基于電網(wǎng)一張圖的“三鏈融合”模型構(gòu)建和應(yīng)用

管必萍，戴人杰，余浩斌，衛(wèi)思明

(國網(wǎng)上海市電力公司松江供電公司，上海 201600)

企業(yè)視角下的當(dāng)代社會，數(shù)字化特征正迅速從隱性走向顯性。數(shù)字化已經(jīng)成為企業(yè)發(fā)展趨勢，開展數(shù)字化建設(shè)、構(gòu)建數(shù)字化電網(wǎng)的重大意義體現(xiàn)在：上海卓越全球城市建設(shè)規(guī)劃需要通過高質(zhì)量電網(wǎng)建設(shè)進行支撐；上海城市營商環(huán)境持續(xù)優(yōu)化需要通過城市電網(wǎng)精益管理加以實現(xiàn)；國網(wǎng)公司建設(shè)中國特色世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)需要通過電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型推進變革；國企改革的不斷深化需要企業(yè)通過技術(shù)變革促進管理創(chuàng)新進行推動。

習(xí)近平總書記在第二屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會上正式提出“數(shù)字中國”的倡議，并在黨的十九大報告中明確“數(shù)字中國”的建設(shè)戰(zhàn)略。為支撐“數(shù)字中國”建設(shè)，2019年國網(wǎng)公司在年中會議中強調(diào)要以互聯(lián)網(wǎng)思維為指導(dǎo)，實時真實記錄原生業(yè)務(wù)行為到數(shù)字業(yè)務(wù)行為，實現(xiàn)全業(yè)務(wù)的數(shù)字化，用數(shù)據(jù)驅(qū)動價值創(chuàng)造[1-2]。因此，以發(fā)展規(guī)劃和數(shù)字化轉(zhuǎn)型三年行動計劃為引領(lǐng)，順應(yīng)數(shù)字革命和能源革命深度融合趨勢，借鑒國內(nèi)外數(shù)字化企業(yè)轉(zhuǎn)型思想方法，提出建成與上海智慧城市相適應(yīng)的數(shù)字化電網(wǎng)企業(yè)的目標(biāo)[3-4]。因此，全面貫徹落實各層級數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作要求，以數(shù)據(jù)驅(qū)動高質(zhì)量發(fā)展，具有重大的現(xiàn)實意義和實踐價值。

本文圍繞建設(shè)卓越城市能源互聯(lián)網(wǎng)，支撐上海卓越城市建設(shè)的目標(biāo)，深入開展數(shù)字電網(wǎng)、數(shù)字營銷、數(shù)字決策、數(shù)字運營等領(lǐng)域數(shù)據(jù)應(yīng)用，打造數(shù)據(jù)生態(tài)體系，基于電網(wǎng)一張圖的核心元素，研究一體化流程推演及模型構(gòu)建方法，通過創(chuàng)新研發(fā)“規(guī)建運—營配調(diào)”一體化管控系統(tǒng)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)鏈、數(shù)據(jù)鏈和圖塊鏈的“三鏈融合”，建立健全管理責(zé)任體系，全面提高公司發(fā)展質(zhì)量和管理效率，以實現(xiàn)“精準(zhǔn)投資、精益預(yù)算、精細管理”的“三精”發(fā)展目標(biāo)。

1 業(yè)務(wù)鏈構(gòu)建：按精準(zhǔn)拓撲電系圖生成邏輯的業(yè)務(wù)驅(qū)動設(shè)計

工作流是企業(yè)內(nèi)部業(yè)務(wù)處理活動過程的基本形態(tài)。本文開發(fā)了一個基于工作流的電網(wǎng)項目流程管控引擎，通過它可以將各類項目按照多維度的管控要求建立管控流程模型，落地和固化相關(guān)業(yè)務(wù)的管理要求和管控規(guī)則。基于工作流的電網(wǎng)項目流程管控引擎具有以下特點或能力。

(1)提供了一個輕量化的業(yè)務(wù)流程建模工具，可以快速定義從電網(wǎng)基建項目到低壓業(yè)擴接電項目的業(yè)務(wù)鏈流程，為“業(yè)務(wù)一條線”提供可視化流程建模能力；支持業(yè)務(wù)鏈流程的快速迭代，從而具備應(yīng)對流程優(yōu)化及重構(gòu)需求的快速響應(yīng)能力。

(2)驅(qū)動實際電網(wǎng)建設(shè)工程項目，按照定義好的業(yè)務(wù)鏈流程和業(yè)務(wù)鏈節(jié)點管控規(guī)則，從項目規(guī)劃立項一直流轉(zhuǎn)到竣工接電并交付運營，在項目全周期過程中，實現(xiàn)以下功能。

1)按照管控規(guī)則中定義的節(jié)點責(zé)任崗位，對相關(guān)崗位員工定向推送節(jié)點業(yè)務(wù)辦理任務(wù)。

2)全程記錄監(jiān)控項目在各節(jié)點的計劃進度和實際進度，能按照管控規(guī)則設(shè)置的接電考核時限對每個項目的每個節(jié)點進行進度超期預(yù)警，同時也為應(yīng)對工程項目實際情況變化提供了延期申請、審批管理。

3)驅(qū)動業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和電網(wǎng)圖形隨著業(yè)務(wù)鏈流轉(zhuǎn)自然地融合交互，實現(xiàn)“三鏈融合管到邊”。按照在業(yè)務(wù)鏈流程中預(yù)定義的圖形(電系圖-施工圖)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)(業(yè)務(wù)辦理憑證、CAD圖紙、預(yù)算及物料表)融合交互操作規(guī)則，確保項目在規(guī)劃工詢階段編制的供電方案準(zhǔn)確無誤的從規(guī)劃圖(電系變更圖)落實到施工圖，最后通過數(shù)字化交付，繪就“精準(zhǔn)拓撲電系圖”，實現(xiàn)“一張藍圖繪到底”，如圖1所示。

圖1 一圖三表(一張設(shè)計圖和三張表聯(lián)動)

2 數(shù)據(jù)鏈構(gòu)建：按業(yè)務(wù)邏輯組織海量數(shù)據(jù)的架構(gòu)設(shè)計

2.1 按業(yè)務(wù)邏輯組織海量數(shù)據(jù)

在傳統(tǒng)的信息化管理流程中，設(shè)備運維部門成為了數(shù)據(jù)源頭，這與實際業(yè)務(wù)不符。本文在建設(shè)營配調(diào)一體化系統(tǒng)過程中，按真實業(yè)務(wù)邏輯重組業(yè)務(wù)過程，應(yīng)用工作流、圖模引擎、“時空錐”等創(chuàng)新技術(shù)組建了從規(guī)劃源頭起，經(jīng)過設(shè)計、建設(shè)、項目實施、生產(chǎn)計劃、調(diào)度運方、竣工管理及數(shù)字化交付等直至客戶接電完整的業(yè)務(wù)流程，在圖模引擎的支撐下先創(chuàng)建規(guī)劃設(shè)計、調(diào)度批復(fù)銘牌的電系圖，再生成設(shè)備運維部門的電氣設(shè)備地理沿布圖，形成“環(huán)環(huán)相扣、人人把關(guān)、條塊結(jié)合、協(xié)同工作”的業(yè)務(wù)鏈，將縱向管控轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向貫通的鏈?zhǔn)焦芾恚蠓嵘髽I(yè)整體運行效率，如圖2所示。

圖2 企業(yè)級增量電網(wǎng)業(yè)務(wù)流程示意圖

2.2 電網(wǎng)數(shù)據(jù)實現(xiàn)統(tǒng)一管理

很多統(tǒng)推系統(tǒng)均由各專業(yè)條線組織開發(fā)，各自獨立創(chuàng)建相關(guān)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)，缺乏跨部門之間的關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)重復(fù)錄入，數(shù)據(jù)不一致、不完整等問題。本文構(gòu)建了一張全局唯一的精準(zhǔn)拓撲電系圖，描述物理電網(wǎng)的核心數(shù)據(jù)，涵蓋電網(wǎng)拓撲信息和重要設(shè)備電系銘牌數(shù)據(jù)，并貫穿在各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)中循環(huán)流轉(zhuǎn)，形成由虛到實、由粗到精的圖塊鏈，最后由調(diào)度審核確認進行客戶送電，電網(wǎng)拓撲模型直接進入SCADA系統(tǒng)，實現(xiàn)“一張藍圖繪到底”，如圖3所示。

圖3 企業(yè)級增量電網(wǎng)業(yè)務(wù)流程示意圖

3 圖塊鏈構(gòu)建：基于“時空錐”和圖模引擎的多態(tài)多場景與成圖技術(shù)

“時空錐”除了描述當(dāng)前時間點的電網(wǎng)拓撲信息外，更重要的能力還表現(xiàn)在既能對電網(wǎng)信息進行歷史記錄，又能對設(shè)想中的未來電網(wǎng)進行全方位支持?！皶r空錐”在對電網(wǎng)拓撲模型的管理中應(yīng)用了多場景技術(shù)，以容納完成時間不同、嵌套關(guān)系復(fù)雜的各類規(guī)劃項目方案，實現(xiàn)了規(guī)劃項目建設(shè)的時序化、現(xiàn)狀電網(wǎng)和規(guī)劃電網(wǎng)的一體化管理。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用四維全時空技術(shù)繼續(xù)對精準(zhǔn)拓撲電系圖進行完善和拓展，支持規(guī)劃電網(wǎng)、現(xiàn)狀電網(wǎng)和歷史電網(wǎng)的三融合。

在四維時空中的任一點上，均可見到“此時的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)”及“此時的場景數(shù)據(jù)”，這些數(shù)據(jù)隨著時間的推移共同構(gòu)成該點的“時空錐”。由于現(xiàn)狀總是從某一歷史時空點上排除其他可能后所留下的唯一路徑演變而來，因此可以沿著電網(wǎng)發(fā)展軌跡回溯到任意歷史點上觀察其“時空錐”，即不但可以觀察到過去，還可觀察到過去的未來，如圖4所示。

圖模引擎是本文營配調(diào)一體化系統(tǒng)的核心支撐模塊，面向AM/FM(自動成圖/設(shè)施管理)應(yīng)用領(lǐng)域，“以拓撲為核心”，實現(xiàn)從220 V到220 kV精準(zhǔn)拓撲電系圖的圖形和模型一體化管理。所謂“精準(zhǔn)拓撲電系圖”，其精髓在于描述數(shù)字電網(wǎng)的核心拓撲數(shù)據(jù)，以此作為整個企業(yè)的基準(zhǔn)核心數(shù)據(jù)，再根據(jù)需要將其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)附加上去。企業(yè)的全部數(shù)據(jù)被劃分為核心數(shù)據(jù)與附加數(shù)據(jù)兩大邏輯部分，而圖模引擎則強調(diào)對于核心數(shù)據(jù)的管理。使用圖模引擎管理精準(zhǔn)拓撲電系圖能夠在機制上保證“存在即合理”，在表現(xiàn)上達到“所見即所得”。

電網(wǎng)拓撲作為電網(wǎng)模型最核心的內(nèi)容，其基本構(gòu)成元素拓撲點和線均能夠和電網(wǎng)實物一一對應(yīng)，拓撲點即對應(yīng)點類電力設(shè)備(變壓器、開關(guān)等)，拓撲線則對應(yīng)線類電力設(shè)備(電纜、架空線等)。這些拓撲元素之間的拓撲關(guān)系則通過業(yè)務(wù)建立，并能夠永久保持。自動成圖則是在電網(wǎng)拓撲這一核心基礎(chǔ)之上，基于規(guī)則驅(qū)動，對電網(wǎng)模型進行抽象提取并美化加工，既保持了電網(wǎng)模型的核心拓撲不變，又滿足了不同業(yè)務(wù)部門從不同視角使用電網(wǎng)模型的需求。

圖4 “時空錐”演化示意圖

本文基于這些研究開展應(yīng)用的專題圖主要有：220 kV變電站負載率平衡圖、110(35) kV變電站負載率平衡圖、25個功能網(wǎng)格的負荷轉(zhuǎn)供能力圖、10 kV分線“站-線-變-戶”關(guān)系圖、低壓臺區(qū)“戶—變”關(guān)系圖、用戶電源路徑圖、開關(guān)站專題圖、電纜網(wǎng)專題圖等。采用自動成圖技術(shù)后，大大減輕了公司相關(guān)專業(yè)人員維護專題圖的工作量，并很好地保證了專題圖數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、及時性及相互之間的一致性。

(1)負線損治理：試點區(qū)域1 300多條10 kV線路和12 000多個低壓臺區(qū)均可生成10 kV分線“站—線—變—戶”貫通圖和低壓臺區(qū)“戶—變”關(guān)系圖，用于校驗戶—變關(guān)系的準(zhǔn)確性。

(2)負荷平衡：生成開關(guān)站專題圖，220 kV變電站負載率平衡圖、110(35) kV變電站負載率平衡圖、25個功能網(wǎng)格的負荷轉(zhuǎn)供能力圖，找到電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，新建10 kV開關(guān)站269座，10 kV電網(wǎng)負荷轉(zhuǎn)移能力大幅提升；110 kV電網(wǎng)形成雙側(cè)雙鏈接線，110 kV及35 kV變電站容載比為2.22；上級7座220 kV變電站容載比為1.94，負載率控制在43%～61%之間，取得了良好的成果。

(3)低壓臺區(qū)線損計算：通過低壓臺區(qū)圖及戶變關(guān)系圖，可以清晰展示低壓用戶和配電變壓器之間的關(guān)系，通過這些戶變關(guān)系數(shù)據(jù)，能夠更為精確計算出各低壓臺區(qū)的統(tǒng)計線損數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

本文聚焦配電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型核心技術(shù)，研究在電網(wǎng)一張圖下的“三鏈融合”架構(gòu)設(shè)計，用技術(shù)創(chuàng)新促動管理變革實現(xiàn)精準(zhǔn)投資、精益預(yù)算和精細管理。通過系統(tǒng)開發(fā)和實例應(yīng)用，實現(xiàn)供電能力、供電可靠率和資源利用率的提升，探索一條可復(fù)制、可推廣、可實施的數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路。