李彩艳
国网甘肃省电力公司定西供电公司 甘肃 定西 743000
摘要：本文对基于大数据架构的综合能源监控系统平台技术开展研究，给出了数据的采集和传输、海量数据的建模和存储、数据监测和质量提升、数据共享交换流程机制等方面的关键技术应用方案。结合企业的业务服务拓展，提供了所研发的综合能源监控系统平台业务情况，为同类型的能源监控、能源分析、电网管理决策等系统研发提供借鉴。
关键词：大数据；综合能源；监控
1综合能源监控系统的需求分析和架构设计
1.1基于大数据架构的平台需求
综合能源监控系统平台以采集的各类能源数据为基础，进行统计分析，并提供节能策略和设备控制方案。所研发的系统需要考虑综合能源管理的理念、发展需求和管理机制，并充分考虑大数据情况下的系统平台建设特征。基于大数据架构的平台需求具有以下3个特征。
1）电力安全运行：大量分布式电源项目建设层出不穷，新型能源的并网发电对电网运行电能质量、安全稳定、电网规划、经济运行等造成了冲击，亟需具有面向客户电力运行的安全监管与协调控制手段。
2）商务模式创新：电力体制改革，以及以电力为主、兼顾冷热气多种能源的综合服务逐步成为区域性能源运营的主流趋势，未来面临着由单一生产供电体系向综合能源服务商转型的需求。
3）技术模式创新：能源互联网的发展需要充分考虑绿色能源的要求，构建以电为中心的灵活能源供应网络和智能调控手段，实现电、气、热等多类型能量流的转化、平衡与调控，推动综合能源的产消，以及能量和信息的互联互通。
1.2整体架构设计
电力供需互动服务平台基于云架构技术实现，考虑大数据的综合能源监控系统的整体架构如图1所示。为能源监控提供基础设施服务层、平台服务层和云服务层，所开发的平台以服务的形式提供软硬件资源和服务。用户不需要管控信息采集和数据分析设备，但可以通过平台系统设置和分析数据采集、存储和应用模式，并部署个性化的程序。所提供的服务在云计算基础设施上应用，包括能源监控、能源预测、能源交互、能源服务等。其中服务器实现数据的预处理、数据拆分和数据计算，客户端实现相关业务的展示和数据挖掘。
图1 考虑大数据的能源监控系统的整体架构
2大数据架构的平台建设关键技术
2.1数据的采集和传输
综合能源平台可以接入的数据包括供电/气/水/热等多能源介质的运行参数，通过安装多类型计量装置，实现智能配电终端与计量采集一体化、标准化统一接入，在营配末端实现数据融通和边缘智慧。电力数据是综合能源监控系统的核心，通过在0.4 k V和10 k V等配电线路的资产分界点安装该设备，可有效提升配电网供电可靠性，显著提升经济效益。
采用电压、电流互感器等设备，实现计量电能表以及终端馈线设备的可互换应用，支持线损分析和遥信、遥测、遥控等功能。电能表的通信方式包括有线、无线、载波等，其中有线通信包括RS-485、以太网和光纤等，无线通信包括无线数传电台通信、4G/5G等。在专用变压器采集终端，特别是附在电能表上的终端，将计量管理数据传输到电力公司的电力信息采集系统。配电自动化设备则基于总线连接计量电能表来抄读线路数据，并通过与远程主站通信，实现辅助远程主站实时获取数据。
2.2海量数据的建模和存储
传统的大数据存储技术容量约束及硬件设备等的故障会导致数据支持不可用。在数据存储系统进行升级时需要备份存储系统中的文件；当进行数据备份时，服务器可能会停止响应；更新设备也会导致系统重启或运行中断，以及系统安装时间较长等问题，进而对应用造成潜在影响。另外，在数据采集量不确定时，存储设备难以准确计算所需的存储空间，可能导致对容量空间大小误判或浪费。
SAN方式能够使用多种技术，使得系统间的数据备份、操作、文件转移和数据复制独立于应用服务器网络系统之外，极大提升了数据安全性能。终端通过传输控制协议（transmission control protocol,TCP）网络通道与服务器分离，并通过SAN等通道与存储设备连接，将数据在存储设备之间进行传输。与现有直接连接存储或网络连接存储方式相比，该方式具有容量大、可靠性高、传输速度快、可扩展性强、共享性强等优点。
2.3数据监测和质量提升
为了解决数据质量问题，需要对数据质量进行审查和评价，该过程涉及底层数据池提取、数据质量定义、数据质量审查、审查结果反馈4个步骤。其核心是数据质量修复，在已知数据质量标准的情况下进行，首要任务不是估计数据质量，而是进行数据清洗，包括数据一致性、数据无效值和缺失值的检查和修复等。其中参数检查阶段包括具体的修复方法和修复值，如重复数据删除时选择保留哪些数据，用特定的值替换异常数据等。数据转换阶段是通过标准化接口转换来执行的。由于监测流程和修复模型任务的不同，数据转换、目标计算以及辅助这3类功能的作用和关系也有所不同。
数据转换和目标计算函数是主要部分，通过多轮数据转换将数据转换为目标计算准备数据，并执行最终的目标值计算，辅助函数对两者进行辅助；在修复模型中，只有数据转换函数是主体，通过多轮数据转换对数据进行修复，最终生成修复后的数据。此时，由于数据质量目标不再需要计算，所以使用目标计算函数作为特征计算函数，计算数据中的相关统计数据，为数据转换提供指导。
2.4数据共享交换流程机制
综合能源的数据共享业务是监控系统高效应用的关键，除了依托先进、合理的框架之外，还需要通过完善的共享交换和数据通道发布流程来实现。能源数据的使用者通过账户登录数据共享平台和数据目录服务系统，根据业务职责搜索所需信息和各类数据资源。根据所选数据类别、保密情况进行划分，若是无条件共享数据，则数据需求者可以直接获取数据，并基于需求进行调用；若是有条件共享数据，可需要进行申请，数据需要通过平台管理的过滤或审核，必要时进行数据脱敏。对于敏感数据，共享交换管理模块需要通过调用权限来对数据进行控制，仅对批准的用户进行授权，使数据用户仅能对获得授权的数据进行检索和调用。在大数据管控服务引擎的驱动下，通过系统数据API接口，完成从信息资源提供者的业务系统到数据需求者之间的数据交换。数据共享平台会对数据管道所承载的交换任务进行监控，并将监控到的任务状态进行记录汇总分析。
3结语
为供能服务商、企业用户以及政府机构提供数据增值、信息增值和服务增值至关重要。本文给出了一种基于大数据架构的综合能源监控系统平台建设方案及关键技术，实现综合能源设备数据的监控、分析，有效提升了管理优化水平。该平台可以增加更为广泛的业务服务，推动基层数据价值提升，同时也能够支持对外服务模式的探索，以能源数据应用现状为依托，做好政府及社会侧能源服务支撑，以数据分析产品为成果，主动对接有能源改进需求的客户。
参考文献
[1]郇嘉嘉，曾诚玉，赵瑾，等．用户级综合能源仿真分析系统研究与开发[J]．电力系统保护与控制，2020,48(3):180-187.
[2]路致远，赵明宇，储毅，等．基于云计算的电动汽车运营服务平台设计[J]．华东电力，2013,41(1):152-156.
[3]汪振，何斌，杨彪，等．综合能源服务生态平台构建方法及架构[J]．电力需求侧管理，2019,21(4):77-82.