电网规划智能决策平台研究

李雪亮，孙东磊，吴奎华，刘晓明，冯 亮

（国网山东省电力公司经济技术研究院，山东 济南 250021）

0 引言

进入21世纪以来，我国紧密结合国内能源供应的新形势和用电服务的新需求，加快特高压建设和智能电网建设，优化电网发展格局，把我国电网建成网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动的世界一流电网，全面提高电网优化配置能力、安全保障能力和互动服务水平[1]。

随着特高压和智能电网建设的不断推进，电网资源配置能力越来越强，电压等级和智能化程度越来越高，电网结构越来越复杂，电网安全稳定和科学发展对规划的要求越来越高。随着电力体制改革的加快推进，电网不同投资主体间统筹规划和有序建设的难度加大，必须建立统一电网规划信息化平台，实现不同投资主体之间“统一规划、统一标准”，确保电网安全和可靠供电服务，避免重复投资、重复建设。

电网规划是一项复杂艰巨的系统工程，具有数据量大、不确定因素多、涉及领域广以及更新变化快等特点，仅靠人工处理海量电网数据以及各专业相互割裂的项目管理方式难以满足电网精益化管理、精准化投资的要求。电网规划信息化平台的研究在规划信息管理、规划辅助决策等方面取得了一定的进展[2-7]，但仍存在一些不足，如规划数据共享程度不高，规划与各专业融合不够，全局性综合业务决策支撑不足，系统实用化仍有待进一步加强等，具体体现在3个方面。

规划数据源头多、体量大，数据融合有待进一步提高。电网规划数据覆盖范围广、数据信息量大，现有的规划系统受限于历史架构和技术路线，规划数据与其他各专业系统数据融合不够、共享程度不高，更新实时性差难以满足业务需求。

项目管理各环节相对独立，管控力度有待进一步提升。电网项目信息分散在规划、前期、实施、评价各个环节，而各专业之间项目流程设计和标准存在一定差异，项目信息共享不足。

规划涉及面广、影响因素多，智能决策有待进一步提升。目前的系统难以深入开展电网诊断分析和智能决策，电网项目可研设计评审信息化支撑程度有待进一步提升，影响了投资效益和计划管控质量[8]。由于数据源头无法有效统一，数据存储形式单一，云计算、大数据分析技术作用难以有效发挥，系统智能化支撑水平难以满足业务需求。

面对当前电网发展及信息化建设面临的挑战，大数据、云计算、物联网、移动应用等新技术[9-15]的发展为规划信息化进一步提升创造了条件。为此，围绕“三集五大”体系[16]建设要求，强化技术支撑，加强各信息系统和业务系统的高度融合，依托信息通信新技术和信息化建设成果，开展了多源数据融合与业务集成的电网规划智能决策平台研究，实现内外部数据集成统一和数据管理，优化调整发展诊断、分析决策、规划设计和项目管控等业务流程，形成集约统一、高效协同的“大规划”工作体系，强化电网规划的信息和辅助决策支撑能力，提升了“大规划”信息化水平。

1 建设目标与思路

1.1 建设目标

为全面提升“大规划”信息化水平，提升电网发展的质量与效益，立足“实际、实效、实用”原则，通过全面梳理规划可研业务流程，收集电网规划业务信息化建设需求，采用“互联网+”理念，积极推动云计算、大数据等新技术在电网规划业务中的应用，横向集成融合生产管理系统 （PMS）、地理信息系统（GIS）、能量管理系统（EMS）、智能配网监控、用电信息采集等业务系统数据，纵向梳理贯通电网诊断分析、规划编制、规划评审、可研管理、后评估等业务流程，构建“一库四中心一体系”，实现电网发展数据资产化、流程规范化、业务自动化、管理精益化、决策智能化，建设目标如图1所示。

图1 建设目标

构建电网规划综合数据库。实现发展专业内外部数据集成和数据管理，形成系统、准确、高效、简洁的规划综合数据库，涵盖数据集成、数据生产、数据存储、指标管理、数据加工及信息服务等过程，对内支撑电网业务应用，对外提供信息咨询服务。

构建电网规划数据分析中心。依托电网规划综合数据库，开展电网现状分析、诊断分析、负荷分析、投入产出分析等业务，实现电网数据的在线智能分析与离线综合分析，全面反映电网现存问题与未来发展方向，支撑发展各专业业务应用，为电网精准投资奠定数据基础。

构建电网规划创新研发中心。借助平台庞大的电网规划数据资源，以及大数据、云计算等先进技术，开展全球能源互联、主动配电网、新能源及多元化负荷接入等前沿技术研究，搭建全省电网规划创新研发中心，实现技术、理论、方法、管理的多级突破，培育高精尖创新人才，抢占电网规划领域研发制高点。

构建电网规划辅助决策中心。以服务电网规划各核心业务为目标，借助负荷分析预测、电网诊断分析、薄弱环节评估与预警、电网仿真计算等，开展对规划数据的在线分析，诊断薄弱环节，明确发展策略，优化规划方案，为电网规划提供辅助决策依据，提升电网投资的精准性。

构建电网规划成果展示中心。固化规划成果、可研成果、设计成果、创新成果等研究成果，借助多维动态可视化技术，实现成果的智能化在线展示。

构建电网发展全过程闭环管理体系。建立基于大数据处理和可视化展示的全过程集约化、精益化电网发展管理信息系统，构建规划项目管控系统，为规划业务人员提供一个高效的协作平台，实现如图2所示的 “电网诊断—电网规划—项目可研—项目实施—项目后评估”全过程信息化精细管理，保证规划的科学性、精准性，计划的刚性和执行效果。

图2 电网发展全过程闭环管理体系

1.2 建设思路

以电网精益发展为分析应用对象，依托能源大数据、云计算、物联网、移动应用等现代信息网络技术，充分吸收“互联网+”理念，全面加强互联网与智能电网融合，深入挖掘电网规划相关有效信息并进行精细化应用，实现发展诊断自动化、供需预测精准化、规划设计精益化、项目管控实时化、分析决策智能化。同时，规范业务流程，整合电网发展全过程信息资源，实现规划项目全过程闭环管理与动态可视化监控，提高电网发展的效率和质量。

图3是规划平台的整体技术架构，分为多源数据接入、异构数据融合、服务体系构建、业务应用构建等4个层级。首先采用WebService、ETL等技术，实现PMS、EMS、智能监控平台、电网GIS平台、营销管理系统等多个系统数据的接入；其次对多系统接入的异构数据进行深度融合，深层次挖掘数据价值，自下而开展数据融合聚合，逐步支撑规划业务；自上而下逐级穿透，并对敏感数据精准定位；然后通过对电网规划业务进行分析抽象建模，封装形成电网规划业务服务总线，使系统展示与业务逻辑分类，并适应多种类型终端设备的业务应用；逐步构建覆盖省市县3级各种类型终端的业务场景应用，全面支撑电网规划业务的开展。

1）构建电网规划综合数据库。

横向集成融合电网公司系统内PMS、GIS、EMS、智能配网监控、用电信息采集等业务系统数据，纵向梳理贯通电网诊断分析、规划编制、规划评审、可研管理、后评估等业务，构建大规划基础数据库，利用数据资产管理工具对大规划基础数据资源进行有效管理，实现电网内外部数据集成和数据管理，形成简单、系统、准确、高效的规划数据库，涵盖数据集成、数据生产、数据存储、指标管理、数据加工及信息服务等过程，对内支撑电网业务应用，对外提供信息咨询服务。

2）构建负荷分析预测系统。

建立涵盖不同电压等级、不同时间尺度、不同地域特性的电力供需分析平台，从用电量与负荷增长规律、用户用电行为规律、负荷空间分布规律等方向构建电力市场分析预测因素指标体系，建立适应多层级多变量因子的负荷预测模型，构建“负荷分析、负荷预测、负荷管理以及预测结果校核”一体化管理机制，实现用户负荷、母线负荷、分区负荷、全电压等级负荷四级不同时间粒度要求的电网负荷定量计算和定性分析，为电网潜在风险预警、电网运行管理以及精准规划奠定基础。

3）构建电网诊断分析系统。

依托电网规划综合数据库，通过数据的多维筛选，深入挖掘对电网诊断分析有价值的数据，构建电网诊断分析体系，实现覆盖全省全电压等级电网的状态扫描、诊断评估，实时诊断省、市、县三级电网状态，自动预警电网薄弱环节，提出具体诊断意见和预防控制措施，有效提升电网规划精准度。

4）构建电网图形管理系统。

图3 技术架构

采用云服务与图形隔离技术，构建基层单位独立绘制、各层级有效衔接、全省统一管理的多层级协调电网图形管理体系，实现省、市、县三级电网规划同步联动与无缝衔接；集成融合电网负荷信息、设备信息、地理信息、气象信息、敏感信息、规划信息等多维度信息，实现电网薄弱环节的可视化再现、空间负荷增长的精准预测、电网仿真计算的模型搭建、规划可研方案的优化比选、项目实施效果的科学评估。

5）构建电网仿真计算系统。

在电网规划综合信息数据库基础上，构建电网规划计算支撑数据库，实现规划数据智能云存储和结构化管理；针对电网规划不同层次、不同业务类型的海量计算需求，利用智能云实现计算校核、规划方案优选和专题研究等计算服务，为大规模省域电网规划辅助决策提供全面支撑。

6）构建规划可研评审管理系统。

以电网多源信息融合为基础，以集成各类地理信息、敏感点信息的电网规划GIS图形管理系统为载体，将大量的各类孤岛式信息进行在线集成融合，实现规划、可研成果的在线智能化评审；以远程信息传输技术为基础，移动智能终端为载体，加强各地区的业务交流，构建覆盖省、市、县的3级规划可研评审管理系统，实现多地专家资源的共享与支援。

7）构建经济技术评估系统。

以提升电网投入产出效益为目标，挖掘项目投入产出的内在联系，建立科学合理的评价指标体系，构建基于海量数据综合分析的电网投入产出效益评价系统，实现电网整体与局部、横向与纵向的全方位评价，为电网公司投资决策提供依据。

8）构建项目全过程闭环管控体系。

建立基于平台的全过程集约化项目管控体系，形成涵盖省、市、县3级、覆盖电网发展各业务、统一完整的信息管理系统，实现以项目为主线的“诊断—规划—可研—实施—后评估”全过程闭环管理，实现对项目的全方位、全寿命周期集约化、精益化管控。建立多级联动协同规划机制，实现电网规划精细化，电网项目精确化，电网管理精益化，电网投资精准化。

2 平台主要功能及其实现

电网规划智能决策平台面向电网发展各环节业务流程，以信息化手段支撑电网发展决策与项目管理，涵盖电网规划综合数据库、综合信息管理系统、三级项目库管理系统和电网规划图形管理系统等基础业务系统，同时涵盖多层次协调互补的负荷分析预测系统、多维信息融合的规划GIS支撑系统、基于大数据融合与智能感知的电网诊断分析系统、电网薄弱环节评估与预警系统、电网规划辅助仿真云计算系统、“掌上数据”辅助决策系统、规划可研智能评审系统、电网投入产出效益评价系统等高级应用，实现电力流、信息流与业务流的高度一体化。平台业务系统如图4所示。

图4 电网规划智能决策平台业务系统

平台主要功能及其实现如下。

1）基于多源数据融合与分析的电网规划综合数据管理。

采用Kafka、Sqoop、增量捕获等多种技术手段，设计支撑电网业务全流程管理的数据结构，开展数据关联分析和整合迁移，实现海量数据的高效接入与深度融合，形成集数据融合、存储、挖掘、建模、计算及分析于一体的电网规划综合数据库，实现设备数据库、运行数据库、图形数据库、规划数据库的“四库合一”，为电网发展提供全链条数据支撑和信息咨询。

2）基于实时数据的在线负荷分析预测。

通过对电网负荷数据的实时在线采集和历史数据的综合分析，构建基于多源GIS信息的空间负荷预测系统，建立“负荷分析、负荷预测、负荷管理以及预测结果校核”一体化管理机制，实现不同时间尺度要求的电网负荷精准预测和计算分析。

3）基于大数据融合与智能感知的电网诊断分析。

构建三维电网诊断指标体系，建立基于大数据融合的电网诊断模型，实现省市县三级、全电压等级全景立体化电网状态扫描，自动诊断电网薄弱环节，有效提升电网规划精准度。建立电网薄弱环节预估模型，预演电网发展规律，超前预判电网在未来时间窗内负荷水平下的适应性，对电网潜在薄弱环节与风险进行预警，提出预防控制措施，保障电网的安全稳定运行。

4）基于多源信息集成的电网规划图形管理。

基于GIS空间异构数据集成技术，将电网信息、气象信息和敏感点信息融合于“一张GIS图”，为电网薄弱环节可视化、空间负荷精准预测等高级应用提供支撑。采用云服务与图形隔离技术，实现图形灵活切割与无缝拼接，构建多层级协调电网图形管理体系，实现地理接线图、电网GIS图、电气接线图的“三图合一”，建立图形标准化绘制、成果序列化管理的工作模式，提升电网图形全过程管理的智能化与信息化水平。

5）基于云计算的电网规划方案辅助决策。

利用智能云技术，实现数据资源的分布式维护、结构化管理以及计算校核、规划方案优选和专题研究等计算任务的动态分配与整体协调，满足省、市、县各电压等级电网不同业务类型的计算需求，为省域电网规划辅助决策提供全面支撑。

6）基于电网规划综合数据库的规划可研管理。

基于平台的数据管理、诊断分析、负荷预测以及图形管理等业务功能，实现对规划可研的网络化、无纸化远程智能评审，加强评审业务的全过程信息化管控。

7）基于投入产出效益分析的经济技术评估。

利用历年投入产出数据及指标变化情况实现对电网投入产出效益的双维度分析，在纵向维度实现投入产出有效性评价分析，在横向维度实现投入产出有效性对比与排序，实现了整体与局部、横向与纵向的全方位评价，为精准投资提供了支撑。

8）基于智能移动终端的“掌上数据”辅助决策。

建立基于智能移动终端的“掌上数据”辅助决策系统，实现规划业务的终端化和大规模电网信息的移动互联，实现了全省电网规划管理跨地域、跨时间的在线协同管控，提高了项目的精细度与规划的精准度。

3 工程应用

目前电网规划智能决策平台已在山东省17地市公司、98个县公司开展全面推广应用，在山东电网滚动规划修编、中央投资项目、迎峰度夏（冬）负荷实测、电网发展诊断、电力需求预测、规划可研评审、项目库管理等工作中发挥了重要作用。主要表现在3个方面。

一是借助平台的电网规划数据资源，梳理了电网规划项目并实现了项目的优化排序，以此为基础开展了电网规划前沿技术研究。借助电网仿真计算分析和智能化的规划可研评审系统，实现了规划项目的经济技术方案比选，进一步提升了电网规划项目的可行性和经济性。

二是通过平台电网诊断分析与电网GIS的有机衔接，实现了电网问题诊断可视化追根溯源与精准定位，针对性地提出问题治理与电网改造建设方案，实时跟踪问题治理成效，实现了“现状诊断—问题治理—项目跟踪—建设成效评价”闭环业务的全过程信息化管理。

三是通过平台多源数据、信息的高度集成与共享，创建集约化、专业化、精益化的电网规划管理模式，切实减轻了规划专业班组的工作负担，提升了规划的效率和质量。以“十三五”农网规划工作为例，原先需要省、市、县（区）三级人工统计的133套9000余张35万个数据，通过平台实现自动分析、校对和统计，数据处理工作量缩小90%以上。

平台以服务电网规划各核心业务为目标，有力支撑了电网规划业务的开展，提升了电网整体发展水平，为电网企业带来了可观的效益。

4 结语

结合电网发展需求，加强各信息系统和业务系统的高度融合，建立贯通各层级、集成各业务、信息高度共享的电网规划智能决策平台，开展精准投资分析，实现了电网规划数字化辅助决策，提高了规划专业的智能化和信息化水平。

电网规划智能决策平台建设是一个复杂的工程，由于时间限制等因素，平台建设还有一些尚需完善的方面，下一步将从功能扩展和推广应用两个方面着手进一步提升平台开发的深度和广度，全面服务于电网智能化发展。