面向大數(shù)據(jù)的數(shù)字電網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案探討

秦?zé)?/p>

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州南沙供電局，廣東 廣州 511400）

隨著數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)的不斷普及，從根本上創(chuàng)新了供電方式，并且轉(zhuǎn)化了電力系統(tǒng)運(yùn)行模式、供電方式關(guān)系。數(shù)字電網(wǎng)具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，特別體現(xiàn)在電力系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)運(yùn)行中，發(fā)揮電力商品價(jià)值以及作用。精細(xì)化管理電力市場(chǎng)的交易活動(dòng)，促進(jìn)和完善電力市場(chǎng)機(jī)制。聯(lián)合地區(qū)特色，提出數(shù)字電網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)方案，開展平臺(tái)試點(diǎn)項(xiàng)目。

1 電網(wǎng)信息化建設(shè)現(xiàn)狀與問(wèn)題

在電網(wǎng)企業(yè)執(zhí)行的統(tǒng)一框架下，建設(shè)主站系統(tǒng)、計(jì)量自動(dòng)化、配電自動(dòng)化、備調(diào)自動(dòng)化，實(shí)行電網(wǎng)業(yè)務(wù)信息化改造。建設(shè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、充電服務(wù)平臺(tái)、輔助決策系統(tǒng)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在管理信息化中，涉及到人力資源、財(cái)務(wù)、有效與管理應(yīng)用，同時(shí)涉及到信息集成平臺(tái)、電網(wǎng)地理信息平臺(tái)、數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理平臺(tái)，為數(shù)據(jù)服務(wù)提供技術(shù)支持[1]。注重研究和應(yīng)用新信息技術(shù)，利用虛擬化技術(shù)搭建存儲(chǔ)資源池、計(jì)算資源池，靈活調(diào)用資源數(shù)據(jù)。數(shù)字電網(wǎng)在電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)突發(fā)性故障時(shí)，能夠滿足終端用戶的用電需求。在遭受外力破壞影響時(shí)，可以確保電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行安全與穩(wěn)定，保障電力系統(tǒng)安全。兼容性特點(diǎn)，也屬于數(shù)字電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可以連接各類清潔再生能源[2]。利用微電網(wǎng)系統(tǒng)分布式電源互聯(lián)，滿足終端用戶互動(dòng)需求，確保電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)所提供的增值服務(wù)，可以全面滿足用戶需求。此外，數(shù)字電網(wǎng)可以為電力市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)開展提供技術(shù)支持，優(yōu)化配置電網(wǎng)運(yùn)行資源，降低電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行線路損耗，全面提升電力資源的有效利用率。電網(wǎng)信息化建設(shè)獲得成效，然而存在問(wèn)題較多，具體如下：不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域數(shù)據(jù)應(yīng)用效率低；數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，可視化水平低；云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用不到位，重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重。

2 數(shù)字電網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案

2.1 總體架構(gòu)

數(shù)字電網(wǎng)框架，基于業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)力。在設(shè)計(jì)期間，綜合考慮業(yè)務(wù)、技術(shù)、應(yīng)用、數(shù)據(jù)等問(wèn)題，以此落實(shí)驅(qū)動(dòng)策略。

2.2 業(yè)務(wù)架構(gòu)

優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)字電網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用，需要從企業(yè)架構(gòu)和一體化信息系統(tǒng)中，聯(lián)合業(yè)務(wù)流程選取?；谄髽I(yè)架構(gòu)視角，優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)字電網(wǎng)平臺(tái)。

2.3 應(yīng)用架構(gòu)

對(duì)于數(shù)字電網(wǎng)平臺(tái)，優(yōu)化應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計(jì)，涉及到數(shù)字電網(wǎng)應(yīng)用、基礎(chǔ)應(yīng)用、業(yè)務(wù)應(yīng)用等。數(shù)字電網(wǎng)應(yīng)用包含電網(wǎng)全環(huán)節(jié)、客戶全方位、資產(chǎn)全周期、績(jī)效全范圍等模塊，同時(shí)涉及到29 個(gè)一級(jí)功能；基礎(chǔ)應(yīng)用功能涉及到模擬仿真、服務(wù)管理、基礎(chǔ)工具等，同時(shí)涉及到27個(gè)一級(jí)功能；業(yè)務(wù)應(yīng)用功能涉及到配網(wǎng)搶修、配搶移動(dòng)，同時(shí)涉及到4 個(gè)一級(jí)功能。

2.4 數(shù)據(jù)架構(gòu)

數(shù)字電網(wǎng)平臺(tái)中，數(shù)據(jù)架構(gòu)涉及到數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、海量數(shù)據(jù)平臺(tái)、圖形數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)集市等。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)包含總數(shù)據(jù)中心明細(xì)層、匯總層。通過(guò)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)建設(shè)，匯集和融合結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)信息?？偛繑?shù)據(jù)中心將匯總層數(shù)據(jù)傳輸至平臺(tái)數(shù)據(jù)集市層，為平臺(tái)服務(wù)與應(yīng)用提供訪問(wèn)服務(wù)。

2.5 技術(shù)架構(gòu)

數(shù)字電網(wǎng)平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)屬于數(shù)據(jù)中臺(tái)、業(yè)務(wù)中臺(tái)融合。基于數(shù)據(jù)中臺(tái)分析，合理應(yīng)用數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，做好技術(shù)架構(gòu)處理。基于業(yè)務(wù)中臺(tái)分析，微服務(wù)架構(gòu)服務(wù)包括數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)計(jì)算、平臺(tái)服務(wù)、數(shù)據(jù)管理等。

3 數(shù)字電網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 智能化設(shè)備

智能化設(shè)備依賴信息采集、命令執(zhí)行等方式，高效完成電網(wǎng)監(jiān)控任務(wù)。智能化設(shè)備與小型數(shù)字化平臺(tái)的作用接近，多應(yīng)用于變配電。融合先進(jìn)傳感器技術(shù)、通信技術(shù)，運(yùn)用多智能體思想，初步篩選和傳遞，同時(shí)監(jiān)控設(shè)備層智能裝置運(yùn)行。在電網(wǎng)升級(jí)改造中，智能化設(shè)備以漸進(jìn)式方式為主。在初始階段，智能化設(shè)備可以起到控制作用，監(jiān)控和整理設(shè)備數(shù)據(jù)，同時(shí)編碼數(shù)據(jù)信息。數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)中，可以將智能設(shè)備作為采集與執(zhí)行設(shè)備，診斷自我狀態(tài)，同時(shí)預(yù)警故障問(wèn)題。

3.2 CIM 標(biāo)準(zhǔn)模型

數(shù)字電網(wǎng)遵循公共信息標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，開放性特點(diǎn)顯著。數(shù)字化電網(wǎng)信息模型涵蓋變電站、智能化設(shè)備，以標(biāo)準(zhǔn)方式建設(shè)。電網(wǎng)信息集成策略，可以通過(guò)數(shù)字化變電站實(shí)現(xiàn)。電網(wǎng)納入新設(shè)備、新軟件技術(shù)，能夠?qū)ㄔO(shè)標(biāo)準(zhǔn)予以完善。

3.3 電網(wǎng)信息集成平臺(tái)

數(shù)字電網(wǎng)平臺(tái)中，高度信息化屬于重點(diǎn)特點(diǎn)，數(shù)字化電網(wǎng)平臺(tái)通過(guò)信息集成平臺(tái)共享數(shù)據(jù)信息，遵循分級(jí)調(diào)度，落實(shí)信息平臺(tái)管控職責(zé)。上下級(jí)調(diào)度中心通過(guò)信息平臺(tái)可以拼接和拆分模型，處理集成化數(shù)據(jù)，以此提升全網(wǎng)可觀效果。信息平臺(tái)初步篩選電網(wǎng)信息，為高級(jí)應(yīng)用模塊提供數(shù)據(jù)。

3.4 電網(wǎng)智能調(diào)度

數(shù)字電網(wǎng)平臺(tái)具備充足的電網(wǎng)數(shù)據(jù)。電網(wǎng)智能調(diào)度注重挖掘基礎(chǔ)電網(wǎng)信息。在電網(wǎng)運(yùn)行期間，注重決策和判斷相關(guān)信息，通過(guò)人工智能方式，處理調(diào)度人員復(fù)雜電網(wǎng)、信息膨脹認(rèn)知障礙[3]。提取人工經(jīng)驗(yàn)，抽取相關(guān)知識(shí)，注重組織內(nèi)傳承與信息獲取。傳統(tǒng)EMS模塊可以納入到結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)全局控制。高度統(tǒng)一信息模型，實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化發(fā)展。

4 大數(shù)據(jù)在數(shù)字電網(wǎng)環(huán)保生態(tài)平臺(tái)中的應(yīng)用實(shí)踐

4.1 整體定位

基于電網(wǎng)環(huán)保全過(guò)程管理角度分析，注重加強(qiáng)環(huán)保監(jiān)督效果，提升工作效率，聯(lián)合建設(shè)項(xiàng)目特點(diǎn)，應(yīng)用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)、無(wú)線專網(wǎng)、視頻快速識(shí)別、計(jì)算技術(shù)等，規(guī)劃和核查電網(wǎng)線路桿塔、塔基、變電站施工等。在施工建設(shè)期間，做好督查監(jiān)控、完工復(fù)查，聯(lián)合噪聲、水保在線監(jiān)測(cè)裝置，關(guān)注數(shù)據(jù)全程在線監(jiān)測(cè)情況，同時(shí)利用故障狀態(tài)的數(shù)據(jù)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，診斷和預(yù)警監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

4.2 功能模塊

電網(wǎng)環(huán)保生態(tài)數(shù)據(jù)平臺(tái)，要注重生態(tài)紅線監(jiān)控管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)管理、電網(wǎng)環(huán)保應(yīng)用管理、水保空地一體監(jiān)測(cè)等模塊設(shè)計(jì)。

業(yè)務(wù)管理模塊：該模塊的生態(tài)紅線監(jiān)管業(yè)務(wù)管理，涉及到生態(tài)保護(hù)紅線、電網(wǎng)接線圖融合管理，項(xiàng)目動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警管理，利用系統(tǒng)動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，可以為風(fēng)景預(yù)警、應(yīng)急決策提供支持。

生態(tài)保護(hù)紅線、地方接線圖融合管理：在地方省地圖中，引入生態(tài)保護(hù)紅線圖層、電網(wǎng)接線圖圖層，確保不同圖層疊圖，確?！耙粡垐D”涵蓋所有內(nèi)容。通過(guò)“一張圖”，能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)項(xiàng)目、生態(tài)紅線位置關(guān)系，項(xiàng)目變更之后，錄入和編輯位置信息，同時(shí)做好預(yù)警分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與加工功能，保證在可研、施工環(huán)節(jié)中，可以觸發(fā)生態(tài)紅線問(wèn)題，以免對(duì)輸變電工程開展造成影響[4]。當(dāng)出現(xiàn)重大變動(dòng)、違法違規(guī)事件時(shí)，能夠?yàn)殡娋W(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目選址選線、建設(shè)施工提供支持。涉及到生態(tài)紅線的項(xiàng)目動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、預(yù)警管理。開展示范性項(xiàng)目，利用施工現(xiàn)場(chǎng)定位、環(huán)保措施，錄入信息數(shù)據(jù)。在施工期間，高效管理施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保情況、線路塔基偏移需求。利用電網(wǎng)環(huán)保實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警管理平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息查閱、分析與研究，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、預(yù)警效果。

電網(wǎng)環(huán)保業(yè)務(wù)應(yīng)用管理：該功能模塊涉及到環(huán)保水保管理、竣工環(huán)保管理、技術(shù)監(jiān)督等，統(tǒng)一管理業(yè)務(wù)。建設(shè)供電企業(yè)變電站、環(huán)境評(píng)估、竣工、運(yùn)行環(huán)境因子，建設(shè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，做好查詢與更新工作。采用遠(yuǎn)程查詢數(shù)據(jù)方式，可以確保環(huán)保問(wèn)題處理效果，涉及到環(huán)保供應(yīng)商評(píng)價(jià)、職業(yè)衛(wèi)生管理、環(huán)保專家管理、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管控等。系統(tǒng)優(yōu)化完善后，能夠建立實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，主要為電網(wǎng)環(huán)保業(yè)務(wù)管理應(yīng)用模塊，統(tǒng)一管理業(yè)務(wù)。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理：該模塊涉及到電網(wǎng)環(huán)水保監(jiān)測(cè)、預(yù)警管理，即時(shí)公布環(huán)境數(shù)據(jù)，能夠確保信息透明度，降低環(huán)保投訴可能性。在若干個(gè)試點(diǎn)工程開展中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)環(huán)保情況，利用溫濕度、工頻磁場(chǎng)、電場(chǎng)等傳感器，可以感知變電場(chǎng)實(shí)時(shí)信息，確保數(shù)據(jù)信息同步效果，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接[5]。電網(wǎng)環(huán)保水保實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，能夠分析校核監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，生成報(bào)告，管理資源等，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)警、智能化決策應(yīng)用。

噪聲在線監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警：噪聲在線監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)行中，噪聲數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇M網(wǎng)設(shè)備，組網(wǎng)設(shè)備可以建立無(wú)線自組網(wǎng)，站內(nèi)架設(shè)噪聲在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，確保運(yùn)行人員隨時(shí)查看歷史數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)生設(shè)備異常問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)則會(huì)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，指導(dǎo)運(yùn)行人員做好巡查工作。數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娋W(wǎng)環(huán)保生態(tài)數(shù)據(jù)平臺(tái)中，連接一體化管控平臺(tái)。利用噪聲診斷和識(shí)別設(shè)備故障，已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展亮點(diǎn)，能夠與人體密切關(guān)聯(lián)，確保運(yùn)維人員實(shí)時(shí)掌握與分析，無(wú)需直接接觸設(shè)備，也不會(huì)對(duì)設(shè)備運(yùn)行安全性造成影響[6]。設(shè)置噪聲在線監(jiān)測(cè)裝置，同時(shí)與生態(tài)數(shù)據(jù)平臺(tái)連接在一起，能夠全程在線管控和分析變電站噪聲數(shù)據(jù)。應(yīng)用噪聲在線監(jiān)測(cè)方式，能夠比較、分析設(shè)備噪聲運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)噪聲，預(yù)警設(shè)備故障問(wèn)題，豐富電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)感知需求，確保電網(wǎng)運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性。

建立一體化在線監(jiān)測(cè)：在該模塊下，建設(shè)水土保持在線監(jiān)測(cè)管控平臺(tái)，采用遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)一體化在線監(jiān)測(cè)、水土保持監(jiān)理。統(tǒng)一管理水保在線數(shù)據(jù)信息，能夠加強(qiáng)水土保持監(jiān)理效果，同時(shí)滿足水保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)布需求。在水土保持中，監(jiān)控遙感數(shù)據(jù)、水土保持等，通過(guò)信息化技術(shù)融合多源、多類型數(shù)據(jù)信息，可以在線采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

環(huán)保全過(guò)程管理：電網(wǎng)環(huán)保全過(guò)程管理，涉及到環(huán)保業(yè)務(wù)流程、超標(biāo)治理、環(huán)保技術(shù)監(jiān)督、環(huán)保糾紛處理等。針對(duì)電網(wǎng)環(huán)保全過(guò)程的典型事件，比如環(huán)保糾紛處理、信息實(shí)時(shí)錄入、噪聲超標(biāo)治理等，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化更新與管理，展示出事件歷史進(jìn)程，加強(qiáng)處理效果，為后續(xù)事件提供參考依據(jù)。

4.3 應(yīng)用架構(gòu)

搭建系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)，可以應(yīng)用到不同用戶群體中。在實(shí)現(xiàn)功能時(shí)，能夠管控專題數(shù)據(jù)信息，查詢用戶數(shù)據(jù)、發(fā)布數(shù)據(jù)功能等，同時(shí)為環(huán)保全過(guò)程管理提供服務(wù)，滿足數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)需求。平臺(tái)數(shù)據(jù)應(yīng)用架構(gòu)如圖1所示。

圖1 平臺(tái)數(shù)據(jù)應(yīng)用架構(gòu)

5 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字電網(wǎng)平臺(tái)為電力企業(yè)、用戶提供多種功能，包括數(shù)據(jù)查詢、仿真服務(wù)、數(shù)據(jù)分析、移動(dòng)應(yīng)用功能等，有效銜接PC 端到移動(dòng)端。數(shù)字電網(wǎng)平臺(tái)滿足國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，優(yōu)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)，同時(shí)滿足市場(chǎng)發(fā)展要求，有效支持電網(wǎng)數(shù)字化發(fā)展，建設(shè)智能化電網(wǎng)體系。在本文研究中，注重分析數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀，掌握電網(wǎng)信息化建設(shè)現(xiàn)狀與問(wèn)題，提出科學(xué)的數(shù)字電網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案，以此維護(hù)數(shù)字電網(wǎng)平臺(tái)運(yùn)行效益。