王繼業(yè)教授等：復雜大電網時空信息服務平臺關鍵技術與應用

0   引　言

我國擁有全球規(guī)模最大、結構最復雜、變化最頻繁、用戶最多的復雜大電網，如何為其提供全面、即時和準確的時空信息服務是一個世界性難題，也沒有任何先例可循。異構的電網空間、瞬變的電網狀態(tài)、多源的信息更新及繁多的業(yè)務類型給復雜大電網的安全可靠、穩(wěn)定運行與高效管理帶來了巨大挑戰(zhàn)，造成全業(yè)務要素難以統(tǒng)一表達、動態(tài)電網拓撲難以實時重構、異源信息難以及時接入與更新，使得電網信息化僅能在電氣空間開展，嚴重阻礙了物理電網向全信息化數字電網的轉變。亟需突破復雜大電網時空數據模型、拓撲計算方法、信息更新技術等關鍵難題，實現地理信息技術與電網核心業(yè)務系統(tǒng)深度融合，支撐復雜大電網的可靠運行與高效管理。為此，國網公司開展了“復雜大電網時空信息服務平臺關鍵技術與應用”項目。

1  系統(tǒng)總體架構

項目研發(fā)了具有完全自主知識產權的復雜大電網時空信息服務平臺，構建了全球規(guī)模最大、覆蓋面最廣的電網地理信息服務網絡，研制了全面支撐“輸電、變電、配電、用電及調度”等核心業(yè)務的GIS應用系統(tǒng)，其總體架構如圖1所示。

系統(tǒng)總體架構主要包含云GIS資源管理中心、云計算中心、云存儲中心、云安全管理體系四部分。各部分功能如下：

(1).云GIS資源管理中心：云應用的用戶接口，實現在線的功能及云系統(tǒng)的管理工作；

(2).云計算中心：GIS基礎服務和大數據分析服務的集中體現，集中提供各種分析運算的服務；

(3).云存儲中心：分布式的云存儲中心，集中存儲管理基礎地理信息數據和電網資源數據；

(4).云安全管理體系：主要負責云GIS系統(tǒng)的安全管理，包括用戶管理和故障管理等。

2  創(chuàng)新點

本項目在國家科技計劃、國家電網公司重大項目等支持下，進行了拓展性與集成性創(chuàng)新，主要如下：

(1).創(chuàng)建了雙空間一體化電網時空信息模型，實現了地理空間與電氣空間深度融合的全要素全業(yè)務統(tǒng)一建模表達，突破了復雜大電網巨量異源時空信息的關聯映射難題，提高了電氣空間業(yè)務的空間決策能力，支撐了國家電網近2000 類實體、共15.2 億臺電網設備的全局時空一致建模。

(2).提出了復雜大電網時空拓撲的秒級實時重構技術，突破了分布式拓撲計算的性能瓶頸，構建了動靜態(tài)服務自適應調度的高并發(fā)時空信息計算引擎，將停電決策分析、負荷轉供等電網拓撲分析業(yè)務處理時間由國外同類技術的分鐘級縮短到秒級，提高了電網調度控制、應急搶修等業(yè)務的安全性與效率。

(3).構建了基于北斗系統(tǒng)的電網資源信息可信高效更新技術體系，創(chuàng)建了電網資源信息“一次采錄，一體更新”的全過程自主模式，攻克了跨內外網的數據安全高效交換難題，將電網資源信息更新效率提升了約10倍，消除了電網資源信息更新滯后導致數字電網與實際電網不一致帶來的調度安全隱患。

3  應用情況

項目組歷經十余年研發(fā)，全面解決了國內電網GIS平臺被國外產品壟斷、集成層次淺、實用化程度低、擴展性差、時空信息孤島化等問題，有效支撐了國家電網公司智能電網建設，實現了地理信息技術與電網規(guī)劃設計、生產管理、防災減災、應急指揮、保供電服務等核心業(yè)務深度融合。具體體現在：

(1).實現了國家電網GIS平臺的全面自主可控

復雜大電網時空信息服務平臺提供了電網資源管理、電網時空數據計算、電網拓撲分析等1000多個服務，性能全面優(yōu)于國內外同類系統(tǒng)，已全面應用到各級電網企業(yè)，打破了長期以來國外GIS平臺在國家電網的壟斷局面。

(2).形成了全球規(guī)模最大的電網時空信息服務網絡

建立了由27個主干節(jié)點，1000余臺服務器，10萬余個操作節(jié)點構成的電網時空信息服務網絡；率先在電力行業(yè)構建了基于CGCS2000時空基準的“全時空一張網、全過程一套圖”，實現了國家電網15.2億臺設備時空信息的全在線管理，并服務于3.5億供電客戶/智能電表；管理了300TB柵格地圖數據和矢量地圖數據、60TB電網時空數據，日均在線用戶數峰值70余萬，日均接受GIS相關請求1000余萬次，電網拓撲狀態(tài)重構計算日均2萬次，電網模擬分析計算日均10萬次，是國家電網核心信息服務網絡，也是世界上規(guī)模最大的公用事業(yè)時空信息服務網絡。

(3).開展了基于電網時空信息服務平臺的一系列創(chuàng)新應用

項目成果支撐了電網規(guī)劃、基建勘測、協(xié)同設計、安全生產、運維檢修、調度運行、配網搶修、電力營銷、集約化客服中心、防災減災、應急指揮、保供電、地下電纜管理、車輛管理、電力通信網管理、電動汽車充換電服務等36個核心業(yè)務，實現了電網時空信息服務平臺與電網全部核心業(yè)務的深度融合，滿足了世界最大規(guī)模電網對時空信息的全面、準確、即時服務需求。相關應用成果如圖2-5所示：