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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(lián)供系統(tǒng)，還將包括氫燃料電池和鋰動力電池等發(fā)儲一體化系統(tǒng)，具有負荷微量化和碎片化的趨勢

（1）多源數(shù)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(tǒng)內各類分布式能源的生產與消費數(shù)據，形成一個覆蓋微電網中所有節(jié)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(tǒng)“上網”。該技術融合了基于云計算的數(shù)據清洗技術，實現(xiàn)對多源數(shù)據采集過程中的錯誤、遺漏以及格式差異，進行規(guī)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(tài)在線監(jiān)測和電能質量測量等技術，只對數(shù)據進行傳感與量測，不做數(shù)據可靠性辨識。融合了云計算能力的先進傳感量測是以數(shù)據比對、數(shù)據測試，實時分析判斷數(shù)據量測準確性與可靠性，保障微電網智能管理的基礎數(shù)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(tǒng)保護、離并網高效切換、產需匹配尋優(yōu)和碳足跡跟蹤等各業(yè)務場景的實時數(shù)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(fā)的Hive數(shù)據倉庫系統(tǒng)。但是Hive對于索引的支持較弱，難以實現(xiàn)多緯度數(shù)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(qū)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(jiān)控和數(shù)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(tǒng)、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(xiàn)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(tǒng)接口、數(shù)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(fā)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(shù)據的技術體系。AMA是支持用戶互動并實現(xiàn)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(shù)據倉庫的重要一環(huán)，用戶從數(shù)據源中抽取出所需的數(shù)據，經過數(shù)據清洗，最終按照預先定義好的數(shù)據倉庫模型將數(shù)據加載到數(shù)據倉庫中去。這是貫通基于多種分布式能源的各類數(shù)據源，包括Oracle、SQLServer、Sybase、DB2和MySQL等，實現(xiàn)多源數(shù)據一致性并與微電網多能源業(yè)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(tǒng)設計

（1）云平臺系統(tǒng)架

根據數(shù)據的流向，設計系統(tǒng)分為四層架構：

①數(shù)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(shù)、光伏發(fā)電、儲能、制氫用氫和用電量等能源信息；

②數(shù)據傳輸層：主要把能源數(shù)據轉換成TCP/IP協(xié)議格式上傳至節(jié)能管理監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據庫服務器；

③數(shù)據處理存儲層及顯示：數(shù)據存儲層主要負責對能耗數(shù)據進行匯總、統(tǒng)計、分析、處理和存儲；

④數(shù)據展示層：主要對存儲層中的能耗數(shù)據進行展示和發(fā)布。

設計將采用基于Hadoop生態(tài)系統(tǒng)的大數(shù)據存儲和并行計算系統(tǒng)解決方案。

圖1面向分布式能源的智能微電網云平臺系統(tǒng)架構圖

（2）云平臺數(shù)據架構設計

該云平臺設計總的數(shù)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(shù)據的處理、分析和預測的要求，除了關系型數(shù)據庫以外，還考慮選擇非關系數(shù)據庫進行有力地補充。提高數(shù)據存儲的完整性和安全性，提高數(shù)據處理和分析的效率。

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

圖2平臺數(shù)據業(yè)務架構系統(tǒng)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(yōu)勢特點：

1）實時增量數(shù)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(yè)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(shù)據交換：在10個節(jié)點的大數(shù)據平臺內，4000萬記錄的數(shù)據交換不超過10min，3000萬記錄不超過6min。

4）高可靠性的大數(shù)據平臺：主控節(jié)點出現(xiàn)故障時，HA節(jié)點2s內完成漂移接管。

智能微電網云平臺系統(tǒng)的應用前景

開發(fā)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(shù)據、高并發(fā)、多進程及擁有自主開發(fā)的核心算法的大數(shù)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(shù)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(tǒng)將具有廣闊的應用空間。

智能微電網云平臺系統(tǒng)的建立和運行可以有效挖掘大型商業(yè)樓宇、學校、醫(yī)院和科技園區(qū)等各應用場景的用能異常、能耗漏洞，智能優(yōu)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(huán)境下，幫助建立起管理節(jié)能的模式，挖掘自身的節(jié)能潛力并結合技術節(jié)能措施，有效降低能源消耗和用能成本。該云平臺系統(tǒng)具有高效率、低成本、智能化和可復制等優(yōu)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。