基于电网一张图的“三链融合”模型构建和应用

2021-03-25管必萍戴人杰余浩斌卫思明

电力与能源 2021年1期

管必萍，戴人杰，余浩斌，卫思明

(国网上海市电力公司松江供电公司，上海 201600)

企业视角下的当代社会，数字化特征正迅速从隐性走向显性。数字化已经成为企业发展趋势，开展数字化建设、构建数字化电网的重大意义体现在：上海卓越全球城市建设规划需要通过高质量电网建设进行支撑；上海城市营商环境持续优化需要通过城市电网精益管理加以实现；国网公司建设中国特色世界一流能源互联网企业需要通过电网数字化转型推进变革；国企改革的不断深化需要企业通过技术变革促进管理创新进行推动。

习近平总书记在第二届世界互联网大会上正式提出“数字中国”的倡议，并在党的十九大报告中明确“数字中国”的建设战略。为支撑“数字中国”建设，2019年国网公司在年中会议中强调要以互联网思维为指导，实时真实记录原生业务行为到数字业务行为，实现全业务的数字化，用数据驱动价值创造[1-2]。因此，以发展规划和数字化转型三年行动计划为引领，顺应数字革命和能源革命深度融合趋势，借鉴国内外数字化企业转型思想方法，提出建成与上海智慧城市相适应的数字化电网企业的目标[3-4]。因此，全面贯彻落实各层级数字化转型工作要求，以数据驱动高质量发展，具有重大的现实意义和实践价值。

本文围绕建设卓越城市能源互联网，支撑上海卓越城市建设的目标，深入开展数字电网、数字营销、数字决策、数字运营等领域数据应用，打造数据生态体系，基于电网一张图的核心元素，研究一体化流程推演及模型构建方法，通过创新研发“规建运—营配调”一体化管控系统，实现业务链、数据链和图块链的“三链融合”，建立健全管理责任体系，全面提高公司发展质量和管理效率，以实现“精准投资、精益预算、精细管理”的“三精”发展目标。

1 业务链构建：按精准拓扑电系图生成逻辑的业务驱动设计

工作流是企业内部业务处理活动过程的基本形态。本文开发了一个基于工作流的电网项目流程管控引擎，通过它可以将各类项目按照多维度的管控要求建立管控流程模型，落地和固化相关业务的管理要求和管控规则。基于工作流的电网项目流程管控引擎具有以下特点或能力。

(1)提供了一个轻量化的业务流程建模工具，可以快速定义从电网基建项目到低压业扩接电项目的业务链流程，为“业务一条线”提供可视化流程建模能力；支持业务链流程的快速迭代，从而具备应对流程优化及重构需求的快速响应能力。

(2)驱动实际电网建设工程项目，按照定义好的业务链流程和业务链节点管控规则，从项目规划立项一直流转到竣工接电并交付运营，在项目全周期过程中，实现以下功能。

1)按照管控规则中定义的节点责任岗位，对相关岗位员工定向推送节点业务办理任务。

2)全程记录监控项目在各节点的计划进度和实际进度，能按照管控规则设置的接电考核时限对每个项目的每个节点进行进度超期预警，同时也为应对工程项目实际情况变化提供了延期申请、审批管理。

3)驱动业务数据和电网图形随着业务链流转自然地融合交互，实现“三链融合管到边”。按照在业务链流程中预定义的图形(电系图-施工图)、业务数据(业务办理凭证、CAD图纸、预算及物料表)融合交互操作规则，确保项目在规划工询阶段编制的供电方案准确无误的从规划图(电系变更图)落实到施工图，最后通过数字化交付，绘就“精准拓扑电系图”，实现“一张蓝图绘到底”，如图1所示。

图1 一图三表(一张设计图和三张表联动)

2 数据链构建：按业务逻辑组织海量数据的架构设计

2.1 按业务逻辑组织海量数据

在传统的信息化管理流程中，设备运维部门成为了数据源头，这与实际业务不符。本文在建设营配调一体化系统过程中，按真实业务逻辑重组业务过程，应用工作流、图模引擎、“时空锥”等创新技术组建了从规划源头起，经过设计、建设、项目实施、生产计划、调度运方、竣工管理及数字化交付等直至客户接电完整的业务流程，在图模引擎的支撑下先创建规划设计、调度批复铭牌的电系图，再生成设备运维部门的电气设备地理沿布图，形成“环环相扣、人人把关、条块结合、协同工作”的业务链，将纵向管控转变为横向贯通的链式管理，大幅提升企业整体运行效率，如图2所示。

图2 企业级增量电网业务流程示意图

2.2 电网数据实现统一管理

很多统推系统均由各专业条线组织开发，各自独立创建相关的电网数据，缺乏跨部门之间的关联，导致数据重复录入，数据不一致、不完整等问题。本文构建了一张全局唯一的精准拓扑电系图，描述物理电网的核心数据，涵盖电网拓扑信息和重要设备电系铭牌数据，并贯穿在各业务环节中循环流转，形成由虚到实、由粗到精的图块链，最后由调度审核确认进行客户送电，电网拓扑模型直接进入SCADA系统，实现“一张蓝图绘到底”，如图3所示。

图3 企业级增量电网业务流程示意图

3 图块链构建：基于“时空锥”和图模引擎的多态多场景与成图技术

“时空锥”除了描述当前时间点的电网拓扑信息外，更重要的能力还表现在既能对电网信息进行历史记录，又能对设想中的未来电网进行全方位支持。“时空锥”在对电网拓扑模型的管理中应用了多场景技术，以容纳完成时间不同、嵌套关系复杂的各类规划项目方案，实现了规划项目建设的时序化、现状电网和规划电网的一体化管理。在此基础上，应用四维全时空技术继续对精准拓扑电系图进行完善和拓展，支持规划电网、现状电网和历史电网的三融合。

在四维时空中的任一点上，均可见到“此时的现状数据”及“此时的场景数据”，这些数据随着时间的推移共同构成该点的“时空锥”。由于现状总是从某一历史时空点上排除其他可能后所留下的唯一路径演变而来，因此可以沿着电网发展轨迹回溯到任意历史点上观察其“时空锥”，即不但可以观察到过去，还可观察到过去的未来，如图4所示。

图模引擎是本文营配调一体化系统的核心支撑模块，面向AM/FM(自动成图/设施管理)应用领域，“以拓扑为核心”，实现从220 V到220 kV精准拓扑电系图的图形和模型一体化管理。所谓“精准拓扑电系图”，其精髓在于描述数字电网的核心拓扑数据，以此作为整个企业的基准核心数据，再根据需要将其他业务数据附加上去。企业的全部数据被划分为核心数据与附加数据两大逻辑部分，而图模引擎则强调对于核心数据的管理。使用图模引擎管理精准拓扑电系图能够在机制上保证“存在即合理”，在表现上达到“所见即所得”。

电网拓扑作为电网模型最核心的内容，其基本构成元素拓扑点和线均能够和电网实物一一对应，拓扑点即对应点类电力设备(变压器、开关等)，拓扑线则对应线类电力设备(电缆、架空线等)。这些拓扑元素之间的拓扑关系则通过业务建立，并能够永久保持。自动成图则是在电网拓扑这一核心基础之上，基于规则驱动，对电网模型进行抽象提取并美化加工，既保持了电网模型的核心拓扑不变，又满足了不同业务部门从不同视角使用电网模型的需求。

图4 “时空锥”演化示意图

本文基于这些研究开展应用的专题图主要有：220 kV变电站负载率平衡图、110(35) kV变电站负载率平衡图、25个功能网格的负荷转供能力图、10 kV分线“站-线-变-户”关系图、低压台区“户—变”关系图、用户电源路径图、开关站专题图、电缆网专题图等。采用自动成图技术后，大大减轻了公司相关专业人员维护专题图的工作量，并很好地保证了专题图数据的准确性、及时性及相互之间的一致性。

(1)负线损治理：试点区域1 300多条10 kV线路和12 000多个低压台区均可生成10 kV分线“站—线—变—户”贯通图和低压台区“户—变”关系图，用于校验户—变关系的准确性。

(2)负荷平衡：生成开关站专题图，220 kV变电站负载率平衡图、110(35) kV变电站负载率平衡图、25个功能网格的负荷转供能力图，找到电网薄弱环节，新建10 kV开关站269座，10 kV电网负荷转移能力大幅提升；110 kV电网形成双侧双链接线，110 kV及35 kV变电站容载比为2.22；上级7座220 kV变电站容载比为1.94，负载率控制在43%～61%之间，取得了良好的成果。

(3)低压台区线损计算：通过低压台区图及户变关系图，可以清晰展示低压用户和配电变压器之间的关系，通过这些户变关系数据，能够更为精确计算出各低压台区的统计线损数据。