面向分布式能源的智能微電網(wǎng)云平臺(tái)的特性與關(guān)鍵技術(shù)

2018-01-08 09:55:23 來(lái)源:電氣應(yīng)用　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

分布式能源不僅包括風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能和冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，還將包括氫燃料電池和鋰動(dòng)力電池等發(fā)儲(chǔ)一體化系統(tǒng)，具有負(fù)荷微量化和碎片化的趨勢(shì)

（1）多源數(shù)據(jù)采集清洗技術(shù)

通過(guò)大量傳感器和智能表計(jì)以固定頻率周期性的集微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各類分布式能源的生產(chǎn)與消費(fèi)數(shù)據(jù)，形成一個(gè)覆蓋微電網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)(控制中心、變電站、分段開關(guān)和用戶端口等)的IP通信網(wǎng)，采用光纖、無(wú)線與載波等組網(wǎng)技術(shù)，支持各種配電終端與系統(tǒng)“上網(wǎng)”。該技術(shù)融合了基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)清洗技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多源數(shù)據(jù)采集過(guò)程中的錯(cuò)誤、遺漏以及格式差異，進(jìn)行規(guī)制、補(bǔ)采與清洗。

（2）先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)

光學(xué)或電子互感器、架空線路與電纜溫度測(cè)量、電力設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)和電能質(zhì)量測(cè)量等技術(shù)，只對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳感與量測(cè)，不做數(shù)據(jù)可靠性辨識(shí)。融合了云計(jì)算能力的先進(jìn)傳感量測(cè)是以數(shù)據(jù)比對(duì)、數(shù)據(jù)測(cè)試，實(shí)時(shí)分析判斷數(shù)據(jù)量測(cè)準(zhǔn)確性與可靠性，保障微電網(wǎng)智能管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。

（3）基于網(wǎng)格文件的多維索引技術(shù)

在微電網(wǎng)的系統(tǒng)保護(hù)、離并網(wǎng)高效切換、產(chǎn)需匹配尋優(yōu)和碳足跡跟蹤等各業(yè)務(wù)場(chǎng)景的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)瞬時(shí)調(diào)用與分析中，常用的是基于Google公司的Hadoop平臺(tái)開發(fā)的Hive數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)。但是Hive對(duì)于索引的支持較弱，難以實(shí)現(xiàn)多緯度數(shù)據(jù)索引。目前正在設(shè)計(jì)基于網(wǎng)格文件（Grid-File）的分布式多維索引DGFIndex（DistributedGridFileIndex），用于提高多維區(qū)間查詢性能。

（4）高級(jí)配電自動(dòng)化技術(shù)

目前的配電自動(dòng)化技術(shù)包括配電運(yùn)行自動(dòng)化(安全監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集、綜合自動(dòng)化和饋線自動(dòng)化)、配電管理自動(dòng)化(配電地理信息系統(tǒng)、設(shè)備管理和檢修管理等)以及需求側(cè)響應(yīng)自動(dòng)化這三個(gè)方面的內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上的微電網(wǎng)云平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)的是高級(jí)配電自動(dòng)化(Advanced Distribution Automation，ADA)，支持DER的“即插即用”，采用IP技術(shù)，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)接口、數(shù)據(jù)模型與通信服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化與開放性。

（5）高級(jí)量測(cè)技術(shù)(Advanced Metering Architecture，AMA)

高級(jí)量測(cè)技術(shù)是一個(gè)使用智能電能表通過(guò)多種通信介質(zhì)，配合ETL技術(shù)，發(fā)揮云端計(jì)算能力，按需或以設(shè)定的方式測(cè)量、收集并分析用戶側(cè)的能源使用和消費(fèi)數(shù)據(jù)的技術(shù)體系。AMA是支持用戶互動(dòng)并實(shí)現(xiàn)需求側(cè)快速實(shí)時(shí)響應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)。

（6）ETL（Extract-Transform-Load）技術(shù)

ETL是構(gòu)建數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的重要一環(huán)，用戶從數(shù)據(jù)源中抽取出所需的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)清洗，最終按照預(yù)先定義好的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)模型將數(shù)據(jù)加載到數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中去。這是貫通基于多種分布式能源的各類數(shù)據(jù)源，包括Oracle、SQLServer、Sybase、DB2和MySQL等，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)一致性并與微電網(wǎng)多能源業(yè)務(wù)場(chǎng)景融會(huì)貫通的云平臺(tái)搭建的核心技術(shù)。

智能微電網(wǎng)云平臺(tái)架構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）云平臺(tái)系統(tǒng)架

根據(jù)數(shù)據(jù)的流向，設(shè)計(jì)系統(tǒng)分為四層架構(gòu)：

①數(shù)據(jù)采集層：主要通過(guò)傳感器（智能表計(jì)）等獲取各回路的電耗及其相關(guān)能源參數(shù)、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能、制氫用氫和用電量等能源信息；

②數(shù)據(jù)傳輸層：主要把能源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCP/IP協(xié)議格式上傳至節(jié)能管理監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器；

③數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)層及顯示：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層主要負(fù)責(zé)對(duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、統(tǒng)計(jì)、分析、處理和存儲(chǔ)；

④數(shù)據(jù)展示層：主要對(duì)存儲(chǔ)層中的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行展示和發(fā)布。

設(shè)計(jì)將采用基于Hadoop生態(tài)系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和并行計(jì)算系統(tǒng)解決方案。

圖1面向分布式能源的智能微電網(wǎng)云平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)圖

（2）云平臺(tái)數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

該云平臺(tái)設(shè)計(jì)總的數(shù)據(jù)庫(kù)選型是從開放性、安全性和性能等角度綜合考量。同時(shí)，結(jié)合本項(xiàng)目中大數(shù)據(jù)的處理、分析和預(yù)測(cè)的要求，除了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)以外，還考慮選擇非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行有力地補(bǔ)充。提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的完整性和安全性，提高數(shù)據(jù)處理和分析的效率。

數(shù)據(jù)架構(gòu)的設(shè)計(jì)除了考慮數(shù)據(jù)庫(kù)的性能，更關(guān)注的是數(shù)據(jù)架構(gòu)與神華科技園各類分布式能源的業(yè)務(wù)融合，構(gòu)建的云平臺(tái)要支撐多源數(shù)據(jù)、多能互補(bǔ)的全類數(shù)據(jù)（結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）的存儲(chǔ)管理和快速高效分析，能夠?qū)崿F(xiàn)在百TB至PB級(jí)數(shù)據(jù)規(guī)模下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢的秒級(jí)響應(yīng)；能夠?qū)Y(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理；能夠?qū)崿F(xiàn)千億級(jí)文本條目全文檢索的秒級(jí)響應(yīng)。平臺(tái)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2平臺(tái)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)架構(gòu)系統(tǒng)功能圖

該云平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)初步實(shí)驗(yàn)測(cè)試，具有以下技術(shù)性能優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)：

1）實(shí)時(shí)增量數(shù)據(jù)處理：千萬(wàn)級(jí)別以上的對(duì)象一次增量60萬(wàn)，20min內(nèi)處理完成。

2）關(guān)鍵業(yè)務(wù)接口處理：8h以上的提高到25分鐘內(nèi)，4min以上的提高到15min內(nèi)，1h以上的提高到10min內(nèi)處理效率。

3）超高速大數(shù)據(jù)交換：在10個(gè)節(jié)點(diǎn)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)內(nèi)，4000萬(wàn)記錄的數(shù)據(jù)交換不超過(guò)10min，3000萬(wàn)記錄不超過(guò)6min。

4）高可靠性的大數(shù)據(jù)平臺(tái)：主控節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，HA節(jié)點(diǎn)2s內(nèi)完成漂移接管。

智能微電網(wǎng)云平臺(tái)系統(tǒng)的應(yīng)用前景

開發(fā)面向分布式能源的智能微電網(wǎng)云平臺(tái)，是一個(gè)具有容納海量數(shù)據(jù)、高并發(fā)、多進(jìn)程及擁有自主開發(fā)的核心算法的大數(shù)據(jù)平臺(tái)；利用人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，結(jié)合微電網(wǎng)特點(diǎn)，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)際數(shù)據(jù)，搭建契合分布式能源利用特征和多能互補(bǔ)應(yīng)用需求的云平臺(tái)系統(tǒng)將具有廣闊的應(yīng)用空間。

智能微電網(wǎng)云平臺(tái)系統(tǒng)的建立和運(yùn)行可以有效挖掘大型商業(yè)樓宇、學(xué)校、醫(yī)院和科技園區(qū)等各應(yīng)用場(chǎng)景的用能異常、能耗漏洞，智能優(yōu)化調(diào)度用能方案，更加合理地分配和利用各類能源，從而更精準(zhǔn)地控制能源消耗。在保證提供舒適環(huán)境下，幫助建立起管理節(jié)能的模式，挖掘自身的節(jié)能潛力并結(jié)合技術(shù)節(jié)能措施，有效降低能源消耗和用能成本。該云平臺(tái)系統(tǒng)具有高效率、低成本、智能化和可復(fù)制等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)分布式能源管理的重要工具，適合廣泛推廣應(yīng)用和實(shí)施。