電網規劃智能決策平臺研究

李雪亮，孫東磊，吳奎華，劉曉明，馮 亮

（國網山東省電力公司經濟技術研究院，山東 濟南 250021）

0 引言

進入21世紀以來，我國緊密結合國內能源供應的新形勢和用電服務的新需求，加快特高壓建設和智能電網建設，優化電網發展格局，把我國電網建成網架堅強、廣泛互聯、高度智能、開放互動的世界一流電網，全面提高電網優化配置能力、安全保障能力和互動服務水平[1]。

隨著特高壓和智能電網建設的不斷推進，電網資源配置能力越來越強，電壓等級和智能化程度越來越高，電網結構越來越復雜，電網安全穩定和科學發展對規劃的要求越來越高。隨著電力體制改革的加快推進，電網不同投資主體間統籌規劃和有序建設的難度加大，必須建立統一電網規劃信息化平臺，實現不同投資主體之間“統一規劃、統一標準”，確保電網安全和可靠供電服務，避免重復投資、重復建設。

電網規劃是一項復雜艱巨的系統工程，具有數據量大、不確定因素多、涉及領域廣以及更新變化快等特點，僅靠人工處理海量電網數據以及各專業相互割裂的項目管理方式難以滿足電網精益化管理、精準化投資的要求。電網規劃信息化平臺的研究在規劃信息管理、規劃輔助決策等方面取得了一定的進展[2-7]，但仍存在一些不足，如規劃數據共享程度不高，規劃與各專業融合不夠，全局性綜合業務決策支撐不足，系統實用化仍有待進一步加強等，具體體現在3個方面。

規劃數據源頭多、體量大，數據融合有待進一步提高。電網規劃數據覆蓋范圍廣、數據信息量大，現有的規劃系統受限于歷史架構和技術路線，規劃數據與其他各專業系統數據融合不夠、共享程度不高，更新實時性差難以滿足業務需求。

項目管理各環節相對獨立，管控力度有待進一步提升。電網項目信息分散在規劃、前期、實施、評價各個環節，而各專業之間項目流程設計和標準存在一定差異，項目信息共享不足。

規劃涉及面廣、影響因素多，智能決策有待進一步提升。目前的系統難以深入開展電網診斷分析和智能決策，電網項目可研設計評審信息化支撐程度有待進一步提升，影響了投資效益和計劃管控質量[8]。由于數據源頭無法有效統一，數據存儲形式單一，云計算、大數據分析技術作用難以有效發揮，系統智能化支撐水平難以滿足業務需求。

面對當前電網發展及信息化建設面臨的挑戰，大數據、云計算、物聯網、移動應用等新技術[9-15]的發展為規劃信息化進一步提升創造了條件。為此，圍繞“三集五大”體系[16]建設要求，強化技術支撐，加強各信息系統和業務系統的高度融合，依托信息通信新技術和信息化建設成果，開展了多源數據融合與業務集成的電網規劃智能決策平臺研究，實現內外部數據集成統一和數據管理，優化調整發展診斷、分析決策、規劃設計和項目管控等業務流程，形成集約統一、高效協同的“大規劃”工作體系，強化電網規劃的信息和輔助決策支撐能力，提升了“大規劃”信息化水平。

1 建設目標與思路

1.1 建設目標

為全面提升“大規劃”信息化水平，提升電網發展的質量與效益，立足“實際、實效、實用”原則，通過全面梳理規劃可研業務流程，收集電網規劃業務信息化建設需求，采用“互聯網+”理念，積極推動云計算、大數據等新技術在電網規劃業務中的應用，橫向集成融合生產管理系統 （PMS）、地理信息系統（GIS）、能量管理系統（EMS）、智能配網監控、用電信息采集等業務系統數據，縱向梳理貫通電網診斷分析、規劃編制、規劃評審、可研管理、后評估等業務流程，構建“一庫四中心一體系”，實現電網發展數據資產化、流程規范化、業務自動化、管理精益化、決策智能化，建設目標如圖1所示。

圖1 建設目標

構建電網規劃綜合數據庫。實現發展專業內外部數據集成和數據管理，形成系統、準確、高效、簡潔的規劃綜合數據庫，涵蓋數據集成、數據生產、數據存儲、指標管理、數據加工及信息服務等過程，對內支撐電網業務應用，對外提供信息咨詢服務。

構建電網規劃數據分析中心。依托電網規劃綜合數據庫，開展電網現狀分析、診斷分析、負荷分析、投入產出分析等業務，實現電網數據的在線智能分析與離線綜合分析，全面反映電網現存問題與未來發展方向，支撐發展各專業業務應用，為電網精準投資奠定數據基礎。

構建電網規劃創新研發中心。借助平臺龐大的電網規劃數據資源，以及大數據、云計算等先進技術，開展全球能源互聯、主動配電網、新能源及多元化負荷接入等前沿技術研究，搭建全省電網規劃創新研發中心，實現技術、理論、方法、管理的多級突破，培育高精尖創新人才，搶占電網規劃領域研發制高點。

構建電網規劃輔助決策中心。以服務電網規劃各核心業務為目標，借助負荷分析預測、電網診斷分析、薄弱環節評估與預警、電網仿真計算等，開展對規劃數據的在線分析，診斷薄弱環節，明確發展策略，優化規劃方案，為電網規劃提供輔助決策依據，提升電網投資的精準性。

構建電網規劃成果展示中心。固化規劃成果、可研成果、設計成果、創新成果等研究成果，借助多維動態可視化技術，實現成果的智能化在線展示。

構建電網發展全過程閉環管理體系。建立基于大數據處理和可視化展示的全過程集約化、精益化電網發展管理信息系統，構建規劃項目管控系統，為規劃業務人員提供一個高效的協作平臺，實現如圖2所示的 “電網診斷—電網規劃—項目可研—項目實施—項目后評估”全過程信息化精細管理，保證規劃的科學性、精準性，計劃的剛性和執行效果。

圖2 電網發展全過程閉環管理體系

1.2 建設思路

以電網精益發展為分析應用對象，依托能源大數據、云計算、物聯網、移動應用等現代信息網絡技術，充分吸收“互聯網+”理念，全面加強互聯網與智能電網融合，深入挖掘電網規劃相關有效信息并進行精細化應用，實現發展診斷自動化、供需預測精準化、規劃設計精益化、項目管控實時化、分析決策智能化。同時，規范業務流程，整合電網發展全過程信息資源，實現規劃項目全過程閉環管理與動態可視化監控，提高電網發展的效率和質量。

圖3是規劃平臺的整體技術架構，分為多源數據接入、異構數據融合、服務體系構建、業務應用構建等4個層級。首先采用WebService、ETL等技術，實現PMS、EMS、智能監控平臺、電網GIS平臺、營銷管理系統等多個系統數據的接入；其次對多系統接入的異構數據進行深度融合，深層次挖掘數據價值，自下而開展數據融合聚合，逐步支撐規劃業務；自上而下逐級穿透，并對敏感數據精準定位；然后通過對電網規劃業務進行分析抽象建模，封裝形成電網規劃業務服務總線，使系統展示與業務邏輯分類，并適應多種類型終端設備的業務應用；逐步構建覆蓋省市縣3級各種類型終端的業務場景應用，全面支撐電網規劃業務的開展。

1）構建電網規劃綜合數據庫。

橫向集成融合電網公司系統內PMS、GIS、EMS、智能配網監控、用電信息采集等業務系統數據，縱向梳理貫通電網診斷分析、規劃編制、規劃評審、可研管理、后評估等業務，構建大規劃基礎數據庫，利用數據資產管理工具對大規劃基礎數據資源進行有效管理，實現電網內外部數據集成和數據管理，形成簡單、系統、準確、高效的規劃數據庫，涵蓋數據集成、數據生產、數據存儲、指標管理、數據加工及信息服務等過程，對內支撐電網業務應用，對外提供信息咨詢服務。

2）構建負荷分析預測系統。

建立涵蓋不同電壓等級、不同時間尺度、不同地域特性的電力供需分析平臺，從用電量與負荷增長規律、用戶用電行為規律、負荷空間分布規律等方向構建電力市場分析預測因素指標體系，建立適應多層級多變量因子的負荷預測模型，構建“負荷分析、負荷預測、負荷管理以及預測結果校核”一體化管理機制，實現用戶負荷、母線負荷、分區負荷、全電壓等級負荷四級不同時間粒度要求的電網負荷定量計算和定性分析，為電網潛在風險預警、電網運行管理以及精準規劃奠定基礎。

3）構建電網診斷分析系統。

依托電網規劃綜合數據庫，通過數據的多維篩選，深入挖掘對電網診斷分析有價值的數據，構建電網診斷分析體系，實現覆蓋全省全電壓等級電網的狀態掃描、診斷評估，實時診斷省、市、縣三級電網狀態，自動預警電網薄弱環節，提出具體診斷意見和預防控制措施，有效提升電網規劃精準度。

4）構建電網圖形管理系統。

圖3 技術架構

采用云服務與圖形隔離技術，構建基層單位獨立繪制、各層級有效銜接、全省統一管理的多層級協調電網圖形管理體系，實現省、市、縣三級電網規劃同步聯動與無縫銜接；集成融合電網負荷信息、設備信息、地理信息、氣象信息、敏感信息、規劃信息等多維度信息，實現電網薄弱環節的可視化再現、空間負荷增長的精準預測、電網仿真計算的模型搭建、規劃可研方案的優化比選、項目實施效果的科學評估。

5）構建電網仿真計算系統。

在電網規劃綜合信息數據庫基礎上，構建電網規劃計算支撐數據庫，實現規劃數據智能云存儲和結構化管理；針對電網規劃不同層次、不同業務類型的海量計算需求，利用智能云實現計算校核、規劃方案優選和專題研究等計算服務，為大規模省域電網規劃輔助決策提供全面支撐。

6）構建規劃可研評審管理系統。

以電網多源信息融合為基礎，以集成各類地理信息、敏感點信息的電網規劃GIS圖形管理系統為載體，將大量的各類孤島式信息進行在線集成融合，實現規劃、可研成果的在線智能化評審；以遠程信息傳輸技術為基礎，移動智能終端為載體，加強各地區的業務交流，構建覆蓋省、市、縣的3級規劃可研評審管理系統，實現多地專家資源的共享與支援。

7）構建經濟技術評估系統。

以提升電網投入產出效益為目標，挖掘項目投入產出的內在聯系，建立科學合理的評價指標體系，構建基于海量數據綜合分析的電網投入產出效益評價系統，實現電網整體與局部、橫向與縱向的全方位評價，為電網公司投資決策提供依據。

8）構建項目全過程閉環管控體系。

建立基于平臺的全過程集約化項目管控體系，形成涵蓋省、市、縣3級、覆蓋電網發展各業務、統一完整的信息管理系統，實現以項目為主線的“診斷—規劃—可研—實施—后評估”全過程閉環管理，實現對項目的全方位、全壽命周期集約化、精益化管控。建立多級聯動協同規劃機制，實現電網規劃精細化，電網項目精確化，電網管理精益化，電網投資精準化。

2 平臺主要功能及其實現

電網規劃智能決策平臺面向電網發展各環節業務流程，以信息化手段支撐電網發展決策與項目管理，涵蓋電網規劃綜合數據庫、綜合信息管理系統、三級項目庫管理系統和電網規劃圖形管理系統等基礎業務系統，同時涵蓋多層次協調互補的負荷分析預測系統、多維信息融合的規劃GIS支撐系統、基于大數據融合與智能感知的電網診斷分析系統、電網薄弱環節評估與預警系統、電網規劃輔助仿真云計算系統、“掌上數據”輔助決策系統、規劃可研智能評審系統、電網投入產出效益評價系統等高級應用，實現電力流、信息流與業務流的高度一體化。平臺業務系統如圖4所示。

圖4 電網規劃智能決策平臺業務系統

平臺主要功能及其實現如下。

1）基于多源數據融合與分析的電網規劃綜合數據管理。

采用Kafka、Sqoop、增量捕獲等多種技術手段，設計支撐電網業務全流程管理的數據結構，開展數據關聯分析和整合遷移，實現海量數據的高效接入與深度融合，形成集數據融合、存儲、挖掘、建模、計算及分析于一體的電網規劃綜合數據庫，實現設備數據庫、運行數據庫、圖形數據庫、規劃數據庫的“四庫合一”，為電網發展提供全鏈條數據支撐和信息咨詢。

2）基于實時數據的在線負荷分析預測。

通過對電網負荷數據的實時在線采集和歷史數據的綜合分析，構建基于多源GIS信息的空間負荷預測系統，建立“負荷分析、負荷預測、負荷管理以及預測結果校核”一體化管理機制，實現不同時間尺度要求的電網負荷精準預測和計算分析。

3）基于大數據融合與智能感知的電網診斷分析。

構建三維電網診斷指標體系，建立基于大數據融合的電網診斷模型，實現省市縣三級、全電壓等級全景立體化電網狀態掃描，自動診斷電網薄弱環節，有效提升電網規劃精準度。建立電網薄弱環節預估模型，預演電網發展規律，超前預判電網在未來時間窗內負荷水平下的適應性，對電網潛在薄弱環節與風險進行預警，提出預防控制措施，保障電網的安全穩定運行。

4）基于多源信息集成的電網規劃圖形管理。

基于GIS空間異構數據集成技術，將電網信息、氣象信息和敏感點信息融合于“一張GIS圖”，為電網薄弱環節可視化、空間負荷精準預測等高級應用提供支撐。采用云服務與圖形隔離技術，實現圖形靈活切割與無縫拼接，構建多層級協調電網圖形管理體系，實現地理接線圖、電網GIS圖、電氣接線圖的“三圖合一”，建立圖形標準化繪制、成果序列化管理的工作模式，提升電網圖形全過程管理的智能化與信息化水平。

5）基于云計算的電網規劃方案輔助決策。

利用智能云技術，實現數據資源的分布式維護、結構化管理以及計算校核、規劃方案優選和專題研究等計算任務的動態分配與整體協調，滿足省、市、縣各電壓等級電網不同業務類型的計算需求，為省域電網規劃輔助決策提供全面支撐。

6）基于電網規劃綜合數據庫的規劃可研管理。

基于平臺的數據管理、診斷分析、負荷預測以及圖形管理等業務功能，實現對規劃可研的網絡化、無紙化遠程智能評審，加強評審業務的全過程信息化管控。

7）基于投入產出效益分析的經濟技術評估。

利用歷年投入產出數據及指標變化情況實現對電網投入產出效益的雙維度分析，在縱向維度實現投入產出有效性評價分析，在橫向維度實現投入產出有效性對比與排序，實現了整體與局部、橫向與縱向的全方位評價，為精準投資提供了支撐。

8）基于智能移動終端的“掌上數據”輔助決策。

建立基于智能移動終端的“掌上數據”輔助決策系統，實現規劃業務的終端化和大規模電網信息的移動互聯，實現了全省電網規劃管理跨地域、跨時間的在線協同管控，提高了項目的精細度與規劃的精準度。

3 工程應用

目前電網規劃智能決策平臺已在山東省17地市公司、98個縣公司開展全面推廣應用，在山東電網滾動規劃修編、中央投資項目、迎峰度夏（冬）負荷實測、電網發展診斷、電力需求預測、規劃可研評審、項目庫管理等工作中發揮了重要作用。主要表現在3個方面。

一是借助平臺的電網規劃數據資源，梳理了電網規劃項目并實現了項目的優化排序，以此為基礎開展了電網規劃前沿技術研究。借助電網仿真計算分析和智能化的規劃可研評審系統，實現了規劃項目的經濟技術方案比選，進一步提升了電網規劃項目的可行性和經濟性。

二是通過平臺電網診斷分析與電網GIS的有機銜接，實現了電網問題診斷可視化追根溯源與精準定位，針對性地提出問題治理與電網改造建設方案，實時跟蹤問題治理成效，實現了“現狀診斷—問題治理—項目跟蹤—建設成效評價”閉環業務的全過程信息化管理。

三是通過平臺多源數據、信息的高度集成與共享，創建集約化、專業化、精益化的電網規劃管理模式，切實減輕了規劃專業班組的工作負擔，提升了規劃的效率和質量。以“十三五”農網規劃工作為例，原先需要省、市、縣（區）三級人工統計的133套9000余張35萬個數據，通過平臺實現自動分析、校對和統計，數據處理工作量縮小90%以上。

平臺以服務電網規劃各核心業務為目標，有力支撐了電網規劃業務的開展，提升了電網整體發展水平，為電網企業帶來了可觀的效益。

4 結語

結合電網發展需求，加強各信息系統和業務系統的高度融合，建立貫通各層級、集成各業務、信息高度共享的電網規劃智能決策平臺，開展精準投資分析，實現了電網規劃數字化輔助決策，提高了規劃專業的智能化和信息化水平。

電網規劃智能決策平臺建設是一個復雜的工程，由于時間限制等因素，平臺建設還有一些尚需完善的方面，下一步將從功能擴展和推廣應用兩個方面著手進一步提升平臺開發的深度和廣度，全面服務于電網智能化發展。