楊  斌1，楊濟(jì)海2

　?。?．國家電網(wǎng)公司，北京100031；2.國網(wǎng)江西省電力公司信息通信分公司，江西 南昌330077）

　　摘  要： 電力通信網(wǎng)是電力系統(tǒng)的專用支撐網(wǎng)，電力通信網(wǎng)本身的智能化、自動(dòng)化和管理水平?jīng)Q定了其對電網(wǎng)業(yè)務(wù)的支撐能力，是智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)能否真正實(shí)現(xiàn)并產(chǎn)生社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。通過對電網(wǎng)通信的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，論證了開展大數(shù)據(jù)研究的可行性和必要性，提出了資源實(shí)體、支撐能力、管理提升、系統(tǒng)提升、數(shù)據(jù)可視化五個(gè)應(yīng)用方向。舉例說明了如何針對電網(wǎng)通信的需求進(jìn)行“按需選法”將大數(shù)據(jù)成果與實(shí)踐相結(jié)合，分析了電網(wǎng)通信在應(yīng)用大數(shù)據(jù)后，如何實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)的支撐能力提升和電網(wǎng)業(yè)務(wù)可靠性提升，如何通過數(shù)據(jù)價(jià)值為電網(wǎng)企業(yè)創(chuàng)造效益。

　　關(guān)鍵詞： 大數(shù)據(jù)；電力；通信

0 引言

　　在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，以大數(shù)據(jù)為代表的新一代信息通信技術(shù)已經(jīng)深度融合于各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域中。智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)的核心特征就是網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)、廣泛互聯(lián)、高度智能和開放互動(dòng)，電網(wǎng)技術(shù)和信息通信技術(shù)的全面融合，是推動(dòng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的根本動(dòng)力。電力系統(tǒng)的專用支撐網(wǎng)——電力通信網(wǎng)本身的智能化、自動(dòng)化和管理水平?jīng)Q定了其對電網(wǎng)業(yè)務(wù)的支撐能力，是智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)能否真正實(shí)現(xiàn)并產(chǎn)生社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。目前國內(nèi)外針對能源互聯(lián)網(wǎng)和電力系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)研究已經(jīng)全面開展起來，但是對于電網(wǎng)通信的大數(shù)據(jù)卻尚未有公開的研究成果。隨著電力通信網(wǎng)信息化程度的不斷加深，通信管理、設(shè)備運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等方面的海量數(shù)據(jù)已經(jīng)逐步積累下來，其中蘊(yùn)藏了巨大的價(jià)值亟待發(fā)掘，將大數(shù)據(jù)應(yīng)用于電網(wǎng)通信迫在眉睫。

1 現(xiàn)狀

　　大數(shù)據(jù)具有體量大、結(jié)構(gòu)多樣、時(shí)效強(qiáng)等特征，其數(shù)據(jù)量巨大到無法通過人工在合理時(shí)間內(nèi)處理并提取出適合人解讀的信息。大數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)必須采用新型計(jì)算架構(gòu)和智能算法，在應(yīng)用層面則強(qiáng)調(diào)以新的理念驅(qū)動(dòng)輔助決策和發(fā)現(xiàn)新的知識(shí)。

　　國內(nèi)外的大型企業(yè)都已經(jīng)在全面開展大數(shù)據(jù)研究，向數(shù)據(jù)要效率，向數(shù)據(jù)要效益。要滿足電力數(shù)據(jù)飛速增長，滿足電力工業(yè)發(fā)展的需要，必須要依靠高性能計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)可視化等多種學(xué)科知識(shí)，電力系統(tǒng)必須提前、主動(dòng)、全面開展數(shù)據(jù)分析和挖掘。

　　隨著國家電網(wǎng)公司“三集五大”體系的深入發(fā)展，堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)迅猛，企業(yè)信息化工作全面推進(jìn)。作為智能電網(wǎng)重要支撐的電力專用通信網(wǎng)絡(luò)通過三年的跑步前進(jìn)邁入了信息化管理階段，建成了一套總部和省公司“兩級(jí)部署“，總部、分部、省公司、市縣公司“四級(jí)應(yīng)用”的通信管理系統(tǒng)“SG-TMS”。通過標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化的項(xiàng)目建設(shè)以及對系統(tǒng)實(shí)用化的大力推進(jìn)，“SG-TMS”已經(jīng)深度融入數(shù)萬電力通信專業(yè)人員的日常工作中，并且全面采集了數(shù)萬臺(tái)設(shè)備幾年來的建設(shè)、運(yùn)行、管理數(shù)據(jù)，積累下來的海量電力通信數(shù)據(jù)和眾多外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)、公共數(shù)據(jù)一同形成了開展大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。

2 應(yīng)用方向分析

　　開展電力通信網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用，不能僅僅只關(guān)注通信網(wǎng)本身，而應(yīng)著眼于通信網(wǎng)如何支撐智能電網(wǎng)乃至能源互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)。能源互聯(lián)網(wǎng)是以電力系統(tǒng)為核心，以信息通信技術(shù)和新能源發(fā)電等技術(shù)為基礎(chǔ)的復(fù)雜多網(wǎng)流系統(tǒng)，其中通信技術(shù)起到了支撐能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨平臺(tái)數(shù)據(jù)交互的作用，是能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)分布式、開放性等關(guān)鍵特征的基礎(chǔ)，電網(wǎng)通信的大數(shù)據(jù)必須把提升對電力系統(tǒng)的支撐能力、滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的新需求作為核心出發(fā)點(diǎn)開展工作。開展電力通信網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用，也不能僅僅只是針對數(shù)據(jù)本身進(jìn)行計(jì)算分析統(tǒng)計(jì)，而是要以問題為導(dǎo)向，通過挖掘潛在規(guī)律，全面指導(dǎo)設(shè)備運(yùn)行、業(yè)務(wù)支撐、專業(yè)管理、系統(tǒng)提升等多個(gè)方面工作；通過數(shù)據(jù)可視化，將決策者、管理者乃至最基層的工作人員需要了解的有價(jià)值信息呈現(xiàn)在他們面前。同時(shí)要避免僅依托某個(gè)系統(tǒng)或者某個(gè)單一數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，必須要考慮多方外部數(shù)據(jù)的引入，只有將多源的數(shù)據(jù)進(jìn)行碰撞，才可以進(jìn)一步開拓新的分析維度、放大數(shù)據(jù)的價(jià)值和能量，最大限度提升企業(yè)效益。具體在數(shù)據(jù)分析時(shí)可以考慮從以下五個(gè)方向著手：

　　（1）資源實(shí)體分析

　　綜合分析各類設(shè)備、設(shè)施的狀態(tài)和各類影響因子的關(guān)聯(lián)關(guān)系，發(fā)掘其中的隱藏規(guī)律。例如分析設(shè)備故障的發(fā)生和品牌、型號(hào)、地域、氣候、機(jī)房環(huán)境、運(yùn)維人員素質(zhì)、維護(hù)頻度之間的關(guān)系，可以指導(dǎo)采購、運(yùn)維人員配置和運(yùn)維措施的制定。甚至可以根據(jù)外部條件的變化情況預(yù)測設(shè)備故障發(fā)生的趨勢，在故障出現(xiàn)之前提前開展檢修消弭隱患。

　?。?）支撐能力分析

　　全量分析各類電網(wǎng)業(yè)務(wù)特征、業(yè)務(wù)狀態(tài)，可以分析出網(wǎng)絡(luò)瓶頸指導(dǎo)電力通信網(wǎng)的擴(kuò)容改造關(guān)鍵點(diǎn)，基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢并進(jìn)行業(yè)務(wù)需求預(yù)測可以將指導(dǎo)規(guī)劃建設(shè)，縮短項(xiàng)目籌備周期，可以使企業(yè)投資更加精準(zhǔn)高效，提升投資產(chǎn)生的效益。

　　根據(jù)業(yè)務(wù)特征計(jì)算業(yè)務(wù)可靠性，根據(jù)歷史發(fā)生的所有缺陷、故障影響的業(yè)務(wù)情況總結(jié)提煉出業(yè)務(wù)方式的最佳安排規(guī)則，例如宏觀上可以獲取繼電保護(hù)業(yè)務(wù)經(jīng)過站點(diǎn)數(shù)小于多少個(gè)的情況下最為可靠，業(yè)務(wù)安全性是否有和下級(jí)通信網(wǎng)承載上級(jí)業(yè)務(wù)有關(guān)聯(lián)；細(xì)節(jié)上可以根據(jù)經(jīng)過設(shè)備、纜路的多少及其運(yùn)行狀態(tài)，是否配置了迂回路由等條件在方式開通時(shí)就計(jì)算出每條業(yè)務(wù)的可靠性，并且實(shí)時(shí)監(jiān)控業(yè)務(wù)可靠性的變化狀態(tài)，在檢修、故障、方式調(diào)整等情況下導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，及時(shí)預(yù)警業(yè)務(wù)可靠性下降的風(fēng)險(xiǎn)。

　?。?）管理提升

　　智能電網(wǎng)通信的信息化管理系統(tǒng)中已經(jīng)積累了大量檢修數(shù)據(jù)、方式數(shù)據(jù)、運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)，其中既有規(guī)范的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)如檢修類型、執(zhí)行日期等，也有很多類似運(yùn)行記錄一類的半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，還有很多類似路由方式描述、“三措一案”文檔、圖片等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。通過對這些過程和結(jié)論數(shù)據(jù)的深入分析與挖掘，可以總結(jié)出管理規(guī)律，對現(xiàn)有的制度和管理方式進(jìn)行優(yōu)化和合理安排。還可以通過大數(shù)據(jù)手段實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行方式、“三措一案”等流程化工作的機(jī)器自動(dòng)初審、對工作記錄的自動(dòng)輔助糾錯(cuò)補(bǔ)缺等智能化功能，降低管理人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提升方式、檢修審批效率和記錄規(guī)范性。

　?。?）系統(tǒng)提升

　　在功能實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化方面，通過部署用戶行為分析功能分析用戶行為，記錄和分析不同身份用戶的操作軌跡和功能使用集中度，實(shí)現(xiàn)對不同角色用戶的操作界面優(yōu)化定制，將每個(gè)用戶最關(guān)心和使用頻率最高的功能放置在最容易觀察和操作的位置，并且指導(dǎo)系統(tǒng)的操作編排策略，調(diào)整菜單位置和界面，提升友好性。

　　在數(shù)據(jù)質(zhì)量方面針對目前的海量存量數(shù)據(jù)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)，自動(dòng)聯(lián)想的功能提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，不僅僅是糾正數(shù)據(jù)格式層面的簡單錯(cuò)誤，而是從邏輯分析的角度進(jìn)行糾錯(cuò)，將需要投入大量人力時(shí)間都無法完全完成的工作，交由機(jī)器完成。

　　目前電網(wǎng)通信的信息化管理系統(tǒng)，主要通過北向接口數(shù)據(jù)采集、用戶人工錄入、資源業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)等手段錄入數(shù)據(jù)，需要投入大量的人工勞動(dòng)。通過大數(shù)據(jù)的方式總結(jié)關(guān)聯(lián)和錄入規(guī)律，實(shí)現(xiàn)輔助錄入、自動(dòng)錄入和錄入糾錯(cuò)功能，能夠提高人工效率并極大地提高整個(gè)電網(wǎng)通信信息化數(shù)據(jù)質(zhì)量。

　?。?）數(shù)據(jù)可視化

　　通過數(shù)據(jù)可視化采用基于層次、基于圖形、基于幾何投影等不同展現(xiàn)方式，將原始數(shù)據(jù)中不容易被察覺的數(shù)據(jù)聯(lián)系呈現(xiàn)在不同角色面前?？梢宰寷Q策者獲得宏觀上有價(jià)值的趨勢性數(shù)據(jù)，也可以讓監(jiān)視管理人員發(fā)現(xiàn)資源實(shí)體或者業(yè)務(wù)支撐層面發(fā)生的微小變化。

　　也可以通過設(shè)置監(jiān)控大廳，對大數(shù)據(jù)提煉出來的信息進(jìn)行7×24小時(shí)監(jiān)測，全面跟蹤電網(wǎng)業(yè)務(wù)及通信的運(yùn)行狀態(tài)和發(fā)展趨勢，及時(shí)響應(yīng)出現(xiàn)的異動(dòng)，通過電力通信網(wǎng)成熟的分級(jí)調(diào)度體系，迅速調(diào)集優(yōu)勢力量消除隱患、改善運(yùn)行狀態(tài)，將風(fēng)險(xiǎn)防范于未然。

3 技術(shù)選擇及場景分析

　　開展電網(wǎng)通信的大數(shù)據(jù)工作不但要完成描述性任務(wù)展示當(dāng)前狀態(tài)，也要充分考慮預(yù)測性任務(wù)指導(dǎo)遠(yuǎn)期工作，這就需要綜合運(yùn)用多種技術(shù)和算法。在技術(shù)選擇時(shí)應(yīng)遵循“按需選法”的原則，即從實(shí)際需求出發(fā)，先確定要展示和呈現(xiàn)的內(nèi)容，預(yù)設(shè)要達(dá)到的效果，再選擇合適的提煉方式和算法，只有這樣才能確保數(shù)據(jù)挖掘的成果與實(shí)踐相結(jié)合，并為電網(wǎng)所用。下面介紹一些可以應(yīng)用于智能電網(wǎng)通信管理數(shù)據(jù)挖掘的技術(shù)及可能應(yīng)用的場景。

　　（1）數(shù)據(jù)特征化

　　使用數(shù)據(jù)特征化（Data characterization）技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)類數(shù)據(jù)的一般特性的匯總，并輸出多維表或者廣義關(guān)系規(guī)則。

　　例如通過對通信光纜占用率、設(shè)備帶寬占用率和槽位占用率等不同的數(shù)據(jù)特征來組織數(shù)據(jù)并進(jìn)行維度挖掘，通過將資源按占用高低進(jìn)行分析和展示，再采用OLAP的方法進(jìn)行上卷或者下鉆，最終可以發(fā)現(xiàn)占用率高的光纜和設(shè)備有所屬站點(diǎn)電壓等級(jí)高、電網(wǎng)出線方向多、光纜跨距長等特征，此結(jié)論可應(yīng)用于指導(dǎo)后期的光纜建設(shè)中，針對有上述特征的光纜加大建設(shè)容量。在應(yīng)用大數(shù)據(jù)的方法之前，因?yàn)闊o法通過人力對百萬公里級(jí)數(shù)的光纜進(jìn)行深度分析并且提煉規(guī)律，在配置光纜容量的過程中更多的是依靠典型配置、估算等方法。

　?。?）挖掘頻繁模式

　　頻繁模式（Frequent  pattern）是數(shù)據(jù)中頻繁出現(xiàn)的模式，主要用于挖掘數(shù)據(jù)中的關(guān)聯(lián)和相關(guān)性。

　　在需要尋找設(shè)備故障、檢修頻率、承載業(yè)務(wù)、運(yùn)行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等多影響因子之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系時(shí)，可以通過Apriori算法發(fā)現(xiàn)頻繁項(xiàng)集、設(shè)置多維關(guān)聯(lián)規(guī)則尋找數(shù)據(jù)規(guī)律。通過貝葉斯定理提供的預(yù)測算法，預(yù)測網(wǎng)絡(luò)中每一臺(tái)設(shè)備、纜路可能發(fā)生故障的概率，或者分析網(wǎng)絡(luò)上每一個(gè)操作或者每一個(gè)對象的故障會(huì)造成的影響，進(jìn)而分析整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性和對電網(wǎng)業(yè)務(wù)的支撐能力。

　?。?）離群點(diǎn)分析

　　離群點(diǎn)(Outlier)是指數(shù)據(jù)集中可能包含一些數(shù)據(jù)對象，它們與數(shù)據(jù)的一般行為或模型不一致，這些數(shù)據(jù)就是離群點(diǎn)。在驗(yàn)證數(shù)據(jù)有效性并開展AI輔助糾錯(cuò)時(shí)需要進(jìn)行離群點(diǎn)分析。

　　例如對光纜芯數(shù)組成進(jìn)行離群點(diǎn)分析，可以發(fā)現(xiàn)在除了常用的12、24、36、48等芯數(shù)的光纜之外，還會(huì)存在有極少數(shù)的11、13、25等芯數(shù)的光纜，這些組成方式在現(xiàn)實(shí)中是不可能存在的，可以判斷為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，在統(tǒng)計(jì)計(jì)算中需要剔除其影響，并且可以進(jìn)一步從錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的其他維度進(jìn)行OLAP下鉆并進(jìn)行特征對比和關(guān)聯(lián)性分析，選擇可能性最大的原因嘗試進(jìn)行修正。比如把11、13修正成12，25修正成24等，當(dāng)然這種修正并不是簡單的數(shù)據(jù)分檔歸一化，而要在海量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上應(yīng)用分類、預(yù)測和回歸等技術(shù)，涉及到許多復(fù)雜的算法。

　?。?）聚類分析

　　聚類分析（Clustering）是根據(jù)最大的相似程度、最小的類間相似程度的原則進(jìn)行聚類或者分組。我們在進(jìn)行業(yè)務(wù)分析預(yù)測時(shí)，可以將起點(diǎn)、終點(diǎn)、路徑、速率各不相同的海量調(diào)度生產(chǎn)業(yè)務(wù)、經(jīng)營管理業(yè)務(wù)進(jìn)行聚類分析，最終從業(yè)務(wù)類型、等級(jí)等方面等得出各類業(yè)務(wù)在帶寬占用、路徑占用等方面的特征，從而獲取業(yè)務(wù)量、增長量并預(yù)測帶寬需求發(fā)展趨勢。這些信息可以從宏觀上指導(dǎo)智能電網(wǎng)專用通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和改造方向。

　　通過將涉及電網(wǎng)繼電保護(hù)、安全穩(wěn)定控制、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)等重要生產(chǎn)業(yè)務(wù)的歷史故障和缺陷情況進(jìn)行概率層次聚類分析，發(fā)掘出風(fēng)險(xiǎn)關(guān)聯(lián)性，找到共性規(guī)律和通用薄弱環(huán)節(jié)，制定相應(yīng)的對策和防范措施提升電網(wǎng)業(yè)務(wù)的可靠性，預(yù)測并在故障和缺陷發(fā)生之前進(jìn)行加固和防護(hù)，大幅度提高電網(wǎng)業(yè)務(wù)的安全運(yùn)行水平。

4 結(jié)語

　　通過將大數(shù)據(jù)應(yīng)用于電網(wǎng)通信，可以構(gòu)建數(shù)據(jù)價(jià)值支撐電網(wǎng)通信的管理框架，組建開放式的電網(wǎng)通信數(shù)據(jù)價(jià)值管理體系，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)業(yè)務(wù)和通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢的分析預(yù)測，自動(dòng)預(yù)判瓶頸和故障，機(jī)器學(xué)習(xí)，AI輔助工作等智能化功能。可以結(jié)合不同類型電網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展和運(yùn)行情況，總結(jié)提煉出隱藏規(guī)律，更有針對性地指導(dǎo)項(xiàng)目建設(shè)、改造、大修和設(shè)備選型的開展，在方式安排、方案設(shè)計(jì)上的切入點(diǎn)將更加精準(zhǔn)，并大幅度提高電網(wǎng)的投資利用率。

　　大數(shù)據(jù)帶來的更加豐富的管理手段，將促進(jìn)電網(wǎng)通信運(yùn)行水平和管理效率的提高，為能源互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)打下堅(jiān)實(shí)的新型體系支撐、實(shí)體網(wǎng)絡(luò)支撐和通信技術(shù)支撐基礎(chǔ)，在進(jìn)一步提升電網(wǎng)安全預(yù)控水平和供電可靠性的同時(shí)，帶來巨大的社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

　　[1] Han Jiawei，Micheline Kamber，Jian Pei.數(shù)據(jù)挖掘與技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

　　[2] 王繼業(yè)，郭經(jīng)紅，曹軍威，等.能源互聯(lián)網(wǎng)信息通信關(guān)鍵技術(shù)綜述[J].智能電網(wǎng)，2015(06).

　　[3] 陳星鶯，張曉花，瞿峰，等.數(shù)據(jù)挖掘在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用綜述[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2007(03).

　　[4] 程學(xué)旗，靳小龍，王元卓，等.大數(shù)據(jù)系統(tǒng)和分析技術(shù)綜述[J].軟件學(xué)報(bào)，2014(09).

　　[5] 米允龍，米春橋，劉文奇.海量數(shù)據(jù)挖掘過程相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)與探索，2015(06).

　　[6] 張東霞，苗新，劉麗平，等.智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015(01).

　　[7] 董朝陽，趙俊華，文福拴，等.從智能電網(wǎng)到能源互聯(lián)網(wǎng)：基本概念與研究框架[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014(15).

　　[8] 孟小峰，慈祥.大數(shù)據(jù)管理：概念、技術(shù)與挑戰(zhàn)[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2013(01).

　　[9] 曹孝元，胡威，陳亮，等.建設(shè)大數(shù)據(jù)時(shí)代的透明電力通信網(wǎng)[J].電力信息化，2012(10).