上周我們分享了國家電網(wǎng)如何利用圖技術來打造電力圖計算平臺，并實現(xiàn)了秒級EMS實時網(wǎng)絡狀態(tài)分析，受到了不小的關注。而今天的隨身聽將進一步分享 “電網(wǎng)一張圖“時空數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、電力設備管理知識圖譜、電力現(xiàn)貨市場模擬仿真系統(tǒng)，里面涉及的內(nèi)容絕不僅僅只是針對電力行業(yè)，企業(yè)信息管理是各個企業(yè)都面臨的問題，那國家電網(wǎng)是如何利用圖技術進行優(yōu)化，又取得了怎樣的成果？那就跟我們今天的隨身聽一起來學習一下吧。

# “電網(wǎng)一張圖”時空數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

首先，能源互聯(lián)網(wǎng)為什么需要“電網(wǎng)一張圖”？能源互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展成為多元化能源生產(chǎn)、傳輸、消費的樞紐，交流與直流、大電網(wǎng)與分布式微網(wǎng)并存，電從遠方來與電從身邊來并存?？鐚蛹墶⒖鐓^(qū)域的協(xié)同配合和信息互動明顯增強，各電壓等級能源流相互影響越來越大。為此，構(gòu)建融合發(fā)、輸、供、用為一體的“電網(wǎng)一張圖”，強化電力系統(tǒng)在線計算和一鍵查詢到底的全局分析控制能力迫在眉睫。

#電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀與問題

電力系統(tǒng)發(fā)、輸、供、用具有即發(fā)即用實時平衡的特點，受傳統(tǒng)觀念影響和信息技術水平限制，國際國內(nèi)普遍按照電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)各自構(gòu)建各自的能源流圖，并按照不同電壓等級和業(yè)務部門人為將一個大電網(wǎng)分散到多個信息系統(tǒng)分別進行測量、控制和分析。這種割裂電能生產(chǎn)、傳輸、消費的電網(wǎng)信息系統(tǒng)建設模式，忽視了電能即發(fā)即用和電網(wǎng)各側(cè)物理聯(lián)結(jié)的網(wǎng)絡拓撲關系，非常不利于電網(wǎng)全局協(xié)同控制和優(yōu)化，急需改變。

#企業(yè)信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢

而這種企業(yè)信息系統(tǒng)的問題不僅僅只是發(fā)生在電力行業(yè)，各行各業(yè)都有這樣的趨勢。為什么會這樣呢？因為長期以來，以應用為中心的方式建設信息系統(tǒng)，這種建設方式把應用與數(shù)據(jù)模型緊密捆綁，而且一個數(shù)據(jù)模型僅為單一應用服務，難以提供全局化服務，因而一定會導致數(shù)據(jù)孤島和代碼混亂。

#如何改變？

國家電網(wǎng)在能源互聯(lián)網(wǎng)過程中提出了“數(shù)據(jù)一個源，電網(wǎng)一張圖，業(yè)務一條線”的數(shù)據(jù)融合與共享理念?！?為了更好地落實該理念，國家電網(wǎng)將“電網(wǎng)天然一張圖”轉(zhuǎn)化為“信息關聯(lián)一張圖”，構(gòu)建與互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎類似的、可提供快速便捷數(shù)據(jù)查詢訪問服務的高效數(shù)據(jù)關聯(lián)索引圖，為內(nèi)外部應用提供數(shù)據(jù)共享服務，實現(xiàn)數(shù)據(jù)“即時獲取”，解決專業(yè)壁壘凸顯、跨專業(yè)流程不貫通、數(shù)據(jù)共享實時性不強、數(shù)據(jù)價值未充分挖掘等數(shù)據(jù)共享共用問題。

#“電網(wǎng)一張圖”數(shù)據(jù)集成的技術方案

為了實現(xiàn)“電網(wǎng)一張圖”，從原來的以應用為核心逐漸轉(zhuǎn)變成以數(shù)據(jù)為中心，這樣的特點是數(shù)據(jù)應用分離、功能擴充容易、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多樣、集成成本合理，然后把數(shù)據(jù)中臺和“電網(wǎng)一張圖”的數(shù)據(jù)引擎融合在一起，這樣就具有了以下幾個特點：首先是數(shù)據(jù)生成層、管理層、應用層相互分離。在這樣的一個模式下就可以支持數(shù)據(jù)層擴充、管理層擴展、應用層不斷擴大，而且，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和知識的統(tǒng)一表達，支撐低成本定制化應用和開放性應用的開發(fā)。這也就意味著引入了互聯(lián)網(wǎng)技術的精髓--“關聯(lián)索引圖”來構(gòu)建電力企業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)搜索”型數(shù)字引擎，從而提升數(shù)據(jù)使用價值，提升全網(wǎng)分析控制能力。

“電網(wǎng)一張圖”的機制實現(xiàn)了多維關聯(lián)：

拓撲鏈接關系關聯(lián)：讓全電壓等級電網(wǎng)上下貫通

時間演化屬性關聯(lián)：使電網(wǎng)運行狀態(tài)被連續(xù)監(jiān)控分析

空間地理環(huán)境關聯(lián)：利用外部的氣象和地理運行環(huán)境關聯(lián)關系分析

綜合以上幾個維度，這樣就可以實現(xiàn)對電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行全面而系統(tǒng)的分析。

# “電網(wǎng)一張圖”的價值與意義

利用“電網(wǎng)一張圖”拓撲服務，打破了電力生產(chǎn)、傳輸、消費數(shù)據(jù)壁壘，提升電網(wǎng)全局能源流感知分析能力?！半娋W(wǎng)一張圖”能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)、輸、供、用各端能源數(shù)據(jù)流的精確、快速、實時數(shù)據(jù)管理與分析，從而為快速調(diào)整優(yōu)化資源，高效精準地滿足客戶電力服務提供了技術手段。

“電網(wǎng)一張圖”對電力市場的所有參與者統(tǒng)一建模，能更好地滿足電力交易市場數(shù)據(jù)準確、實時響應的需求，使各方市場主體可以更公平、更透明的參與市場交易，優(yōu)化營商環(huán)境。分布式電源的快速發(fā)展及儲能和控制裝置大規(guī)模接入使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復雜，主配網(wǎng)交織影響日益顯現(xiàn)，利用“電網(wǎng)一張圖”在線計算大電網(wǎng)運行關鍵指標，實時評估電網(wǎng)安全風險，能夠有效地支撐大電網(wǎng)安全可靠運行。

#“電網(wǎng)一張圖”應用實例

在電網(wǎng)一張圖上已經(jīng)實現(xiàn)了很多應用，這里為大家列舉3個應用實例。

//營配調(diào)基礎數(shù)據(jù)治

利用“電網(wǎng)一張圖”圖計算技術開展全電壓等級電廠/配電變壓器供電路徑搜索、配網(wǎng)大饋線手拉手核對、主/配網(wǎng)孤島設備整治、異常環(huán)路整治等工作，破解營配調(diào)數(shù)據(jù)質(zhì)量治理問題，促進基礎數(shù)據(jù)融合貫通。

//精準發(fā)布停電信息

利用“電網(wǎng)一張圖”的拓撲特點，實現(xiàn)了考慮備自投策略的主、配網(wǎng)故障停電范圍分析和考慮負荷轉(zhuǎn)供方案的主、配網(wǎng)檢修計劃停電范圍分析。該功能將優(yōu)化分析出的配變停電信息推送至供電服務指揮系統(tǒng)，由供電服務指揮系統(tǒng)將停電信息精準發(fā)布至電力客戶手機上?？梢杂行p少大量的客戶投訴。

//變電站負荷畫像和在線計算可開放容量

利用“電網(wǎng)一張圖”圖計算功能，獲取變電站供電范圍內(nèi)配電變壓器信息，根據(jù)配電變壓器所供負荷數(shù)據(jù)和用戶行業(yè)分類，繪制變電站分類負荷畫像，支撐區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃和精細化母線負荷預測。

#電力設備管理知識圖譜

下面我們來聊聊電力設備管理知識圖譜。

# 電力領域知識圖譜的特點與四層架構(gòu)

電力領域的知識圖譜有什么特點呢？與傳統(tǒng)的通用知識圖譜相比又有哪些區(qū)別呢？我們發(fā)現(xiàn)，領域知識圖譜在知識來源、知識表示、知識獲取和知識應用四個方面都與通用知識圖譜有區(qū)別。而且電力領域知識圖譜是以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為主、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為輔，而且要求數(shù)據(jù)和知識相互融合。因此我們提出了這樣的一個知識圖譜的技術架構(gòu)，由數(shù)據(jù)源層、物理本體（也叫主設備本體層）、語義知識圖譜層（也就是關系本體層）和應用本體層這四層構(gòu)成。

#電力領域知識圖譜的構(gòu)建原則與流程

我們提出了電力領域知識圖譜的構(gòu)建原則，包括這五項原則——清晰性、一致性、靈活性、可擴展性和自動化。我們也總結(jié)了兩種方法，一種方法是“自上而下”為主，這種主要適用于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的分析；另一種方法是“自下而上”為輔，這種適用于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的管理。所以在這里我們就根據(jù)電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)共存、以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為主這樣的特點，并根據(jù)本體構(gòu)建、數(shù)據(jù)抽取、知識融合、知識存儲的步驟，提出了電力領域知識圖譜的構(gòu)建原則與流程。

#雙輪驅(qū)動的數(shù)據(jù)知識融合技術架構(gòu)

電力系統(tǒng)的一個特點就是數(shù)據(jù)和知識相互融合，基于這個特點，我們又提出了雙輪驅(qū)動的數(shù)據(jù)知識融合技術架構(gòu)。數(shù)據(jù)包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。其中，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)包括臺帳數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)、調(diào)控云數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)包括各種的文本、圖像等數(shù)據(jù)。運行知識包括標準、規(guī)程、規(guī)定，關聯(lián)關系包括拓撲連接關系、從屬關系、過程關系和層級關系。

因此，從數(shù)據(jù)融合角度，包括這五個部分，分別是：本體構(gòu)建、實體辨識、沖突解決、數(shù)據(jù)溯源和數(shù)據(jù)融合。在知識融合角度，也包括五個部分，分別是知識抽象建模、關系推演、深度知識發(fā)現(xiàn)、通用模式生成和知識融合。并且，在本體構(gòu)建和知識建模、實體辨識和關系推演方面，數(shù)據(jù)和知識之間需要相互融合。這就是雙輪驅(qū)動的數(shù)據(jù)知識融合集成的策略。

#電力設備管理知識圖譜的應用價值

電力設備知識圖譜構(gòu)建完成以后，實際上最主要的功能就是，我們可以從更多的維度實現(xiàn)對于設備質(zhì)量事件的分析，比如我們可以從廠商維度、電網(wǎng)運行維度、運行環(huán)境維度等進行綜合分析。這樣就可以實現(xiàn)設備質(zhì)量分析從過去的“單一設備維度”向“多維關聯(lián)分析”維度的轉(zhuǎn)變。

#電力一次設備質(zhì)量事件標簽自動生成

接下來我們看看如何利用電力設備質(zhì)量的標準專用詞典，進行建模，從這些詞典中，我們進行中文分詞，形成缺陷/故障分析的描述詞矩陣，對描述進行特征詞提取，最后我們對電力設備的質(zhì)量問題進行事件分類，這樣我們就可以對新出現(xiàn)的質(zhì)量事件，進行標簽的自動生成。我們利用缺陷/故障的歷史數(shù)據(jù)，已經(jīng)實現(xiàn)了對標簽的自動生成。

#電力設備管理知識圖譜的智能搜索技術

這樣，我們就融合自然語言處理、詞性標注、自定義字典、句法分析、語義解析、TigerGraph的無編程查詢生成器，研發(fā)了智能搜索引擎，提升了用戶搜索體驗。

并且，在智能搜索挖掘技術中，我們?nèi)诤狭藛柧渖疃冉馕?、知識推理等技術，研發(fā)了電力設備管理知識圖譜的智能搜索技術，可以靈活布置在任何界面上，而且提問方式自然，交互方式友好。

#電力設備管理知識圖譜的典型功能

在電力設備質(zhì)量管理知識圖譜中，開發(fā)了設備質(zhì)量概覽儀表盤、設備臺賬管理、故障缺陷查詢、時序分析、疑似家族性缺陷分析與供應商質(zhì)量評價這幾個功能。

#電力現(xiàn)貨市場模擬仿真系統(tǒng)

接下來我們再一起聊聊電力現(xiàn)貨市場模擬仿真系統(tǒng)的研發(fā)。

#基于圖計算的電力現(xiàn)貨市場仿真平臺總體架構(gòu)

這里我們主要是充分利用圖計算網(wǎng)絡分析應用速度快的特點，研發(fā)了由電力市場運營模擬控制/電力系統(tǒng)運行監(jiān)視器、電力市場運營模擬器、電力系統(tǒng)運行模擬器、和電力市場參與者行為模擬器聯(lián)合構(gòu)成的電力市場仿真平臺框架。

#基于圖計算的電力市場運營模擬

我們?nèi)诤匣趫D計算的安全校核功能（就是我們上一期介紹的在線潮流和安全分析）、基于混合整數(shù)規(guī)劃的優(yōu)化計算，基于TigerGraph圖數(shù)據(jù)庫的子Query并行調(diào)用功能，我們就開發(fā)了一個高效的電力市場運營模擬器。

#基于圖數(shù)據(jù)庫的電力市場模型

基于TigerGraph圖數(shù)據(jù)庫，我們建立了包含火電機組、梯級水電站以及抽水蓄能電站的安全約束機組組合的圖計算模型，這里包含了：1）系統(tǒng)平衡模型；2）火電機組約束模型；3）梯級水電站約束模型；4）抽水蓄能電站約束模型；5）網(wǎng)絡安全約束模型。這些都可以基于TigerGraph圖數(shù)據(jù)庫進行建模。

# 電力市場模擬仿真系統(tǒng)主界面

我們基于電力市場圖數(shù)據(jù)模型、可視化軟件架構(gòu)，研發(fā)了電力市場模擬仿真系統(tǒng)主界面。左側(cè)是基于圖數(shù)據(jù)模型自動生成的電網(wǎng)單線圖，右側(cè)描述了我們電力市場模擬系統(tǒng)中計算模型的計算情況。

#電力市場模擬仿真系統(tǒng)的功能界面

在這里，我們設計了電力系統(tǒng)、輸電線路、發(fā)電機和負荷輸入?yún)?shù)，計算結(jié)果，發(fā)電機投標、結(jié)算、以及優(yōu)化結(jié)果等功能界面。

# 總結(jié)

1、圖數(shù)據(jù)模型和電力系統(tǒng)以及能源互聯(lián)網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)高度匹配，可以自然高效地對電力系統(tǒng)和能源互聯(lián)網(wǎng)進行圖建模，大幅度提升了數(shù)據(jù)管理規(guī)模和查詢速度；

2、將電力系統(tǒng)的節(jié)點-開關設備圖和母線-支路計算圖模型，與圖節(jié)點/分層并行計算、優(yōu)化計算、智能計算等函數(shù)庫，以及生動靈活的人機界面設計有機融合，構(gòu)建了電力圖計算平臺，提出基于圖數(shù)據(jù)庫查詢的電網(wǎng)分析應用實現(xiàn)模式，使得計算性能出現(xiàn)數(shù)量級飛躍；

3、利用電力圖計算平臺，研發(fā)了秒級EMS實時網(wǎng)絡狀態(tài)分析軟件，首次實現(xiàn)了萬級節(jié)點系統(tǒng)SCADA采樣周期內(nèi)（5秒）完成狀態(tài)估計、在線潮流、預想故障分析等實時網(wǎng)絡狀態(tài)分析的目標；

4、利用TigerGraph 圖數(shù)據(jù)庫支持大規(guī)模建模與高效查詢的特點，構(gòu)建了融合發(fā)、輸、供、用為一體的“電網(wǎng)一張圖”，有效打破了條塊層分割的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)壁壘以及人為構(gòu)筑的思維意識墻，為電力企業(yè)建設能源互聯(lián)網(wǎng)探索了有效的技術支撐手段；

5、提出雙輪驅(qū)動的數(shù)據(jù)知識融合戰(zhàn)略，以電網(wǎng)物理設備為核心構(gòu)建物理本體，在此基礎上，依據(jù)所屬關系和拓撲結(jié)構(gòu)形成關系本體，建設電力設備質(zhì)量管理知識圖譜，推動設備管理水平的提升；

6、充分利用圖計算網(wǎng)絡分析應用速度快的特點，研發(fā)了由電力市場運營模擬控制、電力市場運營模擬仿真、電力系統(tǒng)運行模擬仿真、電力市場參與者行為模擬仿真的電力市場仿真平臺。

審核編輯 ：李倩