語義物聯(lián)視角下的電力設計公司數(shù)據(jù)管理研究

姚海燕，吳金榮，徐輝，崔金棟，崔天贏

（1.杭州市電力設計院有限公司余杭分公司，杭州310030；2.東北電力大學經濟管理學院，吉林吉林132012）

0 引言

隨著社會經濟需求的增長以及互聯(lián)網技術的發(fā)展，人與人、物與物之間實現(xiàn)了互聯(lián)互通。在物聯(lián)網飛速發(fā)展過程中，物聯(lián)網系統(tǒng)規(guī)模日益龐大，不同系統(tǒng)間的關系也越來越復雜。大量的智能設備產生了海量的、多源的、異構的感知數(shù)據(jù)，形成了數(shù)據(jù)孤島，這些數(shù)據(jù)給系統(tǒng)內和系統(tǒng)間的資源交互、數(shù)據(jù)關聯(lián)和推理等帶來了極大的困難；另外，電網規(guī)劃企業(yè)在業(yè)務中積攢了大量圖紙等過程型數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被長期擱置，難以實現(xiàn)再次利用。為了滿足異構互聯(lián)以及平臺智能化的需求，語義物聯(lián)的概念應運而生。配電網的規(guī)劃設計在電網發(fā)展中起到引領作用，城市配電網規(guī)劃設計工作中的數(shù)據(jù)提取、建模、應用和價值提升一體化十分關鍵，因此，對語義物聯(lián)下配電網設計工作的一體化進行研究，提出具體實施方案，對于合理規(guī)劃配電網、有效支撐供電公司以及電力設計公司快速、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展有著顯著的作用。

1 配電網規(guī)劃信息管理機理綜述

配電網規(guī)劃信息是合理進行配電網規(guī)劃的先決條件，而配電網規(guī)劃信息管理是進行配電網規(guī)劃的基礎。分布式電源、電動汽車、儲能設備等新設備接入電網，給傳統(tǒng)配電網帶來了巨大變革［1］；另外，配電網規(guī)劃涉及的范圍越來越大，產生的數(shù)據(jù)信息多且復雜，規(guī)劃過程中容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息處理不到位的問題，進而引發(fā)信息差異和延時，導致配電網規(guī)劃不合理［2］。新形勢下的配電網規(guī)劃信息管理已經成為電力設計公司進行配電網規(guī)劃時關注的重點。

目前，國內外學者對配電網規(guī)劃信息管理相關問題的研究很多，包括新能源［3-4］、大數(shù)據(jù)［5-6］等各個方面，很多研究直接鮮明地指出了配電網整體的問題和癥結［7-10］，這些問題已經成為當前國內外電力行業(yè)研究的熱點。姜巍［11］分析了現(xiàn)階段配電網規(guī)劃數(shù)據(jù)存在的一些問題，提出了配電網規(guī)劃數(shù)據(jù)收集及管理辦法；孟旸等［12］提出了一種基于地理信息系統(tǒng)（GIS）的配電網優(yōu)化規(guī)劃軟件包的總體結構；劉文霞等［13］提出了擁有數(shù)據(jù)管理功能和智能規(guī)劃功能的配電網智能規(guī)劃平臺。

新形勢下配網規(guī)劃信息管理涉及大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網2 個方面。在大數(shù)據(jù)方面，費思源［14］在闡述大數(shù)據(jù)技術對于配電網發(fā)展的重要意義基礎上，總結了配電網技術目前在國內外的應用現(xiàn)狀，分析了大數(shù)據(jù)技術在配電網運行、檢修、規(guī)劃和資產管理4個方面的指導作用；宋毅等［15］梳理了配電網數(shù)據(jù)現(xiàn)狀及存在的問題，提出了基于“內存計算+事件驅動架構+大數(shù)據(jù)”的數(shù)據(jù)集成技術架構，構建了一體化配電網規(guī)劃設計平臺；蔡佳銘等［16］提出了配電網規(guī)劃的數(shù)字化技術和建模方法，為配電網規(guī)劃人員開發(fā)基于數(shù)字化技術的應用和建模方法提供了借鑒和參考。在物聯(lián)網方面，肖振鋒等［17］對適用于泛在電力物聯(lián)網形勢下的主動配電網規(guī)劃技術進行了綜述，從多方面闡述了新形勢下配電網規(guī)劃技術可能遇到的難點與挑戰(zhàn)，歸納評價了多種復雜理論與優(yōu)化算法，對新形勢下主動配電網規(guī)劃技術的發(fā)展進行了展望。

綜上所述，國內外在配電網規(guī)劃信息管理研究上已經取得了一定進展并積累了相關經驗，但尚未有學者對語義物聯(lián)視角下的配電網規(guī)劃管理進行研究。因此，筆者在前人已有的研究基礎上，在語義物聯(lián)的視角下，研究城市配電網規(guī)劃設計工作中數(shù)據(jù)提取、建模、應用和價值提升的一體化問題，最終提出語義物聯(lián)視角下配電網規(guī)劃設計工作的具體實施策略，旨在完善配電網規(guī)劃設計管理工作，提高電力設計公司的工作效率，從而適應市場變化以及電網改革，促進電力設計公司向多元化方向發(fā)展。

2 語義物聯(lián)視角下電力設計公司面臨的沖擊

電網的不斷發(fā)展產生了海量的數(shù)據(jù)，而語義物聯(lián)網可以實現(xiàn)異構系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的一致性并消除數(shù)據(jù)孤島，將電力公司、發(fā)電企業(yè)、供應商、電力用戶以及各個設備連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享共用，為電力公司、發(fā)電企業(yè)、供應商以及電力用戶提供更加優(yōu)質的服務。語義物聯(lián)以電網為樞紐，在發(fā)揮其作用的同時，為全行業(yè)提供了更大的發(fā)展機會，但也帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

2.1 配電網規(guī)劃新影響因素

2.1.1 新能源比例加大

隨著能源互聯(lián)網的構建，分布式風電、分布式光伏、儲能、電動汽車等技術日益成熟，這些具有廣闊發(fā)展前景的新能源技術給電力設計公司的發(fā)展帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。新能源在電網中的比例不斷加大，會產生海量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)存在不確定性及異構性等特性，需要通過語義技術進行信息的交互和協(xié)同，這就使得電力設計公司需要針對當前情況采取可行措施。電網近幾年發(fā)生了翻天覆地的變化，市場的競爭性顯著增強，而電力設計公司更要適應環(huán)境變化，緊跟改革潮流。

2.1.2 業(yè)務高度耦合

語義物聯(lián)下電力設計公司業(yè)務及業(yè)務流程發(fā)生變化，之前的電網是相對閉塞的，綜合能源、能源互聯(lián)之類的項目一般規(guī)模較小，也未能和其他項目進行綜合聯(lián)系，始終做不到大電網層面。電力公司可以在大電網層面上開展新業(yè)務，為電網公司和電力企業(yè)提出規(guī)劃建議及計劃。在業(yè)務上電力設計公司可以從規(guī)模上與其他項目進行聯(lián)系，業(yè)務之間實現(xiàn)高度耦合，從大電網層面上進行電網規(guī)劃設計、線路圖設計、可行性分析及工程預算。

2.1.3 移動物聯(lián)網全面發(fā)展

2020年5月，工信部發(fā)布了《關于深入推進移動物聯(lián)網全面發(fā)展的通知》，指出移動物聯(lián)網是新型基礎設施建設的重要組成部分，因此，配電網規(guī)劃設計工作要適應移動物聯(lián)網的全面發(fā)展?；谏钊氚l(fā)展移動物聯(lián)網以及語義物聯(lián)的理念，將所有與電網相關的人、事和設備連接起來，實現(xiàn)語義物聯(lián)理念下的“數(shù)據(jù)一個源、電網一張圖、業(yè)務一條線”的具體要求。未來的綜合能源、能源互聯(lián)項目規(guī)模較大且要與其他項目進行綜合聯(lián)系，業(yè)務流程中每項工作完成后都要存儲進不同的數(shù)據(jù)庫，每項工作都要與各自的檔案庫和數(shù)據(jù)庫進行連接，因此，可以充分利用擱置的項目圖紙及外部數(shù)據(jù)，將相關數(shù)據(jù)進行集成、融合與分析，深度挖掘數(shù)據(jù)的內在價值，適應移動物聯(lián)網的發(fā)展，實現(xiàn)語義物聯(lián)網下的配電網規(guī)劃設計。語義物聯(lián)視角下的電力設計公司業(yè)務信息轉換如圖1所示。

2.2 語義物聯(lián)視角下電力設計公司的變化

2.2.1 業(yè)務流程變化

為了快速掌握配電網規(guī)劃設計的最新數(shù)據(jù)及信息（包括規(guī)劃中新加入用戶負荷情況和電力資產情況），電力設計公司應全方位采集配電網規(guī)劃設計信息，充分、全面發(fā)掘市場信息。電力設計公司獲取數(shù)據(jù)的路徑與方式主要分為3 種（如圖2 所示）：一是主動與政府規(guī)劃管理部門進行長期合作，通過政府官方的信息公開平臺及時獲得配電網規(guī)劃信息；二是從社會上獲取信息，如各大工業(yè)園區(qū)及新建用電項目，及時掌握社會新增用電需求；三是從供電公司獲取信息，挖掘供電公司潛在的有效信息，迅速掌握配電網規(guī)劃的最新數(shù)據(jù)。

圖1 語義物聯(lián)視角下的電力設計公司業(yè)務信息轉換Fig.1 Business information transformation in a power design company based on semantic web

圖2 電力設計公司數(shù)據(jù)采集途徑Fig.2 Data collection path of a power design company

電力設計公司將采集的數(shù)據(jù)與擱置數(shù)據(jù)進行融合處理，進而獲得有效數(shù)據(jù)。首先，電力設計公司可以針對不同的配電網規(guī)劃業(yè)務對有效數(shù)據(jù)進行提取，針對性地開展配電網規(guī)劃業(yè)務；其次，電力設計公司可以對有效數(shù)據(jù)進行觀測，分析整體規(guī)劃上存在的缺陷，提出意見和建議，并對存在缺陷的地方進行二次規(guī)劃；最后，電力設計公司還可以對有效數(shù)據(jù)進行整理與挖掘，為其他業(yè)務提供數(shù)據(jù)服務。

2.2.2 數(shù)據(jù)流程變化

語義物聯(lián)的構建形成跨專業(yè)數(shù)據(jù)的共享，電力設計公司的大量數(shù)據(jù)被整合收集，實現(xiàn)整個電力行業(yè)數(shù)據(jù)的流通與共享。電力設計公司在進行電網規(guī)劃、電網檢修等主要業(yè)務時會產生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一般存在于設計圖紙、設計方案文檔以及各項業(yè)務的數(shù)據(jù)文檔中，規(guī)劃完成后這些數(shù)據(jù)就被擱置，難以實現(xiàn)再次利用，造成極大的數(shù)據(jù)資源浪費；另外，電力設計公司與政府、社會及客戶的聯(lián)動也會產生大量的數(shù)據(jù)信息。語義物聯(lián)可以利用大數(shù)據(jù)技術充分挖掘這些海量數(shù)據(jù)的內在價值，更好地為電網服務。電力設計公司數(shù)據(jù)流通如圖3所示。

電力設計公司在語義物聯(lián)的作用下產生了全新的數(shù)據(jù)流通方式，數(shù)據(jù)流程也發(fā)生了巨大的變化，如圖4所示。

圖3 電力設計公司數(shù)據(jù)流通Fig.3 Data process in a power design company

圖4 電力設計公司數(shù)據(jù)流程Fig.4 Data flow of a power design company

3 語義物聯(lián)下的電力設計公司管理機制

基于語義物聯(lián)理念，電力設計公司實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的全方位流通融合，并通過數(shù)據(jù)采集挖掘、分析處理，最終實現(xiàn)了有效數(shù)據(jù)的存儲應用，發(fā)揮了實時數(shù)據(jù)的最大效用；另外，語義物聯(lián)將打破電力公司各業(yè)務之間的壁壘，使數(shù)據(jù)信息可以在各部門及各業(yè)務之間流通，實現(xiàn)全業(yè)務數(shù)據(jù)信息的共享共用。

3.1 數(shù)據(jù)管理工作一體化模型

語義物聯(lián)下的配電網數(shù)據(jù)管理工作一體化模型是規(guī)劃設計有效運行的基礎和保證，如圖5所示。本文基于語義物聯(lián)理念，研究城市配電網規(guī)劃設計工作中數(shù)據(jù)提取、建模、應用和價值提升的一體化問題。

3.1.1 配電網現(xiàn)狀診斷分析

配電網規(guī)劃設計工作涉及的數(shù)據(jù)來自多個不同領域的信息系統(tǒng)，數(shù)據(jù)量大且數(shù)據(jù)類型繁雜；另外，對外部系統(tǒng)的信息進行集成時，數(shù)據(jù)之間的關系十分復雜，數(shù)據(jù)流也十分繁瑣。基于語義物聯(lián)理念中“數(shù)據(jù)一個源、電網一張圖、業(yè)務一條線”的要求，分析配電網規(guī)劃設計工作中的業(yè)務流程和數(shù)據(jù)流程，確定核心業(yè)務數(shù)據(jù)集，明晰數(shù)據(jù)來源和使用場景，重點解決數(shù)據(jù)未有效貫通、人工錄入出錯、數(shù)據(jù)質量不高、目標不協(xié)同和操作不規(guī)范等問題。

3.1.2 配電網規(guī)劃編制

根據(jù)需求從外部各平臺、各數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)抽取，抽取過程中應保證外部數(shù)據(jù)的正確性和完整性。對內部核心數(shù)據(jù)集的年度電網規(guī)劃報告、規(guī)劃設計圖集、項目清單和專項規(guī)劃報告等進行數(shù)據(jù)建模和抽取；對抽取后的內外部數(shù)據(jù)進行深度分析，剔除冗余數(shù)據(jù)、錯誤數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的準確性，構建合適的數(shù)據(jù)結構，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)接口并進行深度融合；將融合后的數(shù)據(jù)進行脫敏處理，成為數(shù)據(jù)資產源；通過對數(shù)據(jù)進行深度分析，產生分析報告，并針對性地編制配電網規(guī)劃。

3.1.3 規(guī)劃可研評審管理

融合設備管理系統(tǒng)（PMS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）等多個信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，整合各部門、各業(yè)務之間的數(shù)據(jù)信息，將規(guī)劃信息與GIS 相結合并進行診斷分析，進而根據(jù)診斷分析結果對配電網規(guī)劃設計方案進行評估；對規(guī)劃方案的技術經濟性進行計算評選，提升配電網規(guī)劃的精準度；根據(jù)仿真計算的診斷結果來指導配電網規(guī)劃設計工作，并對規(guī)劃的成效進行評估。

3.1.4 配電網規(guī)劃后評估

在配電網規(guī)劃完成后，對其進行規(guī)劃后評估。一方面，基于語義物聯(lián)的理念，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合和集成，使數(shù)據(jù)標準化，打通專業(yè)壁壘。打造數(shù)據(jù)中心，建設企業(yè)級主數(shù)據(jù)管理體系，支撐多維精益管理體系變革，實現(xiàn)配電網規(guī)劃設計工作上下游業(yè)務的無縫對接。另一方面，根據(jù)根據(jù)規(guī)劃評估結果，提出配電網設計公司的工作建議，積極拓展新業(yè)務，實現(xiàn)企業(yè)增效增值。

3.2 運行機理

配電網規(guī)劃設計工作核心數(shù)據(jù)集抽取和建模流程如圖6所示（圖中：ETL為提取、轉換、加載）。

圖6 配電網規(guī)劃設計工作核心數(shù)據(jù)集抽取和建模流程Fig.6 Extraction and modeling process of core data set in power distribution planning

3.2.1 分析配電網規(guī)劃設計的數(shù)據(jù)需求

分析配電網規(guī)劃設計工作的數(shù)據(jù)需求要以配電網規(guī)劃設計工作為出發(fā)點，重點研究語義物聯(lián)理念，解決需要哪些數(shù)據(jù)、這些數(shù)據(jù)怎么使用的問題；同時，要以具體的電力設計分公司為調研對象，分析企業(yè)數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀與泛在物聯(lián)戰(zhàn)略要求的具體差距，明確語義物聯(lián)下配電網規(guī)劃設計所涉及數(shù)據(jù)的來源和預期應用場景，研究語義物聯(lián)理念下規(guī)劃數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、分析的統(tǒng)一規(guī)范，數(shù)據(jù)口徑以及數(shù)據(jù)來源。

3.2.2 抽取配電網規(guī)劃核心數(shù)據(jù)集并建模

首先對外部數(shù)據(jù)的接入與篩選進行集成，使接入數(shù)據(jù)可以統(tǒng)一規(guī)范。深度分析外部數(shù)據(jù)的接入方式，統(tǒng)一對外部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)格式以及數(shù)據(jù)類型的集成方式。接入技術的選擇要保證外部接入數(shù)據(jù)的正確性和完整性。其次對內部數(shù)據(jù)源進行整合和優(yōu)化建模，利用大數(shù)據(jù)技術對內部數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗與數(shù)據(jù)轉換，并構建合理的數(shù)據(jù)模型。最后實現(xiàn)內外部數(shù)據(jù)的融合和語義物聯(lián)。系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)接入配電網規(guī)劃數(shù)據(jù)庫后，按照配電網規(guī)劃設計的需要，提取數(shù)據(jù)庫中的內部數(shù)據(jù)與外部數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)對應以及融合計算等多種方式對數(shù)據(jù)進行深度融合，使融合后的數(shù)據(jù)自上而下貫穿于整個配電網規(guī)劃設計工作，實現(xiàn)對目標數(shù)據(jù)的精準定位。

3.2.3 實現(xiàn)配電網規(guī)劃全景分析和仿真系統(tǒng)開發(fā)

首先，利用大數(shù)據(jù)可視化的特點結合GIS 展示區(qū)域配電網規(guī)劃特征，通過對數(shù)據(jù)進行多維度篩選和深度挖掘，發(fā)掘出對配電網規(guī)劃評審、診斷分析有意義的數(shù)據(jù)和信息并進行有效整合；然后，基于GIS，將地理信息數(shù)據(jù)和配電網規(guī)劃數(shù)據(jù)相結合，實現(xiàn)規(guī)劃數(shù)據(jù)與圖形集成融合，根據(jù)診斷分析結論針對性地制定配電網規(guī)劃方案；最后，實現(xiàn)配電網潮流與短路計算、電力系統(tǒng)無功優(yōu)化計算、高壓配電網理論線損計算、中壓配電網理論線損計算、配電線路無功優(yōu)化配置的仿真計算。

3.2.4 配電網規(guī)劃設計的具體策略

首先進行內部信息生態(tài)化管理策略研究。大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網等新型技術逐漸應用到配電網規(guī)劃工作中，使得以往的配電網規(guī)劃設計工作使用一種全新的、包含全過程的規(guī)劃設計數(shù)據(jù)信息的配電網規(guī)劃設計方式，實現(xiàn)內外部數(shù)據(jù)集成、融合以及挖掘和統(tǒng)一管理。其次，進行行業(yè)內業(yè)務協(xié)同具體方法研究，優(yōu)化調整配電網規(guī)劃設計工作的全業(yè)務流程，在開展新業(yè)務、調整原有業(yè)務的同時，形成高效統(tǒng)一的配電網規(guī)劃工作體系。最后進行外部增值業(yè)務挖掘研究。對外部數(shù)據(jù)進行收集和融合，針對規(guī)劃設計工作需求，對外部數(shù)據(jù)信息進行篩選和集成，形成完整的配電網規(guī)劃設計數(shù)據(jù)信息庫。適應新形勢下的社會形態(tài)，積極開創(chuàng)新形勢下的管理方法和策略，開展新業(yè)務，增加新的利潤增長點。支撐“三型”能源互聯(lián)網企業(yè)建設，開拓數(shù)字經濟這一巨大藍海市場。

4 建議與展望

4.1 加強信息共享

新形勢下的配電網規(guī)劃設計工作依賴海量數(shù)據(jù)信息，僅靠內部數(shù)據(jù)無法滿足設計需要，要從外部獲取數(shù)據(jù)，明確數(shù)據(jù)來源。另外，外部數(shù)據(jù)大多為多源異構數(shù)據(jù)，內部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型也未統(tǒng)一，需要統(tǒng)一內外部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)內外部數(shù)據(jù)的融合和語義物聯(lián)。經過處理后的數(shù)據(jù)達到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結構，可以貫穿于整個配電網規(guī)劃設計工作，實現(xiàn)全過程、全方位的數(shù)據(jù)信息共享。

4.2 加強與政府溝通

政府對于電力設計公司來說不僅僅是管理者，也是信息發(fā)布者，更是潛在的大客戶，配電網規(guī)劃設計工作需要根據(jù)政府發(fā)布的有關經濟社會發(fā)展規(guī)劃信息做出調整。語義物聯(lián)下的配電網規(guī)劃設計更是離不開政府部門的數(shù)據(jù)信息，所以電力設計公司要加強與政府的溝通，保證及時獲取第一手數(shù)據(jù)信息。

4.3 加速挖掘語義物聯(lián)價值

語義物聯(lián)對于電力設計公司不僅是一個挑戰(zhàn)，更是一個機遇。通過整合、分析、挖掘等步驟，將語義物聯(lián)視角下的數(shù)據(jù)信息形成統(tǒng)一共享的數(shù)據(jù)資源。電力設計公司不僅可以根據(jù)配電網規(guī)劃設計來充分使用這些數(shù)據(jù)，還可以深度挖掘這些數(shù)據(jù)背后的價值。

4.4 加快數(shù)據(jù)業(yè)務創(chuàng)新

優(yōu)化調整配電網規(guī)劃設計工作的全業(yè)務流程，基于語義物聯(lián)的理念，通過整合、分析、挖掘等步驟最終形成統(tǒng)一共享的數(shù)據(jù)資源，打造一個標準化的數(shù)據(jù)中心，打通專業(yè)壁壘，提供數(shù)據(jù)服務，加快數(shù)據(jù)業(yè)務的創(chuàng)新。開拓新業(yè)務不僅可以使電力設計公司更快地適應新形勢下的社會形態(tài)，還可以增加新的利潤增長點，滿足市場需求。

5 結束語

目前，語義物聯(lián)視角下的配電網規(guī)劃設計還處于探索階段，可借鑒的經驗較少且存在許多不確定性和挑戰(zhàn)，需要對其進行不斷的創(chuàng)新和探索。筆者完善了電力設計公司的數(shù)據(jù)資產管理工作，并實現(xiàn)了配電網規(guī)劃數(shù)據(jù)的深度融合與挖掘，但電力設計公司數(shù)據(jù)資產管理仍有較大的提升空間，這些是今后的研究方向。