“電網(wǎng)一張圖”時(shí)空數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

上周我們分享了國家電網(wǎng)如何利用圖技術(shù)來打造電力圖計(jì)算平臺(tái)，并實(shí)現(xiàn)了秒級(jí)EMS實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分析，受到了不小的關(guān)注。而今天的隨身聽將進(jìn)一步分享 “電網(wǎng)一張圖“時(shí)空數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、電力設(shè)備管理知識(shí)圖譜、電力現(xiàn)貨市場(chǎng)模擬仿真系統(tǒng)，里面涉及的內(nèi)容絕不僅僅只是針對(duì)電力行業(yè)，企業(yè)信息管理是各個(gè)企業(yè)都面臨的問題，那國家電網(wǎng)是如何利用圖技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，又取得了怎樣的成果？那就跟我們今天的隨身聽一起來學(xué)習(xí)一下吧。

# “電網(wǎng)一張圖”時(shí)空數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

首先，能源互聯(lián)網(wǎng)為什么需要“電網(wǎng)一張圖”？能源互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展成為多元化能源生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)的樞紐，交流與直流、大電網(wǎng)與分布式微網(wǎng)并存，電從遠(yuǎn)方來與電從身邊來并存。跨層級(jí)、跨區(qū)域的協(xié)同配合和信息互動(dòng)明顯增強(qiáng)，各電壓等級(jí)能源流相互影響越來越大。為此，構(gòu)建融合發(fā)、輸、供、用為一體的“電網(wǎng)一張圖”，強(qiáng)化電力系統(tǒng)在線計(jì)算和一鍵查詢到底的全局分析控制能力迫在眉睫。

#電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀與問題

電力系統(tǒng)發(fā)、輸、供、用具有即發(fā)即用實(shí)時(shí)平衡的特點(diǎn)，受傳統(tǒng)觀念影響和信息技術(shù)水平限制，國際國內(nèi)普遍按照電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)各自構(gòu)建各自的能源流圖，并按照不同電壓等級(jí)和業(yè)務(wù)部門人為將一個(gè)大電網(wǎng)分散到多個(gè)信息系統(tǒng)分別進(jìn)行測(cè)量、控制和分析。這種割裂電能生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)的電網(wǎng)信息系統(tǒng)建設(shè)模式，忽視了電能即發(fā)即用和電網(wǎng)各側(cè)物理聯(lián)結(jié)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系，非常不利于電網(wǎng)全局協(xié)同控制和優(yōu)化，急需改變。

#企業(yè)信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

而這種企業(yè)信息系統(tǒng)的問題不僅僅只是發(fā)生在電力行業(yè)，各行各業(yè)都有這樣的趨勢(shì)。為什么會(huì)這樣呢？因?yàn)殚L(zhǎng)期以來，以應(yīng)用為中心的方式建設(shè)信息系統(tǒng)，這種建設(shè)方式把應(yīng)用與數(shù)據(jù)模型緊密捆綁，而且一個(gè)數(shù)據(jù)模型僅為單一應(yīng)用服務(wù)，難以提供全局化服務(wù)，因而一定會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)孤島和代碼混亂。

#如何改變？

國家電網(wǎng)在能源互聯(lián)網(wǎng)過程中提出了“數(shù)據(jù)一個(gè)源，電網(wǎng)一張圖，業(yè)務(wù)一條線”的數(shù)據(jù)融合與共享理念?！?為了更好地落實(shí)該理念，國家電網(wǎng)將“電網(wǎng)天然一張圖”轉(zhuǎn)化為“信息關(guān)聯(lián)一張圖”，構(gòu)建與互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎類似的、可提供快速便捷數(shù)據(jù)查詢?cè)L問服務(wù)的高效數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)索引圖，為內(nèi)外部應(yīng)用提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)“即時(shí)獲取”，解決專業(yè)壁壘凸顯、跨專業(yè)流程不貫通、數(shù)據(jù)共享實(shí)時(shí)性不強(qiáng)、數(shù)據(jù)價(jià)值未充分挖掘等數(shù)據(jù)共享共用問題。

#“電網(wǎng)一張圖”數(shù)據(jù)集成的技術(shù)方案

為了實(shí)現(xiàn)“電網(wǎng)一張圖”，從原來的以應(yīng)用為核心逐漸轉(zhuǎn)變成以數(shù)據(jù)為中心，這樣的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)應(yīng)用分離、功能擴(kuò)充容易、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多樣、集成成本合理，然后把數(shù)據(jù)中臺(tái)和“電網(wǎng)一張圖”的數(shù)據(jù)引擎融合在一起，這樣就具有了以下幾個(gè)特點(diǎn)：首先是數(shù)據(jù)生成層、管理層、應(yīng)用層相互分離。在這樣的一個(gè)模式下就可以支持?jǐn)?shù)據(jù)層擴(kuò)充、管理層擴(kuò)展、應(yīng)用層不斷擴(kuò)大，而且，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和知識(shí)的統(tǒng)一表達(dá)，支撐低成本定制化應(yīng)用和開放性應(yīng)用的開發(fā)。這也就意味著引入了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精髓--“關(guān)聯(lián)索引圖”來構(gòu)建電力企業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)搜索”型數(shù)字引擎，從而提升數(shù)據(jù)使用價(jià)值，提升全網(wǎng)分析控制能力。

“電網(wǎng)一張圖”的機(jī)制實(shí)現(xiàn)了多維關(guān)聯(lián)：

拓?fù)滏溄雨P(guān)系關(guān)聯(lián)：讓全電壓等級(jí)電網(wǎng)上下貫通

時(shí)間演化屬性關(guān)聯(lián)：使電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)被連續(xù)監(jiān)控分析

空間地理環(huán)境關(guān)聯(lián)：利用外部的氣象和地理運(yùn)行環(huán)境關(guān)聯(lián)關(guān)系分析

綜合以上幾個(gè)維度，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面而系統(tǒng)的分析。

# “電網(wǎng)一張圖”的價(jià)值與意義

利用“電網(wǎng)一張圖”拓?fù)浞?wù)，打破了電力生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)數(shù)據(jù)壁壘，提升電網(wǎng)全局能源流感知分析能力。“電網(wǎng)一張圖”能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)、輸、供、用各端能源數(shù)據(jù)流的精確、快速、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理與分析，從而為快速調(diào)整優(yōu)化資源，高效精準(zhǔn)地滿足客戶電力服務(wù)提供了技術(shù)手段。

“電網(wǎng)一張圖”對(duì)電力市場(chǎng)的所有參與者統(tǒng)一建模，能更好地滿足電力交易市場(chǎng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)響應(yīng)的需求，使各方市場(chǎng)主體可以更公平、更透明的參與市場(chǎng)交易，優(yōu)化營商環(huán)境。分布式電源的快速發(fā)展及儲(chǔ)能和控制裝置大規(guī)模接入使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，主配網(wǎng)交織影響日益顯現(xiàn)，利用“電網(wǎng)一張圖”在線計(jì)算大電網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵指標(biāo)，實(shí)時(shí)評(píng)估電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)，能夠有效地支撐大電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。

#“電網(wǎng)一張圖”應(yīng)用實(shí)例

在電網(wǎng)一張圖上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了很多應(yīng)用，這里為大家列舉3個(gè)應(yīng)用實(shí)例。

//營配調(diào)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)治

利用“電網(wǎng)一張圖”圖計(jì)算技術(shù)開展全電壓等級(jí)電廠/配電變壓器供電路徑搜索、配網(wǎng)大饋線手拉手核對(duì)、主/配網(wǎng)孤島設(shè)備整治、異常環(huán)路整治等工作，破解營配調(diào)數(shù)據(jù)質(zhì)量治理問題，促進(jìn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)融合貫通。

//精準(zhǔn)發(fā)布停電信息

利用“電網(wǎng)一張圖”的拓?fù)涮攸c(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了考慮備自投策略的主、配網(wǎng)故障停電范圍分析和考慮負(fù)荷轉(zhuǎn)供方案的主、配網(wǎng)檢修計(jì)劃停電范圍分析。該功能將優(yōu)化分析出的配變停電信息推送至供電服務(wù)指揮系統(tǒng)，由供電服務(wù)指揮系統(tǒng)將停電信息精準(zhǔn)發(fā)布至電力客戶手機(jī)上。可以有效減少大量的客戶投訴。

//變電站負(fù)荷畫像和在線計(jì)算可開放容量

利用“電網(wǎng)一張圖”圖計(jì)算功能，獲取變電站供電范圍內(nèi)配電變壓器信息，根據(jù)配電變壓器所供負(fù)荷數(shù)據(jù)和用戶行業(yè)分類，繪制變電站分類負(fù)荷畫像，支撐區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃和精細(xì)化母線負(fù)荷預(yù)測(cè)。

#電力設(shè)備管理知識(shí)圖譜

下面我們來聊聊電力設(shè)備管理知識(shí)圖譜。

# 電力領(lǐng)域知識(shí)圖譜的特點(diǎn)與四層架構(gòu)

電力領(lǐng)域的知識(shí)圖譜有什么特點(diǎn)呢？與傳統(tǒng)的通用知識(shí)圖譜相比又有哪些區(qū)別呢？我們發(fā)現(xiàn)，領(lǐng)域知識(shí)圖譜在知識(shí)來源、知識(shí)表示、知識(shí)獲取和知識(shí)應(yīng)用四個(gè)方面都與通用知識(shí)圖譜有區(qū)別。而且電力領(lǐng)域知識(shí)圖譜是以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為主、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為輔，而且要求數(shù)據(jù)和知識(shí)相互融合。因此我們提出了這樣的一個(gè)知識(shí)圖譜的技術(shù)架構(gòu)，由數(shù)據(jù)源層、物理本體（也叫主設(shè)備本體層）、語義知識(shí)圖譜層（也就是關(guān)系本體層）和應(yīng)用本體層這四層構(gòu)成。

#電力領(lǐng)域知識(shí)圖譜的構(gòu)建原則與流程

我們提出了電力領(lǐng)域知識(shí)圖譜的構(gòu)建原則，包括這五項(xiàng)原則——清晰性、一致性、靈活性、可擴(kuò)展性和自動(dòng)化。我們也總結(jié)了兩種方法，一種方法是“自上而下”為主，這種主要適用于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的分析；另一種方法是“自下而上”為輔，這種適用于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的管理。所以在這里我們就根據(jù)電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)共存、以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為主這樣的特點(diǎn)，并根據(jù)本體構(gòu)建、數(shù)據(jù)抽取、知識(shí)融合、知識(shí)存儲(chǔ)的步驟，提出了電力領(lǐng)域知識(shí)圖譜的構(gòu)建原則與流程。

#雙輪驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)知識(shí)融合技術(shù)架構(gòu)

電力系統(tǒng)的一個(gè)特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)和知識(shí)相互融合，基于這個(gè)特點(diǎn)，我們又提出了雙輪驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)知識(shí)融合技術(shù)架構(gòu)。數(shù)據(jù)包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。其中，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)包括臺(tái)帳數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、調(diào)控云數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)包括各種的文本、圖像等數(shù)據(jù)。運(yùn)行知識(shí)包括標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)定，關(guān)聯(lián)關(guān)系包括拓?fù)溥B接關(guān)系、從屬關(guān)系、過程關(guān)系和層級(jí)關(guān)系。

因此，從數(shù)據(jù)融合角度，包括這五個(gè)部分，分別是：本體構(gòu)建、實(shí)體辨識(shí)、沖突解決、數(shù)據(jù)溯源和數(shù)據(jù)融合。在知識(shí)融合角度，也包括五個(gè)部分，分別是知識(shí)抽象建模、關(guān)系推演、深度知識(shí)發(fā)現(xiàn)、通用模式生成和知識(shí)融合。并且，在本體構(gòu)建和知識(shí)建模、實(shí)體辨識(shí)和關(guān)系推演方面，數(shù)據(jù)和知識(shí)之間需要相互融合。這就是雙輪驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)知識(shí)融合集成的策略。

#電力設(shè)備管理知識(shí)圖譜的應(yīng)用價(jià)值

電力設(shè)備知識(shí)圖譜構(gòu)建完成以后，實(shí)際上最主要的功能就是，我們可以從更多的維度實(shí)現(xiàn)對(duì)于設(shè)備質(zhì)量事件的分析，比如我們可以從廠商維度、電網(wǎng)運(yùn)行維度、運(yùn)行環(huán)境維度等進(jìn)行綜合分析。這樣就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備質(zhì)量分析從過去的“單一設(shè)備維度”向“多維關(guān)聯(lián)分析”維度的轉(zhuǎn)變。

#電力一次設(shè)備質(zhì)量事件標(biāo)簽自動(dòng)生成

接下來我們看看如何利用電力設(shè)備質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)專用詞典，進(jìn)行建模，從這些詞典中，我們進(jìn)行中文分詞，形成缺陷/故障分析的描述詞矩陣，對(duì)描述進(jìn)行特征詞提取，最后我們對(duì)電力設(shè)備的質(zhì)量問題進(jìn)行事件分類，這樣我們就可以對(duì)新出現(xiàn)的質(zhì)量事件，進(jìn)行標(biāo)簽的自動(dòng)生成。我們利用缺陷/故障的歷史數(shù)據(jù)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)標(biāo)簽的自動(dòng)生成。

#電力設(shè)備管理知識(shí)圖譜的智能搜索技術(shù)

這樣，我們就融合自然語言處理、詞性標(biāo)注、自定義字典、句法分析、語義解析、TigerGraph的無編程查詢生成器，研發(fā)了智能搜索引擎，提升了用戶搜索體驗(yàn)。

并且，在智能搜索挖掘技術(shù)中，我們?nèi)诤狭藛柧渖疃冉馕?、知識(shí)推理等技術(shù)，研發(fā)了電力設(shè)備管理知識(shí)圖譜的智能搜索技術(shù)，可以靈活布置在任何界面上，而且提問方式自然，交互方式友好。

#電力設(shè)備管理知識(shí)圖譜的典型功能

在電力設(shè)備質(zhì)量管理知識(shí)圖譜中，開發(fā)了設(shè)備質(zhì)量概覽儀表盤、設(shè)備臺(tái)賬管理、故障缺陷查詢、時(shí)序分析、疑似家族性缺陷分析與供應(yīng)商質(zhì)量評(píng)價(jià)這幾個(gè)功能。

#電力現(xiàn)貨市場(chǎng)模擬仿真系統(tǒng)

接下來我們?cè)僖黄鹆牧碾娏ΜF(xiàn)貨市場(chǎng)模擬仿真系統(tǒng)的研發(fā)。

#基于圖計(jì)算的電力現(xiàn)貨市場(chǎng)仿真平臺(tái)總體架構(gòu)

這里我們主要是充分利用圖計(jì)算網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用速度快的特點(diǎn)，研發(fā)了由電力市場(chǎng)運(yùn)營模擬控制/電力系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視器、電力市場(chǎng)運(yùn)營模擬器、電力系統(tǒng)運(yùn)行模擬器、和電力市場(chǎng)參與者行為模擬器聯(lián)合構(gòu)成的電力市場(chǎng)仿真平臺(tái)框架。

#基于圖計(jì)算的電力市場(chǎng)運(yùn)營模擬

我們?nèi)诤匣趫D計(jì)算的安全校核功能（就是我們上一期介紹的在線潮流和安全分析）、基于混合整數(shù)規(guī)劃的優(yōu)化計(jì)算，基于TigerGraph圖數(shù)據(jù)庫的子Query并行調(diào)用功能，我們就開發(fā)了一個(gè)高效的電力市場(chǎng)運(yùn)營模擬器。

#基于圖數(shù)據(jù)庫的電力市場(chǎng)模型

基于TigerGraph圖數(shù)據(jù)庫，我們建立了包含火電機(jī)組、梯級(jí)水電站以及抽水蓄能電站的安全約束機(jī)組組合的圖計(jì)算模型，這里包含了：1）系統(tǒng)平衡模型；2）火電機(jī)組約束模型；3）梯級(jí)水電站約束模型；4）抽水蓄能電站約束模型；5）網(wǎng)絡(luò)安全約束模型。這些都可以基于TigerGraph圖數(shù)據(jù)庫進(jìn)行建模。

# 電力市場(chǎng)模擬仿真系統(tǒng)主界面

我們基于電力市場(chǎng)圖數(shù)據(jù)模型、可視化軟件架構(gòu)，研發(fā)了電力市場(chǎng)模擬仿真系統(tǒng)主界面。左側(cè)是基于圖數(shù)據(jù)模型自動(dòng)生成的電網(wǎng)單線圖，右側(cè)描述了我們電力市場(chǎng)模擬系統(tǒng)中計(jì)算模型的計(jì)算情況。

#電力市場(chǎng)模擬仿真系統(tǒng)的功能界面

在這里，我們?cè)O(shè)計(jì)了電力系統(tǒng)、輸電線路、發(fā)電機(jī)和負(fù)荷輸入參數(shù)，計(jì)算結(jié)果，發(fā)電機(jī)投標(biāo)、結(jié)算、以及優(yōu)化結(jié)果等功能界面。

# 總結(jié)

1、圖數(shù)據(jù)模型和電力系統(tǒng)以及能源互聯(lián)網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)高度匹配，可以自然高效地對(duì)電力系統(tǒng)和能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行圖建模，大幅度提升了數(shù)據(jù)管理規(guī)模和查詢速度；

2、將電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)-開關(guān)設(shè)備圖和母線-支路計(jì)算圖模型，與圖節(jié)點(diǎn)/分層并行計(jì)算、優(yōu)化計(jì)算、智能計(jì)算等函數(shù)庫，以及生動(dòng)靈活的人機(jī)界面設(shè)計(jì)有機(jī)融合，構(gòu)建了電力圖計(jì)算平臺(tái)，提出基于圖數(shù)據(jù)庫查詢的電網(wǎng)分析應(yīng)用實(shí)現(xiàn)模式，使得計(jì)算性能出現(xiàn)數(shù)量級(jí)飛躍；

3、利用電力圖計(jì)算平臺(tái)，研發(fā)了秒級(jí)EMS實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分析軟件，首次實(shí)現(xiàn)了萬級(jí)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)SCADA采樣周期內(nèi)（5秒）完成狀態(tài)估計(jì)、在線潮流、預(yù)想故障分析等實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)分析的目標(biāo)；

4、利用TigerGraph 圖數(shù)據(jù)庫支持大規(guī)模建模與高效查詢的特點(diǎn)，構(gòu)建了融合發(fā)、輸、供、用為一體的“電網(wǎng)一張圖”，有效打破了條塊層分割的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)壁壘以及人為構(gòu)筑的思維意識(shí)墻，為電力企業(yè)建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)探索了有效的技術(shù)支撐手段；

5、提出雙輪驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)知識(shí)融合戰(zhàn)略，以電網(wǎng)物理設(shè)備為核心構(gòu)建物理本體，在此基礎(chǔ)上，依據(jù)所屬關(guān)系和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成關(guān)系本體，建設(shè)電力設(shè)備質(zhì)量管理知識(shí)圖譜，推動(dòng)設(shè)備管理水平的提升；

6、充分利用圖計(jì)算網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用速度快的特點(diǎn)，研發(fā)了由電力市場(chǎng)運(yùn)營模擬控制、電力市場(chǎng)運(yùn)營模擬仿真、電力系統(tǒng)運(yùn)行模擬仿真、電力市場(chǎng)參與者行為模擬仿真的電力市場(chǎng)仿真平臺(tái)。

審核編輯 ：李倩