摘要：随着智能电网的发展和大数据时代的来临，电力行业的新经济模式缓慢出现。“智能电网”和“电力行业大数据”的结合，迫切的需要我们重新审视生产、消耗和管理电能的方式。不仅如此，这些电力系统数据对计算机存储和处理的要求也与日俱增。本文基于上述情况，分析和阐述了大数据背景下的智能电网的特征和趋势，“云计算”和“大数据挖掘”对于中国电网发展的意义和应做的准备。
关键字：电力；智能电网；大数据；电力云
1 引言
在信息技术以几何技术飞速发展的今天，积极吸纳和融合信息技术，特别是基于云技术的应用和推广， 运用“大数据”分析和处理技术挖掘电力行业特征、探究其发展前景，将能有效推动传统电力行业的转型和技术进步，进而实现电网的智能化[1]
2 大数据背景下智能电网的特征
2.1 电网优化运行的技术壁垒将被突破
智能电网与传统电网相比，具有更高的设备利用率，能实现更高的运营效率和资源的更优配置。然而，在向智能电网的转变过程中，面对空前的数据洪水，电力行业的整个采集系统，存储，分析和检索的措施，必须被重新思考。为充分利用智能电表为智能电网创造的数据及其所蕴含的潜在的商业机会，电力运营公司不得不重新考虑自己的信息系统，以充分吸收这种海量的数据。同时在他们的信息系统里引入新的基因：“大数据”和“云计算”。
智能电网可以肯定的一点是，它会创建，收集，转化和利用丰富的信息，它能够帮助运营者更加熟知电网系统的情况。然而，更高容量的可用信息和数据量却在一定程度上掩盖了有用的信息，并且让传统的统计方法和技术陷入僵局，从而无法将这些大量的数据用于研究电力系统的全局最优化/或提高挖掘终端用户价值的能力，这个问题在数据信息爆炸式发展的现在即棘手又充满了诸多挑战。随着大数据时代的来临，这些“杂乱无章”的电力行业数据有了新的处理技术和方法，在分析和理解大量数据的同时，技术壁垒也即将被拆除。但同时我们也应该关注大数据的来源、数据资源的存储和处理器资源整合及数据安全等诸类问题。
在数据来源方面，应该努力使得产生数据的基础设施如智能电表部署完备。对于数据资源存储和处理问题，现阶段主要考虑的是将“云计算“引入电力系统，建立电力系统的云计算体系，称之为电力云[2]，它是从分布式计算、网格计算、效用计算和并行计算等计算机概念发展而来的，其运用的好处是无需增加硬件投资、无需购买和安装软件、无需人员培训并能节省管理成本，同时该体系能够立即增加存储和计算资源、享受及时和稳定的软件服务。这些特点对于电力行业来说都是非常重要的，既能提高观测系统的时效性，又具有多样化、易行和经济等特性。另外，我们也需要考虑数据安全方面的问题，特别是针对数据的丢失、损坏或被盗等，这些问题主要是由云计算的超安全系统、操作流程的易操作性、数据流存储终端较分散且易被控制等原因影响的，因此，我们在将云计算应用到电力行业的时候，也应该从法律、可逆性提供商、加固安全性基础设施等方面保证数据信息的安全。
充分考虑了大数据来源、云平台部署及最先进的数据挖掘和分析方法的电力云能够做到[3]：使得高峰负荷得到更好的管理；也能够立即对那些需求的变化及时提供响应；还可以实时使用程序来应对合理的峰谷负荷；云计算同样可以满足几分钟、几小时、几天的负荷需求的变化；它也能够作用于非常规负荷峰谷值，并可以按需调整其系统包容性，这些方面是传统电力行业无法实现的技术瓶颈。另外，众所周知，电力是稀缺而昂贵的，大数据的收集和分析，目的在于让运营商了解和把握自己的“智能”网络，明晰电力生产的典型特征和消费场所，以达到提高能源利用效率的目的。在这个过程中，“大数据”充当了该系统的心肺地位。
2.2 电力数据从物理值转换为可视化数字
在信息和知识流动量大且快的电力行业，可视化技术是十分必要的。它能够帮助决策者快速准确的掌握和确定后续状况和变化趋势。可视化技术在互联网行业的发展已相当完善，它能够将实物资产转化为占空间少、传递速度快的数字资产，而后利用高级可视化功能，例如（可视化能量管理系统）[4]，从海量数据中获取有价值的信息，并辅助电力运行和管理人员及时掌握电力系统和整个行业的运行现状，并对后续运行做出较为准确的预测。例如数据的可视化能够帮助运营者有效的发现电力系统中存在的异常和潜在的事故隐患，减少反应时间，从而更好地监视控制大电网。这种预测将进一步指导电力企业的健康和可持续发展。
然而，很显然的是，面对行业如此巨大的数据量，无论运用哪种可视化系统，一蹴而就的方式都是不奏效的。可行的做法是基于云计算的基础上，分布式的提取信息并将其可视化。只有将这些信息科学技术结合，才能在综合的角度上，为电力部门的发展和转型创造价值。
2.3 “智能”电力行业开始向上、下行领域拓展
在电力交付和电力供应的领域，与电网方面正在出现的新兴情况是类似的。大数据之所以运用范围广泛，正是因为他的精准性和信息的包容性。因此，应该把“智能”尽量的向上、下行领域拓展。
从下行领域方面，从整个输配电网到城市到建筑群再延伸至单个的家庭单位（见图1）[5]，这个过程是不断的提高能源管理和支配能力、能源利用率和预期利用精准度的过程。然而这一过程的拓展是慢长的，并需要电网运营者在安装智能装置的成本、可提高的各项效率及可节省的费用方面做出科学的衡量，制定出可行的实施方案。当然，智能电网对下行领域的普及也可以提高和满足大、中、小客户对自身电力特征的认识和电力需求，并能逐一或按领域降低能源成本、减少电力能源的浪费。让客户充分认识到智能电网可以带给他们的增值服务和新的业务模式，这些优势将会增加客户主动加入智能电网架构，并成为智能电网其中某一环节的兴趣。
图1：下行基础领域电力信息流向图
当然，关注日益复杂的下游市场的同时，对上游市场的重视也必不可少。在电力行业中，发展的过程具有很大的不确定性，它一般会滞后于生产技术（核电、火电、水电等）和现代科学技术（云计算）的发展或以这些技术的发展为前提条件，所以如何结合技术和产业就变得尤为重要。在电力行业发展的上游，我们很容易想象的是：电网企业和发电集团都是要在节能经济环保的角度出发，合理的安排发输配用等，从而在价格压力、环境压力、资源短缺压力的重压下，从上而下的优化整个电力系统的运营。因此，如果运用海量数据，提取有效的信息并转化为生产发展的推动力，无论是对国家、企业还是用户来说都有很大的意义，也是必须要考虑的问题。换句话说，无论是在电力系统的上游还是下游，在能源成本不断呈现上升趋势的今天，通过电力云存储和分析大数据，了解和完善能源结构和制定科学有效的投资、运营决策，从而提高产能，降低电力能源损耗。这是电力产业生产发展的趋势，是可以通过这类具有高控能力的信息技术来使得获取的信息、指导更加接近实际的情况、满足实际需要。
2.4 “智能的分布式集群“将是最为有效和灵活的电网子属结构
电力系统结构十分复杂且分布范围极广的系统。从生产到消费所包含的环节很多。这些环节又由不同的部门负责和支配。在运用电网大数据的过程中，不可能经常获取自上而下的全部数据。因地制宜的分布式集群的构建和电力系统的区域性改革对于整个电网的智能化来说更具有灵活性且易于实现。我们也知道，对于不同的区域，电网结构的差异性、所受外界影响因素区别都比较大。同时，不同地域的经济发展情况也不一致，这会使得区域电网发展不均衡。如果从地域特性出发，利用“电力云”，结合数字信息技术，构建电网的分布式集群，形成具有自愈性能的区域智能电网子属结构，将是实现电网经济、资源的可持续发展的最有效和快捷的模式。
同时，电力交易主体包括：发电商、电网公司、大用户以及参与零售的消费者。在电力交易机制的作用下，对于各类主体的“量体裁衣”无疑是对电网企业智能化发展的强大推动。若以用电客户的角度举例，如果分门别类的发现用户的用电特征并加之相关因素的分析和控制，不仅能够更好的掌控用电情况，有效的减少能源浪费，更能够向相关的用户提供用电建议和指导，扩大增值服务的范围，发现新的商业模式。从而促成电力系统向更健康更高效的方向发展和转型。如何做到“度身而衣”？可以采用“大数据”和“云计算”，通过灰色关联的聚类、SOM曲线几何聚类、时间序列全局特征聚类等方法将各类用户细分，并提取相应的特征曲线，这对于我们完善电力行业系统运营和管理如防窃电等都有很大的帮助。
3 发展计划和准备
对于庞大和复杂的电网系统，应该做好积极的准备工作。
首先，第一步需要付诸行动的是，积极构建和观察智能电网生态系统（制造商、初创企业、地方政府，……），依托信息、控制和储能等先进技术，推进智能电网建设。了解智能电网系统的本质，搜集智能电网所产生的巨大数据流量，并用科学有效的方法对其进行存储，以备使用。
完善智能电网云计算的服务和技术模式[6]。努力聚集各级分散的资源。再将该模式得到的特有“服务”提供给企业、集团、家庭等。着眼于该模式的目的在于：电力云计算不止在数据的采集、存储及共享方面存在优势，有助于数据挖掘的实现提供商业智能的决策与分析，利用在大数据中挖掘的知识来协调和指导生产业务的发展，优化电力系统运行。云计算也可以帮助电网系统，将电力数据从物理的值转换为可视化数字，再将数据转换为服务，提升服务价值，实现信息技术的融合。
同时，电力大数据实施客户知识“全出”的策略，以收集和汇总所有的（经济人口统计，行为，消费，关系……）的客户信息，并将其存储在适当的位置，随时应对需求的变化。这样的策略显然是基于智能电网技术的基础之上的，它也通过不同的渠道收集来自不同运营商的相关客户数据（分支机构，呼叫中心，网站等），以备全面数据分析。
其次，要建立高速且安全的电力云模式。上节的论述中已经提及大数据云计算存在一些数据安全隐患。我们在利用技术手段保证数据安全和稳定的同时，利用高速的数据转换率，迅速完成市场、技术及客户信息的提取和利用，无疑是最好的最安全的创新方法之一。当然，测试和保证一个好的云模式的关键在于信息技术和电力系统的不断磨合和不断完善。
最后，随着人们认知的改变和教育层次的提升，数字化的能源公司将不断涌现，这也是大数据背景下智能电网新型商业模式下的必然产物。该行业仍然植根于基础设施和智能电网的成果，结合不同的客户属性，实现其能源公司自身的商业价值。总之，有大数据和智能电网的推动，借助云计算系统，会给电力行业带来新的发展模式和方向，并最终促进经济和新兴产业的萌生和不断发展。
参考文献:
[1] Melike Yigit, V.Cagri Gungor, Selcuk Baktir, 2014.Cloud Computing for Smart Grid applications [J].Journal of Computer Networks.(2014)312--329.
[2] H.R. Motahari-Nezhad, B. Stephenson, S. Singhal, Outsourcing business to cloud computing services: opportunities and challenges, IEEE Internet Comput. Palo Alto 10 (2009).
[3] N. Hasan, M.R. Ahmed, Cloud computing: opportunities and challenges, J. Modern Sci. Technol. 1 (2013).
[4] 赵林、王丽丽、刘艳,电网实施监控可视化技术研究与分析［J］.电网技术，2014年第2期
[5] X. Fang, S. Misra, G. Xue, D. Yang, Managing smart grid information in the cloud: opportunities, model, and applications, IEEE Network 26 (2012) 32–38
论文作者:周之鼎
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：电网论文; 数据论文; 智能论文; 电力论文; 电力行业论文; 电力系统论文; 信息论文; 《电力设备》2017年第34期论文;