基于大数据技术的新型配网供电服务指挥系统设计及应用

马汝括

（国网青海省电力公司，西宁 810003）

随着“碳达峰、碳中和”战略目标的提出，电能的优质生产、电力企业的节能减排被提升至新的高度，高效、优质的电力服务逐渐成为行业共识[1-3]。同时，在以发、输、变、配、用为主的电力生产、运行和消费环节中，配网作为紧靠用户侧的末端环节，处在提供优质、可靠的电力服务的重要地位，因此提升配网供电可靠性和运行效率[4-5]是加大电能在终端能源消费的重要举措，也是实现能源可持续发展的重要途径。

由于配网环境复杂，一旦发生配网非正常运行，现有的供电指挥系统需要人工下发抢修单、人工实地检查信息并返回至指挥中心，带来了巨大的人力成本[6-7]。此外，在配网运行业务中，通常需要电力生产管理系统、企业资源计划系统等子信息系统深度参与，业务需求深度交互，一旦某一方产生延时和判断失误，往往会给配网业务的顺利运行带来挑战[8]。

当前配网管理主要是地市级公司在生产系统MIS（management information system）的基础上自行开发，导致上、下级数据的共享存在多个版本，常常会出现一套系统、两套台账的情况[9]，造成数据的大量冗余和孤立。此外，MIS的各应用系统（例如电力营销系统、用电采集系统、电能质量在线监测系统）在顶层设计时扩展性较弱，无法与其他系统集成和共享数据，各模块孤立运行，导致管理复杂化，制约了数据管理水平和生产效率的提升[10]。

随着配网数字化进程的不断推进，电网公司积累了海量的用户用电数据，数据中潜在的电网安全运行边界、用户用电需求信息难以被有效揭示和利用[11-14]。同时，随着大数据分析和人工智能技术的深度发展，从数据管理角度开展各数据中台的融合和集成，部署新型化、智能化、集成化供电指挥系统，对配网的安全有序运行、交易系统的顺利营运、各类数据的分类管理具有重要意义[15]。

为此，设计一种供电指挥系统受到学者们的广泛关注。文献[16]在智能电网背景下开展了配电自动化的研究，所部署的配电自动化试点取得了较好的应用效果。文献[17]针对配网的工单派接存在的延时问题，开发了供电指挥服务智能辅助系统，提升了现有供电指挥中心坐席系统的智能化水平。文献[18]从智能感知层、数据中心层、数据融合层与业务应用层出发，构建了智能供电服务指挥系统，实现了基于分层拓扑结构的故障研判方法，有效地提高了配网的可靠性水平。上述文献多是从现有配网的某个数据中台出发，未考虑配网系统的整体数据水平和集成功能需求，其场景适应性仍需进一步研究。

为此，本文以现有配网供电系统为基础，充分调研其业务需求和现有弊端，对新形势下供电服务指挥系统的建设需求进行分析，给出了新型供电服务指挥系统NPSSCS（novel power supply service command system）设计、分析、部署的系列过程。结合当前大数据技术，完成了新型供电服务指挥系统的系统架构和数据模型设计。在某实际系统的部署和应用表明，该系统能够有效支撑当前业务，对配网供电动态进行全方位监测和分析，可以为配网全景监控和智能分析贡献新的价值模式和理念。

1 配网供电服务系统发展现状及建设要求

1.1 供电服务系统的发展现状

配网环境下集中了若干信息子系统，例如用于营销的SG186系统、用于生产的电力生产管理系统PMS（power production management system）和企业资源计划ERP（enterprise resource planning）系统等。供电服务系统主要通过子系统面向配电终端，采集信息后传输至供电指挥中心，经过人工分析后下达操作指令。供电服务系统示意如图1所示。

图1 供电服务系统示意Fig.1 Schematic of power supply service system

各信息子系统因为历史建设、厂商、型号等方面原因，使得传统的供电服务系统面临诸多问题。

（1）信息鸿沟广泛存在。传统的供电指挥系统多采用子系统独立运行。监控方式分散，使得营销系统、调度系统、客户系统、生产管理系统存在巨大的信息鸿沟，各子系统形成数据孤岛，数据无法协同出力、统一分析，难以提供完善的供电指挥服务。

（2）用户使用功能有限。现有信息系统多由电力企业设计，用户“弱参与”电力服务过程，使得电力用户只能被动接受用电服务，能够行使的服务权限较低，仅限于查询电费、打印清单等功能。针对“错峰”、“限电”等过程参与十分有限，忽略了用户侧响应对供电整体过程的参与能力。

（3）抢修智能化水平低。目前配网系统发生故障过后，其报修过程通常通过供电指挥中心，以人工派发工单的形式送到工程师手中，过程繁琐、流程冗长，在维修高峰期，供电指挥中心任务重且影响抢修效率。

1.2 新型供电服务系统的建设要求

针对现有供电服务系统存在的问题，新型供电服务指挥系统主要围绕3个维度开展建设，共同构成三位一体的新型供电服务系统。

（1）营调配融合。数据孤岛式的子系统需要进一步融合，将营销系统、调度系统、客户系统、生产管理系统有机结合起来，打破信息鸿沟，使得各子系统的信息资源实现整合和共享，构建表征电网结构组织的基础台账信息库和实时数据库为主体的统一数据库，为配网智能供电提供统一的数据支撑。同时加强数据共享池的建设，为配网大规模、多业务、强实时的需求提供基础平台服务。

（2）用户需求侧响应。借助数据中台，搭建指挥中心-用户的垂直化应用渠道。客户经理通过NPSSCS发布最新供电服务，例如供电错峰、避峰、限电服务信息等，将其及时推送至用户侧，对信息流方向进行有效控制，多方位调控用户侧资源，促进用户侧参与电力供应链调控，进而达到电力资源的最佳配置。

（3）故障智能研判和处理。实时接入数据后，NPSSCS通过获取10 kV母线的电压、电流、开关、保护动作等数据，判断当前运行状态，自动生成预警工单并推送至指挥大厅前台，由人工点击确认后，经移动端就近下发至维修工程师通信设备中，实现工单的智能生成、智能派送一体化服务，提高检修效率。

2 新型配网供电服务指挥系统的设计

2.1 系统架构体系设计

NPSSCS 围绕新型供电系统的需求，在已有数据系统的基础上，设计了基于平台层和应用层的双层式系统架构，具体架构如图2所示。

图2 新型配网供电服务指挥系统架构Fig.2 Architecture of novel distribution network power supply service command system

（1）平台层。该层主要利用国网云平台、企业中台、物联管理平台和人工智能平台等基础设施，搭建网络层通道，实现数据流的上下贯通，为应用层提供数据接入和策略下达的基础支撑服务。平台层响应了新型供电服务系统的主要需求，提供了故障研判、可靠性分析、可开放容量分析、停电事务查询、同期线损查询、配电设备停运查询、配电设备负载率和主动检修工单查询等特色功能。同时，平台层还进一步兼容了传统供电服务系统的功能，例如电网资产中心、电网资源中心、电网拓扑中心、测点管理中心、计算应用中心、电网分析中心、设备状态中心、作业资源中心和作业管理中心等服务，使得平台层能够更好地在实际应用场合发挥作用。

（2）应用层。该层主要将在配电运营场景下的实际业务构建成模块的应用需求，主要包括业务系统指挥板块、客户服务指挥板块、配网运营监控板块、服务质量监督板块、供电可靠性分析板块和工单驱动业务板块6 个服务板块。通过聚焦所形成的功能化模块，为电力运营者提供数据共享和数据分析的统一服务，各服务板块间分别采用微服务架构模式，利用平台层提供的数据流，进一步实现配业务融通和提升数据流价值。

2.2 系统数据架构设计

2.2.1 系统数据流交互新型配网供电服务指挥系统中的数据架构是指数据组成部分、数据存储方式及数据服务交互，其主要描述了供电服务指挥系统与电网资源业务中台、数据中台、物联管理平台、其他业务中台之间的数据关系，数据架构如图3所示。

图3 中，根据数据源和数据类型的不同，底层的数据源头可以分为量测数据、控制指令、量测和管理数据、外部系统数据、数据服务调用、数据推送及视频数据6部分，。将以智能终端为代表所产生的量测数据推送到物联平台，进行实时分析处理，进而实现电网运行数据跨区融合，打破传统供电指挥系统中信息壁垒问题。经过物联网平台处理后，最终由中台统一提供设备实时遥信类、实时遥测等各类数据服务。

数据流数据传经电网资源业务中台后，经过数据整合后，沉淀融合了配电网侧资源、资产、图形、拓扑、测点、作业管理、作业资源等数据信息，为电网资源及资产中心、电网图形中心、测点管理中心、作业管理中心、基础服务中心等业务应用提供数据支撑。其余类型数据，例如控制指令、外部系统数据、视频数据等，将以应用程序编程接口API（application programming interface）接口服务形式对外提供服务，通过调用中台服务的形式向中台内输入或向中台外输出数据。

2.2.2 数据流交互标准

由于不同的电站采用SC1801者IEC60870-5-101规约进行通信，底层的数据源呈现多源异构的特点且各数据中台的协议接口也不同，例如配电管理系统PDMS（power distribution management system）和能量管理系统EMS（energy management system）分别采用IEC61968 和IEC61970 描述序应用程序作为接口。为此，考虑到底层的数据融合需求，NPSSCS 在IEC60870-5-104通信规约的基础上，设计了基于回调技术的消息传递机制，其结构示意如图4所示。

图4 新型配网供电服务指挥系统的数据交互Fig.4 Data interaction in novel distribution network power supply service command system

图4 中，量测类数据在NPSSCS 中占据了较大数据带宽，该类数据通过IEC60870-5-104通信规约利用回调技术实现消息传递，比例用SOCKET字节流与主站进行数据传输，而非量测类数据（例如外部系统数据、视频数据等）直接通过SOCKET 字节流与主站进行数据交互。

2.3 关键功能

根据NPSSCS的建设需求，其主要功能如下。

（1）配网状态监控。利用NPSSCS 中的停电信息，对未完结的计划停电、故障停电、临时停电进行分类统计。同时对待提交、待发布、待审核、待变更、延迟送电、进程报送等重要状态的停电信息进行密切监控；对主线跳闸、支线故障、台区低压故障、配变故障等主动抢修工单进行全流程数据监测统计，进而支撑NPSSCS 的故障智能研判和处理需求。

（2）基础数据管理。为了提高营、配、调一体化基础数据质量，改进监测配网调度控制、停电分析、故障主动研判及服务指挥过程中发现的设备台账错误、拓扑关系错误、设备参数错误、采集数据错误等情况，接受国家电网客服中心派发营配基础数据校核工单，发送稽查工单至相关部门、班组进行闭环处理与整改督办。建立营、配、调基础数据质量验证机制，持续改善营、配、调基础数据质量。

（3）智能研判工单。对报修工单、抢修工单、停电信息各流程进行统计，结合现场智能作业终端返回的现场抢修图片等信息，对工单的重要环节轨迹进行分析。同时，需要根据来电号码查找相关客户信息，例如该号码历史来电记录信息、客户所属台区等，然后录入客户需求和问题，受理形成热线工单，并根据所属业务类型自动形成故障报修业务工单。

3 新型配网供电服务指挥系统的应用与展望

3.1 应用部署

3.1.1 技术架构图

新型配网供电指挥系统主要基于平台即服务PaaS（platform as a service）构建，其技术架构如图5所示。数字化的供电服务系统中各层级的主要功能包括：①云平层主要基于虚拟化技术，将多元异构平台映射成统一的流数据；②数据层基于统一的数据流，根据数据热度的不同存入不同类型数据库；③服务层通过边界防护策略，引入权限安全管理机制，并提供基础的计算引擎；④接口层面向特定的内网用户，提供网关接入的权限管理服务；⑤表现层依据数据流的展现形式，形成智能化的数据处理方式；⑥代理层引入先进的负载集群技术，实现用户侧的流畅访问；⑦展示层根据用户访问设备的不同，给与不同的展现方式。

图5 新型配网供电服务指挥技术架构Fig.5 Technical architectureof novel distribution network power supply service command system

具体实现过程中所采用的关键技术如下。

（1）虚拟化技术。基于云平台资源虚拟化、容器服务、弹性伸缩、中台服务等技术，用以实现架构坚强可靠和灵活扩展。

（2）大数据技术。实现数据资源从信息到知识的跨越，提升新技术应用深度和广度，支撑技术架构升级。

（3）隔离技术。充分应用异步削峰、自动化、应用隔离、安全防护等技术，提升系统的可用能力和防灾变能力。

（4）安全技术。采用可信计算、数据加密等安全技术，实现两区贯通和有效互动，确保多元主体安全接入，支撑安全策略升级。

（5）协同计算技术。应用移动构建和灰度发布技术，提供模型、服务和流程等多层编排与扩展能力，实现领域模型在线化、原子服务组合化、交互界面模板化和业务流程可配置化，促进应用高效协同与生态共享，支撑应用协同升级。

3.1.2 前端界面

NPSSCS 具备配网状态监控、基础数据管理和智能研判工单三大功能，结合现有技术，开发了融合地理信息系统GIS（geographic information system）和NPSSCS前端展示界面，如图6所示。

图6 新型配网供电服务指挥系统前端界面Fig.6 Front-end interface of novel distribution network power supply service command system

（1）配网状态感知。NPSSCS 通过态势指标和预测技术感知当前配网态势，由在运设备、线路跳闸和主变跳闸率构成指标体系，并将配网关键线路投射至GIS中进行直挂动态展示。

（2）基础数据管理。NPSSCS 通过在代理层获得数据推送后，选取具有代表性的数据管理指标，利用仪表盘的形式展现至前端界面中，用来反映数据管理率，即通过负荷、线路、电压数据方面展现该系统对基础数据的管理力度。

（3）智能研判工单。在配网发生故障导致停电事故后，维修人员通过移动端上报故障。NPSSCS根据事故的紧急程度，实现工单的智能排序，直接推送至前端工作人员，进而实现工单的智能研判工作。

3.2 NPSSCS 应用展望

3.2.1 应用场景

新型配网供电服务指挥系统可作用于电力运行的诸多环节，结合现有配网业务需求，NPSSCS的应用场景如图7所示。

图7 NPSSCS 的应用场景Fig.7 Application scenarios for NPSSCS

3.2.2 配网数据集成化管理

依托配网资源业务中台共享服务的复用性，可采用NPSSCS去实现数据访问透明化和数据共享能力，进而避免功能相同模块的重复开发，加快跨专业、跨部门业务流转和业务应用。此外，利用该平台可实现对配网资源业务中台中的数据进行校核和治理，提升供电服务系统中的业务数据质量。通过NPSSCS 强大的数据整合能力，还可以增强设备数据的管理能力，为配网的管理和经营提供基础数据支撑。

3.2.3 配网精细化运营

以配网为牵引，在统一化的前端可视化指挥界面中完成调度指挥、抢修指挥和配网运维，进而实现配电网状态全面感知、全面分析、全程跟踪、闭环管理的智能化运营水平。将故障线路、检修停运线路、保电线路、反送电危险点台区的统计与监盘数据投射至指挥大屏界面，实现配网线路导航、巡视抢修过程跟踪、资源分布和工单详情等全方位展示，为配电网精细化运维和管理水平提供有效支撑。

3.2.4 配网全过程全景化展示

传统配网运营过程中，由于主动抢修信息、主动预警信息、故障报修信息繁多，配网GIS1.6 底层地图数据往往无法实现人员等信息在地图中准确的定位展示、语音催督办等功能，使得传统人工方式下存在基层班组工作量较大、效率低下等问题。采用新型配网供电服务指挥系统可以进一步发挥供服系统营配调数据融合的优势，并结合当前数字化GIS 地图平台和GPS 技术，将故障报修、停电信息、主动抢修、主动预警、数据校核、抢修综合管控、话务系统业务做成一体化的应用，进而实现配网全维度、全过程的全景展示。

4 结 论

本文从传统配网供电服务系统的发展现状出发，分析了当前该配网供电系统存在的问题，给出了新型供电服务指挥系统设计、分析、部署的系列过程，得到如下结论。

（1）配网环境的数据呈现多源异构特点，利用大数据处理技术对NPSSCS进行体系结构和数据架构设计。

（2）所研发的NPSSCS 能够有效覆盖传统供电指挥系统中的业务需求，所涉及的集成功能能够有效支撑NPSSCS的建设需求。

（3）所研发的NPSSCS 能够进一步扩展至配网数据集成化管理、精细化运营、全过程全景化展示等诸多电力运行环节，具有较大的应用潜力。

下一步将推广NPSSCS在实际电力环境下的工程示范工作，为推动数字化、智能化的配网运行提供理论参考及工程建设经验。