王继业教授等：复杂大电网时空信息服务平台关键技术与应用

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作者信息

王继业1，朱欣焰2，赵光3，刘金长4，杨成月4，曾楠1 

（1 国家电网公司信息通信部，北京市 西城区，100031）

（2 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北 武汉，430072）

（3 厦门亿力吉奥信息科技有限公司，福建 厦门，361009）

（4 国网思极神往位置服务有限公司，北京市 昌平区，102211）

“ 

【摘要】为了有效利用地理信息技术支撑复杂大电网信息化建设，国网公司开展了“复杂大电网时空信息服务平台关键技术与应用”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、覆盖面最广的电网地理信息服务网络，研制了全面支撑电网核心业务的GIS应用系统，取得了重大的技术创新，实现了在全网的规模化推广和深度融合应用，带来了巨大的经济效益和显著的社会效益。

【关键词】复杂大电网；时空信息服务平台；电网地理信息服务网络；电网核心业务

”

正文

0   引　言

我国拥有全球规模最大、结构最复杂、变化最频繁、用户最多的复杂大电网，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，也没有任何先例可循。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的安全可靠、稳定运行与高效管理带来了巨大挑战，造成全业务要素难以统一表达、动态电网拓扑难以实时重构、异源信息难以及时接入与更新，使得电网信息化仅能在电气空间开展，严重阻碍了物理电网向全信息化数字电网的转变。亟需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难题，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。为此，国网公司开展了“复杂大电网时空信息服务平台关键技术与应用”项目。

1  系统总体架构

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、覆盖面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GIS应用系统，其总体架构如图1所示。

系统总体架构主要包含云GIS资源管理中心、云计算中心、云存储中心、云安全管理体系四部分。各部分功能如下：

(1).云GIS资源管理中心：云应用的用户接口，实现在线的功能及云系统的管理工作；

(2).云计算中心：GIS基础服务和大数据分析服务的集中体现，集中提供各种分析运算的服务；

(3).云存储中心：分布式的云存储中心，集中存储管理基础地理信息数据和电网资源数据；

(4).云安全管理体系：主要负责云GIS系统的安全管理，包括用户管理和故障管理等。

图1 系统总体架构图

2  创新点

本项目在国家科技计划、国家电网公司重大项目等支持下，进行了拓展性与集成性创新，主要如下：

(1).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。

(2).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。

(3).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。

3  应用情况

项目组历经十余年研发，全面解决了国内电网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、时空信息孤岛化等问题，有效支撑了国家电网公司智能电网建设，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。具体体现在：

(1).实现了国家电网GIS平台的全面自主可控

复杂大电网时空信息服务平台提供了电网资源管理、电网时空数据计算、电网拓扑分析等1000多个服务，性能全面优于国内外同类系统，已全面应用到各级电网企业，打破了长期以来国外GIS平台在国家电网的垄断局面。

(2).形成了全球规模最大的电网时空信息服务网络

建立了由27个主干节点，1000余台服务器，10万余个操作节点构成的电网时空信息服务网络；率先在电力行业构建了基于CGCS2000时空基准的“全时空一张网、全过程一套图”，实现了国家电网15.2亿台设备时空信息的全在线管理，并服务于3.5亿供电客户/智能电表；管理了300TB栅格地图数据和矢量地图数据、60TB电网时空数据，日均在线用户数峰值70余万，日均接受GIS相关请求1000余万次，电网拓扑状态重构计算日均2万次，电网模拟分析计算日均10万次，是国家电网核心信息服务网络，也是世界上规模最大的公用事业时空信息服务网络。

(3).开展了基于电网时空信息服务平台的一系列创新应用

项目成果支撑了电网规划、基建勘测、协同设计、安全生产、运维检修、调度运行、配网抢修、电力营销、集约化客服中心、防灾减灾、应急指挥、保供电、地下电缆管理、车辆管理、电力通信网管理、电动汽车充换电服务等36个核心业务，实现了电网时空信息服务平台与电网全部核心业务的深度融合，满足了世界最大规模电网对时空信息的全面、准确、即时服务需求。相关应用成果如图2-5所示：

图2 基于GIS的应急指挥中心平台

图3 基于GIS的电网综合防灾减灾系统

图4 基于GIS的智能保电指挥系统

图5  基于GIS的电网三维分析平台

4  效益分析

(1).经济效益

项目成果经济效益显著，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。近三年，项目所产生的直接经济效益达79 余亿元，间接经济效益约129 余亿元。

(2).社会效益

项目社会效益突出，具体如下：

1）打破了长期以来国外GIS 平台在电力行业的垄断，实现了国家电网GIS 全面国产化，保障了国家安全；

2）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；

3）保障了复杂大电网安全稳定运行，提高了用电服务质量；

4）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；

5）构建产学研协同创新机制，培养了2000 多名跨学科、复合型高科技人才。

5  展望

(1).随着智能电网和全球能源互联网的快速发展，电力通信网也将成为电网GIS 平台的重要管理对象，二者与电气网络之间是紧密连接的共生关系，目前由于管理模式、电网安全原因造成电力通信网络与电气网络的分割管理现状，随着智能电网与全球能源互联网的发展，下一步加强对电网与电力通信网要素、结构与关系进行一体化集成管理。

(2).项目提出的相关标准已经在27 个省级单位全面推广，支撑了全球最大的电网时空信息服务平台建设。目前国际上还没有此类标准，项目将在现有标准成果基础上争取制定国际标准，巩固在该领域的国际领先地位。

(3).电力大数据、人工智能应用。项目成果已初步应用于电力大数据的数据分析与可视化展示，下一步基于北斗时空大数据、电网全面时空位置信息结合时空应用场景研发更先进、更实用、更智能的算法进一步提升电力大数据分析的效率、数据分析结果与可视化展示的效果。

第一作者简介

王继业，工学博士，教授级高工，华北电力大学客座教授，现任国网信通部主任，中国电机工程学会常务理事、学术委员会委员、高级会员、电力信息化专委会副主任委员，电力行业信息标准化委员会主任委员、中国地理信息产业协会副会长，中国计算机用户协会副理事长，公安部、卫生部信息化专家委成员。曾获国家信息技术标准化技术委员先进个人、国际灾难恢复协会BC/DR终身成就奖、中国数据标准化及治理杰出领导力奖、全球IPv6世界领袖奖、光华管理学院“荣誉CIO”称号、《计算机世界》“中国信息安全保障突出贡献奖”。

主持编制电力行业和国网企业标准8项，发表SCI、EI等期刊学术论文60余篇，著作2部，授权发明专利8项，获省部级及行业科技进步奖12项。

收稿日期：2018-03-14.

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编辑 /朱林烨  审核 /印涌强

指导：万剑华教授(微信号wjh18266613129)