智能電網(wǎng)是大數(shù)據(jù)的重要技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域之一。智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類繁多，具有分散性、多樣性和復(fù)雜性等特征，這些特征給大數(shù)據(jù)處理帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)。智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)是大數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)，通過(guò)智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)全數(shù)據(jù)共享，為業(yè)務(wù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)和運(yùn)行提供支撐。

引言

智能電網(wǎng)是以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，將現(xiàn)代先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)，見(jiàn)圖1。它涵蓋發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度等各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)電力市場(chǎng)中各利益方的需求和功能進(jìn)行協(xié)調(diào)，在保證系統(tǒng)各部分高效運(yùn)行、降低運(yùn)營(yíng)成本和環(huán)境影響的同時(shí)，盡可能提高系統(tǒng)的可靠性、自愈性和穩(wěn)定性。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，電網(wǎng)在電力系統(tǒng)運(yùn)行、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、用電信息采集、營(yíng)銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)等各個(gè)方面產(chǎn)生和沉淀了大量數(shù)據(jù)，充分挖掘這些數(shù)據(jù)的價(jià)值具有重要的意義。

大數(shù)據(jù)是近年來(lái)受到廣泛關(guān)注的新概念，一般是指無(wú)法在可容忍的時(shí)間內(nèi)用傳統(tǒng)的IT技術(shù)、軟硬件工具和數(shù)學(xué)分析方法，對(duì)其進(jìn)行感知、獲取、管理、處理和分析的數(shù)據(jù)集合。智能電網(wǎng)被看作是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的重要技術(shù)領(lǐng)域之一。目前許多學(xué)者正在進(jìn)行智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)研究，包括發(fā)展戰(zhàn)略研究、大數(shù)據(jù)技術(shù)研究、應(yīng)用研究等。

智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用眾多，涉及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、節(jié)能經(jīng)濟(jì)調(diào)度、供電可靠性、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展分析等諸多方面，進(jìn)行智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析需要統(tǒng)一智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)，并且由于應(yīng)用眾多，對(duì)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等性能提出了較高要求，因此需要構(gòu)建面向智能電網(wǎng)應(yīng)用的統(tǒng)一大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。本文首先分析智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)特點(diǎn)以及業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，接著結(jié)合業(yè)務(wù)應(yīng)用介紹大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而提出智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)和應(yīng)用框架。

1、智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)概述

1.1智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)特點(diǎn)

根據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)源的不同，可以將智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分為電力企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)和電力企業(yè)外部數(shù)據(jù)。電力企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)源主要包括廣域量測(cè)系統(tǒng)(WAMS)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、用電信息采集系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、配電管理系統(tǒng)、客戶服務(wù)系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)等;電力企業(yè)外部數(shù)據(jù)源包括氣象信息系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、公共服務(wù)部門數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)分散放置在不同地方，由不同單位/部門管理，具有分散放置、分布管理的特性。

智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類繁多，除傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)外，還包含大量的半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如客戶服務(wù)中心信息系統(tǒng)的語(yǔ)音數(shù)據(jù)，設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的視頻數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)的采樣頻率與生命周期也各不同，從微秒級(jí)、分鐘級(jí)、小時(shí)級(jí)，一直到年度級(jí)。

1.2大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求分析

智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用根據(jù)對(duì)象不同可分為面向電力公司運(yùn)行管理、面向電力用戶服務(wù)、面向政府部門輔助決策等3類。面向電力公司運(yùn)行管理類應(yīng)用包括電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與控制、輸變電設(shè)備故障診斷與狀態(tài)檢修、配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估與預(yù)警、配電網(wǎng)故障定位、負(fù)荷預(yù)測(cè)、城市電網(wǎng)規(guī)劃等;面向電力用戶服務(wù)類應(yīng)用包括用戶用電行為分析、需求側(cè)管理、能效分析、供電服務(wù)輿情分析等;面向政府部門輔助決策類應(yīng)用包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況分析與預(yù)測(cè)、政府決策支持與相關(guān)政策評(píng)估，如電價(jià)政策、新能源補(bǔ)貼政策等是否合理等。這些需求需要綜合電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息、用戶用電信息、客服系統(tǒng)信息、氣象數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)等。

2、智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)信息處理流程，大數(shù)據(jù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用可以分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)解讀和數(shù)據(jù)應(yīng)用6個(gè)環(huán)節(jié)，其關(guān)鍵技術(shù)包括數(shù)據(jù)集成技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)。

2.1數(shù)據(jù)集成技術(shù)

智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)具有分散性、多樣性和復(fù)雜性等特征，這些特征給大數(shù)據(jù)處理帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)。要想處理智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)，首先就需要對(duì)眾多數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，通過(guò)數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換、剔除、修正等處理，建立正確、完整、一致、完備、有效的智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)。目前通常采用的數(shù)據(jù)集成模型包括數(shù)據(jù)聯(lián)邦、基于中間件模型和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)等。

ETL是企業(yè)數(shù)據(jù)集成的主要解決方案。ETL指Extract、Transform、Load，即抽取、轉(zhuǎn)換、加載。數(shù)據(jù)抽取是從源數(shù)據(jù)源系統(tǒng)抽取目的數(shù)據(jù)源系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是將從源數(shù)據(jù)源獲取的數(shù)據(jù)按照業(yè)務(wù)需求，轉(zhuǎn)換成目的數(shù)據(jù)源要求的形式，并對(duì)錯(cuò)誤、不一致的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和加工;數(shù)據(jù)加載是將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)加載到目的數(shù)據(jù)源。ETL過(guò)程中的主要環(huán)節(jié)就是數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和加工、數(shù)據(jù)加載。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，各個(gè)ETL工具一般會(huì)進(jìn)行一些功能上的擴(kuò)充，例如工作流、調(diào)度引擎、規(guī)則引擎、腳本支持、統(tǒng)計(jì)信息等。

數(shù)據(jù)集成是智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)集成涉及眾多各類型的應(yīng)用系統(tǒng)，這些系統(tǒng)類型和特征復(fù)雜，在實(shí)時(shí)性要求、數(shù)據(jù)規(guī)模、數(shù)據(jù)類型等方面存在較大的差異，在智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)集成中需要綜合考慮各種因素，在集成技術(shù)上單一技術(shù)可能很難實(shí)現(xiàn)，需要結(jié)合多種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的集成。

2.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)

在智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)中，絕大多數(shù)數(shù)據(jù)為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，同時(shí)也存在文本、圖像、音頻、視頻等非結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可采用分布式文件系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)結(jié)構(gòu)松散無(wú)模式的半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可采用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)海量的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可采用傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)或分布式并行數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2.1 分布式文件系統(tǒng)

分布式文件系統(tǒng)適合存儲(chǔ)海量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在物理上分散的多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上，對(duì)這些節(jié)點(diǎn)的資源進(jìn)行統(tǒng)一管理和分配，并向用戶提供文件系統(tǒng)訪問(wèn)接口，主要解決本地文件系統(tǒng)在文件大小、文件數(shù)量、打開(kāi)文件數(shù)等方面的限制問(wèn)題。

Hadoop是大數(shù)據(jù)的一個(gè)解決方案，可以實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析和管理[9]。HDFS (Hadoop Distributed File System)是一個(gè)分布式文件系統(tǒng)，它是開(kāi)源項(xiàng)目Hadoop的家族成員。HDFS將大規(guī)模數(shù)據(jù)分割為大小為64兆字節(jié)的數(shù)據(jù)塊，存儲(chǔ)在多個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)組成的分布式集群中，當(dāng)數(shù)據(jù)規(guī)模增加時(shí)，只需要在集群中增加更多的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性;同時(shí)每個(gè)數(shù)據(jù)塊會(huì)在不同的節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)多個(gè)副本，具有高容錯(cuò)性;由于數(shù)據(jù)是分布存儲(chǔ)的，具有高吞吐量的數(shù)據(jù)訪問(wèn)能力。

2.2.2 分布式數(shù)據(jù)庫(kù)

大數(shù)據(jù)環(huán)境下對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理、查詢和分析需要采用新的技術(shù)，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)模、吞吐量、以及數(shù)據(jù)類型和支撐應(yīng)用等存在瓶頸。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)由于具有很好的擴(kuò)展性和協(xié)同性，在大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理中得到廣泛的應(yīng)用。目前主要有鍵值存儲(chǔ)系統(tǒng)、文檔數(shù)據(jù)庫(kù)、圖數(shù)據(jù)庫(kù)等。

Hbase是一個(gè)高可靠性、高性能、面向列、可伸縮的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，它不同于一般的有模式的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，Hbase存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)表是無(wú)模式的，特別適合結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣的半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。Hbase利用HDFS作為其文件存儲(chǔ)系統(tǒng)，可利用Map-Reduce技術(shù)來(lái)處理Hbase中的海量數(shù)據(jù)。

2.2.3 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

智能電網(wǎng)中很大一部分?jǐn)?shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，針對(duì)一些數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)應(yīng)用，傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)可能更適合，因此在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)也具有一定的應(yīng)用。基于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)如Oracle等構(gòu)建數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，開(kāi)展智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)的分析挖掘。

智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類繁多，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需要根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)選用適合的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式。數(shù)據(jù)管理也是智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的重要功能，從整體上對(duì)存儲(chǔ)在不同系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，并提供數(shù)據(jù)索引和查詢功能。