面向分布式能源的智能微電網云平臺的特性與關鍵技術

2018-01-08 09:55:23 來源:電氣應用　點擊量：評論 (0)

分布式能源不僅包括風電、光伏、儲能和冷熱電聯供系統，還將包括氫燃料電池和鋰動力電池等發儲一體化系統，具有負荷微量化和碎片化的趨勢

（1）多源數據采集清洗技術

通過大量傳感器和智能表計以固定頻率周期性的集微電網系統內各類分布式能源的生產與消費數據，形成一個覆蓋微電網中所有節點(控制中心、變電站、分段開關和用戶端口等)的IP通信網，采用光纖、無線與載波等組網技術，支持各種配電終端與系統“上網”。該技術融合了基于云計算的數據清洗技術，實現對多源數據采集過程中的錯誤、遺漏以及格式差異，進行規制、補采與清洗。

（2）先進的傳感測量技術

光學或電子互感器、架空線路與電纜溫度測量、電力設備狀態在線監測和電能質量測量等技術，只對數據進行傳感與量測，不做數據可靠性辨識。融合了云計算能力的先進傳感量測是以數據比對、數據測試，實時分析判斷數據量測準確性與可靠性，保障微電網智能管理的基礎數據的精準性。

（3）基于網格文件的多維索引技術

在微電網的系統保護、離并網高效切換、產需匹配尋優和碳足跡跟蹤等各業務場景的實時數據精準瞬時調用與分析中，常用的是基于Google公司的Hadoop平臺開發的Hive數據倉庫系統。但是Hive對于索引的支持較弱，難以實現多緯度數據索引。目前正在設計基于網格文件（Grid-File）的分布式多維索引DGFIndex（DistributedGridFileIndex），用于提高多維區間查詢性能。

（4）高級配電自動化技術

目前的配電自動化技術包括配電運行自動化(安全監控和數據采集、綜合自動化和饋線自動化)、配電管理自動化(配電地理信息系統、設備管理和檢修管理等)以及需求側響應自動化這三個方面的內容。在此基礎上的微電網云平臺中實現的是高級配電自動化(Advanced Distribution Automation，ADA)，支持DER的“即插即用”，采用IP技術，強調系統接口、數據模型與通信服務的標準化與開放性。

（5）高級量測技術(Advanced Metering Architecture，AMA)

高級量測技術是一個使用智能電能表通過多種通信介質，配合ETL技術，發揮云端計算能力，按需或以設定的方式測量、收集并分析用戶側的能源使用和消費數據的技術體系。AMA是支持用戶互動并實現需求側快速實時響應的關鍵技術。

（6）ETL（Extract-Transform-Load）技術

ETL是構建數據倉庫的重要一環，用戶從數據源中抽取出所需的數據，經過數據清洗，最終按照預先定義好的數據倉庫模型將數據加載到數據倉庫中去。這是貫通基于多種分布式能源的各類數據源，包括Oracle、SQLServer、Sybase、DB2和MySQL等，實現多源數據一致性并與微電網多能源業務場景融會貫通的云平臺搭建的核心技術。

智能微電網云平臺架構的系統設計

（1）云平臺系統架

根據數據的流向，設計系統分為四層架構：

①數據采集層：主要通過傳感器（智能表計）等獲取各回路的電耗及其相關能源參數、光伏發電、儲能、制氫用氫和用電量等能源信息；

②數據傳輸層：主要把能源數據轉換成TCP/IP協議格式上傳至節能管理監控系統數據庫服務器；

③數據處理存儲層及顯示：數據存儲層主要負責對能耗數據進行匯總、統計、分析、處理和存儲；

④數據展示層：主要對存儲層中的能耗數據進行展示和發布。

設計將采用基于Hadoop生態系統的大數據存儲和并行計算系統解決方案。

圖1面向分布式能源的智能微電網云平臺系統架構圖

（2）云平臺數據架構設計

該云平臺設計總的數據庫選型是從開放性、安全性和性能等角度綜合考量。同時，結合本項目中大數據的處理、分析和預測的要求，除了關系型數據庫以外，還考慮選擇非關系數據庫進行有力地補充。提高數據存儲的完整性和安全性，提高數據處理和分析的效率。

數據架構的設計除了考慮數據庫的性能，更關注的是數據架構與神華科技園各類分布式能源的業務融合，構建的云平臺要支撐多源數據、多能互補的全類數據（結構化數據、半結構化數據和非結構化數據）的存儲管理和快速高效分析，能夠實現在百TB至PB級數據規模下實現數據查詢的秒級響應；能夠對結構化、半結構化和非結構化數據進行統一處理；能夠實現千億級文本條目全文檢索的秒級響應。平臺數據業務架構設計如圖2所示。

圖2平臺數據業務架構系統功能圖

該云平臺架構設計經初步實驗測試，具有以下技術性能優勢特點：

1）實時增量數據處理：千萬級別以上的對象一次增量60萬，20min內處理完成。

2）關鍵業務接口處理：8h以上的提高到25分鐘內，4min以上的提高到15min內，1h以上的提高到10min內處理效率。

3）超高速大數據交換：在10個節點的大數據平臺內，4000萬記錄的數據交換不超過10min，3000萬記錄不超過6min。

4）高可靠性的大數據平臺：主控節點出現故障時，HA節點2s內完成漂移接管。

智能微電網云平臺系統的應用前景

開發面向分布式能源的智能微電網云平臺，是一個具有容納海量數據、高并發、多進程及擁有自主開發的核心算法的大數據平臺；利用人工智能、機器學習技術，結合微電網特點，根據應用場景實際數據，搭建契合分布式能源利用特征和多能互補應用需求的云平臺系統將具有廣闊的應用空間。

智能微電網云平臺系統的建立和運行可以有效挖掘大型商業樓宇、學校、醫院和科技園區等各應用場景的用能異常、能耗漏洞，智能優化調度用能方案，更加合理地分配和利用各類能源，從而更精準地控制能源消耗。在保證提供舒適環境下，幫助建立起管理節能的模式，挖掘自身的節能潛力并結合技術節能措施，有效降低能源消耗和用能成本。該云平臺系統具有高效率、低成本、智能化和可復制等優點，是未來分布式能源管理的重要工具，適合廣泛推廣應用和實施。