能源大數(shù)據(jù)分析理論與實踐 課件 7.能源系統(tǒng)；8.能源大數(shù)據(jù)應(yīng)用

能源系統(tǒng)07EnergySystem7.1什么是能源定義能源也稱能量資源或能源資源，是指可產(chǎn)生各種能量（如熱能、電能、光能等）或可做功的物質(zhì)的統(tǒng)稱。在物理學(xué)中，能源定義為動力的源頭，它可以產(chǎn)生不同形式的能量，是人類活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。分類能源的形式多種多樣，可以按不同的方式（來源、形式和使用方式等）對能源進行分類。按照能否再生、使用類型、產(chǎn)生方式、污染程度分類。7.2.1什么是能源系統(tǒng)能源系統(tǒng)概述：能源系統(tǒng)是指煤炭、石油、天然氣等一次能源從開采、加工、轉(zhuǎn)換、傳輸、分配直到最終使用的各個環(huán)節(jié)組成的系統(tǒng)。能源系統(tǒng)的概念如圖7-2所示。圖72涵蓋了能源的全生命周期，從能源的開采或生產(chǎn)加工，到能源的傳輸和分配，再到最終的能源消費和利用。能源系統(tǒng)既包括各種技術(shù)、設(shè)施、設(shè)備，還包括與能源相關(guān)的經(jīng)濟、社會和環(huán)境因素。7.2.2能源系統(tǒng)的分類按能源類型：?化石能源系統(tǒng)（FES）?可再生能源系統(tǒng)（RES）?核能系統(tǒng)（NES）按規(guī)模大?。?中心化能源系統(tǒng)（CES）?分布式能源系統(tǒng)（DES）按用途：?工業(yè)能源系統(tǒng)（IES）?交通能源系統(tǒng)（TES）?居民與商業(yè)能源系統(tǒng)（RCES）按研究的地域大小和范圍：?世界能源系統(tǒng)（WES）?國家能源系統(tǒng)（NES）?城市能源系統(tǒng)（UES）?農(nóng)村能源系統(tǒng)（RES）?企業(yè)能源系統(tǒng)（EES）四種分類方式7.2.2典型的能源系統(tǒng)1）煤炭系統(tǒng)煤炭系統(tǒng)包含煤炭的生產(chǎn)、加工、運輸、利用及相關(guān)環(huán)保措施等全過程，如圖所示。2）油氣系統(tǒng)油氣系統(tǒng)涵蓋了從油氣資源勘探到油氣應(yīng)用的整個過程，包括勘探、開采、生產(chǎn)、加工、運輸和利用等多個環(huán)節(jié)，如圖所示。7.2.2典型的能源系統(tǒng)3）電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)是一個復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施，用于生產(chǎn)、運輸、分配和管理電能，以滿足社會、工業(yè)和個人的用電需求，如圖所示。7.2.3電力系統(tǒng)的演化（1）分散式電力系統(tǒng)。在電力技術(shù)發(fā)明之初，電力生產(chǎn)和利用的技術(shù)水平相對較低，這一時期，人們的電力需求主要由技術(shù)水平落后、發(fā)電規(guī)模較小、空間分布零散的電力系統(tǒng)來滿足。因此，這一時期電力生產(chǎn)和消費的模式基本上是自給自足的，這種分散式電力系統(tǒng)是相對獨立的，運行效率低。7.2.3電力系統(tǒng)的演化（2）集中式電力系統(tǒng)。在工業(yè)化生產(chǎn)時期，電力生產(chǎn)、傳輸和利用等技術(shù)取得了顯著進步，電力部門成為重要的獨立工業(yè)部門，大型集中式發(fā)電成為電力供應(yīng)的主要方式，以滿足工業(yè)化生產(chǎn)的大規(guī)模電力需求。集中式電力系統(tǒng)的集中化生產(chǎn)、遠距離傳輸和持續(xù)用能保障等特征，為提高電力供給的穩(wěn)定性和可靠性提供了重要支撐。然而，以燃煤發(fā)電為主的集中式火力發(fā)電帶來了許多嚴重的環(huán)境污染問題。此外，集中式電力系統(tǒng)在電力服務(wù)靈活性、多樣性、個性化等方面的不足日益顯現(xiàn)。7.2.3電力系統(tǒng)的演化（3）分布式電力系統(tǒng)。隨著大型集中式發(fā)電帶來的資源環(huán)境問題日益嚴峻，建設(shè)綠色低碳、靈活高效的電力系統(tǒng)的需求愈加迫切。基于風力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電及儲能相關(guān)技術(shù)，并在先進的系統(tǒng)優(yōu)化控制和智能決策技術(shù)的支撐下，小型化、多樣化、靈活化的分布式發(fā)電系統(tǒng)和微電網(wǎng)得到快速發(fā)展，成為電力開發(fā)和利用的重要形式。作為集中式電力系統(tǒng)的重要補充，分布式電力系統(tǒng)受到越來越多的關(guān)注，對于促進電力供需平衡，提高電力利用效率，增加可再生能源消納，推動電力系統(tǒng)綠色低碳轉(zhuǎn)型具有重要意義。7.2.3電力系統(tǒng)的演化（4）智能互聯(lián)電力系統(tǒng)。智能互聯(lián)電力系統(tǒng)結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、5G、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，實現(xiàn)能源系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化、綠色化、網(wǎng)絡(luò)化和互動化。這一系統(tǒng)覆蓋能源生產(chǎn)、傳輸、存儲、分配和消費全鏈條，推動能源互聯(lián)網(wǎng)、智慧能源、綜合能源服務(wù)、泛能網(wǎng)、虛擬電廠等概念發(fā)展。在智能互聯(lián)電力系統(tǒng)中，電力大數(shù)據(jù)成為關(guān)鍵戰(zhàn)略資源，數(shù)據(jù)分析、優(yōu)化與智能決策是提升系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行和創(chuàng)新服務(wù)模式的核心驅(qū)動力。7.3能源互聯(lián)網(wǎng)與智慧能源能源互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵能源互聯(lián)網(wǎng)是以電力系統(tǒng)為核心，以智能電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以接入分布式可再生能源為主，采用先進信息和通信技術(shù)及電力電子技術(shù)，通過分布式智能能量管理系統(tǒng)（IntelligentEMS，IEMS）對分布式能源設(shè)備實施廣域協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)冷、熱、氣、水、電等多種能源互補，提高用能效率的智慧能源系統(tǒng)。能源互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖所示。能源互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)7.3能源互聯(lián)網(wǎng)與智慧能源我國的分布式能源系統(tǒng)主要以分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)、天然氣分布式能源系統(tǒng)、分布式風力發(fā)電系統(tǒng)為主。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)天然氣分布式能源系統(tǒng)分布式風力發(fā)電系統(tǒng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)特指在用戶場地或附近建設(shè)，運行方式以用戶側(cè)自發(fā)自用、多余電量上網(wǎng)，且單點并網(wǎng)總?cè)萘啃∮?.6×104kW、具有配電系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)功能的光伏發(fā)電設(shè)施。天然氣分布式能源是指利用天然氣作為燃料，通過冷熱電三聯(lián)供等方式實現(xiàn)能源的梯級利用，綜合能源利用效率在70%以上，并在負荷中心就近實現(xiàn)能源供應(yīng)的現(xiàn)代能源供應(yīng)方式，是天然氣高效利用的重要方式。7.3能源互聯(lián)網(wǎng)與智慧能源天然氣分布式能源系統(tǒng)是110kV以下配電網(wǎng)并網(wǎng)、就近消納、通過梯級利用實現(xiàn)高綜合能源利用效率的天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。根據(jù)不同燃機系統(tǒng)，天然氣分布式能源系統(tǒng)可分為燃氣內(nèi)燃機天然氣分布式能源系統(tǒng)和燃氣輪機天然氣分布式能源系統(tǒng)；根據(jù)供能終端用戶范圍，天然氣分布式能源系統(tǒng)可分為酒店、醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心等樓宇式場景和工業(yè)園區(qū)、城市新區(qū)等區(qū)域式場景的天然氣分布式能源系統(tǒng)。13分布式風力發(fā)電系統(tǒng)特指采用風力發(fā)電機作為分布式電源，將風能轉(zhuǎn)換為電能的分布式發(fā)電系統(tǒng)，是單點并網(wǎng)總?cè)萘啃∮?ⅹ104kW的小型模塊化、分布式、布置在用戶附近的高效可靠的發(fā)電模式。7.3.1微電網(wǎng)微電網(wǎng)（Micro-Grid）也稱為微網(wǎng)，是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負荷、監(jiān)控和保護裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。微電網(wǎng)不僅可以與外部電網(wǎng)之間達成并網(wǎng)運行的關(guān)系，還能夠獨立運行。微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)7.3.1能源互聯(lián)網(wǎng)主要特征1.可再生能源高滲透率

可再生能源滲透率是指可再生能源技術(shù)占全部能源技術(shù)的百分比，它是一個重要的發(fā)展指標，可以反映一個國家可再生能源技術(shù)的發(fā)展水平。能源互聯(lián)網(wǎng)中的能量供給主要是清潔的可再生能源，這大大有利于提高可再生能源滲透率。2.非線性隨機特性

能源互聯(lián)網(wǎng)中能量來源和使用的復(fù)雜使其呈現(xiàn)出非線性隨機特性。能量來源主要是分布式可再生能源，相比傳統(tǒng)能源，其不確定性和不可控性大，能量使用側(cè)用戶負荷、運行模式等都會實時變化。7.3.1能源互聯(lián)網(wǎng)主要特征3.多元大數(shù)據(jù)特性

能源互聯(lián)網(wǎng)工作在由類型多樣、數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)組成的高度信息化的環(huán)境中，這些數(shù)據(jù)既包括發(fā)電、輸電、配電、用電的電量相關(guān)數(shù)據(jù)，又包括溫度、壓力、濕度等非電量數(shù)據(jù)。4.多尺度動態(tài)特性能源互聯(lián)網(wǎng)是能量系統(tǒng)、物質(zhì)系統(tǒng)和信息系統(tǒng)高度耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，而這些系統(tǒng)對應(yīng)的動態(tài)特性尺度各不相同。能源互聯(lián)網(wǎng)按層次從上而下可分為主干網(wǎng)、廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)三層，每一層的工作環(huán)境和功能特性均不相同，這造成每一層的動態(tài)特性尺度差別巨大。7.3.1能源互聯(lián)網(wǎng)主要特征能源互聯(lián)網(wǎng)還可以從物理、信息、市場三個維度分析其特征。從物理維度，能源互聯(lián)網(wǎng)是一個以電力系統(tǒng)為核心，以可再生能源為主要一次能源，與天然氣網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)等其他系統(tǒng)緊密耦合而形成的復(fù)雜多網(wǎng)流系統(tǒng)。其特征如下（1）以電力系統(tǒng)為核心（2）高比例的分布式能源（3）多種能源深度融合從信息維度，能源互聯(lián)網(wǎng)是能量的開放互聯(lián)與交換分享，它是與互聯(lián)網(wǎng)信息分享相似的便捷的信息物理融合系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystem，CPS）。其特征如下（1）開放（2）對等（3）共享7.3.1能源互聯(lián)網(wǎng)主要特征從市場維度，能源互聯(lián)網(wǎng)提供清潔型能源靈活交易的平臺，構(gòu)建開放、

自由、充分競爭

的市場環(huán)境，能激發(fā)市場中各商業(yè)主體的積極性。其特征如下：（1）市場交易扁平分散化（2）各商業(yè)主體廣泛參與（3）供需模式多變7.3.1智能電網(wǎng)及其智能管理電網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)中的一個重要場景。智能電網(wǎng)就是電網(wǎng)的智能化，也被稱為“電網(wǎng)2.0”，它建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進的傳感和測量技術(shù)、設(shè)備技術(shù)、控制方法及決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標。智能電網(wǎng)包括調(diào)度、發(fā)電、輸變電、配電和用電幾個方面的內(nèi)容。智能電網(wǎng)的智能管理7.3.1智能電網(wǎng)及其智能管理智能電網(wǎng)的智能管理主要體現(xiàn)在以下幾個方面。（1）自愈。自愈是實現(xiàn)智能電網(wǎng)安全可靠運行的主要功能，是指不需要或僅需要少量人為干預(yù)，實現(xiàn)電網(wǎng)中存在問題元器件的隔離或使其恢復(fù)正常運行，最小化或避免用戶的供電中斷。通過進行連續(xù)的評估自測，智能電網(wǎng)可以檢測、分析、響應(yīng)，甚至恢復(fù)電力元器件或局部網(wǎng)絡(luò)的正常運行。（2）安全。無論是物理系統(tǒng)還是計算機遭到外部攻擊，智能電網(wǎng)均能有效抵御由此造成的對電力系統(tǒng)本身的攻擊傷害及對其他領(lǐng)域形成的傷害，即使電力系統(tǒng)發(fā)生中斷，也能很快恢復(fù)運行。（3）兼容。智能電網(wǎng)可安全、無縫地容許各種不同類型的發(fā)電和儲能設(shè)備接入系統(tǒng)，簡化連網(wǎng)過程，實現(xiàn)智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的即插即用。7.3.1智能電網(wǎng)及其智能管理（4）交互。在智能電網(wǎng)運行過程中，調(diào)度者或管理者可以與用戶設(shè)備和行為進行交互，這種交互是電力系統(tǒng)的完整組成部分之一，促使電力用戶發(fā)揮積極作用，實現(xiàn)電力運行和環(huán)境保護等多方面的收益。（5）協(xié)調(diào)。智能電網(wǎng)與批發(fā)電力市場甚至零售電力市場實現(xiàn)無縫銜接，有效的市場設(shè)計可以提高電力系統(tǒng)的規(guī)劃、運行和可靠性管理水平，電力系統(tǒng)管理能力的提升能促進電力市場競爭效率的提高。（6）高效。智能電網(wǎng)引入先進的信息技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)來優(yōu)化設(shè)備并提高資源的使用效益，以提高單個資產(chǎn)的利用效率，從整體上實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運行和擴容的優(yōu)化，降低網(wǎng)絡(luò)的運行維護成本和投資。7.3.1智能電網(wǎng)及其智能管理（7）優(yōu)質(zhì)。在數(shù)字化、高科技占主導(dǎo)的經(jīng)濟模式下，電力用戶的電能質(zhì)量能夠得到有效保障，實現(xiàn)電能質(zhì)量的差別定價。（8）集成。集成的實現(xiàn)包括監(jiān)測、控制、維護、能量管理（EMS）、配電管理（DMS）、市場運營（MOS）、企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）等和其他各類信息系統(tǒng)之間的綜合集成，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)業(yè)務(wù)集成。7.3.2能源互聯(lián)網(wǎng)的功能（1）能源接入能源接入是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要功能，實現(xiàn)不同能源的接入與交互，提高能源的多樣性和靈活性，能源互聯(lián)網(wǎng)可以接入以下各種能源。①

傳統(tǒng)能源：包括煤炭、石油、天然氣等化石能源，以及核能等。通過技術(shù)優(yōu)化調(diào)度，提高能源配置效率。②

可再生能源：包括風能、太陽能等。利用智能調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)大規(guī)模高效利用，提升可再生能源比例。③

分布式能源：通過智能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)能源的分布式接入和優(yōu)化，提高能源系統(tǒng)的靈活性和可靠性，推動能源轉(zhuǎn)型。能源互聯(lián)網(wǎng)的接入不僅提升能源系統(tǒng)的適應(yīng)性，還促進清潔能源的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化。7.3.2能源互聯(lián)網(wǎng)的功能（2）能源供需優(yōu)化能源供需優(yōu)化利用智能技術(shù)，根據(jù)實時能源需求與供應(yīng)，實現(xiàn)高效調(diào)度，提升能源利用效率，降低能源消耗，實現(xiàn)供需平衡。優(yōu)化方法如下：數(shù)據(jù)采集與分析：利用物聯(lián)網(wǎng)與傳感器采集能源數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析識別供需特征，預(yù)測能源需求。智能調(diào)度與優(yōu)化：使用機器學(xué)習制定動態(tài)調(diào)度策略，調(diào)整能源生產(chǎn)與傳輸，確保能源供需匹配。多能源互補與靈活調(diào)節(jié)：不同能源協(xié)同優(yōu)化，利用靈活調(diào)節(jié)機制平衡供需，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。用戶參與：構(gòu)建智能能源市場，引導(dǎo)用戶調(diào)節(jié)能源使用模式，提高需求側(cè)響應(yīng)能力。能源供需優(yōu)化提高了能源系統(tǒng)的適應(yīng)性與可靠性，促進能源的合理配置與可持續(xù)利用。7.3.2能源互聯(lián)網(wǎng)的功能（3）能源交易能源互聯(lián)網(wǎng)平臺提供智能化、透明化的交易環(huán)境，提升市場效率，實現(xiàn)供需平衡。主要特點如下：去中心化：供需雙方可直接交易，無需第三方機構(gòu)，降低成本，提高效率。智能化：利用物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測供需，提供智能交易建議和決策支持。多元化：提供多種能源選擇和交易渠道，促進市場競爭，優(yōu)化能源供應(yīng)。靈活性：支持動態(tài)定價、靈活交易方式，滿足不同市場需求，實現(xiàn)資源優(yōu)化配置。信息透明：開放透明的交易環(huán)境，使供需雙方實時掌握市場行情，提高市場公平性。能源交易通過智能技術(shù)優(yōu)化能源市場運行，提高交易效率，促進能源資源的合理流動。7.3.2能源互聯(lián)網(wǎng)的功能（4）管理智能化以下是管理智能化在能源互聯(lián)網(wǎng)中的一些應(yīng)用方向:①

能源供應(yīng)管理：利用智能監(jiān)測和預(yù)測技術(shù)，跟蹤能源生產(chǎn)、傳輸和存儲，確保供需平衡和優(yōu)化配置。②

能源消費管理：通過智能計量與監(jiān)測，分析用戶能源使用情況，提供節(jié)能建議和優(yōu)化方案。③

能源調(diào)度管理：基于智能調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)能源生產(chǎn)、傳輸和配送的優(yōu)化，提高能源利用率。④

能源運營管理：運用智能化能源市場系統(tǒng)，實時監(jiān)測分析市場，優(yōu)化交易策略，提高效率和經(jīng)濟效益。⑤

能源安全管理：智能監(jiān)測能源網(wǎng)絡(luò)，實時預(yù)警并應(yīng)對安全風險，確保能源系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。7.3.3能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)框架能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)框架包含能源互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、信息和通信技術(shù)、能源互聯(lián)網(wǎng)平臺和標準架構(gòu)4個層次7.3.3能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)框架能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)依賴新型基礎(chǔ)設(shè)施，具備高度數(shù)字化、信息化、自動化和智能化的特點，主要包括：能源生產(chǎn)：分布式能源生產(chǎn)設(shè)備成為核心組成部分，提高能源供給的靈活性。能源傳輸與轉(zhuǎn)換：電力電子技術(shù)支撐高效能量傳輸，能量路由器實現(xiàn)多能源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，并借助微電網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建“集中-分布”式未來能源網(wǎng)絡(luò)。能源使用：新能源車等智能用能設(shè)備優(yōu)化能源消費模式，科學(xué)配置能效管理技術(shù)可提升能源利用效率。這些基礎(chǔ)設(shè)施的智能化發(fā)展促進了能源互聯(lián)網(wǎng)的高效運行。7.3.3能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)框架信息和通信技術(shù)在能源網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用具有鮮明的特色和創(chuàng)新性。能源互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施提供了基本的物質(zhì)條件，信息和通信技術(shù)才是使得整個能源網(wǎng)絡(luò)高效運行、良性互動的支撐。信息和通信技術(shù)大致可以分為4個層次：傳感器層（物理層）、通信層、基礎(chǔ)層和高級應(yīng)用層?？v向整合這些不同層次，就形成了完整的能源優(yōu)化管理系統(tǒng)，面對不同對象（家庭、樓宇、企業(yè)、燃氣管網(wǎng)、熱力管網(wǎng)、交通網(wǎng)及發(fā)電廠等）的能源優(yōu)化管理系統(tǒng)的功能需求是不同的，技術(shù)路線也各有特點。能源互聯(lián)網(wǎng)的詳細層級結(jié)構(gòu)7.3.3能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)框架能源互聯(lián)網(wǎng)平臺與架構(gòu)能源互聯(lián)網(wǎng)平臺：作為協(xié)調(diào)能源網(wǎng)絡(luò)各參與方的工具，包括能源市場交易、需求側(cè)管理、碳排放交易、污染權(quán)交易等平臺。這些平臺促進信息共享、優(yōu)化資源配置，并降低交易成本。架構(gòu)設(shè)計：能源互聯(lián)網(wǎng)采用多種架構(gòu)方法，如面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）、分布式自律實時架構(gòu)（DART）和軟件定義光網(wǎng)絡(luò)（SDON），為系統(tǒng)設(shè)計提供標準化參考，促進技術(shù)進步和集成。7.3.4智慧能源智慧能源是融合先進信息通信技術(shù)、智能控制和優(yōu)化技術(shù)的能源產(chǎn)業(yè)新形態(tài)，覆蓋能源生產(chǎn)、傳輸、存儲、消費及市場調(diào)度。基于大數(shù)據(jù)和云計算，智慧能源實現(xiàn)能源的實時監(jiān)測、優(yōu)化調(diào)度和透明管理，促進多方高效協(xié)同。智慧能源的基本特征包括：（1）數(shù)字化：利用傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)能源系統(tǒng)的數(shù)字化監(jiān)測與管理。（2）信息化：實現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的實時共享與高效匹配，提升供需協(xié)調(diào)能力。（3）自動化：依托數(shù)字化控制和智能裝備，提高能源系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的自動化管理水平。7.3.4智慧能源（4）互動化：互動化是智慧能源的內(nèi)在要求，能實現(xiàn)不同能源業(yè)務(wù)之間、能源服務(wù)提供商與用戶之間、能量管理與能源企業(yè)之間的友好互動和相互協(xié)調(diào)。（5）智能化：智慧能源采用智能算法對能源信息進行智能處理。（6）精準計量：智慧能源采用智能儀表對能源進行精確計量。（7）自律控制：智慧能源采用分布式控制技術(shù)及動態(tài)能源管理系統(tǒng)，利用本地信息，實現(xiàn)快速的能源控制與調(diào)節(jié)。7.3.5智慧能源的體系架構(gòu)在傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)中，能源的開采、生產(chǎn)、運輸、存儲和使用各環(huán)節(jié)之間的接口比較單一，基本通過能源交易合同來驅(qū)動。智慧能源采用大數(shù)據(jù)、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將這些環(huán)節(jié)集成起來，通過充分的信息交流和智能合約系統(tǒng)，一方面消除內(nèi)部信息孤島，另一方面提升環(huán)節(jié)內(nèi)部和環(huán)節(jié)之間的智能交互水平。智慧能源系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)7.3.6智慧能源的發(fā)展趨勢——新型電力系統(tǒng)分布式智能電網(wǎng)是一種融合智能技術(shù)和互動性的電力系統(tǒng)，基于分布式電網(wǎng)，集成智能感知、通信、決策和控制技術(shù)，實現(xiàn)“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)同運行，提高系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。它依托先進的信息與通信技術(shù)，通過分布式部署太陽能、風能等發(fā)電設(shè)備，使能源生產(chǎn)由集中式向分布式轉(zhuǎn)變，更高效地利用可再生能源，降低碳排放和環(huán)境影響，同時提升電力系統(tǒng)的可靠性和能源利用效率。分布式智能電網(wǎng)思考題1．能源是如何分類的？電能有哪些種類？2．什么是油氣系統(tǒng)？油氣系統(tǒng)包含哪些環(huán)節(jié)？3．天然氣系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈包含哪些內(nèi)容？4．什么是電力系統(tǒng)？電力系統(tǒng)包含哪些環(huán)節(jié)？5．什么是能源互聯(lián)網(wǎng)？能源互聯(lián)網(wǎng)具有哪些功能？6．什么是智慧能源？智慧能源的基本特征有哪些？7．能源互聯(lián)網(wǎng)和智慧能源的關(guān)系是什么？8．智能電網(wǎng)的主要特征是什么？Thankyou!能源大數(shù)據(jù)應(yīng)用08EnergyBigDataApplications8.1什么是能源大數(shù)據(jù)1能源大數(shù)據(jù)的內(nèi)涵能源大數(shù)據(jù)是對電力、石油、天然氣、煤炭等能源數(shù)據(jù)的綜合采集、處理和分析的應(yīng)用，推動能源生產(chǎn)、消費與大數(shù)據(jù)技術(shù)的深度融合，加速能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展和商業(yè)模式創(chuàng)新。它涵蓋能源生產(chǎn)、傳輸和消費，以及經(jīng)濟和社會運行信息，依托大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲、分析和挖掘，提升生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、優(yōu)化環(huán)境并創(chuàng)造多元化價值。其特點可概括為“3V”（體量大、類型多、速度快）和“3E”（數(shù)據(jù)即能量、數(shù)據(jù)即交互、數(shù)據(jù)即共情）。8.1能源大數(shù)據(jù)基本結(jié)構(gòu)能源大數(shù)據(jù)的基本架構(gòu)如圖所示，物理層包括能源生產(chǎn)、能源傳輸、能源消費的各個環(huán)節(jié)及所需的各類能源設(shè)備。通過裝設(shè)在能源網(wǎng)絡(luò)和能源設(shè)備中的傳感器裝置和能源計量設(shè)備獲取系統(tǒng)運行及設(shè)備健康狀態(tài)等相關(guān)信息，并將數(shù)據(jù)信息交由智能運維與態(tài)勢感知系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化展示、狀態(tài)監(jiān)測、智能預(yù)警和故障定位等功能。信息通信與智能控制系統(tǒng)負責能源系統(tǒng)各環(huán)節(jié)、各設(shè)備間的信息傳輸及控制。8.2.1能源經(jīng)濟與管理大數(shù)據(jù)應(yīng)用1）企業(yè)能源管理大數(shù)據(jù)技術(shù)在企業(yè)能源管理中發(fā)揮著重要作用，可以幫助企業(yè)實現(xiàn)能源的高效利用。2）能源行業(yè)生產(chǎn)和預(yù)測大數(shù)據(jù)技術(shù)在能源行業(yè)生產(chǎn)和預(yù)測中已廣泛使用。能源企業(yè)運用大數(shù)據(jù)技術(shù)對設(shè)備狀態(tài)、電能負荷等數(shù)據(jù)進行分析挖掘與預(yù)測，開展精準調(diào)度、故障判斷和預(yù)測性維護，提高能源利用效率和安全穩(wěn)定運行水平。3）能源消費與交易大數(shù)據(jù)技術(shù)在能源消費與交易方面的應(yīng)用有助于實現(xiàn)更智能、高效、可持續(xù)的能源使用。8..2.2國內(nèi)外能源經(jīng)濟與管理大數(shù)據(jù)平臺介紹1）美國能源信息管理局（EIA）數(shù)據(jù)平臺美國能源信息管理局（EIA）創(chuàng)建于1977年，是美國聯(lián)邦政府的獨立統(tǒng)計機構(gòu)，隸屬美國能源部（Departmentof

Energy），負責收集、分析和發(fā)布美國能源相關(guān)數(shù)據(jù)。EIA的宗旨是提供全面、準確、及時的能源數(shù)據(jù)和信息，以支持決策者、研究人員和公眾了解和分析能源市場、政策和經(jīng)濟的動態(tài)。8.2.2國內(nèi)外能源經(jīng)濟與管理大數(shù)據(jù)平臺介紹2）C3IoT能源管理平臺C3IoT能源管理平臺由C3Energy公司開發(fā)，基于云計算和大數(shù)據(jù)分析，提供綜合能源管理解決方案，幫助企業(yè)監(jiān)測、分析和優(yōu)化能源消耗，提高效率、降低成本，并推動可持續(xù)能源使用。C3Energy成立于2009年，最初專注于能源和碳排放管理，2016年升級為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺C3IoT，現(xiàn)為全球領(lǐng)先的PaaS公司之一，管理著全球7000萬臺智能設(shè)備和傳感器，覆蓋工業(yè)、商業(yè)、航空航天等多個領(lǐng)域，并整合企業(yè)運營和第三方數(shù)據(jù)源。8.2.2國內(nèi)外能源經(jīng)濟與管理大數(shù)據(jù)平臺介紹3）AutoGridEDPAutoGrid是一家專注于高級能源管理的軟件公司，其能源大數(shù)據(jù)平臺（EDP）面向智能電網(wǎng)，助力電力公司和能源服務(wù)商實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。AutoGrid的客戶涵蓋發(fā)電、輸電、配電及用戶端，通過EDP平臺收集并處理智能儀表等設(shè)備數(shù)據(jù)，提供需求響應(yīng)優(yōu)化與管理系統(tǒng)（DROMS），實現(xiàn)資源預(yù)測、優(yōu)化、自動需求響應(yīng)、客戶通知及事后分析等功能。單個DROMS集群每天可生成數(shù)億條能源消費預(yù)測數(shù)據(jù)。8.2.2國內(nèi)外能源經(jīng)濟與管理大數(shù)據(jù)平臺介紹4）中國電力企業(yè)聯(lián)合會的能源與經(jīng)濟大數(shù)據(jù)平臺中國電力企業(yè)聯(lián)合會成立于1988年，是全國電力行業(yè)的聯(lián)合組織和非營利社會團體。其能源與經(jīng)濟大數(shù)據(jù)平臺作為行業(yè)級綜合性大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，匯集設(shè)備材機價、能源信息、電力數(shù)據(jù)、工程造價等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并構(gòu)建多個應(yīng)用場景，提供能源信息、云造價、動態(tài)定額管理、線上詢價等服務(wù)。平臺還產(chǎn)出全球能源經(jīng)濟發(fā)展報告、中國電力經(jīng)濟地圖等成果，并搭建智慧商城、智慧文庫、人才評價、社區(qū)論壇等功能應(yīng)用。8.3.1煤炭大數(shù)據(jù)應(yīng)用煤炭是中國的主體能源，其產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展對經(jīng)濟社會發(fā)展至關(guān)重要，甚至關(guān)系著國家能源安全。煤炭大數(shù)據(jù)的應(yīng)用主要包括生產(chǎn)管理、安全監(jiān)控、環(huán)境保護等領(lǐng)域。1）生產(chǎn)管理煤炭生產(chǎn)管理是煤炭行業(yè)的核心環(huán)節(jié)，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用可以提高生產(chǎn)效率和資源利用率。2）安全監(jiān)控煤炭企業(yè)安全管理在煤炭生產(chǎn)中占有重要地位，如何及時、準確、有效地識別煤炭安全生產(chǎn)事故隱患、提升煤炭企業(yè)安全管理水平是當前研究和關(guān)注的熱點之一。3）環(huán)境保護煤炭行業(yè)對環(huán)境的影響較大，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)進行分析和挖掘，可以實現(xiàn)對環(huán)境污染的監(jiān)測和控制。8.3.2智能礦山平臺智能礦山平臺的實現(xiàn)需要依托云計算、物聯(lián)網(wǎng)、GIS、5G通信、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，結(jié)合煤礦目前信息化與自動化技術(shù)現(xiàn)狀與企業(yè)發(fā)展目標，實現(xiàn)全面感知、實時互聯(lián)、分析決策、動態(tài)預(yù)測、智能預(yù)警功能。智能礦山平臺包含采、掘、機、運、通等子系統(tǒng)，實現(xiàn)煤礦開拓、采掘、運輸、通風、安全保障、設(shè)備維護、經(jīng)營管理等安全生產(chǎn)管理過程的智能化運行。8.3.2生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)在礦山自動化改造的基礎(chǔ)上，將分散的監(jiān)控監(jiān)測子系統(tǒng)整合到統(tǒng)一平臺，實現(xiàn)信息高度集成與共享，提升智能集中控制和調(diào)度能力。該系統(tǒng)解決了煤炭行業(yè)設(shè)備自動化水平低、監(jiān)控系統(tǒng)分散、數(shù)據(jù)共享和聯(lián)動控制難的問題。通過整合各子系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘、分析與業(yè)務(wù)綜合評估，提升生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實時監(jiān)測和控制，最終實現(xiàn)“監(jiān)管控一體化”和減員增效的目標。8.3.2生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)具有以下特點：①

自動化生產(chǎn)控制。生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)利用自動化技術(shù)和控制算法，實現(xiàn)礦山生產(chǎn)的智能化管理，自動調(diào)整設(shè)備操作、優(yōu)化生產(chǎn)流程和資源配置，從而提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。②

實時生產(chǎn)調(diào)度。生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)可以實時監(jiān)控礦山的生產(chǎn)狀態(tài)和需求，結(jié)合生產(chǎn)計劃和資源情況，進行實時調(diào)度和優(yōu)化。③

資源管理和優(yōu)化。生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)能夠管理和優(yōu)化礦山的資源利用，它可以對設(shè)備、人力、能源等資源進行有效的分配和調(diào)度，以最大限度地提高資源的利用率和生產(chǎn)效益，減少浪費和成本，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟性和可持續(xù)性。8.3.2生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)④

故障診斷與維護管理。生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)可以監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)和性能，并進行故障診斷和預(yù)測維護。它可以及時檢測出設(shè)備故障和異常，發(fā)出警報并提供相應(yīng)的維護建議。通過有效的故障診斷與維護管理，可以減少設(shè)備停機時間和維修成本，提高設(shè)備的可靠性和可用性。8.3.2智能礦山平臺的關(guān)鍵技術(shù)（1）數(shù)據(jù)標準化在智能礦山平臺中，礦山內(nèi)部和周邊的數(shù)據(jù)來自各種不同的數(shù)據(jù)源，可能具有不同的格式和結(jié)構(gòu)。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性和可操作性，關(guān)鍵是進行數(shù)據(jù)標準化工作。大數(shù)據(jù)管控平臺用于數(shù)據(jù)標準規(guī)劃及架構(gòu)設(shè)計，研究制定數(shù)據(jù)標準及數(shù)據(jù)質(zhì)量規(guī)范，還有部分系統(tǒng)管理、問題管理、知識管理等標準及規(guī)范。此外，大數(shù)據(jù)管控平臺還需要研究智能礦山建設(shè)、應(yīng)用等過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，編制數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)倉庫、主數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)等標準及規(guī)范。8.3.2智能礦山平臺的關(guān)鍵技術(shù)（2）基于MPP架構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)MPP（MassivelyParallelProcessing，大規(guī)模并行處理）架構(gòu)是一種分布式計算架構(gòu)，旨在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)并提供高性能的數(shù)據(jù)處理能力。它將計算任務(wù)分解為多個子任務(wù)，并在多個計算節(jié)點上并行執(zhí)行這些子任務(wù)，以加快數(shù)據(jù)處理速度。這種方式具有高性能、可伸縮性、并行化處理計算速度快、數(shù)據(jù)共享和協(xié)作及容錯性高等特點。這使得MPP架構(gòu)成為處理智能礦山建設(shè)中大規(guī)模數(shù)據(jù)和復(fù)雜計算任務(wù)的有效解決方案，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘等領(lǐng)域。MPP架構(gòu)示意圖8.3.3國內(nèi)外應(yīng)用情況智能礦山自1990年后在國外快速發(fā)展，尤其在美國、英國、德國、加拿大和澳大利亞等技術(shù)先進國家。例如，加拿大國際鎳公司研發(fā)了基于無線電技術(shù)的地下通信系統(tǒng)，可傳輸多頻道視頻信號，遠程操控地下設(shè)備，實現(xiàn)礦車、鏟運機等無人駕駛。德國DBT公司開發(fā)基于PM3電控系統(tǒng)的薄煤層自動化采煤系統(tǒng)，美國JOY公司研制了計算機集成的薄煤層無人操作切割系統(tǒng)。進入21世紀后，智能礦山向自動化和智能化邁進。2005年，澳大利亞CSIRO團隊通過高精度光纖陀螺儀和限定制定位導(dǎo)航算法，實現(xiàn)煤機三維精確定位，研發(fā)出LASC工作面自動化系統(tǒng)，并在澳大利亞Beltana礦試驗成功。2008年，CSIRO進一步優(yōu)化LASC系統(tǒng)，增強煤流負荷平衡和巷道集中監(jiān)控，實現(xiàn)煤機快速商業(yè)化。8.3.3國內(nèi)外應(yīng)用情況1）老石旦煤礦5G系統(tǒng)與AI分析平臺老石旦煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)桌子山煤田西翼的老石旦礦區(qū)，隸屬于國家能源集團烏海能源有限責任公司，行政區(qū)劃歸于烏海市海南區(qū)。老石旦煤礦從2020年開始進行5G無線調(diào)度通信系統(tǒng)服務(wù)項目建設(shè)，井下安裝5G基站40套，礦井地面和井下已實現(xiàn)5G信號全覆蓋。8.3.3國內(nèi)外應(yīng)用情況2）劉莊煤礦感知礦山數(shù)據(jù)應(yīng)用2021年底，中煤新集能源股份有限公司（中煤新集）各礦基本實現(xiàn)車間作業(yè)的集控中心綜合自動化?；谶h程監(jiān)視監(jiān)控功能，中煤新集統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計、存儲數(shù)據(jù)，建成感知礦山數(shù)據(jù)應(yīng)用。劉莊煤礦作為其重要組成部分，利用JDBC中間件訪問關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，每分鐘采集安全監(jiān)控、水文地質(zhì)、井下作業(yè)人員管理和地理信息數(shù)據(jù)；基于OPC_UA協(xié)議，每分鐘采集提升、排水、通風、供電、礦壓、瓦斯抽采等關(guān)鍵監(jiān)控數(shù)據(jù)；采用RTSP協(xié)議實時轉(zhuǎn)發(fā)視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)，實現(xiàn)礦山智能化數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。8.3.3國內(nèi)外應(yīng)用情況3）伊犁一礦智慧礦山指揮中心建設(shè)伊犁一礦位于新疆伊犁哈薩克自治州察布查爾錫伯自治縣瓊博拉鎮(zhèn)，距離哈薩克斯坦50km。礦區(qū)北距縣城34km，距離全國最大的國際陸路口岸——霍爾果斯口岸150km，是國家發(fā)展和改革委員會核準的新疆第一座千萬噸特大型現(xiàn)代化井工礦井。8.3.3國內(nèi)外應(yīng)用情況4）烏東煤礦沖擊地壓多元融合智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)我國西部煤炭主產(chǎn)區(qū)（新疆、甘肅、寧夏）擁有大量急傾斜煤層，煤炭儲量占全國已探明儲量的36%。由于其地質(zhì)、應(yīng)力和開采條件復(fù)雜，沖擊地壓過程較為嚴峻。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，國家能源集團新疆能源有限責任公司聯(lián)合北京科技大學(xué)、國能網(wǎng)信科技（北京）有限公司，研發(fā)了新疆首個沖擊地壓多元融合智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，并在烏東煤礦率先應(yīng)用。該系統(tǒng)建立了沖擊地壓監(jiān)測預(yù)警中心，提高了監(jiān)測預(yù)警的準確性和風險防控的智能化水平。8.3.3國內(nèi)外應(yīng)用情況以多系統(tǒng)多參量集成預(yù)警模型為基礎(chǔ)，研發(fā)了烏東煤礦沖擊地壓多元融合智能監(jiān)測預(yù)警平臺，實現(xiàn)了沖擊地壓時空分區(qū)分級智能可視化預(yù)警和實時在線專業(yè)化防控。首先，面向煤礦的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)管理軟件系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)主機，實現(xiàn)了“震—聲—電—力”多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集；其次，建立了沖擊地壓多元信息數(shù)據(jù)資源池，研發(fā)了基于大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)治理系統(tǒng)和基于AI平臺的模型訓(xùn)練開發(fā)系統(tǒng)，實現(xiàn)了多元數(shù)據(jù)的挖掘和融合分析；最后，構(gòu)建了由感知層、基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺層和應(yīng)用層組成的平臺架構(gòu)體系，搭建了沖擊地壓多元融合智能監(jiān)測預(yù)警平臺多系統(tǒng)多參量集成預(yù)警模型8.3.3國內(nèi)外應(yīng)用情況5）王家?guī)X煤礦全礦井AI視頻安全管理系統(tǒng)王家?guī)X煤礦是中煤華晉集團有限公司下屬煤礦，位于山西省鄉(xiāng)寧縣和河津市境內(nèi)。中煤華晉集團有限公司聯(lián)合中國礦業(yè)大學(xué)、華洋通信科技股份有限公司展開礦井安全生產(chǎn)視頻AI智能分析關(guān)鍵技術(shù)研究，利用AI圖像識別技術(shù)實現(xiàn)礦井隱患的智能識別、分析、報警和聯(lián)動，全面提升煤礦企業(yè)的安全管理水平。8.4.1油氣大數(shù)據(jù)應(yīng)用油氣大數(shù)據(jù)應(yīng)用主要包括勘探開發(fā)、生產(chǎn)優(yōu)化、設(shè)備運維、安全管理等領(lǐng)域。1）勘探開發(fā)油氣勘探開發(fā)通過地質(zhì)研究、物探測量和鉆探技術(shù)，精準定位、評估和提取地下油氣資源，以經(jīng)濟高效地輸送至市場。在勘探階段，大數(shù)據(jù)技術(shù)用于地震數(shù)據(jù)分析、地質(zhì)建模和異常檢測，幫助識別地質(zhì)構(gòu)造并優(yōu)化勘探區(qū)域選擇，實現(xiàn)油氣儲量的精準預(yù)測和勘探效率的提升。2）生產(chǎn)優(yōu)化生產(chǎn)優(yōu)化是油氣行業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過大數(shù)據(jù)分析和挖掘，實現(xiàn)生產(chǎn)過程優(yōu)化和效率提升。通過實時采集、處理和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，監(jiān)控油（氣）田的開發(fā)和生產(chǎn)情況，進而對整體數(shù)據(jù)進行分析和管理，為企業(yè)提供科學(xué)決策支持。8.4.1油氣大數(shù)據(jù)應(yīng)用3）設(shè)備運維設(shè)備運維是油氣行業(yè)保障生產(chǎn)設(shè)備正常運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的設(shè)備運維通常是定期維護和檢查，但往往無法準確預(yù)測設(shè)備故障。大數(shù)據(jù)技術(shù)利用實時數(shù)據(jù)監(jiān)測和預(yù)測設(shè)備故障，提供決策支持和預(yù)防性維護，油氣公司可以及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)異常和問題，調(diào)整生產(chǎn)方案，提高生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性。4）安全管理油氣行業(yè)具有易燃易爆炸、有毒有害、高溫高壓等生產(chǎn)特點，一旦發(fā)生事故，不僅會造成重大的經(jīng)濟損失，還會帶來嚴重的社會影響，因此防范安全事故的發(fā)生是石油及天然氣企業(yè)安全管理的重要目標和方向。8.4.2油氣大數(shù)據(jù)體系架構(gòu)油氣大數(shù)據(jù)體系架構(gòu)是指在油氣領(lǐng)域中建立的數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用的體系結(jié)構(gòu)，用于支持油氣生產(chǎn)、勘探、儲運等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集、存儲、處理和分析。1）數(shù)據(jù)采集層2）數(shù)據(jù)管理層3）數(shù)據(jù)服務(wù)層油氣大數(shù)據(jù)體系架構(gòu)8.4.2油氣大數(shù)據(jù)體系架構(gòu)DSB數(shù)據(jù)服務(wù)總線即企業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)總線，由企業(yè)數(shù)據(jù)總線和企業(yè)服務(wù)總線構(gòu)成。DSB數(shù)據(jù)服務(wù)總線的作用是將采集到的不同數(shù)據(jù)進行集成和整合，最終得到覆蓋油（氣）田所有業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)集。它提供了標準化的接口和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能，以確保不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)能夠互通。DSB數(shù)據(jù)服務(wù)總線構(gòu)成8.4.2油氣大數(shù)據(jù)體系架構(gòu)采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過DSB數(shù)據(jù)服務(wù)總線整合完成后形成專業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，包含公共數(shù)據(jù)、油（氣）藏數(shù)據(jù)、井筒數(shù)據(jù)、地面數(shù)據(jù)和經(jīng)營數(shù)據(jù)，通過上層的ESB企業(yè)服務(wù)總線提供相關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù)。8.4.2油氣大數(shù)據(jù)體系架構(gòu)數(shù)據(jù)服務(wù)層由ESB企業(yè)服務(wù)總線、應(yīng)用平臺和輔助決策平臺組成。ESB企業(yè)服務(wù)總線作為網(wǎng)絡(luò)連接集線器，從數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉庫提取數(shù)據(jù)，并將其自動推送或分發(fā)至不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)，形成高效數(shù)據(jù)流。其服務(wù)架構(gòu)包括系統(tǒng)層、服務(wù)抽取層、服務(wù)封裝層、業(yè)務(wù)流程層和服務(wù)展現(xiàn)層，最終將數(shù)據(jù)結(jié)果提供給服務(wù)調(diào)用者。應(yīng)用平臺涵蓋勘探生產(chǎn)、開發(fā)生產(chǎn)、生產(chǎn)運行、科研協(xié)同和經(jīng)營管理五大模塊，輔助決策平臺則用于支持勘探開發(fā)和經(jīng)營管理的決策優(yōu)化。數(shù)據(jù)服務(wù)層架構(gòu)8.4.3油田應(yīng)用情況1）國外油田大數(shù)據(jù)應(yīng)用情況國外油公司在智能油田領(lǐng)域起步較早，通過與微軟、谷歌等信息技術(shù)公司合作，引入大數(shù)據(jù)分析、云計算和機器學(xué)習技術(shù)，在勘探開發(fā)等核心業(yè)務(wù)上取得成效。?？松梨谂c微軟合作，在二疊紀盆地油田開發(fā)中應(yīng)用數(shù)據(jù)湖、AI和云計算，利用傳感器網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)（如井口壓力和流量），存儲至云平臺，支持遠程訪問和實時分析。通過機器學(xué)習挖掘數(shù)據(jù)價值，實現(xiàn)業(yè)務(wù)決策優(yōu)化和工作流自動化。8.4.3油田應(yīng)用情況殼牌公司在馬來西亞Borneo海面的SF30油田開展智能油田試點建設(shè)，利用油井生產(chǎn)測試數(shù)據(jù)和地質(zhì)油藏等數(shù)據(jù)，建立可靠的大數(shù)據(jù)模型，通過模型對生產(chǎn)狀況進行精準預(yù)測，實時優(yōu)化油井舉升效率?；陬A(yù)測結(jié)果更快地調(diào)整舉升流量、溫度與壓力等參數(shù)，實現(xiàn)每1～5分鐘調(diào)整一次，極大地提升了舉升效率。井下壓力和溫度傳感器與液壓單元控制閥開關(guān)同時接入DCS系統(tǒng)，對井下流量進行實時監(jiān)控；通過遠程調(diào)節(jié)液壓來驅(qū)動各層段的控制閥，實時優(yōu)化控制井下各層段的流量，實現(xiàn)油井多層段優(yōu)化組合采油，提高采收率0.25%。8.4.3油田應(yīng)用情況道達爾公司通過搭建油氣生產(chǎn)一體化協(xié)同研究平臺，實現(xiàn)了“油氣藏—注采井—地面集輸”等生產(chǎn)全系統(tǒng)的模擬與優(yōu)化，支持多學(xué)科綜合研究、跨部門協(xié)同工作、多模型集成共享、油氣藏可視化管理和管理層輔助決策。油氣藏、注采井、地面管網(wǎng)和設(shè)備各環(huán)節(jié)進行生產(chǎn)一體化動態(tài)模擬，將單個生產(chǎn)環(huán)節(jié)緊密連接起來，在投產(chǎn)前進行各種開發(fā)方案的對比評估，在投產(chǎn)后進行開發(fā)效果的跟蹤與評價，優(yōu)化整個生產(chǎn)運行系統(tǒng)，實現(xiàn)技術(shù)目標和研究目標高度統(tǒng)一，為油氣田開發(fā)的智能管理提供一體化模擬模型，提高油氣田開采效率和經(jīng)濟效益。8.4.3油田應(yīng)用情況2）陸地油田大數(shù)據(jù)應(yīng)用情況勝利油田經(jīng)過60多年勘探開發(fā)，積累了地震、地質(zhì)、開發(fā)動態(tài)、采油工程等多源數(shù)據(jù)，并具備強大的數(shù)據(jù)采集、存儲和計算處理能力。截至2021年，勝利油田數(shù)據(jù)中心存儲86個油氣田、4152個區(qū)塊、8965口探井、67241口開發(fā)井的數(shù)據(jù)，總量7.6億條、5TB，日均新增30萬余條，為151個應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)。大數(shù)據(jù)在油氣勘探方面的典型應(yīng)用包括三維斷層檢測、三維層位提取、砂體巖性識別、測井自動解釋、曲線自動生成等；在油氣開發(fā)方面，應(yīng)用于注采井響應(yīng)關(guān)系識別、生產(chǎn)指標預(yù)測、開發(fā)方案智能決策與優(yōu)化。8.4.3油田應(yīng)用情況在三維斷層自動檢測方面，首先分析實際斷層樣本數(shù)據(jù)，梳理花狀、階梯狀、“Y”字狀等不同斷層樣式，建立斷層樣本庫。其次，針對探區(qū)斷層進行正演建模，統(tǒng)計分析斷層傾角、斷距、地層傾角、地震子波、信噪比等構(gòu)造要素和地球物理參數(shù)，構(gòu)建1000余組三維斷層模型及地震正演樣本，豐富斷層數(shù)據(jù)。最終，結(jié)合實際解釋和正演模擬數(shù)據(jù)，改進斷層自動檢測網(wǎng)絡(luò)模型，提升復(fù)雜構(gòu)造背景下的檢測精度。在東部探區(qū)東辛、牛莊等地區(qū)應(yīng)用測試表明，相比本征相干等傳統(tǒng)方法，深度學(xué)習模型的檢測結(jié)果更清晰，斷層連續(xù)性更強，與專家解釋高度吻合，計算效率提升10倍以上。8.4.3油田應(yīng)用情況在三維層位自動提取方面，構(gòu)建融合已知構(gòu)造約束的三維層位自動提取多任務(wù)網(wǎng)絡(luò)模型。首先，結(jié)合探區(qū)構(gòu)造特征，利用地質(zhì)模型正演和地球物理正演生成多樣化的相對地質(zhì)年代體樣本庫。其次，建立同時輸出斷層與相對地質(zhì)年代體構(gòu)造的自動解釋網(wǎng)絡(luò)模型。隨后，改進損失函數(shù)，融入匹配已知層位的約束方程，增強深度學(xué)習模型泛化能力。最終，通過不斷測試和調(diào)優(yōu)，獲得高精度的三維層位自動提取模型。該模型可快速預(yù)測地震數(shù)據(jù)對應(yīng)的地質(zhì)年代體，并結(jié)合井震標定，實現(xiàn)精準的層位自動解釋。8.4.3油田應(yīng)用情況結(jié)合知識圖譜與深度學(xué)習技術(shù)，建立了測井巖性自動識別流程：首先構(gòu)建測井知識圖譜，通過命名實體識別、關(guān)系抽取和知識融合提取鄰井同層知識特征；然后利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）和長短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）提取測井曲線數(shù)據(jù)特征；最后通過注意力機制融合兩類特征，構(gòu)建聯(lián)合模型，實現(xiàn)測井巖性自動識別。在勝利油田孤東七區(qū)西測試40口井，整體準確率達96.3%。8.4.3油田應(yīng)用情況勝利油田構(gòu)建了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的注采井組動態(tài)響應(yīng)模型，結(jié)合歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，定量分析井間連通性，并通過圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GNN）與滲流物理過程融合，預(yù)測區(qū)塊開發(fā)動態(tài)，2021年預(yù)測精度達82%。生產(chǎn)指標預(yù)測方面，利用深度學(xué)習技術(shù)建立代理模型，實現(xiàn)快速預(yù)測，如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）用于剩余油分布預(yù)測，LSTM用于產(chǎn)量時序預(yù)測，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）用于井底壓力計算。開發(fā)方案智能決策包括層系組合、井位優(yōu)選、注采量調(diào)整等，通過AI技術(shù)實現(xiàn)歷史擬合、參數(shù)尋優(yōu)和生產(chǎn)優(yōu)化，提升油藏開發(fā)效率。8.4.3油田應(yīng)用情況3）海洋油氣平臺與大數(shù)據(jù)應(yīng)用中國海洋石油集團有限公司的海洋油氣平臺傳統(tǒng)上采用封閉內(nèi)網(wǎng)運行的中控系統(tǒng)、電力管理系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)，但生產(chǎn)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)、電力數(shù)據(jù)等缺乏歷史存儲，生產(chǎn)管理依賴手工錄入，巡檢日報以電子或紙質(zhì)方式存檔，且數(shù)據(jù)分散存儲于不同數(shù)據(jù)庫，缺少智能化應(yīng)用。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，海洋油氣平臺大數(shù)據(jù)應(yīng)用日益廣泛，逐步推動數(shù)據(jù)存儲、管理與智能化應(yīng)用升級。海洋油氣平臺的數(shù)據(jù)入庫情況8.4.3油田應(yīng)用情況在數(shù)據(jù)采集節(jié)點的劃分上，海洋油氣平臺將同一品牌或距離較近、有光纖鏈路的平臺進行整合，合理設(shè)置數(shù)據(jù)采集節(jié)點，充分利用網(wǎng)閘作為數(shù)據(jù)采集客戶端而提供的多路輸入功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中采集，通過數(shù)據(jù)采集服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存和斷點續(xù)傳功能。相比傳統(tǒng)的“點對點”數(shù)據(jù)采集方式，“一對多”的節(jié)點式數(shù)據(jù)采集方式能夠節(jié)省現(xiàn)場空間和施工成本。某海洋油氣平臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)8.4.3油田應(yīng)用情況數(shù)據(jù)采集與安全防護

海洋油氣平臺通過在生產(chǎn)網(wǎng)上設(shè)置數(shù)據(jù)采集節(jié)點，并采用網(wǎng)閘實現(xiàn)數(shù)據(jù)隔離和單向傳輸，在數(shù)據(jù)采集服務(wù)器與辦公網(wǎng)之間部署防火墻保護TCP/IP協(xié)議。網(wǎng)閘兼容多種主流通信協(xié)議，支持多路數(shù)據(jù)采集，確保生產(chǎn)網(wǎng)的安全性。能源監(jiān)測與分析

平臺可實時監(jiān)測電能、原油、柴油、天然氣和淡水等能源，并按“油氣田群—平臺—能源類型—設(shè)備”層級進行管理，提供能耗對比分析和查詢功能。電監(jiān)控模塊用于電網(wǎng)數(shù)據(jù)分類管理和電能質(zhì)量分析，能效分析模塊支持能源效率分析、設(shè)備效率對標、碳排放計算、桶油成本分析及能效KPI定制。8.4.3油田應(yīng)用情況遠程監(jiān)控與操控

通過通信網(wǎng)絡(luò)升級，陸地遠程監(jiān)控中心與海上中控系統(tǒng)連接，實現(xiàn)生產(chǎn)運營實時監(jiān)控及遠程操控。緊急情況下，陸地控制器可實時監(jiān)控海上設(shè)備，并在通信中斷時啟動自動關(guān)斷模式。閥門遙控系統(tǒng)與設(shè)備監(jiān)測

閥門遙控系統(tǒng)通過分析壓力、溫度、流量等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)智能化故障判別。設(shè)備監(jiān)測模塊結(jié)合性能曲線與智能算法，對異常狀態(tài)提供提示與建議，支持閥門及泵類設(shè)備的故障定位與解決。

FPSO單點系泊裝置監(jiān)測

基于振動和應(yīng)力數(shù)據(jù)，實時評估結(jié)構(gòu)安全性、預(yù)測失效風險，診斷問題并發(fā)出預(yù)警，支持智能化決策。8.5.1電力大數(shù)據(jù)應(yīng)用1）發(fā)電領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)電領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)應(yīng)用主要涉及新能源發(fā)電功率預(yù)測和發(fā)電控制調(diào)度。針對新能源發(fā)電的不穩(wěn)定性，大數(shù)據(jù)建?？商岣哳A(yù)測精度。例如，Wu和Peng基于K-Means算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對氣象數(shù)據(jù)進行聚類和訓(xùn)練，實現(xiàn)風電功率預(yù)測；Zhang等利用高分辨率天氣預(yù)報數(shù)據(jù)和深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化光伏發(fā)電預(yù)測。隨著新能源、分布式電源和電動汽車的接入，大數(shù)據(jù)在電力調(diào)控中的整合優(yōu)勢日益顯現(xiàn)。Hou等提出基于核密度估計的優(yōu)化方法，處理風電功率的不確定性，實現(xiàn)風、水、火電的多時間尺度魯棒調(diào)度，以最小功率調(diào)整實現(xiàn)系統(tǒng)平衡。8.5.1電力大數(shù)據(jù)應(yīng)用2）輸電領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)應(yīng)用輸電領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)應(yīng)用主要包括暫態(tài)穩(wěn)定性分析和輸變電設(shè)備狀態(tài)評估。暫態(tài)穩(wěn)定性分析是保障電網(wǎng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，實時分析要求高計算精度和速度。例如，Wang等利用時域仿真生成的相量測量單元（PMU）數(shù)據(jù)增強SVM訓(xùn)練，并通過特征提取實現(xiàn)暫態(tài)穩(wěn)定性的在線分析。8.5.1電力大數(shù)據(jù)應(yīng)用2）輸電領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)應(yīng)用輸變電設(shè)備狀態(tài)評估涉及多種狀態(tài)參數(shù)，受電網(wǎng)運行和氣象環(huán)境影響較大。與傳統(tǒng)基于理論分析的方法不同，大數(shù)據(jù)分析通過挖掘大量歷史和實時數(shù)據(jù)，提高狀態(tài)評估的準確性和及時性。例如，為提升輸變電設(shè)備局部放電監(jiān)測的計算效率，王劉旺等采用Map/Reduce模型，實現(xiàn)局部放電相位分析的并行化參數(shù)提取、統(tǒng)計特征計算及放電類型識別。8.5.1電力大數(shù)據(jù)應(yīng)用3）配電領(lǐng)域大數(shù)據(jù)應(yīng)用配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用主要包括故障定位、負荷管理和設(shè)備故障識別，通過運行數(shù)據(jù)分析，提高供電可靠性。故障定位：傳統(tǒng)行波測距需大量測量裝置，而大數(shù)據(jù)分析利用分類器或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可實時分析網(wǎng)格健康狀況實現(xiàn)精準定位。8.5.1電力大數(shù)據(jù)應(yīng)用3）配電領(lǐng)域大數(shù)據(jù)應(yīng)用負荷管理：通過歷史負荷率與氣象數(shù)據(jù)分析，預(yù)測變壓器重負荷狀態(tài)，提高供電質(zhì)量。例如，Xie等采用注意力門控循環(huán)單元神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提升負荷預(yù)測效率；管鑫等通過用戶響應(yīng)特性分析，結(jié)合集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行主動配電網(wǎng)負荷預(yù)測。設(shè)備故障識別：針對變壓器故障，通過監(jiān)測冷卻油中關(guān)鍵氣體含量及氣體比值進行狀態(tài)檢測。白浩等利用故障相似度清洗數(shù)據(jù)，結(jié)合遷移學(xué)習和SVM算法構(gòu)建故障診斷模型，實現(xiàn)精準診斷。8.5.1電力大數(shù)據(jù)應(yīng)用4）用電領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)應(yīng)用包括用電負荷預(yù)測、用電行為分析和電力交易。用電負荷預(yù)測：利用歷史數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘算法，提取影響負荷波動的敏感因子，構(gòu)建高精度預(yù)測模型，為電網(wǎng)調(diào)度、控制和規(guī)劃提供支持。用電行為分析：通過數(shù)據(jù)分析檢測竊電與異常用電行為，減少電網(wǎng)非技術(shù)性損失，保障安全運行。分析用電負荷、電費臺賬等關(guān)聯(lián)因素，建立用戶行為模型，優(yōu)化用電管理。電力交易：通過電力價格預(yù)測優(yōu)化市場參與者的供需決策，提升經(jīng)濟和環(huán)境價值。例如，Dehghan等利用TensorFlow整合可再生能源、傳統(tǒng)發(fā)電、天氣和歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測市場電價。此外，通過智能電表和跨平臺數(shù)據(jù)分析，了解用戶分布與停電敏感性，制定差異化營銷策略。8.5.2電力大數(shù)據(jù)體系架構(gòu)隨著電力數(shù)據(jù)量的不斷擴大和電力數(shù)據(jù)種類的不斷豐富，大數(shù)據(jù)技術(shù)不斷應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，從而更好地實現(xiàn)了電力系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的資源共享，增強了電網(wǎng)的數(shù)據(jù)交互能力，提高了數(shù)據(jù)的資源利用率。電力系統(tǒng)的云計算體系8.5.2電力大數(shù)據(jù)體系架構(gòu)電力大數(shù)據(jù)主要包括傳感器數(shù)據(jù)和智能電表數(shù)據(jù)，其采集方式分為固定頻率采集和不定時補充采集，確保數(shù)據(jù)完整性。采集的數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至云存儲系統(tǒng)，在傳輸前需經(jīng)過前置通信平臺，進行數(shù)據(jù)預(yù)