隨著我國碳達峰碳中和工作穩(wěn)步有序推進，新型電源大量涌現(xiàn)，電源結(jié)構(gòu)、負荷特性發(fā)生改變，電網(wǎng)正從單向逐級輸電為主的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，向交直流混聯(lián)大電網(wǎng)和微電網(wǎng)、局部直流電網(wǎng)、可調(diào)節(jié)負荷共同構(gòu)成的能源互聯(lián)網(wǎng)演變。電網(wǎng)運行特性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樵淳W(wǎng)荷儲協(xié)同互動的非完全實時平衡模式、大電網(wǎng)與微電網(wǎng)協(xié)同控制模式。
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(guān)系型數(shù)據(jù)庫隨著關(guān)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�；趥鹘y(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫技術(shù)的數(shù)據(jù)管理模式和計算方法，難以適應(yīng)新型電力系統(tǒng)大規(guī)模、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高并發(fā)實時分析計算要求。而圖計算技術(shù)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(shù)
圖計算是一種用“節(jié)點”表示實體、用“邊”表示實體之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以圖論為基礎(chǔ)、對現(xiàn)實世界的“圖”結(jié)構(gòu)進行抽象表達的計算模式，可實現(xiàn)具有復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)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(luò)中，個體用“節(jié)點”表示，個體之間的好友關(guān)系就用“邊”表示。
圖計算技術(shù)可以靈活記錄實體之間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)系，利用“邊”所表達的關(guān)系能夠直接獲取實體記錄，省去了關(guān)系數(shù)據(jù)庫處理“表關(guān)聯(lián)”所必須花費的計算性能開銷。近年來，圖計算技術(shù)在社交網(wǎng)絡(luò)、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(lǐng)域得到應(yīng)用。
圖計算技術(shù)在電網(wǎng)應(yīng)用場景中的優(yōu)勢
在“電網(wǎng)一張圖”的發(fā)展目標(biāo)下，結(jié)合新型電力系統(tǒng)特性，圖計算技術(shù)在全景電網(wǎng)拓撲構(gòu)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(yīng)用場景中具有優(yōu)勢。
●全景電網(wǎng)拓撲構(gòu)建與數(shù)據(jù)融合及分析
圖計算技術(shù)可以有效描述、高效表示復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)系的全景電網(wǎng)拓撲，克服傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲管理存在的模型復(fù)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(chǔ)，融合多源、多類型電網(wǎng)數(shù)據(jù)，圖計算技術(shù)可以支撐電網(wǎng)跨業(yè)務(wù)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(shè)備投運、老舊設(shè)備退役、電網(wǎng)規(guī)劃拓撲結(jié)構(gòu)改變等電網(wǎng)動態(tài)變化。
圖計算技術(shù)可以通過整合相關(guān)數(shù)據(jù)構(gòu)建面向電網(wǎng)一次設(shè)備的數(shù)據(jù)庫，提升跨業(yè)務(wù)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(shè)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(shè)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(shù)，可以提升在線狀態(tài)評估、潮流計算和預(yù)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(luò)，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(guān)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(zhǔn)聚合和匹配、關(guān)鍵詞的理解以及搜索意圖的語義分析�；趫D計算技術(shù)的圖數(shù)據(jù)庫能實現(xiàn)知識圖譜構(gòu)建、存儲、展現(xiàn)、檢索及服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化、自動化、靈活化，提升關(guān)聯(lián)圖譜構(gòu)建和分析能力，促進數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)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(wù)需求為導(dǎo)向，從2015年開始進行圖計算技術(shù)攻關(guān)，自主研發(fā)電力專用圖數(shù)據(jù)庫GridGraph，實現(xiàn)了核心技術(shù)工具的創(chuàng)新和自主可控，支撐“電網(wǎng)一張圖”建設(shè)。目前，相關(guān)技術(shù)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(yīng)用。
●電力專用圖數(shù)據(jù)庫GridGraph
作為具有自主知識產(chǎn)權(quán)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(wù)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(yīng)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(shè)備管理應(yīng)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(shù)為內(nèi)核的供電公司級營配調(diào)一體化平臺。該平臺與國網(wǎng)上海電力電網(wǎng)業(yè)務(wù)中臺融合集成，支撐了營配調(diào)一體化示范應(yīng)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(shè)備資產(chǎn)精益管理系統(tǒng)（PMS2.0）。
●電網(wǎng)調(diào)度控制應(yīng)用
國網(wǎng)智研院研究了關(guān)系數(shù)據(jù)模型向圖數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換機制，落實國調(diào)中心調(diào)控云建設(shè)要求，匯集了四川省發(fā)、輸、變、配約350萬臺設(shè)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(shè)，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(shù)還應(yīng)用于虛擬場景能量管理系統(tǒng)，可在300毫秒內(nèi)完成在線狀態(tài)評估，100毫秒完成潮流計算，2秒內(nèi)完成50組預(yù)想故障分析，在線計算效率提升10～20倍，提高了調(diào)度人員對電網(wǎng)的駕馭能力。
●電網(wǎng)知識圖譜應(yīng)用
構(gòu)建電力設(shè)備資料知識圖譜，涵蓋實體32萬個、關(guān)系5500萬條，實現(xiàn)設(shè)備資料的廠家、設(shè)備型號、設(shè)備參數(shù)及關(guān)聯(lián)場站等知識的精準(zhǔn)檢索、智能問答。為國網(wǎng)信通公司構(gòu)建智能客服圖譜，涵蓋實體9432個、關(guān)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(yīng)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(yīng)用
為物理設(shè)備與通信設(shè)備、物理網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)以及物理設(shè)備與通信設(shè)備的交互關(guān)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(yīng)用將支撐億級規(guī)模CPS網(wǎng)絡(luò)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(luò)分析能力。
圖計算在電力領(lǐng)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(shè)和運行控制等方面有廣闊應(yīng)用空間。