智能電網信息系統體系與關鍵技術分析論文
一、智能電網簡述
伴隨著市場的需求不斷加深、信息技術與通信技術的不斷發展,尤其是互聯網技術與應用的不斷普及,對電力的需求與供給也提出了更快更有效率更能反映市場價值的要求。智能電網的出現,利用高效的信息技術與通信技術,綜合展現、處理、分析與管理各位生產與運營數據,將不同時間不同地點不同類型的情況匯聚到一起。智能電網綜合了最新發展的通信與信息技術,在智能生產系統、智能管理系統、智能保護系統、智能通信系統等多個信息系統的支撐下完成電力生產活動,并能夠形成一個統一的數據資源池,將電能生產、傳輸、供電、銷售等各個環節的信息融合在一起,也就將電能的供給與消費全過程呈現出來。在當今互聯網時代下,智能電網也是在利用“互聯網+”技術與模式,為電網生產與運營實現更加智能化與高效化打下了堅實的基礎。
智能電網的出現與發展是信息與通信技術在電網生產運營方面的一個集中而深度的體現,智能電網利用不斷發展的信息技術,將所有不同環節不同時間不同性質的電能生產與經營環節通過數據化的方式呈現出來,能夠讓經營者進行集中分析與處理,更準確、更高效、更科學合理的安排電網的生產與經營活動。在英美等發達國家,智能電網已經在一些地方開始推行并發展起來,從企業到用戶,都能更精準的通過數據來了解電網的運行情況與用電信息,推動企業合理有效的使用資源來獲得更好的效益。信息系統是支撐智能電網的重要內容。一方面,信息系統是各類監控采集數據的匯總點,也是分析處理的重要手段,能夠合理有效的反映生產運行情況,并且輔助支持相關人員做好處理工作;另一方面,信息系統之間相互關聯,將原有較難同步的信息實現快速有效的合理關聯,將生產與經營的各個環節融合成一個整體,實現平臺化、數據化、智能化。
“互聯網+”的提出,對智能電網發展提出了新的變革。在互聯網時代下,傳統方式對電能供給與需求的處理越來越力不從心。結合各類信息系統,才能更有效的分享信息、處理數據、監控問題、調度資源從而獲取更好的效益。
這些突出的特點,使得“互聯網+”條件下的智能電網能夠滿足更好的企業生產與經營需求,更龐大的信息存儲體系和更多樣的業務發展要求,互聯網時代下,給用戶提供更全面、更優質、更快捷的優質服務。
1)提供更全面更準確的信息:由于有了各類信息系統提供的各項保障,一個統一有效的數據資源池成為了可能,大量的數據作為信息可以提供以作生產與經營分析所需。
2)提供更快速更高效的處理過程:信息數據的普及以及數據處理技術本身的高效率,使得生產運行方式和營銷管理能夠得到更快更準確的響應,確保用戶能夠更高效的獲得結果。
3)提供更多樣化的服務:有了IT 技術的高效支持,不僅能夠通過傳統的電話與上門服務,還能夠通過網廳、微信、APP 等多種渠道多種支付方式為客戶提供服務。
4)提供更全面的服務使用體驗:“互聯網+”下的發展,使得一些原本必須由寬帶、光纖等固網接入享受的服務在移動終端上成為可能,為現場作業人員提供了更高效的移動終端接入與查詢,便于在外場的工作。
二、智能電網下的信息系統體系
智能電網的發展,既依賴于信息系統的支撐,也推動了信息系統的建設。電網企業對信息系統的傳統分類,一般是分為生產、管理兩個大區來進行。在智能電網的發展下,信息系統從發電、輸電、配電、電力保護、市場營銷、通訊保障、企業管理等各方面進行了支撐與發展,同時,信息系統彼此之間的鴻溝不再明顯,數據之間的交互、系統相互之間的影響也越來越大。
智能生產系統:生產系統,在美國等地也稱為基礎設施系統(Infrastructure System),主要是面向發電、輸電、配電、配電和售電的以支撐電網企業主要生產經營活動的信息系統,體現了電能從生產到消費的全過程。利用傳感器、無線數據采集器等終端感應與采集裝置,實現對主網、配網各個環節的設備以及節點全方位系統化的監控與數據采集,全景式的展現電能從生產到傳輸的過程;同時,在供電與售電側,結合智能電表、計量計費系統,能夠實現對供電可靠性、售電量與售電信息的全過程數據化管理。
智能管理系統:主要面向企業內部,實現對人力資源、財務、物資采購、資產設備等的管理,利用管理信息系統(MIS),實現資產設備的賬、卡、物一致,結合生產系統反饋的需求,建立物資采購的電子化,并且能夠將人、財等結合在一起,實現對企業內部資源統一調配管理,支撐電網生產運行與企業經營。
智能保護系統:電網企業與其他一般工業企業不同之處,在于對電力設施以及供電可靠性有著很高的要求,這就使得在一次系統上還要有很強大的二次系統。智能電網的領域,也將這類系統歸為保護系統,利用數據監測、人工智能(Artificial Intelligence)以及機器學習(Machine Learning)等技術,實現繼保、潮流分析等的自動化,實現對運行方式數據化從而更加精準有效的進行管理,實現對電網的可靠運行進行精細的量化。
智能通信系統:智能信息系統不能成為一個“孤島”,大量的數據與信息傳輸、交互和同步都需要有強大的通信系統進行支撐,通過4G(LTE、MIMO、OFDM)等技術,結合電網無線專用網的建設,通過WDM 等光纖技術,進一步的實現對海量數據的傳輸與共享。同時在傳統網絡的基礎上,結合軟件自定義網絡(Software Defined Network)和網絡互聯互通技術(BGP 等),實現對數據平面與控制平面的分離管理,加強了通信本身的智能化。
以上所述是智能電網信息系統的主要分類,他們既作為一個方面的支撐,又相互關聯。智能電網正是由各類的信息系統相結合來支撐實現智能化的。
三、智能電網中的關鍵信息技術分析
我們可以看到,智能電網的發展有賴于信息系統的支撐,信息系統的建設與發展又由不同的技術在推動,一系列關鍵新技術的應用也推動了智能電網的.發展。
云計算與虛擬化:近些年云計算的發展使得IT 系統的應用更加靈活與快捷,也提高了IT 資源的利用率。云計算的核心是虛擬化,一般分為計算虛擬化(包括x86virtualization)、存儲虛擬化和網絡虛擬化。利用計算虛擬化,很好的提到了對單一服務器的資源使用,使得系統部署更加靈活,訪問更加便捷,管理更加直觀有效;利用存儲虛擬化,不僅能夠做到系統有效備份,還有動態優化備份結構與策略(包括邏輯機架等功能),提高存儲資源利用率;利用網絡虛擬化,不僅能管理傳統物理網絡,還能管理物理機內部每個系統的虛擬機網絡情況,能夠將監控、流量優化、ACL 策略等深入到每個系統的節點,做到全方位無遺漏。
大數據與商業智能:電網企業從生產、營銷到企業管理,都產生了大量的數據,是大數據應用的天然沃土。利用Spark 內存計算等技術,能夠有效的提升信息系統分析數據、處理數據的能力,能夠為生產經營的各項活動提供有效的數據支撐,提升營銷精準度,降低故障對業務的影響度;利用HBase 以及相關NoSQL 存儲技術,能夠把視頻、圖片等非關系型數據進行存儲,分析,能夠提升營業廳、變電站等生產經營場所的安全保障力度,能夠更好地結合數據分析技術,實現對海量數據不遺失的進行處理。
傳感器與集群技術:智能電網的智能化,主要體現在了發現數據、傳輸數據和處理數據。利用有線和無線傳感器,能夠將變壓器、接頭、傳輸線路等關鍵設備的運行狀態數據進行有效傳輸,以提供系統進行分析。信息系統可以利用集群技術,以應對高并發(比如數據庫的RAC、網絡層面的LVS 等)和高可用的情形(比如操作系統層面的RHCS 等),此外,信息系統自身也可復用應用節點,利用keepalived 等相關方式,實現節點之間在進程級別的高可用與高并發的處理。
信息安全技術:智能電網對信息系統的要求很高,從電網生產經營活動出發,對信息系統的應用與數據安全要求也很高。安全是一個體系。信息系統不僅在網絡方面利用防火墻、入侵檢測等工具與技術,也會在操作系統、數據庫等層面開展防護工作。同時,利用PKI 等,也可以進一步對終端的使用進行安全管理與審計。利用信息安全審計系統中的Agent 與探針方式,也可以全面無遺漏的對信息系統進行保護。
智能電網中涉及的通信與信息技術十分廣泛,也正是這些關鍵技術的涌現與不斷發展,促使了智能電網向更高效、更智能、更可靠的方向不斷發展。
四、總結
隨著信息技術與通信技術的發展,工業智能化與自動化的程度越來越高,智能電網的出現,正是將傳統電網生產管理活動與信息通信技術相融合,用IT 技術手段提升電網生產、管理、監控、保障等全方位的效率,提升各環節與活動之間的信息互通,在互聯網時代的條件下,實現電網生產與經營的高效與可靠。本文在介紹智能電網發展的基礎上,從信息系統結合電網生產經營活動的角度入手,分析智能電網建設下的信息系統體系建設,并就主要的關鍵IT 技術進行分析,探索智能電網的發展趨勢。
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