電網規(guī)劃研究平臺建設經驗和未來發(fā)展方向

黃平，李暉，馮建雷，劉學，張炯平

(1.國網北京經濟技術研究院，北京市 100052;2.上海欣能信息科技發(fā)展有限公司，上海市 200025)

0 引言

電網規(guī)劃研究平臺(power grid planning research platform，PGPRP)是我國首個面向輸電網規(guī)劃的一體化平臺系統(tǒng)［1-3］。該平臺于2009年初完成立項開始建設，期間經歷了總體實施方案制定、需求分析、系統(tǒng)功能設計、部署實施、試運行和正式運行等階段，于2011年底完成全部建設任務，2012年完成項目驗收。應用于國家電網公司總部、國網經研院、江蘇和重慶等省級公司的規(guī)劃分析研究業(yè)務中，取得了初步應用成果和豐富的建設經驗。

當前，國家電網公司正在深入進行“2個轉變”和“三集五大”體系建設。大規(guī)劃體系建設方案明確提出要建設公司級的一體化電網規(guī)劃設計平臺［4］，作為國家電網公司大規(guī)劃體系的技術支撐平臺，對電網規(guī)劃業(yè)務和大規(guī)劃平臺系統(tǒng)建設提出了更高要求。平臺將成為國家電網公司規(guī)劃設計體系的管理組織平臺、業(yè)務技術平臺、研究開發(fā)平臺，為實現(xiàn)規(guī)劃管理和業(yè)務模式的轉變提供技術基礎。

PGPRP是全面開展大規(guī)劃平臺系統(tǒng)建設的前期基礎，完成了大量的設計研究和技術儲備工作。PGPRP為開放式、多用戶系統(tǒng)，按國家電網公司總部、網省公司2級應用設計，數據存儲采用Oracle商用數據庫，在地理信息系統(tǒng)基礎上基于B/S (browser/server)和C/S(client/server)架構實現(xiàn)。采用規(guī)范化原則進行數據庫設計，初步建立了電網規(guī)劃網架數據模型。功能設計貫穿了規(guī)劃的所有流程，保證了平臺的實用性，同時將技術應用功能和管理功能相結合。

本文總結了平臺整個建設過程的經驗，展望了未來發(fā)展方向，提出了下一步建設工作的原則思路。

1 總體設計

規(guī)劃設計的平臺系統(tǒng)已經存在大量研究成果，但都主要針對規(guī)劃工作中某些局部問題進行研究，并未形成覆蓋實際規(guī)劃業(yè)務全流程的全局應用。PGPRP建設沒有成熟經驗，需要對平臺建設的組織管理方式、系統(tǒng)架構、實施方案、運行應用方案進行總設計，并需要考慮以下原則問題。

(1)平臺系統(tǒng)建設:電力系統(tǒng)工業(yè)是成熟工業(yè)，本質沒有變化，電力系統(tǒng)技術和運行模式進一步提升的潛力不大。隨著信息技術、物聯(lián)網和智能電網技術的不斷發(fā)展，信息技術和具體工業(yè)的深層次結合是生產力增長的突破點。規(guī)劃平臺作為信息技術和規(guī)劃研究的結合，既是智能電網技術的重要方面，又是國家電網公司的需要，是未來電網規(guī)劃發(fā)展的必然方向。

規(guī)劃平臺建設參與者眾多、技術難度極大、影響面廣、意義重大。涉及規(guī)劃平臺和大規(guī)劃體系建設的有總部、省級、地市公司以及國網經研院等相關單位。同時平臺的建設也需要信息通信以及系統(tǒng)開發(fā)單位的大力參與。平臺建設并非一勞永逸，而是伴隨著規(guī)劃模式的提升不斷發(fā)展，其發(fā)展的主力最終仍將是電力系統(tǒng)專業(yè)研究人員。

(2)建設工作的組織:規(guī)劃研究工作涉及的領域廣泛、專業(yè)要求深，兼有管理和技術2個方面的內容。因此平臺建設的組織管理不宜采用常用的機械化組織結構，而應積極考慮創(chuàng)業(yè)者或專業(yè)化模式［5-6］，為技術合理發(fā)揮創(chuàng)造條件。

在實際建設初期，基本實現(xiàn)了創(chuàng)業(yè)者模式。以總設計為核心，各項設計方案的制定過程簡單高效，僅用4個月即完成了系統(tǒng)總體設計的核心框架，得到了廣泛認可。隨著建設進展，組織管理轉為常規(guī)的機械式部門化管理，進展過程有所減緩。

(3)選擇正確的技術路線:正確的技術路線是平臺成功的關鍵。規(guī)劃相關系統(tǒng)建設沒有達到預期效果的直接原因，是技術路線不恰當、導致系統(tǒng)失去進一步發(fā)展的可能。技術路線的選擇，需要對當前規(guī)劃發(fā)展方向的深刻理解，將各類技術有機結合。

PGPRP基于地理信息系統(tǒng)和空間數據庫技術的研發(fā)，在數模設計和功能設計中以規(guī)劃網架設計為核心，充分考慮規(guī)劃各項細化工作、結構清晰、可拓展性強。

(4)設計應用管理模式:規(guī)劃平臺作為多層級規(guī)劃體系的技術支撐平臺，需考慮相應的應用模式。多層級分布式的應用模式與電力系統(tǒng)專業(yè)計算的結合，將生成大量技術難題。

實踐表明，在完成對平臺定位、管理組織、技術路線和應用模式的總體設計之后，平臺建設的科學性和合理性才能得到保證。

2 建設的關鍵點

規(guī)劃平臺建設是龐大的系統(tǒng)工程，建設的關鍵點主要有:

(1)電網規(guī)劃數據模型的設計。合理的電網規(guī)劃數據模型設計是規(guī)劃平臺的核心和生命力所在，需要進行專門、長期的研究。電網規(guī)劃數據模型的核心是規(guī)劃網架數據模型。目前調度自動化系統(tǒng)廣泛采用的IEC 61968和IEC 61970標準分別描述了DMS和EMS的數據模型和應用接口［2，7-8］，但難以直接應用于規(guī)劃平臺建設中。這是因為規(guī)劃網架數據模型具有自身粒度、專業(yè)性、時態(tài)一致性和版本一致性的要求。時態(tài)一致性是指規(guī)劃數據在電網未來演變過程中保持的一致性，要求不僅僅將當前時間斷面的電網作為設計對象，而應將整個網架演變過程作為設計目標。版本一致性是指不同規(guī)劃版本之間的規(guī)劃網架數據的一致性，以滿足電網規(guī)劃業(yè)務流程反復論證、滾動更新的特點。

實踐表明，由于調度、生產系統(tǒng)的廣泛應用，存在大量對現(xiàn)狀網架結構進行描述的數據庫，使得電網規(guī)劃數據模型設計容易被忽視。規(guī)劃專業(yè)技術人員往往認為可以進行接口建設獲取調度生產系統(tǒng)數據，信息通信專業(yè)人員認為可以脫離電力系統(tǒng)專業(yè)進行數模設計。這2種思路在實踐中均不可行。

PGPRP數模設計以電網規(guī)劃網架數據模型為基礎，采用從核心到外圍的數據組織模式，逐步擴展設備、工程、經濟、能源等信息。網架數據模型主要描述電網各類對象的數據模型，包括站點(變電站、換流站、發(fā)電廠、開關站等)、線路、母線、發(fā)電機組、變壓器、電容電抗器、負荷等元件設備對象，支撐詳細負荷預測、電氣計算、規(guī)劃投資分析、基于地理信息系統(tǒng)展示、工程項目管理等功能應用。

(2)貫穿規(guī)劃全流程的系統(tǒng)架構設計。電網規(guī)劃工作流程本質上是從裝機、負荷等邊界數據到規(guī)劃網架數據，再到規(guī)劃項目庫等成果的數據流。需要全局考慮貫穿規(guī)劃全流程的系統(tǒng)架構設計，為各規(guī)劃功能預留發(fā)展空間。

PGPRP實現(xiàn)了電網規(guī)劃必需的負荷預測分析、電力電量平衡、方案設計、電氣計算、經濟性分析等流程功能的研發(fā)、建設和綜合集成，形成了涵蓋數據綜合分析、方案輔助設計、技術經濟評估、報告輔助編制等方面的智能輔助規(guī)劃系統(tǒng)技術，建成了面向國家電網公司多級應用、貫穿規(guī)劃全流程的一體化平臺，我國電網規(guī)劃業(yè)務工作模式得到階段性提升。

(3)分布式規(guī)劃計算模式。分布式計算技術是指通過網絡組織空間分布的計算資源完成統(tǒng)一計算任務的計算技術［9］，包括現(xiàn)在得到廣泛關注和研究的網格計算和云計算。電網規(guī)劃工作遵循統(tǒng)一規(guī)劃、分級管理的原則，意味著能源電力規(guī)劃需要保證統(tǒng)一性和完整性，同時各單位需要保持相對獨立性。因此規(guī)劃平臺建設需研究分布式計算模式和任務組織方式。

以電網規(guī)劃電氣計算為例。長期以來，對電網邊界的處理主要采用電網邊界等值為恒功率節(jié)點的方式。在這種處理方式下，規(guī)劃中220 kV及以下規(guī)劃網架情況往往難以得到及時更新。同時在網省公司規(guī)劃中，只能對本地區(qū)網架規(guī)劃情況進行精確描述，而難以獲取其他地區(qū)網架數據。隨著全國電網結構不斷加強，地區(qū)之間的聯(lián)系更加密切，這種處理方式必然導致安全計算校核結果存在不可忽視的偏差。負荷預測分析、電力電量平衡計算、輸電工程經濟性分析等規(guī)劃計算存在同樣的情況。

電力系統(tǒng)分布式計算近年來取得了眾多研究成果［10-11］。在保證數據有效性的基礎上，采用分布式計算技術能夠在適應電網規(guī)劃分級管理、分頭開展方式的同時，有效提高規(guī)劃的科學性。

(4)電網規(guī)劃地理信息系統(tǒng)的建設。在傳統(tǒng)電網運行管理過程中，由于技術人員主要關注網架拓撲結構和設備運行狀態(tài)，地理信息沒有受到很大關注。隨著電網向智能化方向發(fā)展，地理信息系統(tǒng)在電力系統(tǒng)規(guī)劃、設計、生產管理領域展現(xiàn)出巨大潛力。

空間信息技術的應用和地理信息系統(tǒng)的建立［12-13］，對實際運行電網的描述大大豐富，為規(guī)劃工作提供充足的地理、地質、氣象信息。同時地理信息系統(tǒng)為PGPRP提供了功能實現(xiàn)平臺，為智能化選址選線、輸電走廊設計、設備選型提供基礎。

(5)管理組織保障。信息系統(tǒng)技術會對現(xiàn)有管理模式產生巨大影響［6］，決定了系統(tǒng)建設必須是“一把手”工程，才能達到預定效果。實踐表明，如果缺乏領導力，即使各項技術指標均達到要求，規(guī)劃平臺的建設也不可能成功。缺乏領導力的常見原因主要有:1)對平臺建設難度估計不足，輕視管理方式的選擇，對技術路線和細節(jié)把關不嚴，導致項目失敗;2)對平臺的重視不夠，管理手段簡單，配備的資源力量薄弱，導致未達到理想效果。

規(guī)劃研究具有專業(yè)要求深的特點，需要精通電網規(guī)劃實際業(yè)務和理論、數模設計、組織管理的復合型人才。與調度體系相似，平臺應用要達到理想狀態(tài)，更需要一整套技術、管理、研究支撐體系，保證平臺的可持續(xù)發(fā)展。

3 未來發(fā)展方向

我國電網規(guī)劃始于20世紀50年代［14］，前蘇聯(lián)專家貝可夫指導開展了“京津唐”、華東、東北等電網的電力系統(tǒng)和動力系統(tǒng)的設計。設計工作機制流程是由甲方(電業(yè)管理局)提供負荷資料，乙方(設計院)從審查負荷開始，最后提出地理接線圖和單線圖。綜合我國電網規(guī)劃設計工作50多年的發(fā)展歷史可見，我國電網規(guī)劃思路和工作管理體制基本上沿襲了前蘇聯(lián)的模式。隨著電力體制改革的不斷深入，傳統(tǒng)的確定性的電網規(guī)劃方法、理念越來越不適應現(xiàn)代電網的管理體系和發(fā)展形勢。

21世紀初美國首先提出建設智能電網，已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的共識。智能電網是將信息技術、通訊技術、計算機技術和原有的輸、配電基礎設施高度集成而形成的新型電網。與此同時，國家電網公司開展了智能電網和“五大體系”建設，信息技術與電網規(guī)劃、建設、運行、檢修各業(yè)務流程的高度結合是我國電力系統(tǒng)最新發(fā)展方向。

PGPRP未來發(fā)展方向是智能規(guī)劃系統(tǒng)［3］。智能規(guī)劃系統(tǒng)不是單純著眼于局部問題的算法研究和實現(xiàn)，而是結合數據信息、智能規(guī)劃標準和支撐技術三大類要素，實現(xiàn)管理、工程應用、研究開發(fā)一體化交互的智能系統(tǒng)，具有信息化、標準化、智能化的基本特征，整體架構如圖1所示。其中智能規(guī)劃標準是關鍵為電網規(guī)劃涉及的各類關系對象進行標準建模，保證各類開發(fā)應用的無縫集成，為電網規(guī)劃理論成果轉化和功能實現(xiàn)提供標準的開發(fā)平臺。同時智能規(guī)劃標準也是保證與智能電網各系統(tǒng)銜接的基礎。

智能規(guī)劃系統(tǒng)為管理部門、工程應用單位和研究開發(fā)單位3類規(guī)劃設計業(yè)務主要參與者提供了一體化交互平臺:為管理部門提供權威的信息服務和標準的數據流管理體系，保證數據的有效性;為工程應用部門提供成熟的功能應用，以取代、提升現(xiàn)有的電網規(guī)劃的各項實際工作;為研究開發(fā)單位提供標準開發(fā)平臺，實現(xiàn)各類成果的轉換和集成，同時研究改進智能規(guī)劃相關標準，形成電網規(guī)劃新模式。

4 結語

PGPRP是我國首個面向輸電網規(guī)劃的一體化平臺系統(tǒng)，完成了大量的設計研究和技術儲備工作，是建設國家電網公司大規(guī)劃體系應用的基礎。本文回顧了平臺建設歷程，總結了規(guī)劃平臺系統(tǒng)建設經驗，提出了總設計應分析的原則問題，總結了管理關鍵點和技術關鍵點，對規(guī)劃平臺系統(tǒng)的未來發(fā)展方向進行了展望。

圖1 電網智能規(guī)劃系統(tǒng)架構Fig.1Architecture of Smart Planning System of Power Grid

為保證一體化電網規(guī)劃設計平臺建設取得預期效果，提出以下建議:1)重視規(guī)劃平臺系統(tǒng)的意義和難度，建立全面穩(wěn)定的管理機制和人才隊伍;2)重點突破電網規(guī)劃數據模型設計等技術關鍵點，為平臺建設科學性奠定基礎;3)以規(guī)劃平臺為核心，全面梳理規(guī)劃設計業(yè)務流程，建立規(guī)劃平臺應用和開發(fā)模式。

［1］Huang P，Li H，Han F，et al.Research＆development of power grid planning research platform［C］//Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference.Shanghai，2012:111-115.

［2］黃平，李暉，韓豐，等.基于水平年時態(tài)的電網規(guī)劃網架數據模型設計［J］.華東電力，2011，39(5):711-715.

［3］黃平，李暉，韓豐，等.電網智能規(guī)劃系統(tǒng)技術［J］.華東電力，2012，40(1):45-50.

［4］李暉，黃平，張琳，等.公司一體化電網規(guī)劃設計信息應用建設總體思路［J］.電力建設，2011，32(11):72-76.

［5］亨利·明茨伯格.明茨伯格論管理［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2010:32-35.

［6］Richard L D.Theory and design of organizations［M］.Singapore: Cengage Learning，2010:54-66.

［7］IEC 61970 Energy management system application program interface［S］.

［8］IEC 61850 Communication networks and system in substations［S］.

［9］MohammadS，Wang Yaoyu.Communication and control in electric power system:applications of parallel and distributed processing［M］.New Jersey:John Wiley＆Sons，Inc.，2003:177-232.

［10］陳穎，沈沉，梅生偉，等.基于改進Jacobian-Free Newton-GMRES (m)的電力系統(tǒng)分布式潮流計算［J］.電力系統(tǒng)自動化，2006，30 (9):5-8.

［11］黃平，沈沉，陳穎.多層電力系統(tǒng)的異步迭代分布式潮流計算［J］.電網技術，2008，32(7):19-24.

［12］倪建立，孟令奎，王宇川，等.電力地理信息系統(tǒng)［M］.北京:中國電力出版社，2004:1-34.

［13］黃平.地理信息系統(tǒng)在電網規(guī)劃中應用的展望［J］.電力技術經濟，2009，21(4):10-15.

［14］《中國電力規(guī)劃》編寫組.中國電力規(guī)劃:電網卷［M］.北京:中國水利水電出版社，2007:55-60.

(編輯:張磊)