基于大數(shù)據(jù)的用電信息采集運(yùn)維系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭雷崗 ，余寧 ，崔宗浩 ，李耀祖

（1.鄭州電力高等?？茖W(xué)校，河南鄭州，450001；2.中原工學(xué)院，河南鄭州，450003）

近年來(lái),由于國(guó)家供電信息收集體系的大力推廣,全國(guó)供電信息收集規(guī)模日益壯大,數(shù)據(jù)深化運(yùn)用能力不斷加強(qiáng),系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)保障工作也隨之增加,但緊迫的運(yùn)維工作要求和相對(duì)落后的運(yùn)維力量不相匹配等問(wèn)題也逐步凸現(xiàn)了出來(lái)。隨著中國(guó)科學(xué)技術(shù)能力的逐漸增強(qiáng),國(guó)家信息化管理水平也在不斷提升,而大數(shù)據(jù)分析技術(shù)也是建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)蓬勃發(fā)展的基石上而蓬勃發(fā)展出來(lái)的,近年來(lái)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)已經(jīng)在許多應(yīng)用領(lǐng)域之中進(jìn)行了廣泛應(yīng)用,并獲得了相應(yīng)的蓬勃發(fā)展。因此筆者也對(duì)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在信息采集與運(yùn)維服務(wù)領(lǐng)域中的運(yùn)用策略作出了一些探討。

圖1 信息采集系統(tǒng)框圖

1 大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)又被叫做巨量數(shù)據(jù)甚至是大資料等,它是指利用人工或是電腦,利用適當(dāng)?shù)目臻e資源和時(shí)間加以截取、管理并且進(jìn)行處理和收集整理,作為給我們唯一一個(gè)可以被理解的各種表達(dá)方式的信息,這一類數(shù)據(jù)在醫(yī)學(xué)和商業(yè)模式的研發(fā)、疾病預(yù)警、交通運(yùn)輸和科研等各個(gè)領(lǐng)域,例如在遺傳學(xué)、人類生物工程等方面都會(huì)起到巨大的推動(dòng)力。一般來(lái)說(shuō),當(dāng)人們遇到這些大數(shù)據(jù)時(shí),很難直觀地了解這些數(shù)據(jù)間的關(guān)系,但盡管如此,通過(guò)利用與大數(shù)據(jù)分析的關(guān)聯(lián)研究技術(shù),我們能夠更加輕松地找到這些數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系,有助于對(duì)其中的相互關(guān)系進(jìn)行深入研究。大數(shù)據(jù)有著規(guī)模大、增長(zhǎng)速度快、表現(xiàn)形式多樣化、辨識(shí)難度和社會(huì)價(jià)值密度系數(shù)較低的優(yōu)勢(shì),但只要進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)效能和信息處理速率,才可以促進(jìn)人們對(duì)大數(shù)據(jù)資源的綜合利用。為此,google、amazon和apache等大企業(yè),先后從產(chǎn)品研發(fā)中開始從現(xiàn)實(shí)應(yīng)用需求角度著手,提供了一整套基于大數(shù)據(jù)分析的相關(guān)檔案文件系統(tǒng)、計(jì)算框架、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、機(jī)器人學(xué)習(xí)等應(yīng)用領(lǐng)域的熱點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)。

在當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析科技的進(jìn)步與發(fā)展過(guò)程中,人們對(duì)即時(shí)運(yùn)算的需求在不斷持續(xù)地提高,造成對(duì)分布式內(nèi)存的計(jì)算問(wèn)題也就慢慢地變成了熱點(diǎn)話題,而怎樣實(shí)現(xiàn)可以同時(shí)地進(jìn)行對(duì)海量數(shù)據(jù)的分類與即時(shí)運(yùn)算,以及怎樣逐步地提高對(duì)分布式離線審核批處理的速度,也就慢慢地變成了當(dāng)前人們所關(guān)心的一項(xiàng)重要課題。固態(tài)硬盤等內(nèi)存設(shè)備的出現(xiàn)和發(fā)展,雖然大幅地提高了整個(gè)操作系統(tǒng)的內(nèi)存質(zhì)量和吞吐量,不過(guò),硬盤的吞吐量卻仍然呈現(xiàn)了快速增長(zhǎng)與緩慢態(tài)勢(shì),因?yàn)橹挥姓嬲龅搅顺浞掷猛獠康拇鎯?chǔ)器設(shè)備和文件系統(tǒng)來(lái)取代傳統(tǒng)的硬盤設(shè)備,才真正可以有效地促進(jìn)和提升整個(gè)系統(tǒng)的工作效能。為徹底解決這一問(wèn)題,amplab公司自主開發(fā)了tachyon操作系統(tǒng),這種系統(tǒng)所使用的是一個(gè)有著良好的高容錯(cuò)性和安全度的分布式多延遲內(nèi)存數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),其基本的設(shè)計(jì)目標(biāo)正是為適應(yīng)目前對(duì)”低延遲”的數(shù)據(jù)處理需求。Tachyon可以從緩存文件的存儲(chǔ)器中自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)緩存文件的管理,同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)將文件以訪問(wèn)存儲(chǔ)器的最高速度進(jìn)行共享,其吞吐量可以是HDFS的一百多倍。Tachyon架構(gòu)底層分布式內(nèi)存與上面的計(jì)算相比的中間件,可以把不需保存在DFS中的文檔直接存入分布式內(nèi)存檔案體系中,以提升數(shù)據(jù)處理效能、降低內(nèi)存冗余和垃圾處理時(shí)間等。

2 采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

目前的用電信息收集體系以時(shí)效為主要分類準(zhǔn)則,將信息內(nèi)容分成如下三種:1類數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息不具備的時(shí)限序列信息屬性,一般只根據(jù)其及時(shí)發(fā)布而很少查閱,但由于信息量巨大,其一般僅存在約十五分鐘的時(shí)限實(shí)效內(nèi),總加數(shù)、測(cè)量個(gè)數(shù)、終端數(shù)量等為其主要表現(xiàn)形式,在信息內(nèi)容保存的過(guò)程中應(yīng)針對(duì)與其不同的物理對(duì)象,選用與其相對(duì)應(yīng)的信息內(nèi)容存儲(chǔ)表;二類資料數(shù)據(jù)其主要表示用電戶在過(guò)去一段時(shí)間里的供電數(shù)據(jù)信息,為預(yù)付費(fèi)管理、供電狀況統(tǒng)計(jì)分析等工作提供了數(shù)據(jù)支撐,它和l類資料數(shù)據(jù)的不同具有時(shí)間序列屬性,而且更新數(shù)量少而信息內(nèi)容多,從十五分鐘至一小時(shí),甚至1日、每月等均可以按照實(shí)際需求作為周期,因此在儲(chǔ)存的過(guò)程中也可針對(duì)不同的物理對(duì)象,選用不同的儲(chǔ)存表;另外三類資料數(shù)據(jù)中還有參量遺漏或改變、供電回路變異、電能表的指示值存在誤差等情形,但因?yàn)槠湓诟鱾€(gè)時(shí)段的發(fā)生頻次、使用方法等均具有顯著不同,所以在儲(chǔ)存的過(guò)程中應(yīng)單獨(dú)分表,并將供電信號(hào)根據(jù)自身屬性加以分類,大大提高了信息采集系統(tǒng)的效率。

3 大數(shù)據(jù)分析在采集運(yùn)維服務(wù)過(guò)程中的運(yùn)用

■ 3.1 用電數(shù)據(jù)識(shí)別、估值

操作系統(tǒng)根據(jù)不同的消費(fèi)者群體,可選擇不同的判斷準(zhǔn)則組合,以獲得最佳的數(shù)據(jù)識(shí)別效率。操作系統(tǒng)根據(jù)配置準(zhǔn)則組合內(nèi)的所有子準(zhǔn)則,判斷篩選異常數(shù)據(jù)信息,以保證結(jié)果資料數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。操作系統(tǒng)針對(duì)缺數(shù)、無(wú)法收集到的數(shù)據(jù)信息,采用一系列的估值原則,以得出最合理的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)修復(fù)具有自動(dòng)學(xué)習(xí)功能,可以自動(dòng)匹配最貼近現(xiàn)實(shí)狀況的統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)值修復(fù)。例如,如果在信息采集流程中,出現(xiàn)了某個(gè)時(shí)間段缺數(shù),最常用的修復(fù)統(tǒng)計(jì)方法就是直線修復(fù)。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)所提出的大數(shù)據(jù)引擎科技,會(huì)按照預(yù)設(shè)的規(guī)律找出最貼近缺數(shù)期間的用電數(shù)據(jù)信息,再選擇缺數(shù)時(shí)期的數(shù)據(jù)信息加以統(tǒng)計(jì)修復(fù),讓數(shù)據(jù)信息更符合實(shí)際狀況。

圖2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖

■ 3.2 可疑的偷電行動(dòng)數(shù)據(jù)分析

識(shí)別偷電行動(dòng)是繁瑣的分析流程。使用者可以依據(jù)生產(chǎn)狀況,隨意提高或降低供電負(fù)荷。但如何從變化的電力數(shù)據(jù)分析中篩查出具有疑似竊電行為的使用者,就必須利用從各種事物、營(yíng)銷信息系統(tǒng)中收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)開展多維度統(tǒng)計(jì)分析,并形成了漏斗式識(shí)別模式,以最后篩選出疑似竊電名單,并根據(jù)可疑嚴(yán)重程度排名,以引導(dǎo)電力稽查。而除了自動(dòng)識(shí)別竊電情況之外,系統(tǒng)還綜合顯示了使用者的供電狀況、斷電事故、停電修復(fù)事故和電表編程參數(shù)的變化事故等歷史數(shù)據(jù),以方便于采用人工方法確定使用者是否具有竊電情況。

■ 3.3 判定依據(jù)

其一,電力非正常管理系統(tǒng)能按定時(shí)每天/每周完成用戶電力非正常數(shù)據(jù)分析。電量分析的統(tǒng)計(jì)包括本日(月)與上日(月)用電量的比較。當(dāng)變動(dòng)范圍達(dá)到一定閥值時(shí),得出用戶電力非正常列表。用電量的變化閥值可由使用者按照實(shí)際狀況加以選擇。其二,失壓、失流等報(bào)警事故針對(duì)使用測(cè)量裝置的報(bào)警事故,如失壓、失流和計(jì)量閥門開啟等非正常事故,依據(jù)測(cè)量裝置的負(fù)載統(tǒng)計(jì)加以處理,得出正確的電力非正常列表。其三,線損異常針對(duì)10kV饋電線損、臺(tái)區(qū)線損中線損等非正常的數(shù)量經(jīng)過(guò)處理,得出了對(duì)線損非正常危害最大的表計(jì),將其標(biāo)記為供電非正常列表。

■ 3.4 用戶供電裝置負(fù)載分類

通過(guò)數(shù)據(jù)分析使用者的負(fù)載狀況,篩選超載的線路、變壓器設(shè)備及其接近超載的該線和變壓器設(shè)備,為線路和使用者擴(kuò)容提出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析;并按超載的頻次、超載的容量等級(jí),給出按技改優(yōu)先順序的人員名單;控制系統(tǒng)能夠從宏觀經(jīng)濟(jì)(總體)和微觀(單臺(tái)變壓器)兩方面,給出對(duì)變壓器設(shè)備負(fù)荷狀況的分析數(shù)據(jù)。使用范圍:通過(guò)對(duì)供電裝置負(fù)荷率的統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)分析,為用戶提出用電意見;對(duì)供電裝置負(fù)荷異常大的應(yīng)用給出告警消息,以及時(shí)引起使用者重視;對(duì)長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷工作的裝置,進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)提醒。

■ 3.5 用戶供電特點(diǎn)分析方法

根據(jù)調(diào)查分析用戶的用總功率、用電負(fù)擔(dān)、用戶業(yè)務(wù)、供電特性、峰谷供電比、最高需量和功率因數(shù)等統(tǒng)計(jì)資料,構(gòu)建用戶用電信息模式,并提出電力情況改進(jìn)方法,以指導(dǎo)其科學(xué)合理供電、科學(xué)合理供電、經(jīng)濟(jì)供電。根據(jù)用戶的供電特點(diǎn),能夠?yàn)橛脩艄╇娳厔?shì)統(tǒng)計(jì)分析提出數(shù)據(jù)支撐。此外,還進(jìn)行對(duì)用戶供電特點(diǎn)財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計(jì)與分析,為政府部門以及地方主管部門提出了不同的供電報(bào)告。

4 大數(shù)據(jù)分析在采集運(yùn)維業(yè)務(wù)中的應(yīng)用案例

■ 4.1 案例解析1

某臺(tái)區(qū)內(nèi)日均線損長(zhǎng)期保持在百分之三以下,但某一天主站工作人員發(fā)覺當(dāng)日臺(tái)區(qū)內(nèi)線損突然達(dá)到百分之八以上,經(jīng)進(jìn)行系統(tǒng)檢查及數(shù)據(jù)分析比較,發(fā)覺該臺(tái)區(qū)內(nèi)每天平均售電量基本保持在五百千瓦時(shí),僅在七日,平均售電量突然上升至五百千瓦時(shí),但用戶的用電能卻并未出現(xiàn)明顯增加,最初疑似出現(xiàn)竊電情形。后現(xiàn)場(chǎng)人員運(yùn)維師與用檢中心工作人員共同排查臺(tái)區(qū)內(nèi),后在某用戶電能表前曾發(fā)生繞越表計(jì)計(jì)量范圍的電力狀況,隨后拍照取證并經(jīng)使用者簽名承認(rèn)后,對(duì)使用者實(shí)施了查處,并在當(dāng)場(chǎng)實(shí)施了線路修復(fù)工作?；謴?fù)后次臺(tái)區(qū)內(nèi)線損又回歸日正常值范圍。根據(jù)用電信號(hào)收集管理系統(tǒng)中臺(tái)區(qū)線損解析模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)所收集數(shù)據(jù)信息的解析,很大程度方便了基層單元監(jiān)管臺(tái)區(qū)線損的管理工作,也為對(duì)臺(tái)區(qū)基礎(chǔ)信號(hào)的處理工作提供了準(zhǔn)確的校驗(yàn)平臺(tái)。

■ 4.2 案例解析2

某用戶在夏季的某有序供電工作進(jìn)行期間,供電負(fù)載達(dá)到了有序供電合同中約定的最大允許負(fù)載一千千瓦小時(shí)以上,因考慮到使用者的生產(chǎn)狀況實(shí)際供電部門已經(jīng)通過(guò)電話告知,需要在十五分鐘內(nèi)將負(fù)載壓降到一千千瓦小時(shí)以內(nèi),但使用者卻在時(shí)間內(nèi)仍未能丌展負(fù)載的壓降工作,繼續(xù)過(guò)點(diǎn)供電,經(jīng)最后一次電話協(xié)調(diào)仍未能壓減負(fù)載,因此主站工作人員在經(jīng)調(diào)度同意情形下,通過(guò)有序供電的遠(yuǎn)程跳閘功能對(duì)該使用者的一路開關(guān)進(jìn)行了重合閘處理,共壓降負(fù)載為5001000KWh,從而使得超載線路的負(fù)載迅速下降,從而確保了有序供電工作的順利開展。我們還能夠根據(jù)用戶的季節(jié)性供電狀況,總結(jié)收集了系統(tǒng)負(fù)荷數(shù)據(jù),并制定了有序供電工作的實(shí)施方案,從而保證了有序供電工作實(shí)施。

■ 4.3 案例解析3

某用戶是高供高計(jì)、三相三線臨時(shí)變用,主站工作人員某進(jìn)行終端控制系統(tǒng)巡査時(shí)發(fā)覺某用戶的A相電流數(shù)據(jù)信息不足,經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)后查明是A相燒毀。經(jīng)系統(tǒng)檢查后發(fā)現(xiàn)用戶失壓46326分鐘,約三十三天。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)展和電力采集系統(tǒng)的逐漸普及,電網(wǎng)數(shù)據(jù)資源將在信息量、獲取數(shù)據(jù)的時(shí)效性、有效性等方面更加完備和增強(qiáng),而大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的特點(diǎn)將獲得更加的突出。電力企業(yè)充分的關(guān)注大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在采管理運(yùn)維中的運(yùn)用,通過(guò)對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加以分類、整理,建立信息資源共享平臺(tái),以增強(qiáng)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的實(shí)用價(jià)值。在電力信息收集管理系統(tǒng)中的管理運(yùn)維服務(wù)中應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù),就可以對(duì)所收集的信息加以深度挖掘和統(tǒng)計(jì)分析、管理,將采管理運(yùn)維管理工作由粗放式管理逐步地向集約化管理和精益化方向加以轉(zhuǎn)化,以提升管理運(yùn)維業(yè)務(wù)水平和效率。