2014年10月28日，由中國(guó)工程院、美國(guó)國(guó)家工程院、EMC公司、VMware公司、浪潮集團(tuán)及聯(lián)想集團(tuán)共同舉辦的以云計(jì)算和大數(shù)據(jù)為主題的IT行業(yè)學(xué)術(shù)研討會(huì)——IT 2020高端論壇在京舉行，此次論壇聚焦未來(lái)數(shù)年內(nèi)影響中國(guó)乃至全球行業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和新興IT趨勢(shì)，來(lái)自中國(guó)、美國(guó)及全球各地的學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者及專家學(xué)者參與了此次盛會(huì)。
IT 2020高端論壇上，伊利諾伊大學(xué)香檳分校電氣與計(jì)算機(jī)工程專業(yè)Fox家族教授托馬斯·J·奧維比（Thomas J. Overbye）帶來(lái)《電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用》的主題演講，以下是演講實(shí)錄：
Thomas J·Overbye：首先感謝中國(guó)工程院和其他工程院，感謝給我這次機(jī)會(huì)發(fā)言，前面發(fā)言人講到大數(shù)據(jù)推動(dòng)電網(wǎng)發(fā)展，大數(shù)據(jù)也需要電網(wǎng)，因?yàn)樾枰M(fèi)者，需要很多電力，因此反向也是需要的。上一位發(fā)言講到數(shù)據(jù)分析元，這是電網(wǎng)很重要的一部分，我這里要講的是電網(wǎng)到底怎么樣運(yùn)營(yíng)，怎么樣從中更好地使用大數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)。我認(rèn)為電網(wǎng)是世界最復(fù)雜的機(jī)器，美國(guó)2000年，人們投票選舉出上個(gè)世紀(jì)最重要的技術(shù)，人們認(rèn)為電網(wǎng)或者電力技術(shù)是20世紀(jì)最重要的工程技術(shù)。緊隨其后是汽車、飛機(jī)，還有水資源、電子、廣播等等，將在電器化發(fā)展過(guò)程當(dāng)中發(fā)揮作用，能源可持續(xù)使用框架。很簡(jiǎn)單裝置，可以幫助我們通向非常復(fù)雜的機(jī)器。
電網(wǎng)和電力是即插即用的便利性，還是比較簡(jiǎn)單的，美國(guó)、加拿大他們使用的電壓是不一樣的，美國(guó)、加拿大是120伏，中國(guó)和其他很多地方240伏，赫茲北美是60赫茲，其他是150赫茲。電網(wǎng)三個(gè)部分組成，發(fā)電、負(fù)載、消費(fèi)、電線，發(fā)電和消費(fèi)聯(lián)系起來(lái)，我們?cè)龠M(jìn)一步分析的時(shí)候，我們看到在傳輸?shù)南到y(tǒng)當(dāng)中，電流以高達(dá)一千KB電壓長(zhǎng)距離、高效移動(dòng)。現(xiàn)在我相信中國(guó)的電流也是以1000KB高壓長(zhǎng)距離運(yùn)輸，這是高壓運(yùn)輸。在美國(guó)也是這樣。
再看一下下面，下面電力被運(yùn)輸?shù)讲煌纳鐓^(qū)，高壓電變成了低壓電，低壓電被運(yùn)送到各個(gè)家庭，我的發(fā)言當(dāng)中會(huì)講“總線”，總線是什么，電腦也有總線，我講的總線不是電腦總線，講公路的時(shí)候，“匯流排”不是這個(gè)意思，電網(wǎng)當(dāng)中講多個(gè)電器連接結(jié)合點(diǎn)，電網(wǎng)三項(xiàng)，ABC項(xiàng)，在這，可以看到一個(gè)電線，每個(gè)桿子上有三根桿，我們?cè)谶@一般來(lái)說(shuō)在地圖上會(huì)用一條線代表三條線路，再看一下美國(guó)整個(gè)輸電網(wǎng)絡(luò)的圖。加拿大、美國(guó)，還有墨西哥的一部分，都被連接起來(lái)。最大傳輸電壓765KB。當(dāng)我們?cè)俳５臅r(shí)候，通常建成一個(gè)相互連接的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，通常有大約十萬(wàn)條總線，可以說(shuō)是世界最大的網(wǎng)絡(luò)之一，在每家有四大線，就是在東部，每家是一體的，在北部是不同的，還有南部德州，有自己的獨(dú)特電腦。加拿大魁北克也是獨(dú)立電網(wǎng)，除此以外，其他州都是相互聯(lián)系。
在中國(guó)的電網(wǎng)圖是這樣，下面談到了，你們的傳輸電壓，現(xiàn)在是1000KB，非常高了。要畫出這樣一個(gè)圖非常難，因?yàn)楦邏弘娋W(wǎng)分布的圖被認(rèn)為是高度保密的，所以你要繪出這個(gè)圖非常難，我們也很難非常具體地去展示，因?yàn)橛泻芏嘈畔⑹欠浅＝^密的。在過(guò)去的幾年當(dāng)中，我們電力行業(yè)一直在講智能電網(wǎng)這個(gè)詞，我認(rèn)為長(zhǎng)期以來(lái)，我們的電網(wǎng)具有智能性，愛(ài)迪生創(chuàng)立了GE公司，而電力公司也可以接觸到愛(ài)迪生的年代。電力的發(fā)展在愛(ài)迪生那個(gè)年代已經(jīng)發(fā)明了很具有智能性的電表。像我們所有人都覺(jué)得自己很聰明，但是我們認(rèn)為誰(shuí)上了電網(wǎng)，可以更加聰明，更加具有智能性，可以運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，前面發(fā)言人講到了，很多數(shù)據(jù)分析元，以及智能電網(wǎng)技術(shù)，主要是在變壓器的點(diǎn)來(lái)應(yīng)用，但是實(shí)際上在輸電網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，也可以很多地應(yīng)用，現(xiàn)代的社會(huì)依賴于電器，并且這種依賴性會(huì)越來(lái)越強(qiáng)。
像我們現(xiàn)在的人，每幾分鐘就會(huì)去查一下自己的手機(jī)，或者是E-mail，很多人離開(kāi)電器就沒(méi)法生活。即使是短暫的停電，也會(huì)造成工業(yè)生產(chǎn)的終端，如果是比較長(zhǎng)期的這種停電，而且是大面積的，那就是災(zāi)難性的后果了。我們希望不計(jì)成本地來(lái)防止這樣的事件出生。但是我們不可能用所有的線路鋪滿整個(gè)國(guó)家，我們還有一些經(jīng)濟(jì)性的考慮。我們是否應(yīng)該更多地使用可再生能源來(lái)做動(dòng)力電，問(wèn)題是它的可控性，可能比不上化石能源，所以如何使得電網(wǎng)更具有智慧性呢？到底它為什么是獨(dú)一無(wú)二的技術(shù)呢？電網(wǎng)當(dāng)我們?cè)谡勗谥袊?guó)、美國(guó)的這些互聯(lián)電網(wǎng)的時(shí)候，它是一個(gè)巨大的電路，它的電流速度是光速，所以每分鐘、每秒鐘，都在進(jìn)行變化，我們并沒(méi)有一種方式來(lái)有效地存儲(chǔ)電能，比如說(shuō)我們打開(kāi)電燈開(kāi)關(guān)，這種必須是在你用電的幾毫秒的時(shí)候去發(fā)電，也就是不可能打開(kāi)電燈開(kāi)關(guān)沒(méi)有電，不是像撥電話的時(shí)候聽(tīng)到了忙音，不是這樣的，但是我們就沒(méi)法控制電流通過(guò)電網(wǎng)的方式。當(dāng)然有一些例外，通常來(lái)說(shuō)，客戶可以控制自己的耗電量，而我必須管理電網(wǎng)，會(huì)給大家介紹一下這樣的電網(wǎng)管理。
電網(wǎng)的另外一方面，暴露在自然氣候下，如果電網(wǎng)所處的地區(qū)出現(xiàn)了風(fēng)暴、冰雪暴，加拿大魁北克出現(xiàn)冰雹影響，比如99%以上電網(wǎng)可靠、正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，屬于N-1的可靠性。如果一個(gè)組件出現(xiàn)了問(wèn)題，待會(huì)舉例來(lái)介紹，電網(wǎng)仍然是可以維持的。比如雷電或者是龍卷風(fēng)破壞了電網(wǎng)，這可能出現(xiàn)緊急狀況或者極端情況，就是颶風(fēng)出現(xiàn)了，給電網(wǎng)造成了在災(zāi)難性這種破壞，所以我們有不同的狀態(tài)，電網(wǎng)恢復(fù)狀態(tài)、緊張狀態(tài)、緊急狀態(tài)。
下面為大家展示一下模擬的電網(wǎng)運(yùn)行。這是電網(wǎng)的一個(gè)模型，這是一個(gè)小模型，待會(huì)還有大模型展示，大家看一下綠色箭頭展示的是電流在電網(wǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡。大家可以看到有一些紅線代表的是高壓輸電，還有一些圓形是指發(fā)電站，大家看看這部分的箭頭，它是電力被消耗的點(diǎn)，我們不會(huì)去模擬所有電網(wǎng)中的設(shè)備，我們看到百兆瓦在美國(guó)，可能是能夠供5萬(wàn)居民的一個(gè)美國(guó)小縣城所去供電的量。我們看到110兆瓦，我們必須來(lái)供這么多的電。在這里有三條線進(jìn)來(lái)，我們?nèi)绻麛?shù)學(xué)算的好，可以把它都匯總加起來(lái)這幾個(gè)數(shù)，如果有一條線，終止服務(wù)，可能是被雷電給劈了，所以就終止服務(wù)了。那么自動(dòng)的，我們會(huì)有另外的一個(gè)供電去彌補(bǔ)，出現(xiàn)這樣情況，可能會(huì)出現(xiàn)輸電線的過(guò)載現(xiàn)象。如果超過(guò)了百分之百，也就是比如108%的話，這條線因?yàn)橐浹a(bǔ)供電，結(jié)果就過(guò)載了。你剛才到N-1的正常。也就是如果有一個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)故障，不會(huì)出現(xiàn)過(guò)載，那么但是這個(gè)網(wǎng)絡(luò)不是很簡(jiǎn)易狀態(tài)，如果出現(xiàn)了一個(gè)過(guò)載的輸電線，我們必須對(duì)這個(gè)電線進(jìn)行這樣的一個(gè)減壓，否則的話肯定會(huì)出故障。所以我來(lái)改變我們所說(shuō)的發(fā)電的位置。我可以間接地控制這條電線的輸電。比如這就是我們談到的發(fā)電和負(fù)載不斷地平衡中。
這條線恢復(fù)正常了，這個(gè)部分的客戶希望增加耗電量，點(diǎn)一下這個(gè)值，這樣的話，就會(huì)給這個(gè)客戶通過(guò)輸電線輸更多的電，會(huì)自動(dòng)地從發(fā)電機(jī)輸出來(lái)，如果發(fā)電機(jī)通常是AGC，就是代表自動(dòng)發(fā)電控制，它是開(kāi)啟狀態(tài)。下面切換到美國(guó)東部，芝加哥是伊利諾伊州最大城市，美國(guó)第二或者第三大城市，這張圖為大家展示了芝加哥電網(wǎng)，綠色箭頭展示的是在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)碾姡t色的線是345兆瓦的電壓，黑色是138兆瓦。大概這個(gè)位置是780兆瓦左右，如果我對(duì)某一個(gè)電網(wǎng)、某一個(gè)地方放大，大家看一下，這是在北伊利諾伊州，叫做拜倫發(fā)電廠的位置，有兩個(gè)發(fā)電機(jī)，大概是1200兆瓦發(fā)電量，通過(guò)兩條線，300到400兆的傳輸線。像跟小系統(tǒng)所發(fā)生的，我們?cè)谶@里頭還有三條線，一個(gè)是負(fù)載更高，但是沒(méi)有一個(gè)過(guò)載的。如果我們有一天很不幸，兩條線都出問(wèn)題了。
像上一個(gè)案例中，現(xiàn)在我們有一條傳輸線是過(guò)載了，我們必須做一些事情來(lái)處理。這就是電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商一直要處理的這樣一些問(wèn)題。如果不快速解決的話，我們的電網(wǎng)管理還可以，有的時(shí)候突然出現(xiàn)了一次性的兩條輸電線，出現(xiàn)問(wèn)題，我們就會(huì)快速進(jìn)入到緊急狀態(tài)。所以就會(huì)建議這個(gè)發(fā)電廠應(yīng)該降低發(fā)電量。
我們回到幻燈片，在上一個(gè)介紹當(dāng)中，我們看到電網(wǎng)是根據(jù)不同的時(shí)間規(guī)模來(lái)去進(jìn)行運(yùn)營(yíng)的，在這里，我為大家展示的這樣一個(gè)時(shí)間單位叫做電力的框架結(jié)構(gòu)圖，那么從幾秒到幾分鐘、幾毫秒，主要是在這樣一個(gè)時(shí)間范圍之內(nèi)，必須把發(fā)電和耗電進(jìn)行一個(gè)平衡、匹配。這就是我們談到的發(fā)電和傳輸?shù)囊?guī)劃，這是我們這十多年來(lái)的這樣一種做法。
比如說(shuō)我們必須去研究，比如說(shuō)如果被雷電所劈這樣一個(gè)效果，可能會(huì)造成一些電泳現(xiàn)象，可能還要研究這樣一些出現(xiàn)情況，所以待會(huì)會(huì)為大家展示一下電網(wǎng)輸電的穩(wěn)定性。大家看一下比較做短期電網(wǎng)情況，1/10、1/20秒，到30、40秒之間，如果出現(xiàn)系統(tǒng)波動(dòng)的話，模擬一下，如果發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)問(wèn)題的話，這個(gè)時(shí)候在電網(wǎng)會(huì)出現(xiàn)這樣一個(gè)正當(dāng)現(xiàn)象。這張幻燈片所展示的是不同的線，20秒之內(nèi)，60赫茲，就是在發(fā)電機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題之前，這個(gè)時(shí)候發(fā)電量不足，系統(tǒng)開(kāi)始放緩，這個(gè)時(shí)候頻率也會(huì)降低。這是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，有的時(shí)候公用事業(yè)、行業(yè)，他們必須實(shí)時(shí)的研究，那么這需要大量的數(shù)據(jù)來(lái)去和計(jì)算支持。
下面切換一下電腦，為大家展示實(shí)時(shí)的模擬仿真，如果當(dāng)這個(gè)發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)了問(wèn)題故障，這是模擬的北美西部電網(wǎng)，這是西部模擬。電網(wǎng)的干擾不會(huì)以光的速度在電網(wǎng)出現(xiàn)效應(yīng)，大概是每秒五千公里的速度，所以這就是一個(gè)影響在電網(wǎng)中遞延的速度。這是1/3的實(shí)時(shí)速度的仿真模擬，可以看到，這是我們電網(wǎng)的南部，有一個(gè)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)了問(wèn)題，然后他造成的影響，慢慢地影響在整個(gè)電網(wǎng)中蔓延開(kāi)來(lái)。我們看到不會(huì)有一些頻率變得太低，如果這個(gè)電頻變得太低的話，整個(gè)電網(wǎng)出現(xiàn)問(wèn)題的組件就會(huì)更大。所以我們是每秒的實(shí)時(shí)仿真，必須有電網(wǎng)模型，而這些模型必須由數(shù)據(jù)去支撐，這些數(shù)據(jù)是由傳感器去收集的，以提供電網(wǎng)的高可視性。
回到這張幻燈片，那么為了應(yīng)對(duì)這樣一個(gè)發(fā)電量的瞬間丟失，系統(tǒng)頻率會(huì)下樣，這個(gè)時(shí)候會(huì)有各種各樣的自動(dòng)控制系統(tǒng)，來(lái)去生效。而當(dāng)這些系統(tǒng)生效之后，他們會(huì)防止系統(tǒng)頻率的下降。其中一個(gè)挑戰(zhàn)就是可再生的這樣一些發(fā)電，比如說(shuō)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，通常他們都是屬于最高的一個(gè)輸電，所以太陽(yáng)能電是沒(méi)有慣性的。電網(wǎng)控制非常的好，那么事實(shí)上在電網(wǎng)出現(xiàn)，也就是在19世紀(jì)的時(shí)候，我們就一直再去對(duì)它進(jìn)行控制，比如說(shuō)當(dāng)雷擊，出現(xiàn)電網(wǎng)故障，發(fā)生的故障的設(shè)備，必須盡快地去停止服役，高壓故障應(yīng)該在0.05秒時(shí)間周期內(nèi)，避免熱力和機(jī)械損壞。
還有地磁的平抑，會(huì)造成高電磁場(chǎng)的損壞，這是我們談到了對(duì)電網(wǎng)的控制度，我們要快速讓這塊輸電線停止控制，但是又要有一個(gè)規(guī)模的控制。但是這種控制是由自動(dòng)管理中心和這樣一套系統(tǒng)來(lái)去組合的話，我們通常把它稱之為EMS能源管理系統(tǒng)，這種系統(tǒng)主要由SCADA數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，指監(jiān)管式的控制和數(shù)據(jù)收集，那么可以說(shuō)SCADA是一個(gè)非常好用的方式，我們會(huì)通過(guò)SCADA收據(jù)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行創(chuàng)建功率流模式，就是剛才展示的芝加哥電網(wǎng)，然后我們會(huì)做一些緊急或者偶然性的分析，來(lái)看它是否是N-1的這樣正常狀態(tài)，所有這些規(guī)劃是以實(shí)施的方式去發(fā)生，或者靜實(shí)施，只有SCADA系統(tǒng)，電網(wǎng)本身速度快于一秒，而SCADA仿真，快于一秒不夠用，如果做模型預(yù)測(cè)和實(shí)際情況有出入，這張圖紅色的線代表電網(wǎng)系統(tǒng)頻率，這是在南加州2011年所出現(xiàn)的一個(gè)情況。也就是它的頻率降的太低了，結(jié)果電網(wǎng)實(shí)際的性能和模型做出來(lái)的性能是不一致的，實(shí)際的電網(wǎng)告訴我們這個(gè)模型預(yù)測(cè)的結(jié)果是不準(zhǔn)的，所以我們要驗(yàn)證這樣一個(gè)預(yù)測(cè)。我們?cè)趺醋鍪褂昧讼嗔繙y(cè)量單位PMU，不是幾秒鐘取一次樣，每秒取30到60次，上面曲線圖告訴你區(qū)別，電腦實(shí)際發(fā)生情況，每秒取幾次可以看到區(qū)別，我們丟了很多的振蕩產(chǎn)生的曲線。這個(gè)PMU就是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，給我們帶來(lái)了很多數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在在中國(guó)部署了很多，因?yàn)楝F(xiàn)在采樣、取樣比較多，速度比較快，這樣有更好、更準(zhǔn)確的判斷，另外我們現(xiàn)在實(shí)時(shí)從狀態(tài)估計(jì)，至少需要數(shù)秒鐘時(shí)間，變?yōu)橹苯訝顟B(tài)測(cè)量，這樣可以不斷地進(jìn)行觀察，這樣可以給你更多的這種可能性，讓你更快、更廣地區(qū)的控制，這樣還可以進(jìn)行這種更好的模型，了解更好的電網(wǎng)情況。我所從事的研究一個(gè)領(lǐng)域，就是怎么樣來(lái)避免災(zāi)難性的事件，其中包括地磁干擾，比如說(shuō)出現(xiàn)了大型日冕物質(zhì)噴射，對(duì)地球磁場(chǎng)發(fā)生沖擊，形成準(zhǔn)直流電，高壓轉(zhuǎn)換器飽和，非常危險(xiǎn)的。魁北克1994年遇到這種情況，出現(xiàn)高壓情況非常危險(xiǎn)，這樣也是不斷地在研究的一個(gè)領(lǐng)域。我們朝什么方向來(lái)發(fā)展，我們希望更大范圍進(jìn)行更加復(fù)雜的監(jiān)控。當(dāng)然有數(shù)據(jù)來(lái)支持的，牽扯很多數(shù)據(jù)，有很多控制系統(tǒng)，有很多傳感系統(tǒng)、數(shù)據(jù)，都在電網(wǎng)上，我們?cè)陔娏π袠I(yè)中需要能夠幫助大數(shù)據(jù)行業(yè)，就是你們這些人，你們也需要我們獲得穩(wěn)健、可靠的電源供應(yīng)，這樣能夠進(jìn)行其他的科研工作，相互之間都是互相依存、互相支持的。才能對(duì)大家?guī)?lái)更好的扶持。這種可靠的電力對(duì)于現(xiàn)在社會(huì)至關(guān)重要，謝謝！
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本屆論壇將進(jìn)一步探索云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的架構(gòu)、應(yīng)用和對(duì)主要行業(yè)的影響。屆時(shí)中國(guó)工程院和美國(guó)國(guó)家工程院的頂尖科學(xué)家、學(xué)術(shù)界的知名專家以及產(chǎn)業(yè)界著名的思想領(lǐng)袖將匯聚一堂，與您共同探討宏觀IT趨勢(shì)的話題。聚焦云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)架構(gòu)，兩者對(duì)中國(guó)IT策略、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市可持續(xù)化發(fā)展的影響，以及大數(shù)據(jù)在中國(guó)可持續(xù)化發(fā)展進(jìn)程中至關(guān)重要的三個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用：醫(yī)療、能源變革和綜合交通。
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