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关键技术突破，构建规模大覆盖广的先进电网时空信息服务网络
2019-01-08 09:26:18 来源: 科技日报 作者: 本报记者 马爱平
——“复杂大电网时空信息服务平台关键技术与应用”项目自主创新纪实
电网信息具有天然的时空特征，全面数字化与信息化的时空电网是建设数字中国和智慧社会的基础。与欧美国家相比，我国拥有全球规模最大、结构最复杂、用户最多的复杂大电网。异构的电网空间、瞬变的电网状态、多源的信息更新及繁多的业务类型给复杂大电网可靠运行与高效管理带来了巨大困难，如何为其提供全面、即时和准确的时空信息服务是一个世界性难题，也没有先例可循。
由国家电网公司、武汉大学等共同组成的“复杂大电网时空信息服务平台关键技术与应用”项目组经多年攻关，突破了复杂大电网时空信息服务平台关键技术：创建了双空间一体化电网时空信息模型；提出了复杂大电网时空拓扑的秒级实时重构技术；构建了基于北斗系统的电网资源信息可信高效更新技术体系；研发了具有完全自主知识产权的复杂大电网时空信息服务平台，构建了全球规模最大、覆盖最广的电网地理信息服务网络。
项目成果已应用于国家电网总部、27个省级电力公司及其所有地市、县、乡共3.5万多个单位，建立了由27个省级主干节点、1000余个地市服务节点、10万余个班组操作节点构成的全球最大的公用事业地理信息服务网络，日均在线用户数70余万，日均时空信息服务调用1000余万次，实现了对国家电网15.2亿余台电网设备全时态信息的全在线管理。
近3年，项目所产生的直接经济效益达79余亿元，由第三方测评机构估算项目对提供应用证明的部分单位所产生的间接经济效益约129余亿元。项目成果还应用于台风、地震、冰灾等重大自然灾害处置及历年国家重大活动的保供电工作，提升了电网应急响应及处置能力，取得了重大的社会效益。部分成果已推广应用到国内能源相关行业，并在“一带一路”沿线部分国家得到推广，实现了自主核心技术产品的国际化输出。
项目获得发明专利45项、软件著作权58项，出版专著7部，制定各类标准16项，发表论文121篇。获中国地理信息产业协会、中国电机工程学会等省部级一等奖5项，项目四项应用成果获中国地理信息产业协会优秀工程金奖。
砥砺创新，突破复杂大电网时空信息服务平台关键技术
我国亟须突破复杂大电网时空数据模型、拓扑计算方法、信息更新技术等关键技术，实现地理信息技术与电网核心业务系统深度融合，支撑复杂大电网的可靠运行与高效管理。
首先，多层次、多类型、多语义的时空信息，其组成模式不同、拓扑结构迥异，存在复杂业务关联，造成电网时空信息在两种空间及多类业务中的分割分裂，迫切需要发展兼顾地理空间与电气空间的统一时空信息模型。
其次，我国存在受限信息下复杂大电网拓扑信息全网实时重构的性能瓶颈问题。电网中少量节点的电气变化将触发大规模节点的状态与结构瞬变，导致数字电网与物理电网的状态与结构不一致。非实时重构将给电网拓扑分析、负荷转供等业务带来巨大风险，迫切需要发展复杂大电网拓扑结构和状态的实时重构技术。
第三，复杂大电网资源信息的高效可信更新问题突出。多源多态电网资源信息获取存在位置失准、更新滞后、安全隐患等问题，导致电网资源信息质量差和现 势性低，严重影响了电网运维检修与调度安全，迫切需要发展电网资源信息的高效可信更新技术。
据“复杂大电网时空信息服务平台关键技术与应用”项目主要负责人国家电网公司信息通信部主任王继业介绍，针对这些难题和需求，项目组在国家科技计划等支持下，历时多年攻关，对复杂大电网时空信息平台关键技术进行了拓展性与集成性创新，建立了服务于复杂大电网的一体化时空信息平台，研制了覆盖电网所有核心业务的一系列应用系统。
据项目组介绍，该项目共有四个突出的创新点——
创建了双空间一体化电网时空信息模型
电网时空信息同时分布于地理空间和电气空间，具有多源异构、动态拓扑、相互映射等复杂特征，严重阻碍了复杂大电网双空间的信息集成与业务协同。项目创建了双空间一体化电网时空信息模型，实现了地理空间与电气空间深度融合的全要素全业务统一建模表达，突破了复杂大电网巨量异源时空信息的关联映射难题，提高了电气空间业务的空间决策能力，支撑了国家电网近2000类实体、共15.2亿台电网设备的全局时空一致建模。
提出了复杂大电网时空拓扑的秒级实时重构技术
电网有限节点的改变会导致拓扑状态和结构发生变化，高频时变特征对信息服务的实时性和重构能力提出了极高要求，常规拓扑分析方法效率较低，无法满足电网拓扑实时重构的需求。项目提出了复杂大电网时空拓扑的秒级实时重构技术，突破了分布式拓扑计算的性能瓶颈，构建了动静态服务自适应调度的高并发时空信息计算引擎，将停电决策分析、负荷转供等电网拓扑分析业务处理时间由国外同类技术的分钟级缩短到秒级，提高了电网调度控制、应急抢修等业务的安全性与效率。
构建了基于北斗系统的电网资源信息可信高效更新技术体系
电网设备规模庞大、资源信息变化频繁，传统更新维护方法存在获取流程繁琐、更新滞后、位置失准等问题，且过于依赖GPS，缺乏安全防护，难以保证大规模电网资源信息的高效可信更新与交换，严重制约了电网核心业务的精准开展;同时，内外网之间存在多种数据交互方式，且具有低时延、高并发等需求。项目构建了基于北斗系统的电网资源信息可信高效更新技术体系，创建了电网资源信息“一次采录，一体更新”的全过程自主模式，攻克了跨内外网的数据安全高效交换难题，将电网资源信息更新效率提升了约10倍，消除了电网资源信息更新滞后导致数字电网与实际电网不一致带来的调度安全隐患。
研发了具有完全自主知识产权的复杂大电网时空信息服务平台
长期以来，国内电网GIS平台被国外产品垄断，集成层次浅、实用化程度低、扩展性差、时空信息孤岛化严重，完全无法满足全信息化数字电网的建设需要。项目研发了具有完全自主知识产权的复杂大电网时空信息服务平台， 构建了全球规模最大、覆盖最广的电网地理信息服务网络，研制了全面支撑“输电、变电、配电、用电及调度”等核心业务的电网GIS应用系统，实现了国家电网GIS平台与应用的全面自主可控，有力支撑了国家电网公司智能电网建设。
广泛应用，成果实现27个省级单位、336个地市全覆盖
“复杂大电网时空信息服务平台关键技术与应用”项目，其覆盖范围、应用规模、技术难度和工程复杂度等均超过国内外类似系统。
“复杂大电网时空信息服务平台关键技术与应用”项目已在国家电网公司全面应用三年以上，支撑了36个电网核心业务系统全面信息化。实现了地理信息技术与电网规划、勘测设计、调度运行、运维检修、营销客服、防灾减灾与应急指挥、保供电等电网核心业务的深度融合。
项目成果实现了27个省级单位、336个地市和1764个县级单位、3.5万多个乡镇供电所和营业厅全覆盖。在系统运行上，工作日日均在线用户数72万；电网GIS支撑相关信息系统平均可用率达到99.96%。在应用水平上，服务网络共管理了15.2亿台设备， 服务于70万行业专业管理用户和3.5亿供电客户/智能电表，服务了11亿人口。
经过第三方测评机构通过对国网福建省电力有限公司、国网上海市电力公司、国网湖南省电力公司这三家示范建设单位应用项目成果后对主营业务贡献率进行分析测算，项目对主营业务贡献率约0.32%，按照该比例来测算项目成果对北京、江苏、浙江、安徽、湖北等这14家单位近三年主营业务贡献所产生的间接经济效益，测算结果约129余亿元。
王继业介绍，项目成果在国家电网27个省级电力公司全面推广应用，实现了地理信息技术与电网规划设计、生产管理、防灾减灾、应急指挥、保供电服务等核心业务深度融合。
实现GIS完全自主可控，保障国家安全。项目打破了长期以来由国外GIS平台对电力行业的垄断，实现了国家电网GIS全面国产化；率先统一应用我国CGCS2000坐标系、建设电力北斗精准服务网《为电网资源信息更新提供统一、连续稳定的时空基准，保障了国家电网基础设施的信息安全。
保障大电网安全稳定运行，提高用电服务质量。项目提高了电网防灾减灾、应急指挥的可视化、精细化管理水平，保障了电网安全高效运行。为2017年杭州G20、厦门金砖会议，全国“两会”等国家重大活动保供电提供了技术保障。项目在95598座席快速答复客户、发送精准停电通知、辅助电网抢修、缩短停电时间等方面发挥了支撑作用，持续提高用电服务质量。
提升行业科技水平，实现部分核心技术出口。项目研发了完全自主知识产权基于云计算的电网时空信息服务平台，实现了跨行业技术深度融合，提升了电网GIS科技水平。项目成果已在国内电力相关行业应用，并在“一带一路”沿线部分国家得到推广，实现了关键技术的出口，提高了国际影响力。
构建产学研协同创新机制，培养大批复合型人才。项目建立和完善了产学研协同创新机制，在人力资源管理、多类型创新团队管理方面进行了制度创新，发挥产学研合作优势，项目培养了2000多名跨学科、复合型高科技人才。
2019-01-08 09:26:18 来源: 科技日报 作者: 本报记者 马爱平
——“复杂大电网时空信息服务平台关键技术与应用”项目自主创新纪实
电网信息具有天然的时空特征，全面数字化与信息化的时空电网是建设数字中国和智慧社会的基础。与欧美国家相比，我国拥有全球规模最大、结构最复杂、用户最多的复杂大电网。异构的电网空间、瞬变的电网状态、多源的信息更新及繁多的业务类型给复杂大电网可靠运行与高效管理带来了巨大困难，如何为其提供全面、即时和准确的时空信息服务是一个世界性难题，也没有先例可循。
由国家电网公司、武汉大学等共同组成的“复杂大电网时空信息服务平台关键技术与应用”项目组经多年攻关，突破了复杂大电网时空信息服务平台关键技术：创建了双空间一体化电网时空信息模型；提出了复杂大电网时空拓扑的秒级实时重构技术；构建了基于北斗系统的电网资源信息可信高效更新技术体系；研发了具有完全自主知识产权的复杂大电网时空信息服务平台，构建了全球规模最大、覆盖最广的电网地理信息服务网络。
项目成果已应用于国家电网总部、27个省级电力公司及其所有地市、县、乡共3.5万多个单位，建立了由27个省级主干节点、1000余个地市服务节点、10万余个班组操作节点构成的全球最大的公用事业地理信息服务网络，日均在线用户数70余万，日均时空信息服务调用1000余万次，实现了对国家电网15.2亿余台电网设备全时态信息的全在线管理。
近3年，项目所产生的直接经济效益达79余亿元，由第三方测评机构估算项目对提供应用证明的部分单位所产生的间接经济效益约129余亿元。项目成果还应用于台风、地震、冰灾等重大自然灾害处置及历年国家重大活动的保供电工作，提升了电网应急响应及处置能力，取得了重大的社会效益。部分成果已推广应用到国内能源相关行业，并在“一带一路”沿线部分国家得到推广，实现了自主核心技术产品的国际化输出。
项目获得发明专利45项、软件著作权58项，出版专著7部，制定各类标准16项，发表论文121篇。获中国地理信息产业协会、中国电机工程学会等省部级一等奖5项，项目四项应用成果获中国地理信息产业协会优秀工程金奖。
砥砺创新，突破复杂大电网时空信息服务平台关键技术
我国亟须突破复杂大电网时空数据模型、拓扑计算方法、信息更新技术等关键技术，实现地理信息技术与电网核心业务系统深度融合，支撑复杂大电网的可靠运行与高效管理。
首先，多层次、多类型、多语义的时空信息，其组成模式不同、拓扑结构迥异，存在复杂业务关联，造成电网时空信息在两种空间及多类业务中的分割分裂，迫切需要发展兼顾地理空间与电气空间的统一时空信息模型。
其次，我国存在受限信息下复杂大电网拓扑信息全网实时重构的性能瓶颈问题。电网中少量节点的电气变化将触发大规模节点的状态与结构瞬变，导致数字电网与物理电网的状态与结构不一致。非实时重构将给电网拓扑分析、负荷转供等业务带来巨大风险，迫切需要发展复杂大电网拓扑结构和状态的实时重构技术。
第三，复杂大电网资源信息的高效可信更新问题突出。多源多态电网资源信息获取存在位置失准、更新滞后、安全隐患等问题，导致电网资源信息质量差和现 势性低，严重影响了电网运维检修与调度安全，迫切需要发展电网资源信息的高效可信更新技术。
据“复杂大电网时空信息服务平台关键技术与应用”项目主要负责人国家电网公司信息通信部主任王继业介绍，针对这些难题和需求，项目组在国家科技计划等支持下，历时多年攻关，对复杂大电网时空信息平台关键技术进行了拓展性与集成性创新，建立了服务于复杂大电网的一体化时空信息平台，研制了覆盖电网所有核心业务的一系列应用系统。
据项目组介绍，该项目共有四个突出的创新点——
创建了双空间一体化电网时空信息模型
电网时空信息同时分布于地理空间和电气空间，具有多源异构、动态拓扑、相互映射等复杂特征，严重阻碍了复杂大电网双空间的信息集成与业务协同。项目创建了双空间一体化电网时空信息模型，实现了地理空间与电气空间深度融合的全要素全业务统一建模表达，突破了复杂大电网巨量异源时空信息的关联映射难题，提高了电气空间业务的空间决策能力，支撑了国家电网近2000类实体、共15.2亿台电网设备的全局时空一致建模。
提出了复杂大电网时空拓扑的秒级实时重构技术
电网有限节点的改变会导致拓扑状态和结构发生变化，高频时变特征对信息服务的实时性和重构能力提出了极高要求，常规拓扑分析方法效率较低，无法满足电网拓扑实时重构的需求。项目提出了复杂大电网时空拓扑的秒级实时重构技术，突破了分布式拓扑计算的性能瓶颈，构建了动静态服务自适应调度的高并发时空信息计算引擎，将停电决策分析、负荷转供等电网拓扑分析业务处理时间由国外同类技术的分钟级缩短到秒级，提高了电网调度控制、应急抢修等业务的安全性与效率。
构建了基于北斗系统的电网资源信息可信高效更新技术体系
电网设备规模庞大、资源信息变化频繁，传统更新维护方法存在获取流程繁琐、更新滞后、位置失准等问题，且过于依赖GPS，缺乏安全防护，难以保证大规模电网资源信息的高效可信更新与交换，严重制约了电网核心业务的精准开展;同时，内外网之间存在多种数据交互方式，且具有低时延、高并发等需求。项目构建了基于北斗系统的电网资源信息可信高效更新技术体系，创建了电网资源信息“一次采录，一体更新”的全过程自主模式，攻克了跨内外网的数据安全高效交换难题，将电网资源信息更新效率提升了约10倍，消除了电网资源信息更新滞后导致数字电网与实际电网不一致带来的调度安全隐患。
研发了具有完全自主知识产权的复杂大电网时空信息服务平台
长期以来，国内电网GIS平台被国外产品垄断，集成层次浅、实用化程度低、扩展性差、时空信息孤岛化严重，完全无法满足全信息化数字电网的建设需要。项目研发了具有完全自主知识产权的复杂大电网时空信息服务平台， 构建了全球规模最大、覆盖最广的电网地理信息服务网络，研制了全面支撑“输电、变电、配电、用电及调度”等核心业务的电网GIS应用系统，实现了国家电网GIS平台与应用的全面自主可控，有力支撑了国家电网公司智能电网建设。
广泛应用，成果实现27个省级单位、336个地市全覆盖
“复杂大电网时空信息服务平台关键技术与应用”项目，其覆盖范围、应用规模、技术难度和工程复杂度等均超过国内外类似系统。
“复杂大电网时空信息服务平台关键技术与应用”项目已在国家电网公司全面应用三年以上，支撑了36个电网核心业务系统全面信息化。实现了地理信息技术与电网规划、勘测设计、调度运行、运维检修、营销客服、防灾减灾与应急指挥、保供电等电网核心业务的深度融合。
项目成果实现了27个省级单位、336个地市和1764个县级单位、3.5万多个乡镇供电所和营业厅全覆盖。在系统运行上，工作日日均在线用户数72万；电网GIS支撑相关信息系统平均可用率达到99.96%。在应用水平上，服务网络共管理了15.2亿台设备， 服务于70万行业专业管理用户和3.5亿供电客户/智能电表，服务了11亿人口。
经过第三方测评机构通过对国网福建省电力有限公司、国网上海市电力公司、国网湖南省电力公司这三家示范建设单位应用项目成果后对主营业务贡献率进行分析测算，项目对主营业务贡献率约0.32%，按照该比例来测算项目成果对北京、江苏、浙江、安徽、湖北等这14家单位近三年主营业务贡献所产生的间接经济效益，测算结果约129余亿元。
王继业介绍，项目成果在国家电网27个省级电力公司全面推广应用，实现了地理信息技术与电网规划设计、生产管理、防灾减灾、应急指挥、保供电服务等核心业务深度融合。
实现GIS完全自主可控，保障国家安全。项目打破了长期以来由国外GIS平台对电力行业的垄断，实现了国家电网GIS全面国产化；率先统一应用我国CGCS2000坐标系、建设电力北斗精准服务网《为电网资源信息更新提供统一、连续稳定的时空基准，保障了国家电网基础设施的信息安全。
保障大电网安全稳定运行，提高用电服务质量。项目提高了电网防灾减灾、应急指挥的可视化、精细化管理水平，保障了电网安全高效运行。为2017年杭州G20、厦门金砖会议，全国“两会”等国家重大活动保供电提供了技术保障。项目在95598座席快速答复客户、发送精准停电通知、辅助电网抢修、缩短停电时间等方面发挥了支撑作用，持续提高用电服务质量。
提升行业科技水平，实现部分核心技术出口。项目研发了完全自主知识产权基于云计算的电网时空信息服务平台，实现了跨行业技术深度融合，提升了电网GIS科技水平。项目成果已在国内电力相关行业应用，并在“一带一路”沿线部分国家得到推广，实现了关键技术的出口，提高了国际影响力。
构建产学研协同创新机制，培养大批复合型人才。项目建立和完善了产学研协同创新机制，在人力资源管理、多类型创新团队管理方面进行了制度创新，发挥产学研合作优势，项目培养了2000多名跨学科、复合型高科技人才。
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