突破關鍵技術，打破國際壟斷

構建規(guī)模大、覆蓋廣的先進電網時空信息服務網絡

——記國網信通產業(yè)集團榮獲2018年度國家科技進步二等獎

　　電網是關系國計民生及國家安全的戰(zhàn)略性基礎設施，全面數字化與全面信息化的時空電網是數字中國和智慧社會的重要基礎。電網設備設施管理離不開地圖，電網規(guī)劃、設計、建設、運行、客戶服務都依賴地圖，可以說電網是電氣網絡與地理網絡的統(tǒng)一，地理信息技術是實現(xiàn)電網全面信息化的關鍵。但是，由于電網設備數量龐大、設備間關系緊密、設備變化頻繁等特點，使得電網的地理信息很難與電氣信息進行統(tǒng)一，嚴重阻礙了物理電網向全信息化數字電網的轉變，需要地理數據管理和分析計算方面進行突破。與歐美國家相比，我國擁有全球規(guī)模最大、結構最復雜、用戶最多的復雜大電網，如何為其提供全面、即時和準確的時空信息服務沒有可借鑒的經驗。

　　由國網信通產業(yè)集團牽頭，聯(lián)合武漢大學等科研機構，由廈門億力吉奧信息等產業(yè)單位共同研發(fā)完成的項目《復雜大電網時空信息服務平臺關鍵技術與應用》榮獲國家科技進步二等獎，是測繪行業(yè)服務國際一流企業(yè)的標志性成果，推動了我國電網地理信息技術進入國際先進行列，是地理信息技術在行業(yè)應用領域的重要創(chuàng)新。

　　這是國網公司信息通信領域首次獲得國家級獎項，實現(xiàn)了國網公司信息化工作歷史性突破。在這來之不易的成功背后，凝聚著國家電網人與合作伙伴的智慧和心血，依靠的是對黨和國家、對事業(yè)高度負責的態(tài)度，彰顯的是實事求是的科學精神、敢為人先的創(chuàng)新精神、百折不撓的奮斗精神和團結合作的集體主義精神。

　　強強協(xié)作，開展聯(lián)合型攻關

　　李克強總理在國家科學技術獎勵大會上說：“要以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，把握世界新一輪科技革命和產業(yè)變革大勢，緊扣重要戰(zhàn)略機遇新內涵，深入實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略，加快創(chuàng)新型國家和世界科技強國建設，不斷增強經濟創(chuàng)新力和競爭力?！?/p>

　　在國家電網公司總部及下屬相關單位的大力支持下，聯(lián)合多家科研單位，共同組成的“復雜大電網時空信息服務平臺關鍵技術與應用”項目團隊，歷經十多年攻關，突破了復雜大電網時空信息服務平臺關鍵技術：創(chuàng)建了雙空間一體化電網時空信息模型；提出了復雜大電網時空拓撲的秒級實時重構技術；構建了基于北斗系統(tǒng)的電網資源信息可信高效更新技術體系；研發(fā)了具有完全自主知識產權的復雜大電網時空信息服務平臺，構建了全球規(guī)模最大、覆蓋最廣的先進電網地理信息服務網絡。

　　砥礪創(chuàng)新，突破關鍵性技術

　　電網是頻繁變更的復雜時空網絡，地理信息技術在電網管理中應用，需要對地理信息的基礎方法上開展創(chuàng)新，主要包括數據模型、高性能分析方法、高效的數據更新和可靠的對外服務等方面。

　　首先，實現(xiàn)多層次、多類型、多語義的時空信息表達。電網設備設施由于其組成模式不同、拓撲結構迥異，存在復雜業(yè)務關聯(lián)，造成電網時空信息在地理-電氣空間及多類業(yè)務中的分割分裂，迫切需要發(fā)展兼顧地理空間與電氣空間的統(tǒng)一時空信息模型。

　　其次，存在受限信息下復雜大電網拓撲信息全網實時重構的性能瓶頸問題。電網中少量節(jié)點的電氣變化將觸發(fā)大規(guī)模節(jié)點的狀態(tài)與結構瞬變，導致數字電網與物理電網的狀態(tài)與結構不一致。非實時重構將導致電網拓撲分析、負荷轉供錯誤，給現(xiàn)場作業(yè)和安全用電帶來巨大風險，迫切需要發(fā)展復雜大電網拓撲結構和狀態(tài)的實時重構技術。

　　再次，復雜大電網資源信息的高效可信更新問題突出。多源多態(tài)電網資源信息獲 取存在位置失準、更新滯后、安全隱患等問題,導致電網資源信息質量差和現(xiàn)勢性低，嚴重影響了電網運維檢修與調度安全，迫切需要發(fā)展電網資源信息的高效可信更新技術。

　　據“復雜大電網時空信息服務平臺關鍵技術與應用”項目主要負責人國家電網公司信息通信部主任王繼業(yè)介紹，針對這些難題和需求，項目組在國家科技計劃等支持下，歷時多年攻關，對復雜大電網時空信息平臺關鍵技術進行了拓展性與集成性創(chuàng)新，建立了服務于復雜大電網的一體化時空信息平臺，研制了覆蓋電網所有核心業(yè)務的一系列應用系統(tǒng)。該項目共有4個突出的創(chuàng)新點：

　　1、創(chuàng)建了雙空間一體化時空信息模型

　　針對電網時空信息同時分布于地理空間和電氣空間,具有多源異構、動態(tài)拓撲、相互映射等復雜特征，項目創(chuàng)建了雙空間一體化電網時空信息模型，實現(xiàn)了地理空間與電氣空間深度融合的全要素全業(yè)務統(tǒng)一建模表達，突破了復雜大電網巨量異源時空信息的關聯(lián)映射難題,實現(xiàn)了與IEC等電氣標準的統(tǒng)一，提高了電氣空間業(yè)務的空間決策能力，支撐了國家電網近2000類實體的全局時空一致建模。

　　2、提出了復雜大電網時空拓撲的秒級實時重構技術

　　電網有限節(jié)點的改變會導致拓撲狀態(tài)和結構發(fā)生變化，高頻時變特征對信息服務的實時性和重構能力提出了極高要求，常規(guī)拓撲分析方法效率較低，無法滿足電網拓撲實時重構的需求。項目提出了復雜大電網時空拓撲的秒級實時重構技術，突破了分布式拓撲計算的性能瓶頸，構建了動靜態(tài)服務自適應調度的高并發(fā)時空信息計算引擎，將停電決策分析、負荷轉供等電網拓撲分析業(yè)務處理時間由同類技術的分鐘級縮短到秒級，提高了電網調度控制、應急搶修等業(yè)務的安全性與效率。

　　3、構建了基于北斗系統(tǒng)的電網資源信息可信高效更新技術體系

　　電網設備規(guī)模龐大、資源信息變化頻繁，傳統(tǒng)更新維護方法存在獲取流程繁瑣、更新滯后、位置失準等問題，且過于依賴GPS，缺乏安全防護，難以保證大規(guī)模電網資源信息的高效可信更新與交換，嚴重制約了電網核心業(yè)務的精準開展；同時，內外網之間存在多種數據交互方式，且具有低時延、高并發(fā)等需求。項目構建了基于北斗系統(tǒng)的電網資源信息可信高效更新技術體系，創(chuàng)建了電網資源信息“一次采錄，一體更新”的全過程自主模式，攻克了跨內外網的數據安全高效交換難題，將電網資源信息更新效率提升了約10倍，消除了電網資源信息更新滯后導致數字電網與實際電網不一致帶來的調度安全隱患。

　　4、研發(fā)了具有完全自主知識產權的復雜大電網時空信息服務平臺

　　長期以來，國內電網GIS平臺被國外產品壟斷，集成層次淺、實用化程度低、擴展性差、時空信息孤島化嚴重，完全無法滿足全信息化數字電網的建設需要。項目研發(fā)了具有完全自主知識產權的復雜大電網時空信息服務平臺, 構建了全球規(guī)模最大、覆蓋最廣的電網地理信息服務網絡，研制了全面支撐“輸電、變電、配電、用電及調度”等核心業(yè)務的電網 GIS 應用系統(tǒng)，實現(xiàn)了國家電網GIS平臺與應用的全面自主可控，有力支撐了國家電網公司智能電網建設。

　　技術難度，遠超國內外系統(tǒng)

　　“復雜大電網時空信息服務平臺關鍵技術與應用”項目，其覆蓋范圍、應用規(guī)模、技術難度和工程復雜度等均超過國內外類似系統(tǒng)。

　　據“復雜大電網時空信息服務平臺關鍵技術與應用”項目主要負責人國家電網公司信息通信部主任王繼業(yè)介紹，項目已在國家電網公司全面應用三年以上。實現(xiàn)了地理信息技術與電網規(guī)劃、勘測設計、調度運行、運維檢修、營銷客服、防災減災與應急指揮、保供電等電網核心業(yè)務的深度融合。

　　打破壟斷，實現(xiàn)GIS自主可控

　　項目打破了長期以來由國外GIS平臺對電力行業(yè)的壟斷，實現(xiàn)了國家電網GIS全面國產化；率先統(tǒng)一應用我國CGCS2000坐標系、建設電力北斗精準服務網，為電網資源信息更新提供統(tǒng)一、連續(xù)穩(wěn)定的時空基準，保障了國家電網基礎設施的信息安全。

　　項目研發(fā)了完全自主知識產權基于云計算的電網時空信息服務平臺，實現(xiàn)了跨行業(yè)技術深度融合，提升了電網GIS科技水平。項目成果已在國內電力相關行業(yè)應用，并在“一帶一路”沿線部分國家得到推廣，實現(xiàn)了關鍵技術的出口，提高了國際影響力。

　　肩負重任，保障電網安全

　　項目提高了電網管理的精細化水平，提升了應對突發(fā)情況的能力。在電網日常管理方面，通過精準高效的分析，能降低電網運維工作量，大幅縮短故障修復時間，提高用電服務質量；在防災與應急方面，通過大范圍電網計算模擬實現(xiàn)電力負荷轉移和搶修資源調度，降低災害影響，保障電網安全。此外，項目還為2017年杭州G20、廈門金磚會議，多年“兩會”等國家重大活動保供電提供了技術保障。

　　成果豐碩，進入國際化行列

　　項目成果已應用于國家電網總部、27個省級電力公司、336個地市和1764個縣級單位、3.5萬多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電所和營業(yè)廳全覆蓋。建立了由 27個省級主干節(jié)點、1000余個地市服務節(jié)點、10萬余個班組操作節(jié)點構成的全球最大的公用事業(yè)地理信息服務網絡，在系統(tǒng)運行上，工作日日均在線用戶數72萬，電網GIS支撐相關信息系統(tǒng)平均可用率達到99.96%。在應用水平上，日均時空信息服務調用1000余萬次，實現(xiàn)了對國家電網15.2億余臺電網設備全時態(tài)信息的全在線管理。服務于70萬行業(yè)專業(yè)管理用戶和3.5億供電客戶/智能電表，服務了11億人口。

　　近三年，項目所產生的直接經濟效益達79余億元，由第三方測評機構估算項目對提供應用證明的部分單位所產生的間接經濟效益約129余億元。項目成果還應用于臺風、地震、冰災等重大自然災害處置及歷年國家重大活動的保供電工作，提升了電網應急響應及處置能 力，取得了重大的社會效益。部分成果已推廣應用到國內能源相關行業(yè)，并在 “一帶一路”沿線部分國家得到推廣，實現(xiàn)了自主核心技術產品的國際化輸出。

　　項目建立和完善了產學研協(xié)同創(chuàng)新機制，在人力資源管理、多類型創(chuàng)新團隊管理方面進行了制度創(chuàng)新，發(fā)揮產學研合作優(yōu)勢，項目培養(yǎng)了2000多名跨學科、復合型高科技人才。

　　項目獲得發(fā)明專利45項、軟件著作權58項，出版專著7部，制定各類標準16項，發(fā)表論文121篇。獲中國地理信息產業(yè)協(xié)會、中國電機工程學會等省部級一等獎5項，項目四項應用成果獲中國地理信息產業(yè)協(xié)會優(yōu)秀工程金獎。