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(jìn)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(shí)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(jìn)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(jìn)管理創(chuàng)新進(jìn)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(bào)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(qiáng)調(diào)要以互聯(lián)網(wǎng)思維為指導(dǎo)，實(shí)時真實(shí)記錄原生業(yè)務(wù)行為到數(shù)字業(yè)務(wù)行為，實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)的數(shù)字化，用數(shù)據(jù)驅(qū)動價(jià)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(jì)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(shí)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(shí)意義和實(shí)踐價(jià)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(yùn)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(yùn)—營配調(diào)”一體化管控系統(tǒng)，實(shí)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(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)投資、精益預(yù)算、精細(xì)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?fù)潆娤祱D生成邏輯的業(yè)務(wù)驅(qū)動設(shè)計(jì)

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(xiàng)目流程管控引擎，通過它可以將各類項(xiàng)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(xiàng)目流程管控引擎具有以下特點(diǎn)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(xiàng)目到低壓業(yè)擴(kuò)接電項(xiàng)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(shí)際電網(wǎng)建設(shè)工程項(xiàng)目，按照定義好的業(yè)務(wù)鏈流程和業(yè)務(wù)鏈節(jié)點(diǎn)管控規(guī)則，從項(xiàng)目規(guī)劃立項(xiàng)一直流轉(zhuǎn)到竣工接電并交付運(yùn)營，在項(xiàng)目全周期過程中，實(shí)現(xiàn)以下功能。

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

2)全程記錄監(jiān)控項(xiàng)目在各節(jié)點(diǎn)的計(jì)劃進(jìn)度和實(shí)際進(jìn)度，能按照管控規(guī)則設(shè)置的接電考核時限對每個項(xiàng)目的每個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)度超期預(yù)警，同時也為應(yīng)對工程項(xiàng)目實(shí)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(shí)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(xiàng)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(shí)到施工圖，最后通過數(shù)字化交付，繪就“精準(zhǔn)拓?fù)潆娤祱D”，實(shí)現(xiàn)“一張藍(lán)圖繪到底”，如圖1所示。

圖1 一圖三表(一張?jiān)O(shè)計(jì)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(jì)

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(yùn)維部門成為了數(shù)據(jù)源頭，這與實(shí)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(shí)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(jì)、建設(shè)、項(xiàng)目實(shí)施、生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度運(yùn)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(jì)、調(diào)度批復(fù)銘牌的電系圖，再生成設(shè)備運(yùn)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(yùn)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(shí)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(dú)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?fù)潆娤祱D，描述物理電網(wǎng)的核心數(shù)據(jù)，涵蓋電網(wǎng)拓?fù)湫畔⒑椭匾O(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(shí)、由粗到精的圖塊鏈，最后由調(diào)度審核確認(rèn)進(jìn)行客戶送電，電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ椭苯舆M(jìn)入SCADA系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“一張藍(lán)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(diǎn)的電網(wǎng)拓?fù)湫畔⑼猓匾哪芰€表現(xiàn)在既能對電網(wǎng)信息進(jìn)行歷史記錄，又能對設(shè)想中的未來電網(wǎng)進(jìn)行全方位支持。“時空錐”在對電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ偷墓芾碇袘?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(xiàng)目方案，實(shí)現(xiàn)了規(guī)劃項(xiàng)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?fù)潆娤祱D進(jìn)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(diǎn)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(diǎn)的“時空錐”。由于現(xiàn)狀總是從某一歷史時空點(diǎn)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(diǎn)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?fù)錇楹诵摹保瑢?shí)現(xiàn)從220 V到220 kV精準(zhǔn)拓?fù)潆娤祱D的圖形和模型一體化管理。所謂“精準(zhǔn)拓?fù)潆娤祱D”，其精髓在于描述數(shù)字電網(wǎng)的核心拓?fù)鋽?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(qiáng)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?fù)潆娤祱D能夠在機(jī)制上保證“存在即合理”，在表現(xiàn)上達(dá)到“所見即所得”。

電網(wǎng)拓?fù)渥鳛殡娋W(wǎng)模型最核心的內(nèi)容，其基本構(gòu)成元素拓?fù)潼c(diǎn)和線均能夠和電網(wǎng)實(shí)物一一對應(yīng)，拓?fù)潼c(diǎn)即對應(yīng)點(diǎn)類電力設(shè)備(變壓器、開關(guān)等)，拓?fù)渚€則對應(yīng)線類電力設(shè)備(電纜、架空線等)。這些拓?fù)湓刂g的拓?fù)潢P(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?fù)溥@一核心基礎(chǔ)之上，基于規(guī)則驅(qū)動，對電網(wǎng)模型進(jìn)行抽象提取并美化加工，既保持了電網(wǎng)模型的核心拓?fù)洳蛔儯譂M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(fù)載率平衡圖、110(35) kV變電站負(fù)載率平衡圖、25個功能網(wǎng)格的負(fù)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(hù)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(fù)線損治理：試點(diǎn)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(yàn)戶—變關(guān)系的準(zhǔn)確性。

(2)負(fù)荷平衡：生成開關(guān)站專題圖，220 kV變電站負(fù)載率平衡圖、110(35) kV變電站負(fù)載率平衡圖、25個功能網(wǎng)格的負(fù)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(fù)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(fù)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(jì)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(jì)算出各低壓臺區(qū)的統(tǒng)計(jì)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(jì)，用技術(shù)創(chuàng)新促動管理變革實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)投資、精益預(yù)算和精細(xì)管理。通過系統(tǒng)開發(fā)和實(shí)例應(yīng)用，實(shí)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(shí)施的數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路。