng)故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：電力行業(yè);自動化系統(tǒng);故障;大數(shù)據(jù);預(yù)測

社會的發(fā)展和正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，但是人們的生產(chǎn)和生活對于電力需求日漸增加，加之其本身的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以電力故障在所難免。導(dǎo)致電力故障發(fā)生的原因主要有兩種類型，其一，受到自然因素的影響，比如地震、臺風(fēng)、雷電等對電力系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，另一種則是人為原因所導(dǎo)致的電力故障，比如相關(guān)工作人員操作失誤，或者是一些不法分子的蓄意破壞等。電力故障可以分為不同的類型，主要包含橫向和縱向故障兩種類型[1]。

在傳統(tǒng)的電力自動化系統(tǒng)故障分析過程中一般會采用設(shè)備監(jiān)控或者人工排查的方式。設(shè)備監(jiān)控主要是通過通信網(wǎng)絡(luò)，而且只能夠?qū)υO(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行研究分析，無法判斷工作質(zhì)量;人工排查方式則是需要依靠大量的人工勞動者來排查現(xiàn)場，此種方式的準(zhǔn)確性和工作效率都比較低。

1 電力行業(yè)自動化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分類

1.1 基礎(chǔ)類相關(guān)數(shù)據(jù)

此種類型的數(shù)據(jù)主要是設(shè)備屬性相關(guān)的數(shù)據(jù)，比如變壓器、發(fā)動機(jī)等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要電力單位結(jié)合自身的數(shù)據(jù)規(guī)劃進(jìn)行相應(yīng)的管理，而且還需要利用數(shù)據(jù)服務(wù)器來讓所有的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)同步，將這些數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲到調(diào)度中心，然后再開展專門的整理和計算。

1.2 實(shí)時類相關(guān)數(shù)據(jù)

此類數(shù)據(jù)則是電力行業(yè)自動化系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中所得到的相關(guān)數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)量很大，所以對于存儲空間的要求也會更高一些。當(dāng)然這些數(shù)據(jù)都是產(chǎn)生于具體運(yùn)行過程中，所以需要對其進(jìn)行專門的處理之后提供給調(diào)度部門，為其制定決策提供依據(jù)。我國在電力系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)方面比較成熟，一般收集到的數(shù)據(jù)只需要建立比較穩(wěn)定的接口就可以提高其準(zhǔn)確性[2]。

1.3 日常管理類相關(guān)數(shù)據(jù)

包含電力行業(yè)自動化系統(tǒng)中各種相關(guān)的數(shù)據(jù)，也包括各個部門對于電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題處理之后得到的數(shù)據(jù)信息等，但是這些數(shù)據(jù)一般只會在特定的范圍之內(nèi)進(jìn)行共享和同步，因此需要建立專門的同步和共享平臺。這些日常運(yùn)行中的數(shù)據(jù)會從某種程度上反映出電力設(shè)施設(shè)備的情況，也便于其他部門獲取日常管理數(shù)據(jù)。

1.4 市場經(jīng)濟(jì)類相關(guān)數(shù)據(jù)

電力系統(tǒng)隨著我國市場經(jīng)濟(jì)體制的不斷完善，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益逐漸凸顯，因此在其運(yùn)行中所得到的相關(guān)數(shù)據(jù)對于電力單位的發(fā)展產(chǎn)生十分重要的影響。市場經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)同時也可以為城市建設(shè)中電力行業(yè)的整體規(guī)劃制定提供比較完整全面的參考依據(jù)[3]。

2 電力行業(yè)自動化系統(tǒng)故障預(yù)測中大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用

2.1 分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具體設(shè)計

2.1.1 主站結(jié)構(gòu)設(shè)計

為更加全面分析電力行業(yè)自動化系統(tǒng)的電力故障，更為高效、有序的開展工作，需要設(shè)計專門的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本文從主站和子站等不同的角度進(jìn)行設(shè)置。主站的主要功能是匯總子站所采集到的數(shù)據(jù)，而且按照系統(tǒng)中不同的功能，將這些數(shù)據(jù)分別交付出去，讓系統(tǒng)能夠更有效的使用。主站和子站之間存在著一種通信網(wǎng)絡(luò)連接，這種連接方式分為兩種，一種是通過TCP/IP的方式來進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)通信的目的;另一種則是使用電話撥號方式連接通信。為了提高數(shù)據(jù)的共享性，使電力系統(tǒng)當(dāng)中的海量信息更為有效的預(yù)測和分析，需要設(shè)計專門的SCADA/EMS系統(tǒng)，另外需要設(shè)計防火墻來使兩個系統(tǒng)的獨(dú)立性得到保障。

2.1.2 子站結(jié)構(gòu)設(shè)計

在子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計過程中，不允許與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行組網(wǎng)，這主要是因?yàn)楸O(jiān)控系統(tǒng)本身就屬于一種典型的實(shí)時傳輸系統(tǒng)，屬于安全區(qū)，子站系統(tǒng)同樣也處于安全區(qū)內(nèi)，安全區(qū)之間必須要制定完善的隔離措施。由于采用了Windows系統(tǒng)，所以子系統(tǒng)也會存在一定的感染病毒的風(fēng)險，但是如果能夠與保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)共網(wǎng)就會出現(xiàn)不可控的風(fēng)險。

2.2 系統(tǒng)故障預(yù)測中大數(shù)據(jù)的應(yīng)用

在上述論述當(dāng)中已經(jīng)簡要介紹了電力自動化控制系統(tǒng)當(dāng)中故障監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計步驟，理論上能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的數(shù)據(jù)采集以及處理、故障預(yù)測等相關(guān)內(nèi)容。但是由于當(dāng)前數(shù)據(jù)信息增長速度較快，傳統(tǒng)的集中式處理模式無法滿足大數(shù)據(jù)處理的需求，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時性傳遞。因此在預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計過程中納入大數(shù)據(jù)理念，會使數(shù)據(jù)的處理效率得到大大的提高[4]。

2.2.1 數(shù)據(jù)處理過程

Hadoop屬于一個分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)框架，主要是由Apache公司所開發(fā)的。這個方案是對海量數(shù)據(jù)展開分布式處理的比較有效的方案。在對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過程中，Hadoop需要運(yùn)用到兩大核心軟件，分別為map reduce和HDFS，分別負(fù)責(zé)運(yùn)算和存儲。同時，借助于分布式存儲系統(tǒng)，構(gòu)建起專門的存儲集群。設(shè)計的模型分為三層，決策層包含數(shù)據(jù)分析平臺和決策者，對數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的分割，然后使工作效率得到進(jìn)一步的提升。支撐層則是提供數(shù)據(jù)的挖掘和存儲，并不是直接存儲到HDFS當(dāng)中，而是存儲在HBase當(dāng)中。數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，將子系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)通過預(yù)處理之后將其傳遞到高層，然后數(shù)據(jù)再進(jìn)行進(jìn)一步的處理和分析。

2.2.2 故障預(yù)測過程

在利用大數(shù)據(jù)的相關(guān)技術(shù)處理電力自動化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)時，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行專門的預(yù)處理，而且這個工序也是十分重要。子站需要從現(xiàn)場采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析之后，將這些數(shù)據(jù)和分析結(jié)果通過主動的方式或者是查詢機(jī)制等將其傳遞到主站當(dāng)中。整個系統(tǒng)當(dāng)中必然不可能只包含一個子站，因此主站需要接收來自不同子站的數(shù)據(jù)，而且對于這些數(shù)據(jù)還需要進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理[5]。數(shù)據(jù)預(yù)處理工作能夠減少子站中的一些垃圾數(shù)據(jù)或者無用數(shù)據(jù)進(jìn)入到主站中，這樣能夠減少主站的負(fù)擔(dān)，使系統(tǒng)的工作效率得到相應(yīng)的提升。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)開展預(yù)處理工作，將過時、重復(fù)的垃圾數(shù)據(jù)清楚干凈。該系統(tǒng)中采用的預(yù)處理模式為三層數(shù)據(jù)提取過濾模式，數(shù)據(jù)在預(yù)處理的過程中通過抽取、轉(zhuǎn)換、清洗和監(jiān)控，經(jīng)過各個環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理。數(shù)據(jù)抽取、清洗每個工序都有特定的任務(wù)，在完成這些工序之后，就需要完成對故障的監(jiān)視和預(yù)測。實(shí)施監(jiān)控電力系統(tǒng)當(dāng)中的數(shù)據(jù)是否發(fā)生異常變化，如果發(fā)生異常必須要及時進(jìn)行處理，完成數(shù)據(jù)的監(jiān)視功能。如果數(shù)據(jù)發(fā)生變化，則需要開展新一輪的數(shù)據(jù)預(yù)處理工作。

3 結(jié)語

本文主要對電力自動系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行分析，然后設(shè)計研究以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的電力行業(yè)自動控制平臺，實(shí)現(xiàn)對電力故障的實(shí)時監(jiān)控和分析，最大限度的降低電力故障的發(fā)生率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王海港，黃太貴，孫月琴等.多變電站故障錄波數(shù)據(jù)同步自動化方法與實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，（1）：102-107.

[2] 孫韜禹.電力自動化現(xiàn)狀及解除故障方法分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，（35）：152-152.

[3] 楊慧，李琳，吳紀(jì)元等.電力自動化現(xiàn)狀及故障分析方法[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2016，6（2）：1883-1884.

[4] 陸蘇寧.淺談電力自動化現(xiàn)狀及故障分析方法[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012，（29）.

[5] 王少鋒，伍少成，劉濤等.基于 KN N打分算法的電力計量自動化終端通信故障的檢測和預(yù)警[J].電氣自動化，2016，38（4）：86-89.