基于GIS 背景下的數字電網平臺設計和應用

錢 雷 肖重金 梁繼涵

1. 武漢供電設計院有限公司，湖北 武漢 430000

2. 國網武漢供電公司，湖北 武漢 430000

當前，各個大型企業(yè)都開始響應數字化發(fā)展，并將數字化轉型提上了日程。對此，國家電網高度重視將數字化建設，并積極推動企業(yè)實現數字化轉型，以此建設智能電網。電網公司對數字電網構架的提出，促進了電力企業(yè)的數字化進程。電網公司實現數字化轉型，其必須將數字化本質把握好，創(chuàng)建數字化的思維，實現抽象數據的創(chuàng)建、事物的刻畫、規(guī)律的挖掘以及引領實踐這樣一個良好的循環(huán)，讓思維和實踐能夠統一。鑒于此，文章對GIS 背景下電網平臺的設計與運用進行分析，也給相關實踐者提供更多參考。

1 GIS背景下數字電網平臺的設計

1.1 架構的設計

電網平臺的創(chuàng)建主要基于三維GIS，是對新技術的一種整合，其屬于綜合性的基礎平臺，平臺可分為基礎功能、數字運用以及GIS 與支撐功能三大部分。架構設計所運用的原理有：①基于通信技術。設計時需考慮公司內部各個系統中的信息數據能夠實現貫通和共享，能夠對所有業(yè)務的屬性及實時數據進行整合，讓電網和環(huán)境、資源、管理、運行、經營等相連通，實現全面數字化，將數據采集與GIS 全景全面展現出來[1]。②采用智能決策、系統仿真和大數據深度挖掘、分析的方式提供給電網公司一個全新數據及決策的支撐。該方式對內能使電網規(guī)劃、決策支撐及設備管理更加精細化，對外可使競爭業(yè)務更加完善，給客戶提供全面的服務。③要想實現全面數字化，讓每一個領域的信息和數字得到系統的管理，就要使用物理電網進行友好發(fā)電，實現輸變電高效和安全，做到配電靈活可靠，用電多樣化和智能化，只有這樣，才能使數字化電網平臺得到更好的建設，并實現其服務功能。④平臺上所接入的內部數據（數字化相關數據、自動化計量、調度運行、配電自動化以及其他的直采數據），外部數據（發(fā)電信息、政策、法規(guī)、行業(yè)統計、國民經濟以及環(huán)境監(jiān)管等）均需要實現可視化服務，所設計的電網平臺可對這些數據存儲、計算、管理并分析，在三維GIS 背景下，架構的設計要能給用戶提供全面的數據展示及模擬仿真，將各種分析工具運用起來，實現資產、環(huán)境、客戶、績效和項目的全面建設，也給發(fā)電企業(yè)、用戶、政府等機構提供相應的運用支撐[2]。

1.2 GIS 和支撐功能的設計

電網平臺對GIS 系統進行調用，通過其提供的地圖進行定位查詢，并對緩沖區(qū)進行分析，用地圖、電網架構及地理接線等相關數據來實現GIS 中各種業(yè)務的運用，同時向上呈現全景展示、分析工具以及模擬仿真的支撐功能。具體設計：①二維地圖。主要是對GIS平臺的電網、工程、電源、專題、氣象以及通信等相關數據進行整合，根據所需對實時數據及業(yè)務進行關聯，達到GIS 地圖上多元數據可實時查詢并分析的目的[3]。②三維地圖。該地圖基于二維的基礎之上實現數據共享，采用三維數字化的移交方法，讓輸電線路和變電站的三維模型達到可視化的效果，還能進行屬性、信息狀態(tài)等的查詢。③支撐功能。借助其他的支撐功能，將平臺上各種基礎功能和核心功能進行整合，能夠達到電網的基礎數據、運行數據及網架結構的全面展現，其還支持在三維場景中對網架演進的模擬、故障模擬、操作模擬及災害模擬等，模擬仿真的過程中還能提供各種分析工具，實現了功能的全面性[4]。

1.3 基礎功能的設計

對數字電網平臺的基礎功能進行設計時，需考慮該功能可達到數據接入、分析處理、管理和共享的目的，具體是：數據的接入和存儲、系統的管理、分析計算、數據的管理及平臺服務。①數據的接入和存儲。要能接入內外數據，同時將其保存于平臺。數據的類型有電壓等級數據、生命周期、時序數據、文檔數據和音視頻數據等，這些數據可統稱為非結構數據和外部數據[5]。②系統的管理。該系統的設計能夠對功能權限和用戶的授權、角色等進行有效管理。③分析和計算。該設計主要是對平臺數據進行統計計算，挖掘更深的數據，進行空間和拓撲分析，實現電氣計算，該設計還能把人工智能融入其中，達到數據智能化分析的目的。④數據的管理。該設計主要是管理數據的標準化和質量，實現元數據管理。該設計主要是采用數據加密和授權等方式對數據進行管理，保證數據安全。⑤平臺服務。該設計主要是實現數據的共享，把計算分析的功能展現出來，提供數據可視化、計算分析及數據訪問的服務，可讓用戶直接對相關數據進行防范，實現了可視化的靈活性。該設計主要給用戶提供一個安全數據箱，實現對相關的數據的分析、處理和試驗，還能按照用戶的要求自定義設計相關報表，最后可供使用[6]。

1.4 運用功能的設計

運用功能的設計主要考慮的是電網公司、電力用戶以及政府等有關機構，該功能需實現多種運用的支撐。

（1）電網公司。對于電網公司而言，運用功能的設計主要達到協調電網中的各個環(huán)節(jié)、管理公司全部資產、管控項目全部過程、給客戶提供全面服務、感知環(huán)境中的所有要素、對整個范圍的績效進行評估等。①電網各環(huán)節(jié)協同。其主要是建立在源、網、荷、儲的基礎之上，是對這些環(huán)節(jié)數據的協調，讓傳統能源、儲能和新能源的點、基在站、線、變、戶中感知電網網架、安全風險及全景的負荷信息。②資產全面管理。能夠達到電網相關設備新增、運營、變更、維修、退運等整個周期狀態(tài)和物資庫存相關信息的感知與管理。③項目的監(jiān)管。其主要是對多源數據的整合、計劃與基建，實現了項目規(guī)劃、設計、施工、完工、驗收等每個階段所產生的數據的可視化，讓項目更順利。④客戶的全面性服務。能夠將客戶的畫像、智能家居、業(yè)擴報裝等相關需求反映出來，根據所提供的數據為客戶提供更加多樣化、靈活和友好的服務，同時，其可實現多渠道、多方式及多維度主動為客戶服務，給客戶更好的體驗。對環(huán)境的全面感知，可支持溫度、濕度、風向、氣壓、降水情況等相關要素的感知和監(jiān)測，還能對臺風、山火、地震、雷擊等災害進行預警，并對這些因素進行模擬、評估，達到全面跟蹤災害的目的，實現更好的預防。⑤績效的全面評估。該設計能夠達將指標數據進行可視化，實現對發(fā)電、輸電、變電、配電和用電的支持，還能對電網指標、公司運行和成長指標等相關信息進行計算，并將其展現出來。

（2）第三方機構（企業(yè)、用戶、政府等）運用。將電網數據進行脫敏處理并共享發(fā)布，給社會提供有價值的電網數據。發(fā)電企業(yè)：平臺給發(fā)電企業(yè)出示發(fā)電計劃、新能源的接納、調峰、調頻等機制的優(yōu)化服務，這樣可幫助發(fā)電企業(yè)將成本進一步降低，讓電網調度的負荷得以減輕。用戶方面：平臺能夠給各類用戶提供一些節(jié)能優(yōu)化的服務，還能對其用電費用進行分析，讓其感受個性化服務，此外，用戶還能通過平臺實現交互，體現了電力服務的創(chuàng)新優(yōu)化，該平臺還可支持用戶進行多樣化及個性化的運用。政府等第三方機構：平臺能夠給政府提供一些輔助性決策，有助于智慧城市的創(chuàng)建，還能給政府提供一些有用的數據及工具，讓其對社會用電進行分析。此外，平臺還能給設計單位及施工單位等提供用電規(guī)劃和設計，讓其創(chuàng)建過程中得到更多的優(yōu)化，實現電力綜合服務。

2 基于GIS背景下數字電網平臺的應用

2.1 態(tài)勢感知的運用

態(tài)勢感知能夠將電網的地理及電氣接線情況展現出來，其主要建立在站、線、變、戶的基礎之上，實現了關系可視化，其還能為相關人員提供電工、負荷、人口、電量及國民經濟等有關數據的查詢，實現了設備狀態(tài)及運行情況的實時監(jiān)管。GIS 背景下，數字電網平臺在態(tài)勢感知中的運用，讓電網服務更加優(yōu)勢化。

2.2 客戶個性畫像的運用

該運用主要是建立在客戶檔案、電量、業(yè)擴記錄、電費、停電記錄、回訪、用電行為和投訴等用戶和電網業(yè)務進行交互時所產生的數據基礎上，其還和外部銀行、人口屬性、社交、社會信用等的數據來源相關聯，以此創(chuàng)建全面的客戶畫像，對客戶的用電、資產、信用等相關信息進行更加全面的了解。其還能從用戶本身的特點、用電的需求等進行分析，繪制客戶畫像，創(chuàng)建客戶標簽，主動發(fā)現客戶的訴求，并根據其訴求進行解決，其優(yōu)勢是：可迅速識別、達到精準服務，客戶的滿意度進一步提升。

2.3 互動措施推薦運用

該運用需將發(fā)電、協調、水調、調度系統一起接入，并通過源、網、荷的互動方式及控制過程中的數據，將其變動的情況、方案、控制結果以動態(tài)的方式展現出來，然后按照負荷用電的曲線、市場數據及所納入的電源點安排每個時間所推薦的電源，并提供電源的出力調控措施。

2.4 低電壓治理的運用

該運用主要是對諸多數據源進行整合，根據GIS所展現的低電壓情況，分析低電壓產生的原因，然后將所得到的治理方案進行推廣，再以此對低電壓的改善情況進行評估，此運用實現了對低電壓的分析診斷和治理。

2.5 停電運用

該運用主要是對停電的計量、計劃、缺點及報障等進行整合，之后構建出涉及各個領域的停電信息及相關數據，讓停電信息在調度、營銷及生產部門進行流通，并實現共享，該運用實現了客服的迅速響應，提高了對故障的快速決策及搶修調度的效率。

2.6 工程項目的時態(tài)展示運用

該運用主要建立在GIS 地圖與網架數據上，其是對電網中各個環(huán)節(jié)的建設，可對項目中各階段相關數據進行整合，展示涵蓋的項目規(guī)模、實地場景、建設情況及投資情況，該運用能夠實現項目的規(guī)劃、設計、建設、運營及退運等，可對整個過程的信息進行查詢并顯示。

2.7 災害監(jiān)管的運用

此運用主要是對災害天氣進行監(jiān)測，達到精準感知降雨等目的，將氣象實況進行網格化展示，再與區(qū)域中的設備信息相結合，實現受災情況的分析，根據分析結果提供電網預防及應對的措施。該運用能夠進行災前評估，根據評估制定應急措施。此外，該運用還能將災中和災后的情況感知出來，為災害應對策略的制定提供依據，達到全程監(jiān)控的效果。

3 結 語

電網平臺對發(fā)、輸、變、配、用電等相關環(huán)節(jié)的數字化建設進行整合，實現多源數據的接入，實現存儲處理和分析，讓電網平臺的數據可視化，并達到模擬仿真與高級運用的目的。在電力行業(yè)當中，每一個用戶都能從數字電網平臺獲取相關的數據、計算及運用支撐，將管理效益進一步提升，還能提升自己的對外競爭力?？傊珿IS 背景下，數字電網平臺的設計及運用對電力行業(yè)有積極的作用。