基于大數據技術的新型配網供電服務指揮系統設計及應用

馬汝括

（國網青海省電力公司，西寧 810003）

隨著“碳達峰、碳中和”戰略目標的提出，電能的優質生產、電力企業的節能減排被提升至新的高度，高效、優質的電力服務逐漸成為行業共識[1-3]。同時，在以發、輸、變、配、用為主的電力生產、運行和消費環節中，配網作為緊靠用戶側的末端環節，處在提供優質、可靠的電力服務的重要地位，因此提升配網供電可靠性和運行效率[4-5]是加大電能在終端能源消費的重要舉措，也是實現能源可持續發展的重要途徑。

由于配網環境復雜，一旦發生配網非正常運行，現有的供電指揮系統需要人工下發搶修單、人工實地檢查信息并返回至指揮中心，帶來了巨大的人力成本[6-7]。此外，在配網運行業務中，通常需要電力生產管理系統、企業資源計劃系統等子信息系統深度參與，業務需求深度交互，一旦某一方產生延時和判斷失誤，往往會給配網業務的順利運行帶來挑戰[8]。

當前配網管理主要是地市級公司在生產系統MIS（management information system）的基礎上自行開發，導致上、下級數據的共享存在多個版本，常常會出現一套系統、兩套臺賬的情況[9]，造成數據的大量冗余和孤立。此外，MIS的各應用系統（例如電力營銷系統、用電采集系統、電能質量在線監測系統）在頂層設計時擴展性較弱，無法與其他系統集成和共享數據，各模塊孤立運行，導致管理復雜化，制約了數據管理水平和生產效率的提升[10]。

隨著配網數字化進程的不斷推進，電網公司積累了海量的用戶用電數據，數據中潛在的電網安全運行邊界、用戶用電需求信息難以被有效揭示和利用[11-14]。同時，隨著大數據分析和人工智能技術的深度發展，從數據管理角度開展各數據中臺的融合和集成，部署新型化、智能化、集成化供電指揮系統，對配網的安全有序運行、交易系統的順利營運、各類數據的分類管理具有重要意義[15]。

為此，設計一種供電指揮系統受到學者們的廣泛關注。文獻[16]在智能電網背景下開展了配電自動化的研究，所部署的配電自動化試點取得了較好的應用效果。文獻[17]針對配網的工單派接存在的延時問題，開發了供電指揮服務智能輔助系統，提升了現有供電指揮中心坐席系統的智能化水平。文獻[18]從智能感知層、數據中心層、數據融合層與業務應用層出發，構建了智能供電服務指揮系統，實現了基于分層拓撲結構的故障研判方法，有效地提高了配網的可靠性水平。上述文獻多是從現有配網的某個數據中臺出發，未考慮配網系統的整體數據水平和集成功能需求，其場景適應性仍需進一步研究。

為此，本文以現有配網供電系統為基礎，充分調研其業務需求和現有弊端，對新形勢下供電服務指揮系統的建設需求進行分析，給出了新型供電服務指揮系統NPSSCS（novel power supply service command system）設計、分析、部署的系列過程。結合當前大數據技術，完成了新型供電服務指揮系統的系統架構和數據模型設計。在某實際系統的部署和應用表明，該系統能夠有效支撐當前業務，對配網供電動態進行全方位監測和分析，可以為配網全景監控和智能分析貢獻新的價值模式和理念。

1 配網供電服務系統發展現狀及建設要求

1.1 供電服務系統的發展現狀

配網環境下集中了若干信息子系統，例如用于營銷的SG186系統、用于生產的電力生產管理系統PMS（power production management system）和企業資源計劃ERP（enterprise resource planning）系統等。供電服務系統主要通過子系統面向配電終端，采集信息后傳輸至供電指揮中心，經過人工分析后下達操作指令。供電服務系統示意如圖1所示。

圖1 供電服務系統示意Fig.1 Schematic of power supply service system

各信息子系統因為歷史建設、廠商、型號等方面原因，使得傳統的供電服務系統面臨諸多問題。

（1）信息鴻溝廣泛存在。傳統的供電指揮系統多采用子系統獨立運行。監控方式分散，使得營銷系統、調度系統、客戶系統、生產管理系統存在巨大的信息鴻溝，各子系統形成數據孤島，數據無法協同出力、統一分析，難以提供完善的供電指揮服務。

（2）用戶使用功能有限。現有信息系統多由電力企業設計，用戶“弱參與”電力服務過程，使得電力用戶只能被動接受用電服務，能夠行使的服務權限較低，僅限于查詢電費、打印清單等功能。針對“錯峰”、“限電”等過程參與十分有限，忽略了用戶側響應對供電整體過程的參與能力。

（3）搶修智能化水平低。目前配網系統發生故障過后，其報修過程通常通過供電指揮中心，以人工派發工單的形式送到工程師手中，過程繁瑣、流程冗長，在維修高峰期，供電指揮中心任務重且影響搶修效率。

1.2 新型供電服務系統的建設要求

針對現有供電服務系統存在的問題，新型供電服務指揮系統主要圍繞3個維度開展建設，共同構成三位一體的新型供電服務系統。

（1）營調配融合。數據孤島式的子系統需要進一步融合，將營銷系統、調度系統、客戶系統、生產管理系統有機結合起來，打破信息鴻溝，使得各子系統的信息資源實現整合和共享，構建表征電網結構組織的基礎臺賬信息庫和實時數據庫為主體的統一數據庫，為配網智能供電提供統一的數據支撐。同時加強數據共享池的建設，為配網大規模、多業務、強實時的需求提供基礎平臺服務。

（2）用戶需求側響應。借助數據中臺，搭建指揮中心-用戶的垂直化應用渠道。客戶經理通過NPSSCS發布最新供電服務，例如供電錯峰、避峰、限電服務信息等，將其及時推送至用戶側，對信息流方向進行有效控制，多方位調控用戶側資源，促進用戶側參與電力供應鏈調控，進而達到電力資源的最佳配置。

（3）故障智能研判和處理。實時接入數據后，NPSSCS通過獲取10 kV母線的電壓、電流、開關、保護動作等數據，判斷當前運行狀態，自動生成預警工單并推送至指揮大廳前臺，由人工點擊確認后，經移動端就近下發至維修工程師通信設備中，實現工單的智能生成、智能派送一體化服務，提高檢修效率。

2 新型配網供電服務指揮系統的設計

2.1 系統架構體系設計

NPSSCS 圍繞新型供電系統的需求，在已有數據系統的基礎上，設計了基于平臺層和應用層的雙層式系統架構，具體架構如圖2所示。

圖2 新型配網供電服務指揮系統架構Fig.2 Architecture of novel distribution network power supply service command system

（1）平臺層。該層主要利用國網云平臺、企業中臺、物聯管理平臺和人工智能平臺等基礎設施，搭建網絡層通道，實現數據流的上下貫通，為應用層提供數據接入和策略下達的基礎支撐服務。平臺層響應了新型供電服務系統的主要需求，提供了故障研判、可靠性分析、可開放容量分析、停電事務查詢、同期線損查詢、配電設備停運查詢、配電設備負載率和主動檢修工單查詢等特色功能。同時，平臺層還進一步兼容了傳統供電服務系統的功能，例如電網資產中心、電網資源中心、電網拓撲中心、測點管理中心、計算應用中心、電網分析中心、設備狀態中心、作業資源中心和作業管理中心等服務，使得平臺層能夠更好地在實際應用場合發揮作用。

（2）應用層。該層主要將在配電運營場景下的實際業務構建成模塊的應用需求，主要包括業務系統指揮板塊、客戶服務指揮板塊、配網運營監控板塊、服務質量監督板塊、供電可靠性分析板塊和工單驅動業務板塊6 個服務板塊。通過聚焦所形成的功能化模塊，為電力運營者提供數據共享和數據分析的統一服務，各服務板塊間分別采用微服務架構模式，利用平臺層提供的數據流，進一步實現配業務融通和提升數據流價值。

2.2 系統數據架構設計

2.2.1 系統數據流交互新型配網供電服務指揮系統中的數據架構是指數據組成部分、數據存儲方式及數據服務交互，其主要描述了供電服務指揮系統與電網資源業務中臺、數據中臺、物聯管理平臺、其他業務中臺之間的數據關系，數據架構如圖3所示。

圖3 中，根據數據源和數據類型的不同，底層的數據源頭可以分為量測數據、控制指令、量測和管理數據、外部系統數據、數據服務調用、數據推送及視頻數據6部分，。將以智能終端為代表所產生的量測數據推送到物聯平臺，進行實時分析處理，進而實現電網運行數據跨區融合，打破傳統供電指揮系統中信息壁壘問題。經過物聯網平臺處理后，最終由中臺統一提供設備實時遙信類、實時遙測等各類數據服務。

數據流數據傳經電網資源業務中臺后，經過數據整合后，沉淀融合了配電網側資源、資產、圖形、拓撲、測點、作業管理、作業資源等數據信息，為電網資源及資產中心、電網圖形中心、測點管理中心、作業管理中心、基礎服務中心等業務應用提供數據支撐。其余類型數據，例如控制指令、外部系統數據、視頻數據等，將以應用程序編程接口API（application programming interface）接口服務形式對外提供服務，通過調用中臺服務的形式向中臺內輸入或向中臺外輸出數據。

2.2.2 數據流交互標準

由于不同的電站采用SC1801者IEC60870-5-101規約進行通信，底層的數據源呈現多源異構的特點且各數據中臺的協議接口也不同，例如配電管理系統PDMS（power distribution management system）和能量管理系統EMS（energy management system）分別采用IEC61968 和IEC61970 描述序應用程序作為接口。為此，考慮到底層的數據融合需求，NPSSCS 在IEC60870-5-104通信規約的基礎上，設計了基于回調技術的消息傳遞機制，其結構示意如圖4所示。

圖4 新型配網供電服務指揮系統的數據交互Fig.4 Data interaction in novel distribution network power supply service command system

圖4 中，量測類數據在NPSSCS 中占據了較大數據帶寬，該類數據通過IEC60870-5-104通信規約利用回調技術實現消息傳遞，比例用SOCKET字節流與主站進行數據傳輸，而非量測類數據（例如外部系統數據、視頻數據等）直接通過SOCKET 字節流與主站進行數據交互。

2.3 關鍵功能

根據NPSSCS的建設需求，其主要功能如下。

（1）配網狀態監控。利用NPSSCS 中的停電信息，對未完結的計劃停電、故障停電、臨時停電進行分類統計。同時對待提交、待發布、待審核、待變更、延遲送電、進程報送等重要狀態的停電信息進行密切監控；對主線跳閘、支線故障、臺區低壓故障、配變故障等主動搶修工單進行全流程數據監測統計，進而支撐NPSSCS 的故障智能研判和處理需求。

（2）基礎數據管理。為了提高營、配、調一體化基礎數據質量，改進監測配網調度控制、停電分析、故障主動研判及服務指揮過程中發現的設備臺賬錯誤、拓撲關系錯誤、設備參數錯誤、采集數據錯誤等情況，接受國家電網客服中心派發營配基礎數據校核工單，發送稽查工單至相關部門、班組進行閉環處理與整改督辦。建立營、配、調基礎數據質量驗證機制，持續改善營、配、調基礎數據質量。

（3）智能研判工單。對報修工單、搶修工單、停電信息各流程進行統計，結合現場智能作業終端返回的現場搶修圖片等信息，對工單的重要環節軌跡進行分析。同時，需要根據來電號碼查找相關客戶信息，例如該號碼歷史來電記錄信息、客戶所屬臺區等，然后錄入客戶需求和問題，受理形成熱線工單，并根據所屬業務類型自動形成故障報修業務工單。

3 新型配網供電服務指揮系統的應用與展望

3.1 應用部署

3.1.1 技術架構圖

新型配網供電指揮系統主要基于平臺即服務PaaS（platform as a service）構建，其技術架構如圖5所示。數字化的供電服務系統中各層級的主要功能包括：①云平層主要基于虛擬化技術，將多元異構平臺映射成統一的流數據；②數據層基于統一的數據流，根據數據熱度的不同存入不同類型數據庫；③服務層通過邊界防護策略，引入權限安全管理機制，并提供基礎的計算引擎；④接口層面向特定的內網用戶，提供網關接入的權限管理服務；⑤表現層依據數據流的展現形式，形成智能化的數據處理方式；⑥代理層引入先進的負載集群技術，實現用戶側的流暢訪問；⑦展示層根據用戶訪問設備的不同，給與不同的展現方式。

圖5 新型配網供電服務指揮技術架構Fig.5 Technical architectureof novel distribution network power supply service command system

具體實現過程中所采用的關鍵技術如下。

（1）虛擬化技術。基于云平臺資源虛擬化、容器服務、彈性伸縮、中臺服務等技術，用以實現架構堅強可靠和靈活擴展。

（2）大數據技術。實現數據資源從信息到知識的跨越，提升新技術應用深度和廣度，支撐技術架構升級。

（3）隔離技術。充分應用異步削峰、自動化、應用隔離、安全防護等技術，提升系統的可用能力和防災變能力。

（4）安全技術。采用可信計算、數據加密等安全技術，實現兩區貫通和有效互動，確保多元主體安全接入，支撐安全策略升級。

（5）協同計算技術。應用移動構建和灰度發布技術，提供模型、服務和流程等多層編排與擴展能力，實現領域模型在線化、原子服務組合化、交互界面模板化和業務流程可配置化，促進應用高效協同與生態共享，支撐應用協同升級。

3.1.2 前端界面

NPSSCS 具備配網狀態監控、基礎數據管理和智能研判工單三大功能，結合現有技術，開發了融合地理信息系統GIS（geographic information system）和NPSSCS前端展示界面，如圖6所示。

圖6 新型配網供電服務指揮系統前端界面Fig.6 Front-end interface of novel distribution network power supply service command system

（1）配網狀態感知。NPSSCS 通過態勢指標和預測技術感知當前配網態勢，由在運設備、線路跳閘和主變跳閘率構成指標體系，并將配網關鍵線路投射至GIS中進行直掛動態展示。

（2）基礎數據管理。NPSSCS 通過在代理層獲得數據推送后，選取具有代表性的數據管理指標，利用儀表盤的形式展現至前端界面中，用來反映數據管理率，即通過負荷、線路、電壓數據方面展現該系統對基礎數據的管理力度。

（3）智能研判工單。在配網發生故障導致停電事故后，維修人員通過移動端上報故障。NPSSCS根據事故的緊急程度，實現工單的智能排序，直接推送至前端工作人員，進而實現工單的智能研判工作。

3.2 NPSSCS 應用展望

3.2.1 應用場景

新型配網供電服務指揮系統可作用于電力運行的諸多環節，結合現有配網業務需求，NPSSCS的應用場景如圖7所示。

圖7 NPSSCS 的應用場景Fig.7 Application scenarios for NPSSCS

3.2.2 配網數據集成化管理

依托配網資源業務中臺共享服務的復用性，可采用NPSSCS去實現數據訪問透明化和數據共享能力，進而避免功能相同模塊的重復開發，加快跨專業、跨部門業務流轉和業務應用。此外，利用該平臺可實現對配網資源業務中臺中的數據進行校核和治理，提升供電服務系統中的業務數據質量。通過NPSSCS 強大的數據整合能力，還可以增強設備數據的管理能力，為配網的管理和經營提供基礎數據支撐。

3.2.3 配網精細化運營

以配網為牽引，在統一化的前端可視化指揮界面中完成調度指揮、搶修指揮和配網運維，進而實現配電網狀態全面感知、全面分析、全程跟蹤、閉環管理的智能化運營水平。將故障線路、檢修停運線路、保電線路、反送電危險點臺區的統計與監盤數據投射至指揮大屏界面，實現配網線路導航、巡視搶修過程跟蹤、資源分布和工單詳情等全方位展示，為配電網精細化運維和管理水平提供有效支撐。

3.2.4 配網全過程全景化展示

傳統配網運營過程中，由于主動搶修信息、主動預警信息、故障報修信息繁多，配網GIS1.6 底層地圖數據往往無法實現人員等信息在地圖中準確的定位展示、語音催督辦等功能，使得傳統人工方式下存在基層班組工作量較大、效率低下等問題。采用新型配網供電服務指揮系統可以進一步發揮供服系統營配調數據融合的優勢，并結合當前數字化GIS 地圖平臺和GPS 技術，將故障報修、停電信息、主動搶修、主動預警、數據校核、搶修綜合管控、話務系統業務做成一體化的應用，進而實現配網全維度、全過程的全景展示。

4 結 論

本文從傳統配網供電服務系統的發展現狀出發，分析了當前該配網供電系統存在的問題，給出了新型供電服務指揮系統設計、分析、部署的系列過程，得到如下結論。

（1）配網環境的數據呈現多源異構特點，利用大數據處理技術對NPSSCS進行體系結構和數據架構設計。

（2）所研發的NPSSCS 能夠有效覆蓋傳統供電指揮系統中的業務需求，所涉及的集成功能能夠有效支撐NPSSCS的建設需求。

（3）所研發的NPSSCS 能夠進一步擴展至配網數據集成化管理、精細化運營、全過程全景化展示等諸多電力運行環節，具有較大的應用潛力。

下一步將推廣NPSSCS在實際電力環境下的工程示范工作，為推動數字化、智能化的配網運行提供理論參考及工程建設經驗。