Phân tích và thảo luận ứng dụng kĩ thuật dữ liệu lớn trong lưới điện thông minh

Bài báo phân tích và ứng dụng dữ liệu lớn trong lưới điện thông minh bao gồm: Khái niệm cơ bản, nguồn sinh ra dữ liệu trong hệ thống điện, các đặc trưng và đánh giá nghiên cứu về dữ liệu lớn. Bên cạnh đó, đưa ra kiến trúc tổng thể và các kĩ thuật liên quan của dữ liệu lớn trong lưới điện thông minh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích và thảo luận ứng dụng kĩ thuật dữ liệu lớn trong lưới điện thông minh 68 Lê Xuân Sanh PHÂN TÍCH VÀ THẢO LUẬN ỨNG DỤNG KĨ THUẬT DỮ LIỆU LỚN TRONG LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH ANALYZING AND DISCUSSING APPLICATION OF BIG DATA TECHNOLOGY IN SMART GRIDS Lê Xuân Sanh Trường Đại học Điện lực; sanhlx@epu.edu.vn Tóm tắt - Kĩ thuật phân tích dữ liệu theo phương pháp truyền thống đã không đáp ứng được yêu cầu sự phát triển của lưới điện hiện đại. Từ năm 2012, đã có một số nghiên cứu về dữ liệu lớn trong lưới điện thông minh với những kết quả ban đầu thuận lợi. Bài báo phân tích và ứng dụng dữ liệu lớn trong lưới điện thông minh bao gồm: khái niệm cơ bản, nguồn sinh ra dữ liệu trong hệ thống điện, các đặc trưng và đánh giá nghiên cứu về dữ liệu lớn. Bên cạnh đó, đưa ra kiến trúc tổng thể và các kĩ thuật liên quan của dữ liệu lớn trong lưới điện thông minh. Cuối cùng đưa ra mô hình ứng dụng kĩ thuật dữ liệu lớn trong lưới điện phân phối với việc chẩn đoán trạng thái hoạt động của các thiết bị; đánh giá đường dây cấp điện; phân tích đặc điểm và hành vi của khách hàng và dự báo phụ tải. Abstract - The traditional method of data analysis has not met the requirements of modern grid development. Since 2012, a number of researches into big data in smart grids have been conducted with initial advantageous results. This article analyzes and applies big data in the smart grids including basic concepts, data sources in the power system, characteristics and assessment of big data studies. In addition, the overall architecture and related techniques of big data in the smart grids are demonstrated. The last section of the article presents a model for applying the big data technology in a distribution grid with the diagnosis of equipment operation status, evaluating electricity lines, analyzing customers’ characteristics and behavior as well as forecasting supplementary load. Từ khóa - dữ liệu lớn; dữ liệu lớn lưới điện thông minh; lưới điện phân phối; lưới điện thông minh; kĩ thuật dữ liệu lớn. Key words - big data; big data in a smart grid; distribution grid; smart grid; big data technology. 1. Giới thiệu Thuật ngữ ‘dữ liệu lớn’ (Big Data) năm 2008, được tạp chí Nature xuất bản năm 2008 với chuyên đề cùng tên. Năm 2012, tổng thống Mỹ công bố sẽ đầu tư 2 tỉ USD để khởi động Kế hoạch nghiên cứu và phát triển dữ liệu lớn, tạo ra sự bùng nổ về nghiên cứu dữ liệu lớn trên toàn thế giới. Hiện nay, chưa có định nghĩa thống nhất về dữ liệu lớn, mặc dù đã có một số đồng thuận trong ngành. Trong định nghĩa của dữ liệu lớn, một định nghĩa tương đối có tính đại diện là định nghĩa 3V, tức là tính quy mô (Volume), đa dạng (Variety) và tốc độ cao (Velocity) [1-3]. Ngoài ra, Công ty Dữ liệu Quốc tế (International Data Corporation, IDC) cho rằng dữ liệu lớn nên có tính giá trị (Value); phía IBM cho rằng dữ liệu lớn là tính chân thực (Veracity) [4]. Chính những đặc điểm này của dữ liệu lớn quyết định bắt buộc phải nâng cấp có tính cách mạng trong kĩ thuật xử lý dữ liệu hiện đại. Đặc điểm chung của hệ thống điện là sự phân bố vị trí địa lí rộng lớn, phát và tiêu dùng cân bằng với thời gian thực, tốc độ truyền dẫn nhanh, vận hành thời gian thực, tốc độ lan rộng sự cố tức thời, v.v. Những đặc điểm trên dẫn đến, khi vận hành hệ thống điện sẽ sản sinh ra số lượng dữ liệu cực lớn, tốc độ tăng cực nhanh, chủng loại phong phú, hoàn toàn phù hợp với tất cả các đặc trưng của dữ liệu lớn và là một dữ liệu lớn điển hình. Trong tiến trình xây dựng lưới điện thông minh, là quá trình số hóa hệ thống điện, thông tin hóa và thông minh hóa, v.v. sẽ mang lại nhiều hơn nguồn dữ liệu. Ví dụ như, đồng hồ thông minh thu thập dữ liệu từ hàng trăm triệu ngôi nhà và doanh nghiệp; hệ thống giám sát trạng thái thiết bị điện thu được số liệu giám sát từ trăm nghìn các thiết bị. Trong phát triển và vận hành các nguồn năng lượng tái tạo cần lượng lớn số liệu lịch sử vận hành, số liệu quan trắc khí tượng, v.v. Vì vậy, trong xu thế mới tăng trưởng một cách bùng nổ dữ liệu hệ thống điện, thì kĩ thuật xử lý dữ liệu truyền thống gặp phải ‘tắc nghẽn’, không thể đáp ứng được yêu cầu, cần phải ứng dụng kĩ thuật xử lý dữ liệu lớn trong ngành điện. 2. Dữ liệu lớn trong lưới điện thông minh 2.1. Nguồn gốc và đặc điểm dữ liệu lớn trong lưới điện thông minh Nguồn dữ liệu trong hệ thống điện gồm 2 loại: từ nội bộ lưới điện và dữ liệu ngoài. Dữ liệu nội bộ lưới điện là: hệ thống thu thập thông tin khách hàng (collection system information, CIS); hệ thống tiếp thị; hệ thống giám sát diện rộng (wide area measurement system, WAMS); hệ thống quản lý lưới điện phân phối; hệ thống quản lý sản xuất (production management system, PMS); hệ thống quản lý năng lượng (energy management system, EMS); hệ thống kiểm tra và giám sát thiết bị; hệ thống phục vụ khách hàng; hệ thống quản lý tài chính, v.v. Dữ liệu đến từ ngoài lưới điện là hệ thống quản lý xạc điện xe hơi; hệ thống thông tin khí tượng; hệ thống thông tin địa lí (geographic information system, GIS); dịch vụ công cộng, internet, v.v. Những dữ liệu này có đặc điểm nằm rải rác phân tán ở những nơi khác nhau và được quản lý bởi các đơn vị khác nhau. Quan hệ giữa các dữ liệu trên là mối quan hệ phức tạp, không hoàn toàn độc lập mà tương hỗ lẫn nhau, ảnh hưởng nhau. Kết cấu của dữ liệu phức tạp gồm nhiều loại khác nhau. Ngoài cấu trúc truyền thống còn có lượng lớn dạng bán cấu trúc, không cấu trúc, như dữ liệu thoại về hệ thống dịch vụ, dạng sóng của các dữ liệu đo lường kiểm tra, v.v. Tần suất lấy mẫu và vòng đời của dữ liệu cũng khác nhau, có thể từ ms đến phút, thậm chí đến năm [5]. Tổng hợp miêu tả về dữ liệu lớn, có thể đưa ra các đặc điểm dữ liệu lớn lưới điện thông minh: 1) Nguồn gốc từ các nguồn quản lý phân tán; 2) Lượng dữ liệu lớn, nhiều thứ nguyên, nhiều loại hình; 3) Có giá trị lớn cho kinh tế xã hội ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(132).2018, QUYỂN 1 nói chung và công ty điện lực, khách hàng; 4) Tồn tại quan hệ phức tạp giữa các dữ l ...