楊  斌1，楊濟海2

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

　　摘  要： 電力通信網是電力系統(tǒng)的專用支撐網，電力通信網本身的智能化、自動化和管理水平決定了其對電網業(yè)務的支撐能力，是智能電網、能源互聯(lián)網能否真正實現(xiàn)并產生社會和經濟效益的關鍵。通過對電網通信的現(xiàn)狀進行分析，論證了開展大數(shù)據研究的可行性和必要性，提出了資源實體、支撐能力、管理提升、系統(tǒng)提升、數(shù)據可視化五個應用方向。舉例說明了如何針對電網通信的需求進行“按需選法”將大數(shù)據成果與實踐相結合，分析了電網通信在應用大數(shù)據后，如何實現(xiàn)通信網的支撐能力提升和電網業(yè)務可靠性提升，如何通過數(shù)據價值為電網企業(yè)創(chuàng)造效益。

　　關鍵詞： 大數(shù)據；電力；通信

0 引言

　　在“互聯(lián)網+”時代，以大數(shù)據為代表的新一代信息通信技術已經深度融合于各個專業(yè)領域中。智能電網、能源互聯(lián)網的核心特征就是網架堅強、廣泛互聯(lián)、高度智能和開放互動，電網技術和信息通信技術的全面融合，是推動電網向能源互聯(lián)網發(fā)展的根本動力。電力系統(tǒng)的專用支撐網——電力通信網本身的智能化、自動化和管理水平決定了其對電網業(yè)務的支撐能力，是智能電網、能源互聯(lián)網能否真正實現(xiàn)并產生社會和經濟效益的關鍵。目前國內外針對能源互聯(lián)網和電力系統(tǒng)的大數(shù)據研究已經全面開展起來，但是對于電網通信的大數(shù)據卻尚未有公開的研究成果。隨著電力通信網信息化程度的不斷加深，通信管理、設備運行、網絡建設等方面的海量數(shù)據已經逐步積累下來，其中蘊藏了巨大的價值亟待發(fā)掘，將大數(shù)據應用于電網通信迫在眉睫。

1 現(xiàn)狀

　　大數(shù)據具有體量大、結構多樣、時效強等特征，其數(shù)據量巨大到無法通過人工在合理時間內處理并提取出適合人解讀的信息。大數(shù)據的實現(xiàn)必須采用新型計算架構和智能算法，在應用層面則強調以新的理念驅動輔助決策和發(fā)現(xiàn)新的知識。

　　國內外的大型企業(yè)都已經在全面開展大數(shù)據研究，向數(shù)據要效率，向數(shù)據要效益。要滿足電力數(shù)據飛速增長，滿足電力工業(yè)發(fā)展的需要，必須要依靠高性能計算、數(shù)據挖掘、統(tǒng)計分析、數(shù)據可視化等多種學科知識，電力系統(tǒng)必須提前、主動、全面開展數(shù)據分析和挖掘。

　　隨著國家電網公司“三集五大”體系的深入發(fā)展，堅強智能電網建設迅猛，企業(yè)信息化工作全面推進。作為智能電網重要支撐的電力專用通信網絡通過三年的跑步前進邁入了信息化管理階段，建成了一套總部和省公司“兩級部署“，總部、分部、省公司、市縣公司“四級應用”的通信管理系統(tǒng)“SG-TMS”。通過標準化規(guī)范化的項目建設以及對系統(tǒng)實用化的大力推進，“SG-TMS”已經深度融入數(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)萬臺設備幾年來的建設、運行、管理數(shù)據，積累下來的海量電力通信數(shù)據和眾多外部系統(tǒng)數(shù)據、公共數(shù)據一同形成了開展大數(shù)據分析的基礎。

2 應用方向分析

　　開展電力通信網大數(shù)據應用，不能僅僅只關注通信網本身，而應著眼于通信網如何支撐智能電網乃至能源互聯(lián)網的實現(xiàn)。能源互聯(lián)網是以電力系統(tǒng)為核心，以信息通信技術和新能源發(fā)電等技術為基礎的復雜多網流系統(tǒng)，其中通信技術起到了支撐能源互聯(lián)網實現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨平臺數(shù)據交互的作用，是能源互聯(lián)網實現(xiàn)分布式、開放性等關鍵特征的基礎，電網通信的大數(shù)據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)點開展工作。開展電力通信網大數(shù)據應用，也不能僅僅只是針對數(shù)據本身進行計算分析統(tǒng)計，而是要以問題為導向，通過挖掘潛在規(guī)律，全面指導設備運行、業(yè)務支撐、專業(yè)管理、系統(tǒng)提升等多個方面工作；通過數(shù)據可視化，將決策者、管理者乃至最基層的工作人員需要了解的有價值信息呈現(xiàn)在他們面前。同時要避免僅依托某個系統(tǒng)或者某個單一數(shù)據源的數(shù)據，必須要考慮多方外部數(shù)據的引入，只有將多源的數(shù)據進行碰撞，才可以進一步開拓新的分析維度、放大數(shù)據的價值和能量，最大限度提升企業(yè)效益。具體在數(shù)據分析時可以考慮從以下五個方向著手：

　?。?）資源實體分析

　　綜合分析各類設備、設施的狀態(tài)和各類影響因子的關聯(lián)關系，發(fā)掘其中的隱藏規(guī)律。例如分析設備故障的發(fā)生和品牌、型號、地域、氣候、機房環(huán)境、運維人員素質、維護頻度之間的關系，可以指導采購、運維人員配置和運維措施的制定。甚至可以根據外部條件的變化情況預測設備故障發(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

　　全量分析各類電網業(yè)務特征、業(yè)務狀態(tài)，可以分析出網絡瓶頸指導電力通信網的擴容改造關鍵點，基于現(xiàn)有數(shù)據實時分析業(yè)務發(fā)展趨勢并進行業(yè)務需求預測可以將指導規(guī)劃建設，縮短項目籌備周期，可以使企業(yè)投資更加精準高效，提升投資產生的效益。

　　根據業(yè)務特征計算業(yè)務可靠性，根據歷史發(fā)生的所有缺陷、故障影響的業(yè)務情況總結提煉出業(yè)務方式的最佳安排規(guī)則，例如宏觀上可以獲取繼電保護業(yè)務經過站點數(shù)小于多少個的情況下最為可靠，業(yè)務安全性是否有和下級通信網承載上級業(yè)務有關聯(lián)；細節(jié)上可以根據經過設備、纜路的多少及其運行狀態(tài)，是否配置了迂回路由等條件在方式開通時就計算出每條業(yè)務的可靠性，并且實時監(jiān)控業(yè)務可靠性的變化狀態(tài)，在檢修、故障、方式調整等情況下導致網絡環(huán)境發(fā)生變化時，及時預警業(yè)務可靠性下降的風險。

　?。?）管理提升

　　智能電網通信的信息化管理系統(tǒng)中已經積累了大量檢修數(shù)據、方式數(shù)據、運行記錄數(shù)據，其中既有規(guī)范的結構化數(shù)據如檢修類型、執(zhí)行日期等，也有很多類似運行記錄一類的半結構化數(shù)據，還有很多類似路由方式描述、“三措一案”文檔、圖片等非結構化數(shù)據。通過對這些過程和結論數(shù)據的深入分析與挖掘，可以總結出管理規(guī)律，對現(xiàn)有的制度和管理方式進行優(yōu)化和合理安排。還可以通過大數(shù)據手段實現(xiàn)對運行方式、“三措一案”等流程化工作的機器自動初審、對工作記錄的自動輔助糾錯補缺等智能化功能，降低管理人員勞動強度，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，實現(xiàn)對不同角色用戶的操作界面優(yōu)化定制，將每個用戶最關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，并且指導系統(tǒng)的操作編排策略，調整菜單位置和界面，提升友好性。

　　在數(shù)據質量方面針對目前的海量存量數(shù)據，通過機器學習，自動聯(lián)想的功能提升數(shù)據質量，不僅僅是糾正數(shù)據格式層面的簡單錯誤，而是從邏輯分析的角度進行糾錯，將需要投入大量人力時間都無法完全完成的工作，交由機器完成。

　　目前電網通信的信息化管理系統(tǒng)，主要通過北向接口數(shù)據采集、用戶人工錄入、資源業(yè)務關聯(lián)等手段錄入數(shù)據，需要投入大量的人工勞動。通過大數(shù)據的方式總結關聯(lián)和錄入規(guī)律，實現(xiàn)輔助錄入、自動錄入和錄入糾錯功能，能夠提高人工效率并極大地提高整個電網通信信息化數(shù)據質量。

　?。?）數(shù)據可視化

　　通過數(shù)據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)據中不容易被察覺的數(shù)據聯(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值的趨勢性數(shù)據，也可以讓監(jiān)視管理人員發(fā)現(xiàn)資源實體或者業(yè)務支撐層面發(fā)生的微小變化。

　　也可以通過設置監(jiān)控大廳，對大數(shù)據提煉出來的信息進行7×24小時監(jiān)測，全面跟蹤電網業(yè)務及通信的運行狀態(tài)和發(fā)展趨勢，及時響應出現(xiàn)的異動，通過電力通信網成熟的分級調度體系，迅速調集優(yōu)勢力量消除隱患、改善運行狀態(tài)，將風險防范于未然。

3 技術選擇及場景分析

　　開展電網通信的大數(shù)據工作不但要完成描述性任務展示當前狀態(tài)，也要充分考慮預測性任務指導遠期工作，這就需要綜合運用多種技術和算法。在技術選擇時應遵循“按需選法”的原則，即從實際需求出發(fā)，先確定要展示和呈現(xiàn)的內容，預設要達到的效果，再選擇合適的提煉方式和算法，只有這樣才能確保數(shù)據挖掘的成果與實踐相結合，并為電網所用。下面介紹一些可以應用于智能電網通信管理數(shù)據挖掘的技術及可能應用的場景。

　?。?）數(shù)據特征化

　　使用數(shù)據特征化（Data characterization）技術，可以實現(xiàn)對目標類數(shù)據的一般特性的匯總，并輸出多維表或者廣義關系規(guī)則。

　　例如通過對通信光纜占用率、設備帶寬占用率和槽位占用率等不同的數(shù)據特征來組織數(shù)據并進行維度挖掘，通過將資源按占用高低進行分析和展示，再采用OLAP的方法進行上卷或者下鉆，最終可以發(fā)現(xiàn)占用率高的光纜和設備有所屬站點電壓等級高、電網出線方向多、光纜跨距長等特征，此結論可應用于指導后期的光纜建設中，針對有上述特征的光纜加大建設容量。在應用大數(shù)據的方法之前，因為無法通過人力對百萬公里級數(shù)的光纜進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。

　　（2）挖掘頻繁模式

　　頻繁模式（Frequent  pattern）是數(shù)據中頻繁出現(xiàn)的模式，主要用于挖掘數(shù)據中的關聯(lián)和相關性。

　　在需要尋找設備故障、檢修頻率、承載業(yè)務、運行狀態(tài)、網絡結構等多影響因子之間的關聯(lián)關系時，可以通過Apriori算法發(fā)現(xiàn)頻繁項集、設置多維關聯(lián)規(guī)則尋找數(shù)據規(guī)律。通過貝葉斯定理提供的預測算法，預測網絡中每一臺設備、纜路可能發(fā)生故障的概率，或者分析網絡上每一個操作或者每一個對象的故障會造成的影響，進而分析整個通信網絡的可靠性和對電網業(yè)務的支撐能力。

　　（3）離群點分析

　　離群點(Outlier)是指數(shù)據集中可能包含一些數(shù)據對象，它們與數(shù)據的一般行為或模型不一致，這些數(shù)據就是離群點。在驗證數(shù)據有效性并開展AI輔助糾錯時需要進行離群點分析。

　　例如對光纜芯數(shù)組成進行離群點分析，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)實中是不可能存在的，可以判斷為錯誤數(shù)據，在統(tǒng)計計算中需要剔除其影響，并且可以進一步從錯誤數(shù)據的其他維度進行OLAP下鉆并進行特征對比和關聯(lián)性分析，選擇可能性最大的原因嘗試進行修正。比如把11、13修正成12，25修正成24等，當然這種修正并不是簡單的數(shù)據分檔歸一化，而要在海量數(shù)據的基礎上應用分類、預測和回歸等技術，涉及到許多復雜的算法。

　　（4）聚類分析

　　聚類分析（Clustering）是根據最大的相似程度、最小的類間相似程度的原則進行聚類或者分組。我們在進行業(yè)務分析預測時，可以將起點、終點、路徑、速率各不相同的海量調度生產業(yè)務、經營管理業(yè)務進行聚類分析，最終從業(yè)務類型、等級等方面等得出各類業(yè)務在帶寬占用、路徑占用等方面的特征，從而獲取業(yè)務量、增長量并預測帶寬需求發(fā)展趨勢。這些信息可以從宏觀上指導智能電網專用通信網絡的建設和改造方向。

　　通過將涉及電網繼電保護、安全穩(wěn)定控制、調度數(shù)據網等重要生產業(yè)務的歷史故障和缺陷情況進行概率層次聚類分析，發(fā)掘出風險關聯(lián)性，找到共性規(guī)律和通用薄弱環(huán)節(jié)，制定相應的對策和防范措施提升電網業(yè)務的可靠性，預測并在故障和缺陷發(fā)生之前進行加固和防護，大幅度提高電網業(yè)務的安全運行水平。

4 結語

　　通過將大數(shù)據應用于電網通信，可以構建數(shù)據價值支撐電網通信的管理框架，組建開放式的電網通信數(shù)據價值管理體系，實現(xiàn)對電網業(yè)務和通信網絡發(fā)展趨勢的分析預測，自動預判瓶頸和故障，機器學習，AI輔助工作等智能化功能。可以結合不同類型電網業(yè)務的發(fā)展和運行情況，總結提煉出隱藏規(guī)律，更有針對性地指導項目建設、改造、大修和設備選型的開展，在方式安排、方案設計上的切入點將更加精準，并大幅度提高電網的投資利用率。

　　大數(shù)據帶來的更加豐富的管理手段，將促進電網通信運行水平和管理效率的提高，為能源互聯(lián)網的實現(xiàn)打下堅實的新型體系支撐、實體網絡支撐和通信技術支撐基礎，在進一步提升電網安全預控水平和供電可靠性的同時，帶來巨大的社會效益。

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