北極星智能電網在線 來源:科技日報 作者:馬愛平 2019/1/8
電網信息具有天然的時空特征，全面數字化與信息化的時空電網是建設數字中國和智慧社會的基礎。與歐美國家相比，我國擁有全球規模最大、結構最復雜、用戶最多的復雜大電網。異構的電網空間、瞬變的電網狀態、多源的信息更新及繁多的業務類型給復雜大電網可靠運行與高效管理帶來了巨大困難，如何為其提供全面、即時和準確的時空信息服務是一個世界性難題，也沒有先例可循。
由國家電網公司、武漢大學等共同組成的“復雜大電網時空信息服務平臺關鍵技術與應用”項目組經多年攻關，突破了復雜大電網時空信息服務平臺關鍵技術：創建了雙空間一體化電網時空信息模型；提出了復雜大電網時空拓撲的秒級實時重構技術；構建了基于北斗系統的電網資源信息可信高效更新技術體系；研發了具有完全自主知識產權的復雜大電網時空信息服務平臺，構建了全球規模最大、覆蓋最廣的電網地理信息服務網絡。項目成果已應用于國家電網總部、27個省級電力公司及其所有地市、縣、鄉共3.5萬多個單位，建立了由27個省級主干節點、1000余個地市服務節點、10萬余個班組操作節點構成的全球最大的公用事業地理信息服務網絡，日均在線用戶數70余萬，日均時空信息服務調用1000余萬次，實現了對國家電網15.2億余臺電網設備全時態信息的全在線管理。
近3年，項目所產生的直接經濟效益達79余億元，由第三方測評機構估算項目對提供應用證明的部分單位所產生的間接經濟效益約129余億元。項目成果還應用于臺風、地震、冰災等重大自然災害處置及歷年國家重大活動的保供電工作，提升了電網應急響應及處置能力，取得了重大的社會效益。部分成果已推廣應用到國內能源相關行業，并在“一帶一路”沿線部分國家得到推廣，實現了自主核心技術產品的國際化輸出。項目獲得發明專利45項、軟件著作權58項，出版專著7部，制定各類標準16項，發表論文121篇。獲中國地理信息產業協會、中國電機工程學會等省部級一等獎5項，項目四項應用成果獲中國地理信息產業協會優秀工程金獎。
砥礪創新，突破復雜大電網時空信息服務平臺關鍵技術
我國亟須突破復雜大電網時空數據模型、拓撲計算方法、信息更新技術等關鍵技術，實現地理信息技術與電網核心業務系統深度融合，支撐復雜大電網的可靠運行與高效管理。
首先，多層次、多類型、多語義的時空信息，其組成模式不同、拓撲結構迥異，存在復雜業務關聯，造成電網時空信息在兩種空間及多類業務中的分割分裂，迫切需要發展兼顧地理空間與電氣空間的統一時空信息模型。
其次，我國存在受限信息下復雜大電網拓撲信息全網實時重構的性能瓶頸問題。電網中少量節點的電氣變化將觸發大規模節點的狀態與結構瞬變，導致數字電網與物理電網的狀態與結構不一致。非實時重構將給電網拓撲分析、負荷轉供等業務帶來巨大風險，迫切需要發展復雜大電網拓撲結構和狀態的實時重構技術。
第三，復雜大電網資源信息的高效可信更新問題突出。多源多態電網資源信息獲取存在位置失準、更新滯后、安全隱患等問題，導致電網資源信息質量差和現 勢性低，嚴重影響了電網運維檢修與調度安全，迫切需要發展電網資源信息的高效可信更新技術。
據“復雜大電網時空信息服務平臺關鍵技術與應用”項目主要負責人國家電網公司信息通信部主任王繼業介紹，針對這些難題和需求，項目組在國家科技計劃等支持下，歷時多年攻關，對復雜大電網時空信息平臺關鍵技術進行了拓展性與集成性創新，建立了服務于復雜大電網的一體化時空信息平臺，研制了覆蓋電網所有核心業務的一系列應用系統。
據項目組介紹，該項目共有四個突出的創新點——
創建了雙空間一體化電網時空信息模型
電網時空信息同時分布于地理空間和電氣空間，具有多源異構、動態拓撲、相互映射等復雜特征，嚴重阻礙了復雜大電網雙空間的信息集成與業務協同。項目創建了雙空間一體化電網時空信息模型，實現了地理空間與電氣空間深度融合的全要素全業務統一建模表達，突破了復雜大電網巨量異源時空信息的關聯映射難題，提高了電氣空間業務的空間決策能力，支撐了國家電網近2000類實體、共15.2億臺電網設備的全局時空一致建模。
提出了復雜大電網時空拓撲的秒級實時重構技術
電網有限節點的改變會導致拓撲狀態和結構發生變化，高頻時變特征對信息服務的實時性和重構能力提出了極高要求，常規拓撲分析方法效率較低，無法滿足電網拓撲實時重構的需求。項目提出了復雜大電網時空拓撲的秒級實時重構技術，突破了分布式拓撲計算的性能瓶頸，構建了動靜態服務自適應調度的高并發時空信息計算引擎，將停電決策分析、負荷轉供等電網拓撲分析業務處理時間由國外同類技術的分鐘級縮短到秒級，提高了電網調度控制、應急搶修等業務的安全性與效率。
構建了基于北斗系統的電網資源信息可信高效更新技術體系
電網設備規模龐大、資源信息變化頻繁，傳統更新維護方法存在獲取流程繁瑣、更新滯后、位置失準等問題，且過于依賴GPS，缺乏安全防護，難以保證大規模電網資源信息的高效可信更新與交換，嚴重制約了電網核心業務的精準開展;同時，內外網之間存在多種數據交互方式，且具有低時延、高并發等需求。項目構建了基于北斗系統的電網資源信息可信高效更新技術體系，創建了電網資源信息“一次采錄，一體更新”的全過程自主模式，攻克了跨內外網的數據安全高效交換難題，將電網資源信息更新效率提升了約10倍，消除了電網資源信息更新滯后導致數字電網與實際電網不一致帶來的調度安全隱患。
研發了具有完全自主知識產權的復雜大電網時空信息服務平臺
長期以來，國內電網GIS平臺被國外產品壟斷，集成層次淺、實用化程度低、擴展性差、時空信息孤島化嚴重，完全無法滿足全信息化數字電網的建設需要。項目研發了具有完全自主知識產權的復雜大電網時空信息服務平臺， 構建了全球規模最大、覆蓋最廣的電網地理信息服務網絡，研制了全面支撐“輸電、變電、配電、用電及調度”等核心業務的電網GIS應用系統，實現了國家電網GIS平臺與應用的全面自主可控，有力支撐了國家電網公司智能電網建設。
廣泛應用，成果實現27個省級單位、336個地市全覆蓋
“復雜大電網時空信息服務平臺關鍵技術與應用”項目，其覆蓋范圍、應用規模、技術難度和工程復雜度等均超過國內外類似系統。
“復雜大電網時空信息服務平臺關鍵技術與應用”項目已在國家電網公司全面應用三年以上，支撐了36個電網核心業務系統全面信息化。實現了地理信息技術與電網規劃、勘測設計、調度運行、運維檢修、營銷客服、防災減災與應急指揮、保供電等電網核心業務的深度融合。項目成果實現了27個省級單位、336個地市和1764個縣級單位、3.5萬多個鄉鎮供電所和營業廳全覆蓋。在系統運行上，工作日日均在線用戶數72萬；電網GIS支撐相關信息系統平均可用率達到99.96%。在應用水平上，服務網絡共管理了15.2億臺設備， 服務于70萬行業專業管理用戶和3.5億供電客戶/智能電表，服務了11億人口。
經過第三方測評機構通過對國網福建省電力有限公司、國網上海市電力公司、國網湖南省電力公司這三家示范建設單位應用項目成果后對主營業務貢獻率進行分析測算，項目對主營業務貢獻率約0.32%，按照該比例來測算項目成果對北京、江蘇、浙江、安徽、湖北等這14家單位近三年主營業務貢獻所產生的間接經濟效益，測算結果約129余億元。王繼業介紹，項目成果在國家電網27個省級電力公司全面推廣應用，實現了地理信息技術與電網規劃設計、生產管理、防災減災、應急指揮、保供電服務等核心業務深度融合。實現GIS完全自主可控，保障國家安全。項目打破了長期以來由國外GIS平臺對電力行業的壟斷，實現了國家電網GIS全面國產化；率先統一應用我國CGCS2000坐標系、建設電力北斗精準服務網《為電網資源信息更新提供統一、連續穩定的時空基準，保障了國家電網基礎設施的信息安全。保障大電網安全穩定運行，提高用電服務質量。項目提高了電網防災減災、應急指揮的可視化、精細化管理水平，保障了電網安全高效運行。為2017年杭州G20、廈門金磚會議，全國“兩會”等國家重大活動保供電提供了技術保障。項目在95598座席快速答復客戶、發送精準停電通知、輔助電網搶修、縮短停電時間等方面發揮了支撐作用，持續提高用電服務質量。
提升行業科技水平，實現部分核心技術出口。項目研發了完全自主知識產權基于云計算的電網時空信息服務平臺，實現了跨行業技術深度融合，提升了電網GIS科技水平。項目成果已在國內電力相關行業應用，并在“一帶一路”沿線部分國家得到推廣，實現了關鍵技術的出口，提高了國際影響力。
構建產學研協同創新機制，培養大批復合型人才。項目建立和完善了產學研協同創新機制，在人力資源管理、多類型創新團隊管理方面進行了制度創新，發揮產學研合作優勢，項目培養了2000多名跨學科、復合型高科技人才。
