圖計算技術 能給電網(wǎng)帶來什么？

 

因此，傳統(tǒng)電力平衡保障體系亟待拓展，對“電網(wǎng)一張圖”整體分析控制提出更高要求。傳統(tǒng)關系型數(shù)據(jù)庫隨著關系數(shù)量和層次增加，性能會顯著降低，尤其體現(xiàn)為多條路徑查詢難、數(shù)據(jù)庫擴展難。基于傳統(tǒng)關系型數(shù)據(jù)庫技術的數(shù)據(jù)管理模式和計算方法，難以適應新型電力系統(tǒng)大規(guī)模、復雜網(wǎng)絡結構的高并發(fā)實時分析計算要求。而圖計算技術的出現(xiàn)和逐漸成熟，為新形勢下電網(wǎng)全局特性分析和控制策略研究提供了新的解決方案。

 

什么是圖計算技術

 

圖計算是一種用“節(jié)點”表示實體、用“邊”表示實體之間的關聯(lián)關系，以圖論為基礎、對現(xiàn)實世界的“圖”結構進行抽象表達的計算模式，可實現(xiàn)具有復雜關聯(lián)關系海量數(shù)據(jù)的分布式存儲和并行處理。例如在社交網(wǎng)絡中，個體用“節(jié)點”表示，個體之間的好友關系就用“邊”表示。

 

圖計算技術可以靈活記錄實體之間的復雜關聯(lián)關系，利用“邊”所表達的關系能夠直接獲取實體記錄，省去了關系數(shù)據(jù)庫處理“表關聯(lián)”所必須花費的計算性能開銷。近年來，圖計算技術在社交網(wǎng)絡、電信反欺詐、個人與企業(yè)征信、生物基因圖譜、智慧交通等多個領域得到應用。

 

圖計算技術在電網(wǎng)應用場景中的優(yōu)勢

 

在“電網(wǎng)一張圖”的發(fā)展目標下，結合新型電力系統(tǒng)特性，圖計算技術在全景電網(wǎng)拓撲構建與數(shù)據(jù)融合及分析、大規(guī)模電氣計算和電力知識圖譜三大應用場景中具有優(yōu)勢。

 

●全景電網(wǎng)拓撲構建與數(shù)據(jù)融合及分析

 

圖計算技術可以有效描述、高效表示復雜關聯(lián)關系的全景電網(wǎng)拓撲，克服傳統(tǒng)關系數(shù)據(jù)庫存儲管理存在的模型復雜、存儲冗余、檢索效率低等問題。以電網(wǎng)拓撲網(wǎng)架為基礎，融合多源、多類型電網(wǎng)數(shù)據(jù)，圖計算技術可以支撐電網(wǎng)跨業(yè)務數(shù)據(jù)融合管理。圖計算的底層數(shù)據(jù)模型還能支撐電網(wǎng)新設備投運、老舊設備退役、電網(wǎng)規(guī)劃拓撲結構改變等電網(wǎng)動態(tài)變化。

 

圖計算技術可以通過整合相關數(shù)據(jù)構建面向電網(wǎng)一次設備的數(shù)據(jù)庫，提升跨業(yè)務協(xié)同與信息共享能力、數(shù)據(jù)集成與訪問效率，以及已有的電網(wǎng)一次設備數(shù)據(jù)利用率，讓數(shù)據(jù)充分發(fā)揮價值。

 

●大規(guī)模電氣計算

 

隨著電力市場化改革和源網(wǎng)荷儲協(xié)同建設的推進，電網(wǎng)的新特性為輸配電協(xié)同分析帶來新挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)能量管理系統(tǒng)在線安全分析軟件在計算時間和規(guī)模兩方面均遇到了瓶頸。利用圖數(shù)據(jù)庫和分布式圖計算技術，可以提升在線狀態(tài)評估、潮流計算和預想故障分析的計算效率，提高電網(wǎng)在線仿真計算能力和大電網(wǎng)運行支撐能力，為大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)的超高速實時計算提供解決方案。

 

●電力知識圖譜

 

作為一種語義網(wǎng)絡，知識圖譜具有極強的表達能力和建模靈活性，可以對現(xiàn)實世界中的實體、概念、屬性和它們之間的關系建模。利用電力知識圖譜進行信息檢索能實現(xiàn)電力實體信息的精準聚合和匹配、關鍵詞的理解以及搜索意圖的語義分析?；趫D計算技術的圖數(shù)據(jù)庫能實現(xiàn)知識圖譜構建、存儲、展現(xiàn)、檢索及服務的標準化、自動化、靈活化，提升關聯(lián)圖譜構建和分析能力，促進數(shù)據(jù)關聯(lián)關系的認知、挖掘和運用，提升電力數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值。

 

開展自主創(chuàng)新支撐“電網(wǎng)一張圖”

 

國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司以業(yè)務需求為導向，從2015年開始進行圖計算技術攻關，自主研發(fā)電力專用圖數(shù)據(jù)庫GridGraph，實現(xiàn)了核心技術工具的創(chuàng)新和自主可控，支撐“電網(wǎng)一張圖”建設。目前，相關技術成果已在國網(wǎng)上海電力、國網(wǎng)四川電力、國網(wǎng)信通公司等單位應用。

 

●電力專用圖數(shù)據(jù)庫GridGraph

 

作為具有自主知識產(chǎn)權的電力行業(yè)首款圖數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，GridGraph提供圖遍歷、圖計算分析環(huán)境，同時支持聯(lián)機事務處理（OLTP）及聯(lián)機分析處理（OLAP）圖數(shù)據(jù)分析，支持分布式部署及應用，可支持對千億個“節(jié)點”和“邊”的圖查詢和運算。GridGraph在2021年世界人工智能大會正式發(fā)布，獲得了專家的肯定。

 

●電網(wǎng)設備管理應用

 

國網(wǎng)智研院開發(fā)了以“電網(wǎng)一張圖”為載體、以圖數(shù)據(jù)庫、圖計算技術為內核的供電公司級營配調一體化平臺。該平臺與國網(wǎng)上海電力電網(wǎng)業(yè)務中臺融合集成，支撐了營配調一體化示范應用；與國網(wǎng)上海電力電網(wǎng)地理信息平臺融合集成，一體化支撐設備資產(chǎn)精益管理系統(tǒng)（PMS2.0）。

 

●電網(wǎng)調度控制應用

 

國網(wǎng)智研院研究了關系數(shù)據(jù)模型向圖數(shù)據(jù)模型的轉換機制，落實國調中心調控云建設要求，匯集了四川省發(fā)、輸、變、配約350萬臺設備模型，并基于圖數(shù)據(jù)庫完成發(fā)、輸、變、配“電網(wǎng)一張圖”建設，直觀展示發(fā)、輸、變、配供電路徑，實現(xiàn)發(fā)、輸、變、配拓撲貫通。開放容量在線計算、多維度電網(wǎng)“負荷畫像”等計算實現(xiàn)秒級反饋。圖計算技術還應用于虛擬場景能量管理系統(tǒng)，可在300毫秒內完成在線狀態(tài)評估，100毫秒完成潮流計算，2秒內完成50組預想故障分析，在線計算效率提升10～20倍，提高了調度人員對電網(wǎng)的駕馭能力。

 

●電網(wǎng)知識圖譜應用

 

構建電力設備資料知識圖譜，涵蓋實體32萬個、關系5500萬條，實現(xiàn)設備資料的廠家、設備型號、設備參數(shù)及關聯(lián)場站等知識的精準檢索、智能問答。為國網(wǎng)信通公司構建智能客服圖譜，涵蓋實體9432個、關系11898條，實現(xiàn)信通智能客服圖譜智能問答?；贕ridGraph實現(xiàn)知識圖譜的存儲、查詢和知識推理應用，和通用圖數(shù)據(jù)庫相比，查詢性能提升近300%。

 

●電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)（CPS）應用

 

為物理設備與通信設備、物理網(wǎng)絡與通信網(wǎng)絡以及物理設備與通信設備的交互關系建立圖模型，并基于圖數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)表示、存儲、分析和計算。未來，這一應用將支撐億級規(guī)模CPS網(wǎng)絡的安全防御與優(yōu)化控制分析，提高電網(wǎng)信息物理融合水平及電力系統(tǒng)網(wǎng)絡分析能力。

 

圖計算在電力領域的作用還有待挖掘，基于圖計算的“電網(wǎng)一張圖”在新型電力系統(tǒng)規(guī)劃建設和運行控制等方面有廣闊應用空間。