面向大數據的數字電網平臺架構設計方案探討

秦煥鑫

（廣東電網有限責任公司廣州南沙供電局，廣東 廣州 511400）

隨著數字電網建設的不斷普及，從根本上創新了供電方式，并且轉化了電力系統運行模式、供電方式關系。數字電網具有多項優勢，特別體現在電力系統信息數據運行中，發揮電力商品價值以及作用。精細化管理電力市場的交易活動，促進和完善電力市場機制。聯合地區特色，提出數字電網平臺建設方案，開展平臺試點項目。

1 電網信息化建設現狀與問題

在電網企業執行的統一框架下，建設主站系統、計量自動化、配電自動化、備調自動化，實行電網業務信息化改造。建設狀態監測系統、充電服務平臺、輔助決策系統、電能質量監測系統。在管理信息化中，涉及到人力資源、財務、有效與管理應用，同時涉及到信息集成平臺、電網地理信息平臺、數據資產管理平臺，為數據服務提供技術支持[1]。注重研究和應用新信息技術，利用虛擬化技術搭建存儲資源池、計算資源池，靈活調用資源數據。數字電網在電網系統出現突發性故障時，能夠滿足終端用戶的用電需求。在遭受外力破壞影響時，可以確保電網系統運行安全與穩定，保障電力系統安全。兼容性特點，也屬于數字電網技術應用優勢，可以連接各類清潔再生能源[2]。利用微電網系統分布式電源互聯，滿足終端用戶互動需求，確保電網運行系統所提供的增值服務，可以全面滿足用戶需求。此外，數字電網可以為電力市場經濟活動開展提供技術支持，優化配置電網運行資源，降低電網系統運行線路損耗，全面提升電力資源的有效利用率。電網信息化建設獲得成效，然而存在問題較多，具體如下：不同業務領域數據應用效率低；數據標準不統一，可視化水平低；云計算、大數據技術應用不到位，重復建設嚴重。

2 數字電網平臺架構設計方案

2.1 總體架構

數字電網框架，基于業務驅動力。在設計期間，綜合考慮業務、技術、應用、數據等問題，以此落實驅動策略。

2.2 業務架構

優化設計數字電網平臺應用，需要從企業架構和一體化信息系統中，聯合業務流程選取。基于企業架構視角，優化設計數字電網平臺。

2.3 應用架構

對于數字電網平臺，優化應用架構設計，涉及到數字電網應用、基礎應用、業務應用等。數字電網應用包含電網全環節、客戶全方位、資產全周期、績效全范圍等模塊，同時涉及到29 個一級功能；基礎應用功能涉及到模擬仿真、服務管理、基礎工具等，同時涉及到27個一級功能；業務應用功能涉及到配網搶修、配搶移動，同時涉及到4 個一級功能。

2.4 數據架構

數字電網平臺中，數據架構涉及到數據倉庫、海量數據平臺、圖形數據、數據集市等。數據倉庫包含總數據中心明細層、匯總層。通過數據倉庫技術建設，匯集和融合結構化數據信息。總部數據中心將匯總層數據傳輸至平臺數據集市層，為平臺服務與應用提供訪問服務。

2.5 技術架構

數字電網平臺技術架構屬于數據中臺、業務中臺融合。基于數據中臺分析，合理應用數據中心、數據倉庫，做好技術架構處理。基于業務中臺分析，微服務架構服務包括數據源、數據采集、存儲計算、平臺服務、數據管理等。

3 數字電網平臺架構設計的技術關鍵點

3.1 智能化設備

智能化設備依賴信息采集、命令執行等方式，高效完成電網監控任務。智能化設備與小型數字化平臺的作用接近，多應用于變配電。融合先進傳感器技術、通信技術，運用多智能體思想，初步篩選和傳遞，同時監控設備層智能裝置運行。在電網升級改造中，智能化設備以漸進式方式為主。在初始階段，智能化設備可以起到控制作用，監控和整理設備數據，同時編碼數據信息。數字電網建設中，可以將智能設備作為采集與執行設備，診斷自我狀態，同時預警故障問題。

3.2 CIM 標準模型

數字電網遵循公共信息標準、通信標準建設，開放性特點顯著。數字化電網信息模型涵蓋變電站、智能化設備，以標準方式建設。電網信息集成策略，可以通過數字化變電站實現。電網納入新設備、新軟件技術，能夠對建設標準予以完善。

3.3 電網信息集成平臺

數字電網平臺中，高度信息化屬于重點特點，數字化電網平臺通過信息集成平臺共享數據信息，遵循分級調度，落實信息平臺管控職責。上下級調度中心通過信息平臺可以拼接和拆分模型，處理集成化數據，以此提升全網可觀效果。信息平臺初步篩選電網信息，為高級應用模塊提供數據。

3.4 電網智能調度

數字電網平臺具備充足的電網數據。電網智能調度注重挖掘基礎電網信息。在電網運行期間，注重決策和判斷相關信息，通過人工智能方式，處理調度人員復雜電網、信息膨脹認知障礙[3]。提取人工經驗，抽取相關知識，注重組織內傳承與信息獲取。傳統EMS模塊可以納入到結構中，實現全局控制。高度統一信息模型，實現智能化、自動化發展。

4 大數據在數字電網環保生態平臺中的應用實踐

4.1 整體定位

基于電網環保全過程管理角度分析，注重加強環保監督效果，提升工作效率，聯合建設項目特點，應用無人機遙感技術、無線專網、視頻快速識別、計算技術等，規劃和核查電網線路桿塔、塔基、變電站施工等。在施工建設期間，做好督查監控、完工復查，聯合噪聲、水保在線監測裝置，關注數據全程在線監測情況，同時利用故障狀態的數據分析、神經網絡學習，診斷和預警監測數據設備運行狀態。

4.2 功能模塊

電網環保生態數據平臺，要注重生態紅線監控管理、環境監測管理、電網環保應用管理、水保空地一體監測等模塊設計。

業務管理模塊：該模塊的生態紅線監管業務管理，涉及到生態保護紅線、電網接線圖融合管理，項目動態監測預警管理，利用系統動態化監測，可以為風景預警、應急決策提供支持。

生態保護紅線、地方接線圖融合管理：在地方省地圖中，引入生態保護紅線圖層、電網接線圖圖層，確保不同圖層疊圖，確保“一張圖”涵蓋所有內容。通過“一張圖”，能夠實現電網項目、生態紅線位置關系，項目變更之后，錄入和編輯位置信息，同時做好預警分析，實現數據與加工功能，保證在可研、施工環節中，可以觸發生態紅線問題，以免對輸變電工程開展造成影響[4]。當出現重大變動、違法違規事件時，能夠為電網建設項目選址選線、建設施工提供支持。涉及到生態紅線的項目動態監測、預警管理。開展示范性項目，利用施工現場定位、環保措施，錄入信息數據。在施工期間，高效管理施工現場環保情況、線路塔基偏移需求。利用電網環保實時監測與預警管理平臺，能夠實現數據信息查閱、分析與研究，實現動態監測、預警效果。

電網環保業務應用管理：該功能模塊涉及到環保水保管理、竣工環保管理、技術監督等，統一管理業務。建設供電企業變電站、環境評估、竣工、運行環境因子，建設監測數據庫，做好查詢與更新工作。采用遠程查詢數據方式，可以確保環保問題處理效果，涉及到環保供應商評價、職業衛生管理、環保專家管理、環境風險管控等。系統優化完善后，能夠建立實時監控預警系統，主要為電網環保業務管理應用模塊，統一管理業務。

實時監測數據管理：該模塊涉及到電網環水保監測、預警管理，即時公布環境數據，能夠確保信息透明度，降低環保投訴可能性。在若干個試點工程開展中，實時監測電網環保情況，利用溫濕度、工頻磁場、電場等傳感器，可以感知變電場實時信息，確保數據信息同步效果，實現無縫連接[5]。電網環保水保實時監測預警平臺，能夠分析校核監測數據，生成報告，管理資源等，實現實時預警、智能化決策應用。

噪聲在線監測與故障預警：噪聲在線監測裝置運行中，噪聲數據傳輸到組網設備，組網設備可以建立無線自組網，站內架設噪聲在線監測系統，確保運行人員隨時查看歷史數據。當發生設備異常問題時，系統則會發出預警信號，指導運行人員做好巡查工作。數據傳輸到電網環保生態數據平臺中，連接一體化管控平臺。利用噪聲診斷和識別設備故障，已經成為行業發展亮點，能夠與人體密切關聯，確保運維人員實時掌握與分析，無需直接接觸設備，也不會對設備運行安全性造成影響[6]。設置噪聲在線監測裝置，同時與生態數據平臺連接在一起，能夠全程在線管控和分析變電站噪聲數據。應用噪聲在線監測方式，能夠比較、分析設備噪聲運行狀態、故障狀態噪聲，預警設備故障問題，豐富電力物聯網數據感知需求，確保電網運行安全性與穩定性。

建立一體化在線監測：在該模塊下，建設水土保持在線監測管控平臺，采用遙感技術實現一體化在線監測、水土保持監理。統一管理水保在線數據信息，能夠加強水土保持監理效果，同時滿足水保監測數據發布需求。在水土保持中，監控遙感數據、水土保持等，通過信息化技術融合多源、多類型數據信息，可以在線采集監測數據。

環保全過程管理：電網環保全過程管理，涉及到環保業務流程、超標治理、環保技術監督、環保糾紛處理等。針對電網環保全過程的典型事件，比如環保糾紛處理、信息實時錄入、噪聲超標治理等，可以實現動態化更新與管理，展示出事件歷史進程，加強處理效果，為后續事件提供參考依據。

4.3 應用架構

搭建系統應用架構，可以應用到不同用戶群體中。在實現功能時，能夠管控專題數據信息，查詢用戶數據、發布數據功能等，同時為環保全過程管理提供服務，滿足數據在線監測需求。平臺數據應用架構如圖1所示。

圖1 平臺數據應用架構

5 結束語

數字電網平臺為電力企業、用戶提供多種功能，包括數據查詢、仿真服務、數據分析、移動應用功能等，有效銜接PC 端到移動端。數字電網平臺滿足國家發展戰略目標，優化項目設計，同時滿足市場發展要求，有效支持電網數字化發展，建設智能化電網體系。在本文研究中，注重分析數字電網建設現狀，掌握電網信息化建設現狀與問題，提出科學的數字電網平臺架構設計方案，以此維護數字電網平臺運行效益。