上周我們分享了國家電網如何利用圖技術來打造電力圖計算平臺，并實現了秒級EMS實時網絡狀態分析，受到了不小的關注。而今天的隨身聽將進一步分享 “電網一張圖“時空數據管理系統、電力設備管理知識圖譜、電力現貨市場模擬仿真系統，里面涉及的內容絕不僅僅只是針對電力行業，企業信息管理是各個企業都面臨的問題，那國家電網是如何利用圖技術進行優化，又取得了怎樣的成果？那就跟我們今天的隨身聽一起來學習一下吧。

# “電網一張圖”時空數據管理系統

首先，能源互聯網為什么需要“電網一張圖”？能源互聯網已經發展成為多元化能源生產、傳輸、消費的樞紐，交流與直流、大電網與分布式微網并存，電從遠方來與電從身邊來并存。跨層級、跨區域的協同配合和信息互動明顯增強，各電壓等級能源流相互影響越來越大。為此，構建融合發、輸、供、用為一體的“電網一張圖”，強化電力系統在線計算和一鍵查詢到底的全局分析控制能力迫在眉睫。

#電網信息管理系統的現狀與問題

電力系統發、輸、供、用具有即發即用實時平衡的特點，受傳統觀念影響和信息技術水平限制，國際國內普遍按照電源側、電網側、用戶側各自構建各自的能源流圖，并按照不同電壓等級和業務部門人為將一個大電網分散到多個信息系統分別進行測量、控制和分析。這種割裂電能生產、傳輸、消費的電網信息系統建設模式，忽視了電能即發即用和電網各側物理聯結的網絡拓撲關系，非常不利于電網全局協同控制和優化，急需改變。

#企業信息系統發展趨勢

而這種企業信息系統的問題不僅僅只是發生在電力行業，各行各業都有這樣的趨勢。為什么會這樣呢？因為長期以來，以應用為中心的方式建設信息系統，這種建設方式把應用與數據模型緊密捆綁，而且一個數據模型僅為單一應用服務，難以提供全局化服務，因而一定會導致數據孤島和代碼混亂。

#如何改變？

國家電網在能源互聯網過程中提出了“數據一個源，電網一張圖，業務一條線”的數據融合與共享理念。” 為了更好地落實該理念，國家電網將“電網天然一張圖”轉化為“信息關聯一張圖”，構建與互聯網搜索引擎類似的、可提供快速便捷數據查詢訪問服務的高效數據關聯索引圖，為內外部應用提供數據共享服務，實現數據“即時獲取”，解決專業壁壘凸顯、跨專業流程不貫通、數據共享實時性不強、數據價值未充分挖掘等數據共享共用問題。

#“電網一張圖”數據集成的技術方案

為了實現“電網一張圖”，從原來的以應用為核心逐漸轉變成以數據為中心，這樣的特點是數據應用分離、功能擴充容易、數據結構多樣、集成成本合理，然后把數據中臺和“電網一張圖”的數據引擎融合在一起，這樣就具有了以下幾個特點：首先是數據生成層、管理層、應用層相互分離。在這樣的一個模式下就可以支持數據層擴充、管理層擴展、應用層不斷擴大，而且，實現數據和知識的統一表達，支撐低成本定制化應用和開放性應用的開發。這也就意味著引入了互聯網技術的精髓--“關聯索引圖”來構建電力企業“互聯網搜索”型數字引擎，從而提升數據使用價值，提升全網分析控制能力。

“電網一張圖”的機制實現了多維關聯：

拓撲鏈接關系關聯：讓全電壓等級電網上下貫通

時間演化屬性關聯：使電網運行狀態被連續監控分析

空間地理環境關聯：利用外部的氣象和地理運行環境關聯關系分析

綜合以上幾個維度，這樣就可以實現對電網的運行狀態進行全面而系統的分析。

# “電網一張圖”的價值與意義

利用“電網一張圖”拓撲服務，打破了電力生產、傳輸、消費數據壁壘，提升電網全局能源流感知分析能力。“電網一張圖”能夠實現發、輸、供、用各端能源數據流的精確、快速、實時數據管理與分析，從而為快速調整優化資源，高效精準地滿足客戶電力服務提供了技術手段。

“電網一張圖”對電力市場的所有參與者統一建模，能更好地滿足電力交易市場數據準確、實時響應的需求，使各方市場主體可以更公平、更透明的參與市場交易，優化營商環境。分布式電源的快速發展及儲能和控制裝置大規模接入使得電網結構日趨復雜，主配網交織影響日益顯現，利用“電網一張圖”在線計算大電網運行關鍵指標，實時評估電網安全風險，能夠有效地支撐大電網安全可靠運行。

#“電網一張圖”應用實例

在電網一張圖上已經實現了很多應用，這里為大家列舉3個應用實例。

//營配調基礎數據治

利用“電網一張圖”圖計算技術開展全電壓等級電廠/配電變壓器供電路徑搜索、配網大饋線手拉手核對、主/配網孤島設備整治、異常環路整治等工作，破解營配調數據質量治理問題，促進基礎數據融合貫通。

//精準發布停電信息

利用“電網一張圖”的拓撲特點，實現了考慮備自投策略的主、配網故障停電范圍分析和考慮負荷轉供方案的主、配網檢修計劃停電范圍分析。該功能將優化分析出的配變停電信息推送至供電服務指揮系統，由供電服務指揮系統將停電信息精準發布至電力客戶手機上。可以有效減少大量的客戶投訴。

//變電站負荷畫像和在線計算可開放容量

利用“電網一張圖”圖計算功能，獲取變電站供電范圍內配電變壓器信息，根據配電變壓器所供負荷數據和用戶行業分類，繪制變電站分類負荷畫像，支撐區域電網規劃和精細化母線負荷預測。

#電力設備管理知識圖譜

下面我們來聊聊電力設備管理知識圖譜。

# 電力領域知識圖譜的特點與四層架構

電力領域的知識圖譜有什么特點呢？與傳統的通用知識圖譜相比又有哪些區別呢？我們發現，領域知識圖譜在知識來源、知識表示、知識獲取和知識應用四個方面都與通用知識圖譜有區別。而且電力領域知識圖譜是以結構化數據為主、非結構化數據和半結構化數據為輔，而且要求數據和知識相互融合。因此我們提出了這樣的一個知識圖譜的技術架構，由數據源層、物理本體（也叫主設備本體層）、語義知識圖譜層（也就是關系本體層）和應用本體層這四層構成。

#電力領域知識圖譜的構建原則與流程

我們提出了電力領域知識圖譜的構建原則，包括這五項原則——清晰性、一致性、靈活性、可擴展性和自動化。我們也總結了兩種方法，一種方法是“自上而下”為主，這種主要適用于結構化數據的分析；另一種方法是“自下而上”為輔，這種適用于非結構化數據的管理。所以在這里我們就根據電力系統的結構化數據與非結構化數據共存、以結構化數據為主這樣的特點，并根據本體構建、數據抽取、知識融合、知識存儲的步驟，提出了電力領域知識圖譜的構建原則與流程。

#雙輪驅動的數據知識融合技術架構

電力系統的一個特點就是數據和知識相互融合，基于這個特點，我們又提出了雙輪驅動的數據知識融合技術架構。數據包括結構化數據和非結構化數據。其中，結構化數據包括臺帳數據、運行數據、調控云數據，非結構化數據包括各種的文本、圖像等數據。運行知識包括標準、規程、規定，關聯關系包括拓撲連接關系、從屬關系、過程關系和層級關系。

因此，從數據融合角度，包括這五個部分，分別是：本體構建、實體辨識、沖突解決、數據溯源和數據融合。在知識融合角度，也包括五個部分，分別是知識抽象建模、關系推演、深度知識發現、通用模式生成和知識融合。并且，在本體構建和知識建模、實體辨識和關系推演方面，數據和知識之間需要相互融合。這就是雙輪驅動的數據知識融合集成的策略。

#電力設備管理知識圖譜的應用價值

電力設備知識圖譜構建完成以后，實際上最主要的功能就是，我們可以從更多的維度實現對于設備質量事件的分析，比如我們可以從廠商維度、電網運行維度、運行環境維度等進行綜合分析。這樣就可以實現設備質量分析從過去的“單一設備維度”向“多維關聯分析”維度的轉變。

#電力一次設備質量事件標簽自動生成

接下來我們看看如何利用電力設備質量的標準專用詞典，進行建模，從這些詞典中，我們進行中文分詞，形成缺陷/故障分析的描述詞矩陣，對描述進行特征詞提取，最后我們對電力設備的質量問題進行事件分類，這樣我們就可以對新出現的質量事件，進行標簽的自動生成。我們利用缺陷/故障的歷史數據，已經實現了對標簽的自動生成。

#電力設備管理知識圖譜的智能搜索技術

這樣，我們就融合自然語言處理、詞性標注、自定義字典、句法分析、語義解析、TigerGraph的無編程查詢生成器，研發了智能搜索引擎，提升了用戶搜索體驗。

并且，在智能搜索挖掘技術中，我們融合了問句深度解析、知識推理等技術，研發了電力設備管理知識圖譜的智能搜索技術，可以靈活布置在任何界面上，而且提問方式自然，交互方式友好。

#電力設備管理知識圖譜的典型功能

在電力設備質量管理知識圖譜中，開發了設備質量概覽儀表盤、設備臺賬管理、故障缺陷查詢、時序分析、疑似家族性缺陷分析與供應商質量評價這幾個功能。

#電力現貨市場模擬仿真系統

接下來我們再一起聊聊電力現貨市場模擬仿真系統的研發。

#基于圖計算的電力現貨市場仿真平臺總體架構

這里我們主要是充分利用圖計算網絡分析應用速度快的特點，研發了由電力市場運營模擬控制/電力系統運行監視器、電力市場運營模擬器、電力系統運行模擬器、和電力市場參與者行為模擬器聯合構成的電力市場仿真平臺框架。

#基于圖計算的電力市場運營模擬

我們融合基于圖計算的安全校核功能（就是我們上一期介紹的在線潮流和安全分析）、基于混合整數規劃的優化計算，基于TigerGraph圖數據庫的子Query并行調用功能，我們就開發了一個高效的電力市場運營模擬器。

#基于圖數據庫的電力市場模型

基于TigerGraph圖數據庫，我們建立了包含火電機組、梯級水電站以及抽水蓄能電站的安全約束機組組合的圖計算模型，這里包含了：1）系統平衡模型；2）火電機組約束模型；3）梯級水電站約束模型；4）抽水蓄能電站約束模型；5）網絡安全約束模型。這些都可以基于TigerGraph圖數據庫進行建模。

# 電力市場模擬仿真系統主界面

我們基于電力市場圖數據模型、可視化軟件架構，研發了電力市場模擬仿真系統主界面。左側是基于圖數據模型自動生成的電網單線圖，右側描述了我們電力市場模擬系統中計算模型的計算情況。

#電力市場模擬仿真系統的功能界面

在這里，我們設計了電力系統、輸電線路、發電機和負荷輸入參數，計算結果，發電機投標、結算、以及優化結果等功能界面。

# 總結

1、圖數據模型和電力系統以及能源互聯網的物理結構高度匹配，可以自然高效地對電力系統和能源互聯網進行圖建模，大幅度提升了數據管理規模和查詢速度；

2、將電力系統的節點-開關設備圖和母線-支路計算圖模型，與圖節點/分層并行計算、優化計算、智能計算等函數庫，以及生動靈活的人機界面設計有機融合，構建了電力圖計算平臺，提出基于圖數據庫查詢的電網分析應用實現模式，使得計算性能出現數量級飛躍；

3、利用電力圖計算平臺，研發了秒級EMS實時網絡狀態分析軟件，首次實現了萬級節點系統SCADA采樣周期內（5秒）完成狀態估計、在線潮流、預想故障分析等實時網絡狀態分析的目標；

4、利用TigerGraph 圖數據庫支持大規模建模與高效查詢的特點，構建了融合發、輸、供、用為一體的“電網一張圖”，有效打破了條塊層分割的傳統數據壁壘以及人為構筑的思維意識墻，為電力企業建設能源互聯網探索了有效的技術支撐手段；

5、提出雙輪驅動的數據知識融合戰略，以電網物理設備為核心構建物理本體，在此基礎上，依據所屬關系和拓撲結構形成關系本體，建設電力設備質量管理知識圖譜，推動設備管理水平的提升；

6、充分利用圖計算網絡分析應用速度快的特點，研發了由電力市場運營模擬控制、電力市場運營模擬仿真、電力系統運行模擬仿真、電力市場參與者行為模擬仿真的電力市場仿真平臺。

審核編輯 ：李倩