王繼業(yè)教授等：復(fù)雜大電網(wǎng)時(shí)空信息服務(wù)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

0   引　言

我國(guó)擁有全球規(guī)模最大、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、變化最頻繁、用戶(hù)最多的復(fù)雜大電網(wǎng)，如何為其提供全面、即時(shí)和準(zhǔn)確的時(shí)空信息服務(wù)是一個(gè)世界性難題，也沒(méi)有任何先例可循。異構(gòu)的電網(wǎng)空間、瞬變的電網(wǎng)狀態(tài)、多源的信息更新及繁多的業(yè)務(wù)類(lèi)型給復(fù)雜大電網(wǎng)的安全可靠、穩(wěn)定運(yùn)行與高效管理帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，造成全業(yè)務(wù)要素難以統(tǒng)一表達(dá)、動(dòng)態(tài)電網(wǎng)拓?fù)潆y以實(shí)時(shí)重構(gòu)、異源信息難以及時(shí)接入與更新，使得電網(wǎng)信息化僅能在電氣空間開(kāi)展，嚴(yán)重阻礙了物理電網(wǎng)向全信息化數(shù)字電網(wǎng)的轉(zhuǎn)變。亟需突破復(fù)雜大電網(wǎng)時(shí)空數(shù)據(jù)模型、拓?fù)溆?jì)算方法、信息更新技術(shù)等關(guān)鍵難題，實(shí)現(xiàn)地理信息技術(shù)與電網(wǎng)核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)深度融合，支撐復(fù)雜大電網(wǎng)的可靠運(yùn)行與高效管理。為此，國(guó)網(wǎng)公司開(kāi)展了“復(fù)雜大電網(wǎng)時(shí)空信息服務(wù)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”項(xiàng)目。

1  系統(tǒng)總體架構(gòu)

項(xiàng)目研發(fā)了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的復(fù)雜大電網(wǎng)時(shí)空信息服務(wù)平臺(tái)，構(gòu)建了全球規(guī)模最大、覆蓋面最廣的電網(wǎng)地理信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，研制了全面支撐“輸電、變電、配電、用電及調(diào)度”等核心業(yè)務(wù)的GIS應(yīng)用系統(tǒng)，其總體架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)總體架構(gòu)主要包含云GIS資源管理中心、云計(jì)算中心、云存儲(chǔ)中心、云安全管理體系四部分。各部分功能如下：

(1).云GIS資源管理中心：云應(yīng)用的用戶(hù)接口，實(shí)現(xiàn)在線的功能及云系統(tǒng)的管理工作；

(2).云計(jì)算中心：GIS基礎(chǔ)服務(wù)和大數(shù)據(jù)分析服務(wù)的集中體現(xiàn)，集中提供各種分析運(yùn)算的服務(wù)；

(3).云存儲(chǔ)中心：分布式的云存儲(chǔ)中心，集中存儲(chǔ)管理基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)；

(4).云安全管理體系：主要負(fù)責(zé)云GIS系統(tǒng)的安全管理，包括用戶(hù)管理和故障管理等。

2  創(chuàng)新點(diǎn)

本項(xiàng)目在國(guó)家科技計(jì)劃、國(guó)家電網(wǎng)公司重大項(xiàng)目等支持下，進(jìn)行了拓展性與集成性創(chuàng)新，主要如下：

(1).創(chuàng)建了雙空間一體化電網(wǎng)時(shí)空信息模型，實(shí)現(xiàn)了地理空間與電氣空間深度融合的全要素全業(yè)務(wù)統(tǒng)一建模表達(dá)，突破了復(fù)雜大電網(wǎng)巨量異源時(shí)空信息的關(guān)聯(lián)映射難題，提高了電氣空間業(yè)務(wù)的空間決策能力，支撐了國(guó)家電網(wǎng)近2000 類(lèi)實(shí)體、共15.2 億臺(tái)電網(wǎng)設(shè)備的全局時(shí)空一致建模。

(2).提出了復(fù)雜大電網(wǎng)時(shí)空拓?fù)涞拿爰?jí)實(shí)時(shí)重構(gòu)技術(shù)，突破了分布式拓?fù)溆?jì)算的性能瓶頸，構(gòu)建了動(dòng)靜態(tài)服務(wù)自適應(yīng)調(diào)度的高并發(fā)時(shí)空信息計(jì)算引擎，將停電決策分析、負(fù)荷轉(zhuǎn)供等電網(wǎng)拓?fù)浞治鰳I(yè)務(wù)處理時(shí)間由國(guó)外同類(lèi)技術(shù)的分鐘級(jí)縮短到秒級(jí)，提高了電網(wǎng)調(diào)度控制、應(yīng)急搶修等業(yè)務(wù)的安全性與效率。

(3).構(gòu)建了基于北斗系統(tǒng)的電網(wǎng)資源信息可信高效更新技術(shù)體系，創(chuàng)建了電網(wǎng)資源信息“一次采錄，一體更新”的全過(guò)程自主模式，攻克了跨內(nèi)外網(wǎng)的數(shù)據(jù)安全高效交換難題，將電網(wǎng)資源信息更新效率提升了約10倍，消除了電網(wǎng)資源信息更新滯后導(dǎo)致數(shù)字電網(wǎng)與實(shí)際電網(wǎng)不一致帶來(lái)的調(diào)度安全隱患。

3  應(yīng)用情況

項(xiàng)目組歷經(jīng)十余年研發(fā)，全面解決了國(guó)內(nèi)電網(wǎng)GIS平臺(tái)被國(guó)外產(chǎn)品壟斷、集成層次淺、實(shí)用化程度低、擴(kuò)展性差、時(shí)空信息孤島化等問(wèn)題，有效支撐了國(guó)家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了地理信息技術(shù)與電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理、防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)急指揮、保供電服務(wù)等核心業(yè)務(wù)深度融合。具體體現(xiàn)在：

(1).實(shí)現(xiàn)了國(guó)家電網(wǎng)GIS平臺(tái)的全面自主可控

復(fù)雜大電網(wǎng)時(shí)空信息服務(wù)平臺(tái)提供了電網(wǎng)資源管理、電網(wǎng)時(shí)空數(shù)據(jù)計(jì)算、電網(wǎng)拓?fù)浞治龅?000多個(gè)服務(wù)，性能全面優(yōu)于國(guó)內(nèi)外同類(lèi)系統(tǒng)，已全面應(yīng)用到各級(jí)電網(wǎng)企業(yè)，打破了長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)外GIS平臺(tái)在國(guó)家電網(wǎng)的壟斷局面。

(2).形成了全球規(guī)模最大的電網(wǎng)時(shí)空信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)

建立了由27個(gè)主干節(jié)點(diǎn)，1000余臺(tái)服務(wù)器，10萬(wàn)余個(gè)操作節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的電網(wǎng)時(shí)空信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)；率先在電力行業(yè)構(gòu)建了基于CGCS2000時(shí)空基準(zhǔn)的“全時(shí)空一張網(wǎng)、全過(guò)程一套圖”，實(shí)現(xiàn)了國(guó)家電網(wǎng)15.2億臺(tái)設(shè)備時(shí)空信息的全在線管理，并服務(wù)于3.5億供電客戶(hù)/智能電表；管理了300TB柵格地圖數(shù)據(jù)和矢量地圖數(shù)據(jù)、60TB電網(wǎng)時(shí)空數(shù)據(jù)，日均在線用戶(hù)數(shù)峰值70余萬(wàn)，日均接受GIS相關(guān)請(qǐng)求1000余萬(wàn)次，電網(wǎng)拓?fù)錉顟B(tài)重構(gòu)計(jì)算日均2萬(wàn)次，電網(wǎng)模擬分析計(jì)算日均10萬(wàn)次，是國(guó)家電網(wǎng)核心信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，也是世界上規(guī)模最大的公用事業(yè)時(shí)空信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

(3).開(kāi)展了基于電網(wǎng)時(shí)空信息服務(wù)平臺(tái)的一系列創(chuàng)新應(yīng)用

項(xiàng)目成果支撐了電網(wǎng)規(guī)劃、基建勘測(cè)、協(xié)同設(shè)計(jì)、安全生產(chǎn)、運(yùn)維檢修、調(diào)度運(yùn)行、配網(wǎng)搶修、電力營(yíng)銷(xiāo)、集約化客服中心、防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)急指揮、保供電、地下電纜管理、車(chē)輛管理、電力通信網(wǎng)管理、電動(dòng)汽車(chē)充換電服務(wù)等36個(gè)核心業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)時(shí)空信息服務(wù)平臺(tái)與電網(wǎng)全部核心業(yè)務(wù)的深度融合，滿足了世界最大規(guī)模電網(wǎng)對(duì)時(shí)空信息的全面、準(zhǔn)確、即時(shí)服務(wù)需求。相關(guān)應(yīng)用成果如圖2-5所示：