配用電統(tǒng)一模型中心的設(shè)計與應(yīng)用

孫保華，夏 棟

（1.國電南瑞科技股份有限公司，南京 211106；2.國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司，南京 211106）

0 引言

配電網(wǎng)作為電網(wǎng)的重要組成部分，直接面向終端用戶，與廣大人民群眾的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，是服務(wù)民生的重要基礎(chǔ)設(shè)施。我國配電網(wǎng)具有量大、面廣的特點，如何管理好資產(chǎn)規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運行方式多變的配電網(wǎng)，直接關(guān)系到廣大電力客戶的供電質(zhì)量。為此，國家電網(wǎng)公司近幾年陸續(xù)建設(shè)了PMS（生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)）2.0、調(diào)度自動化系統(tǒng)、OMS（調(diào)度管理系統(tǒng)）、配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)、95598系統(tǒng)、營銷管理系統(tǒng)、國網(wǎng)GIS和用電信息采集等信息系統(tǒng)。智能化水平的不斷提升，為配電網(wǎng)的精益化管理提供了良好的技術(shù)保障[1]。

然而，現(xiàn)有配電網(wǎng)的運維管理水平難以滿足用戶日益增長的用電服務(wù)需求，主要表現(xiàn)在配電網(wǎng)可觀可控的覆蓋范圍有限，管控能力不足，信息孤島問題依舊存在，難以及時直觀掌握電網(wǎng)整體運營管理現(xiàn)狀，綜合分析能力與可視化展示水平不高；特別是在配電網(wǎng)規(guī)模、運行、檢修、搶修服務(wù)和工程等方面的業(yè)務(wù)信息交互尚未進(jìn)行，制約著數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用集成開展[2-3]。

本文以多源數(shù)據(jù)融合為出發(fā)點，旨在融合現(xiàn)有各系統(tǒng)數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮已建成系統(tǒng)的輻射效應(yīng)，有效整合信息資源，完善業(yè)務(wù)協(xié)同機制，增強配電網(wǎng)管理的“穿透力”，實現(xiàn)配電網(wǎng)業(yè)務(wù)管理“看得見”、“管控實”，切實提高配電網(wǎng)運維管理水平和配電網(wǎng)精益化管理水平。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

融合現(xiàn)有系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，構(gòu)建配用電統(tǒng)一模型中心，并基于配用電統(tǒng)一模型中心設(shè)計供電服務(wù)指揮平臺。供電服務(wù)指揮系統(tǒng)采用“大云物移智”等新興技術(shù)，從下至上分為智能感知層、數(shù)據(jù)融合層和智能決策層。在智能感知層匯集營銷、運檢、調(diào)控等各專業(yè)數(shù)據(jù)；在數(shù)據(jù)融合層，采用Hadoop大數(shù)據(jù)平臺[4-7]的離線計算、內(nèi)存計算、流式計算等計算方法，進(jìn)行大數(shù)據(jù)存儲、計算和數(shù)據(jù)挖掘，對各專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合貫通，構(gòu)建配用電統(tǒng)一模型中心，對外提供數(shù)據(jù)訪問與分析服務(wù)；在智能決策層構(gòu)建涵蓋客戶服務(wù)指揮、業(yè)務(wù)協(xié)同指揮、配網(wǎng)運營管控和服務(wù)質(zhì)量監(jiān)督等業(yè)務(wù)的供電服務(wù)指揮平臺技術(shù)支撐系統(tǒng)，采用移動互聯(lián)技術(shù)實現(xiàn)營銷、運檢和調(diào)度類現(xiàn)場作業(yè)管控，實現(xiàn)“數(shù)據(jù)貫通、信息共享、專業(yè)協(xié)同和業(yè)務(wù)融合”的系統(tǒng)目標(biāo)[8-10]。配電網(wǎng)供電服務(wù)指揮系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 供電服務(wù)指揮系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖1中，智能感知層基于智能電表、配變智能終端、配電終端和移動終端等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，獲取調(diào)度自動化、配電自動化、用電采集系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，利用多種數(shù)據(jù)接口技術(shù)針對生產(chǎn)、調(diào)度、營銷等系統(tǒng)的業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)實現(xiàn)多系統(tǒng)源端數(shù)據(jù)智能感知與匯聚，為數(shù)據(jù)分析挖掘與智能輔助決策業(yè)務(wù)應(yīng)用提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)來源。

數(shù)據(jù)融合層基于智能感知層，遵循IEC 61968/61970標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建配用電統(tǒng)一模型，對調(diào)度自動化系統(tǒng)、配電自動化系統(tǒng)、用電采集系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)和營銷等相關(guān)系統(tǒng)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行跨專業(yè)數(shù)據(jù)融合貫通，實現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)一致性與完整性。在云平臺、大數(shù)據(jù)平臺的基礎(chǔ)上構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問服務(wù)和統(tǒng)一數(shù)據(jù)分析服務(wù)，支撐上層業(yè)務(wù)的智能輔助決策。

智能決策層在智能感知層和數(shù)據(jù)融合層的基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)融合層的統(tǒng)一訪問服務(wù)和統(tǒng)一分析服務(wù)，根據(jù)各類業(yè)務(wù)管控具體要求實現(xiàn)供電服務(wù)指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)客戶服務(wù)指揮、業(yè)務(wù)協(xié)同指揮、配電網(wǎng)運營管控和服務(wù)質(zhì)量監(jiān)督等應(yīng)用，實現(xiàn)資源統(tǒng)籌、事件預(yù)警、快速響應(yīng)和服務(wù)管控的目標(biāo)。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計

2.1 配用電統(tǒng)一模型中心總體設(shè)計

通過接入智能感知層的多源數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)融合層進(jìn)行多源數(shù)據(jù)融合，構(gòu)建配用電統(tǒng)一模型中心，模型中心設(shè)計遵循IEC 61968/61970標(biāo)準(zhǔn)，融合貫通各業(yè)務(wù)系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)一致性與完整性。以主數(shù)據(jù)管理、元數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)質(zhì)量管理等管理手段建立和維護(hù)包含配電網(wǎng)統(tǒng)一圖模、營銷客戶數(shù)據(jù)模型和電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)等內(nèi)容的配用電統(tǒng)一信息模型，通過模型中心的管理工具在源端數(shù)據(jù)匯集的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)范化處理和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量管控[11-12]。

配用電統(tǒng)一模型中心數(shù)據(jù)融合包括：

（1）對現(xiàn)行各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)，EMS（能量管理系統(tǒng)）、配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)、調(diào)度自動化系統(tǒng)、營銷、用電采集系統(tǒng)等進(jìn)行系統(tǒng)集成，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)通過現(xiàn)有通信方式（企業(yè)服務(wù)總線、SOA和FTP等）連通配用電統(tǒng)一模型服務(wù)中心系統(tǒng)。

（2）配用電統(tǒng)一模型服務(wù)中心針對各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特性，基于CIM/SVG，CIME/CIMG和E語言等標(biāo)準(zhǔn)編寫數(shù)據(jù)導(dǎo)入接口程序，導(dǎo)入電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)以及電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，導(dǎo)入過程中需要進(jìn)行校驗工作，包括模型數(shù)據(jù)校驗、電氣拓?fù)錂z查、設(shè)備臺賬完整性檢查和圖模數(shù)一致性檢查。

（3）基于前面的工作，進(jìn)行電網(wǎng)模型的拼接，實現(xiàn)電網(wǎng)中低壓模型拼接，如臺區(qū)配電網(wǎng)變壓器與低壓用戶的關(guān)聯(lián)等。

配用電統(tǒng)一模型中心融合各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)后，為了充分發(fā)揮多源數(shù)據(jù)融合產(chǎn)出的效益，需要提供良好的數(shù)據(jù)發(fā)布平臺。為此，配電網(wǎng)供電服務(wù)指揮系統(tǒng)在云平臺、大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上構(gòu)建了統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問服務(wù)和統(tǒng)一數(shù)據(jù)分析服務(wù)：

統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問服務(wù)遵循系統(tǒng)服務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn)，通過服務(wù)調(diào)用方式對配電網(wǎng)模型中心數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，隔離應(yīng)用與數(shù)據(jù)庫的直接連接，對上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供靈活、高速、安全的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。

統(tǒng)一數(shù)據(jù)分析服務(wù)將抽取到系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采用大數(shù)據(jù)平臺的分析計算能力，向上提供拓?fù)浞治?、交互查詢分析、多維分析和數(shù)據(jù)挖掘分析等多種類型的數(shù)據(jù)分析服務(wù)。

圖2所示為配用電統(tǒng)一模型中心數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程。配用電統(tǒng)一模型中心接入數(shù)據(jù)包括公共模型、電網(wǎng)設(shè)備模型、電網(wǎng)資產(chǎn)模型、計量模型、客戶模型、電網(wǎng)運行模型、工作管理模型和實時量測模型類型，以模型管控為中心，以數(shù)據(jù)匯集為基礎(chǔ)，在數(shù)據(jù)匯集基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管控，最終以模型化數(shù)據(jù)服務(wù)方式對外提供模型數(shù)據(jù)服務(wù)，完成供電服務(wù)指揮平臺技術(shù)支撐系統(tǒng)的應(yīng)用。

2.2 配用電中低壓模型拼接

配用電統(tǒng)一模型中心接入配電網(wǎng)中壓模型和低壓一次設(shè)備模型后，通過引入用戶接入點，達(dá)到無縫拼接中低壓一次模型的目的。

用戶接入點是虛擬的導(dǎo)電設(shè)備，沒有具體的物理設(shè)備相對應(yīng)，根據(jù)電壓等級分為中壓用戶接入點和低壓用戶接入點。用戶接入點明確了中壓模型與低壓模型的工作邊界。接入點的設(shè)置與管理由電力生產(chǎn)部門負(fù)責(zé)。圖3所示為公用變壓器至低壓計量箱的拼接原理。

圖2 供電服務(wù)指揮系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程

圖3中，低壓接入點定義中低壓模型邊界，公用變壓器至低壓接入點屬于中壓模型，由運檢部門負(fù)責(zé)維護(hù)，低壓接入點至用戶計量箱由營銷部門負(fù)責(zé)維護(hù)，配用電統(tǒng)一模型中心根據(jù)用戶接入點拼接中低壓模型，拼接后形成一張統(tǒng)一的中低壓電氣拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，為上層智能決策應(yīng)用提供模型支撐。圖4所示為專用變壓器（以下簡稱專變）中低壓模型拼接原理。專變專線情況下，中低壓模型邊界由中壓接入點確定，中壓模型由電源點至中壓接入點結(jié)束，低壓模型從中壓接入點開始至低壓計量箱結(jié)束。

圖3 公用變壓器中低壓模型拼接原理

圖4 專變中低壓模型拼接原理

2.3 配用電模型校驗

配用電統(tǒng)一模型中心接入電網(wǎng)模型時，需要對接入的模型進(jìn)行必要的模型校驗工作，以保證接入模型的完整性和一致性。電網(wǎng)模型校驗分為主動模型校驗和被動模型校驗，如圖5所示。

圖5 模型校驗框架

被動式數(shù)據(jù)校驗以數(shù)據(jù)庫為觸發(fā)點，模型入庫時會自動觸發(fā)校驗，進(jìn)行數(shù)據(jù)類型確認(rèn)，校驗規(guī)則匹配，滿足校驗規(guī)則的數(shù)據(jù)能夠入庫，不滿足的數(shù)據(jù)被拒絕，從而保證數(shù)據(jù)庫中的模型數(shù)據(jù)規(guī)范與完整。

主動校驗是指配用電統(tǒng)一模型中心定期主動地對現(xiàn)有模型進(jìn)行校驗，以IEC 61968/61970模型規(guī)范為基礎(chǔ)，為模型數(shù)據(jù)建立完整的語義模型，結(jié)合機器推理技術(shù)，對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位分析、推導(dǎo)，識別潛在的不一致性。同時還可利用實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合電氣原理和理論，推導(dǎo)模型數(shù)據(jù)的合理性和準(zhǔn)確性。模型校驗主要包括以下內(nèi)容：

（1）數(shù)據(jù)文件檢驗。主要針對文件的語法、語義進(jìn)行校驗，保證數(shù)據(jù)文件的有效性。

（2）電力系統(tǒng)規(guī)則校驗主要有：參數(shù)校驗，設(shè)備模型屬性唯一性校驗、屬性取值范圍合法性校驗等；關(guān)聯(lián)性校驗，設(shè)備對象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系校驗，如開關(guān)與站所的關(guān)系等；拓?fù)湫ｒ?，主要校驗?zāi)Ｐ偷碾姎馔負(fù)?，包括?jié)點空掛、孤島、環(huán)網(wǎng)、電氣連接關(guān)系等。

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

供電服務(wù)指揮平臺支撐系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)由數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)存儲、計算框架、智能分析、（微）服務(wù)和應(yīng)用展示等部分組成，技術(shù)架構(gòu)如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）數(shù)據(jù)接入。為了深度融合PMS2.0、配電自動化、調(diào)度自動化、營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用、95598、用電信息采集、OMS2.0、車輛管理、統(tǒng)一視頻、氣象系統(tǒng)和雷電山火等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，采用但不限于Restful，web service，kafka，ETL，E 文件、sqoop和flume等數(shù)據(jù)接入技術(shù)。Restful，web service，kafka等接入技術(shù)適用于實時性要求高的在線數(shù)據(jù)接入；E文件、ETL和sqoop等接入技術(shù)適用于批量、離線數(shù)據(jù)接入。

（2）數(shù)據(jù)存儲?；谂溆秒娊y(tǒng)一模型，采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存儲中小規(guī)模的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；采用分布式內(nèi)存數(shù)據(jù)庫存儲需頻繁訪問或處理的熱數(shù)據(jù)；采用分布式文件系統(tǒng)及列式數(shù)據(jù)庫存儲海量數(shù)據(jù)。

（3）計算框架。采用流式計算技術(shù)Storm/Spark Streaming完成實時數(shù)據(jù)分流及快速計算，采用分布式內(nèi)存計算技術(shù)Spark完成復(fù)雜度、性能要求較高的計算任務(wù)，采用分布式并行計算MapReduce完成海量離線數(shù)據(jù)計算任務(wù)。

（4）數(shù)據(jù)分析。采用分類算法、聚類算法和關(guān)聯(lián)算法完成供電服務(wù)數(shù)據(jù)分析任務(wù)；采用圖計算技術(shù)完成電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相關(guān)分析任務(wù)；采用機器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法完成面向人工智能的供電服務(wù)相關(guān)分析任務(wù)。

（5）微服務(wù)。采用SOA服務(wù)、微服務(wù)技術(shù)，把供電服務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)和算法封裝成（微）服務(wù)供各類應(yīng)用調(diào)用。服務(wù)層通用組件包含服務(wù)注冊、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)配置、服務(wù)編排、服務(wù)監(jiān)控和服務(wù)網(wǎng)關(guān)。為上層應(yīng)用提供的服務(wù)包含模型服務(wù)、量測服務(wù)、圖形服務(wù)、拓?fù)浞?wù)、設(shè)備狀態(tài)服務(wù)、綜合研判服務(wù)、負(fù)荷預(yù)測服務(wù)、預(yù)警預(yù)測服務(wù)和趨勢分析服務(wù)等。

（6）應(yīng)用展示。采用HTML5、可視化組件調(diào)用并展現(xiàn)服務(wù)層的各類服務(wù)或服務(wù)組合，實現(xiàn)桌面應(yīng)用、大屏應(yīng)用和移動應(yīng)用等。

4 案例分析

國網(wǎng)天津供電公司基于現(xiàn)有大數(shù)據(jù)平臺[13]開展配電網(wǎng)智能化供電服務(wù)指揮系統(tǒng)的建設(shè)，系統(tǒng)接入用電采集系統(tǒng)600 GB配電變壓器、用戶、計量數(shù)據(jù)、調(diào)度自動化系統(tǒng)470 GB存量模型數(shù)據(jù)及歷史采樣數(shù)據(jù)、營銷管理系統(tǒng)近1 TB業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、PMS系統(tǒng)400 GB臺賬數(shù)據(jù)、DMS（配電管理系統(tǒng)）800 GB模型數(shù)據(jù)及歷史采樣數(shù)據(jù)共3.2 TB的多源融合數(shù)據(jù)。

天津供電服務(wù)指揮系統(tǒng)主界面如圖7所示。從系統(tǒng)概述、配電網(wǎng)日運行情況、配電網(wǎng)日運維情況、供電能力評估指數(shù)、全網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖、分析預(yù)警等角度展示配電網(wǎng)實時概況，實現(xiàn)配電設(shè)備智能化、運維檢修智能化和生產(chǎn)管理智能化，提升配電網(wǎng)精益化管理水平，保障供電的安全可靠和優(yōu)質(zhì)服務(wù)[14-17]。

圖7 天津供電服務(wù)指揮系統(tǒng)主界面

天津供電公司在建設(shè)配用電統(tǒng)一模型中心后，構(gòu)建了一套智能化供電服務(wù)指揮系統(tǒng)，系統(tǒng)功能豐富。以下以業(yè)務(wù)協(xié)同指揮中的故障搶修指揮作為案例進(jìn)行分析說明。

當(dāng)配電網(wǎng)某處發(fā)生故障時，配電自動化系統(tǒng)實時監(jiān)測到故障并進(jìn)行故障分析，將故障設(shè)備及相應(yīng)的中壓接入點、低壓接入點信息推送給供電服務(wù)指揮系統(tǒng)，由于中低壓模型已經(jīng)拼接，供電指揮系統(tǒng)可以根據(jù)推送來的故障信息進(jìn)行故障影響范圍分析，計算影響用戶數(shù)量及位置并生成故障研判信息，進(jìn)行故障展示及定位。95598系統(tǒng)收到客戶報修電話后，根據(jù)客戶的基本信息，生成相應(yīng)的報修工單并推送給供電服務(wù)指揮系統(tǒng)，供電服務(wù)指揮系統(tǒng)根據(jù)工單信息，快速定位至其關(guān)聯(lián)的中壓接入點或低壓接入點，根據(jù)拼接的中壓模型，找出該保修用戶的電源點，進(jìn)行故障研判，生成搶修工單進(jìn)行搶修，并且判斷是否存在同一故障點重復(fù)產(chǎn)生報修工單的情況，如果存在則合并工單，防止重復(fù)派單，節(jié)省搶修力量。

5 結(jié)語

以深化和完善配電網(wǎng)管理信息化系統(tǒng)建設(shè)為出發(fā)點，充分利用已建成系統(tǒng)的輻射能力，打通信息孤島，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)對PMS2.0系統(tǒng)、配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)、調(diào)度管理系統(tǒng)等多源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、提煉，提出基于全業(yè)務(wù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)的配用電統(tǒng)一模型中心，并基于此實現(xiàn)智能化的供電服務(wù)指揮系統(tǒng)。系統(tǒng)包括設(shè)備狀態(tài)管控、運維管理管控、應(yīng)急管理管控和供電服務(wù)指揮等應(yīng)用模塊，用于支撐配電網(wǎng)全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)實時在線分析和輔助決策，保障配電網(wǎng)安全可靠、經(jīng)濟運行，為社會發(fā)展提供更加優(yōu)質(zhì)、便捷的電力供應(yīng)和服務(wù)。