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

0   引　言

我國擁有全球規(guī)模最大、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、變化最頻繁、用戶最多的復(fù)雜大電網(wǎng)，如何為其提供全面、即時和準(zhǔn)確的時空信息服務(wù)是一個世界性難題，也沒有任何先例可循。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)類型給復(fù)雜大電網(wǎng)的安全可靠、穩(wěn)定運行與高效管理帶來了巨大挑戰(zhàn)，造成全業(yè)務(wù)要素難以統(tǒng)一表達(dá)、動態(tài)電網(wǎng)拓?fù)潆y以實時重構(gòu)、異源信息難以及時接入與更新，使得電網(wǎng)信息化僅能在電氣空間開展，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)時空數(shù)據(jù)模型、拓?fù)溆嬎惴椒?、信息更新技術(shù)等關(guān)鍵難題，實現(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)的可靠運行與高效管理。為此，國網(wǎng)公司開展了“復(fù)雜大電網(wǎng)時空信息服務(wù)平臺關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”項目。

1  系統(tǒng)總體架構(gòu)

項目研發(fā)了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的復(fù)雜大電網(wǎng)時空信息服務(wù)平臺，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、云計算中心、云存儲中心、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)用的用戶接口，實現(xiàn)在線的功能及云系統(tǒng)的管理工作；

(2).云計算中心：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算的服務(wù)；

(3).云存儲中心：分布式的云存儲中心，集中存儲管理基礎(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，包括用戶管理和故障管理等。

2  創(chuàng)新點

本項目在國家科技計劃、國家電網(wǎng)公司重大項目等支持下，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)時空信息模型，實現(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，支撐了國家電網(wǎng)近2000 類實體、共15.2 億臺電網(wǎng)設(shè)備的全局時空一致建模。

(2).提出了復(fù)雜大電網(wǎng)時空拓?fù)涞拿爰墝崟r重構(gòu)技術(shù)，突破了分布式拓?fù)溆嬎愕男阅芷款i，構(gòu)建了動靜態(tài)服務(wù)自適應(yīng)調(diào)度的高并發(fā)時空信息計算引擎，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)處理時間由國外同類技術(shù)的分鐘級縮短到秒級，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)與實際電網(wǎng)不一致帶來的調(diào)度安全隱患。

3  應(yīng)用情況

項目組歷經(jīng)十余年研發(fā)，全面解決了國內(nèi)電網(wǎng)GIS平臺被國外產(chǎn)品壟斷、集成層次淺、實用化程度低、擴(kuò)展性差、時空信息孤島化等問題，有效支撐了國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設(shè)，實現(xiàn)了地理信息技術(shù)與電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計、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).實現(xiàn)了國家電網(wǎng)GIS平臺的全面自主可控

復(fù)雜大電網(wǎng)時空信息服務(wù)平臺提供了電網(wǎng)資源管理、電網(wǎng)時空數(shù)據(jù)計算、電網(wǎng)拓?fù)浞治龅?000多個服務(wù)，性能全面優(yōu)于國內(nèi)外同類系統(tǒng)，已全面應(yīng)用到各級電網(wǎng)企業(yè)，打破了長期以來國外GIS平臺在國家電網(wǎng)的壟斷局面。

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

建立了由27個主干節(jié)點，1000余臺服務(wù)器，10萬余個操作節(jié)點構(gòu)成的電網(wǎng)時空信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)；率先在電力行業(yè)構(gòu)建了基于CGCS2000時空基準(zhǔn)的“全時空一張網(wǎng)、全過程一套圖”，實現(xiàn)了國家電網(wǎng)15.2億臺設(shè)備時空信息的全在線管理，并服務(wù)于3.5億供電客戶/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)時空數(shù)據(jù)，日均在線用戶數(shù)峰值70余萬，日均接受GIS相關(guān)請求1000余萬次，電網(wǎng)拓?fù)錉顟B(tài)重構(gòu)計算日均2萬次，電網(wǎng)模擬分析計算日均10萬次，是國家電網(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)時空信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

(3).開展了基于電網(wǎng)時空信息服務(wù)平臺的一系列創(chuàng)新應(yīng)用

項目成果支撐了電網(wǎng)規(guī)劃、基建勘測、協(xié)同設(shè)計、安全生產(chǎn)、運維檢修、調(diào)度運行、配網(wǎng)搶修、電力營銷、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、車輛管理、電力通信網(wǎng)管理、電動汽車充換電服務(wù)等36個核心業(yè)務(wù)，實現(xiàn)了電網(wǎng)時空信息服務(wù)平臺與電網(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)對時空信息的全面、準(zhǔn)確、即時服務(wù)需求。相關(guān)應(yīng)用成果如圖2-5所示：