智能电网实践的关键数字技术研究及应用.pdf

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1、1张文瀚2020年11月5日http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved2http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved当今世界新一轮科技革命和产业变革蓄势待发，以互联网、大数据、人工智能等为代表的新一代信息技术日新月异。以数字驱动为特征、数据资源为要素的数字经济蓬勃发展，在激发经济增长新动力的同时，也加速了时代与社会的变革。电子书自动导航电子商务数字政府数字化正在对人类产生着前所未有的深刻变化健康码数字防疫移动支付3ht

2、tp:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved运用数字技术进行实时的全数据分析，能够预测性、前瞻性地为电网提供决策支持，提升敏捷响应的能力，进而对传统管理模式、业务模式、商业模式进行创新和重塑，真正做到数字技术驱动、电网业务需求驱动的“双驱动”。4传统电网数字技术http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved5http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Re

3、served2 智能电网的数字化整体解决方案6北斗物联网平台云计算大数据AI物理电网输电智能网关变电智能网关配电智能网关端边管云基于南方电网全域物联网“云-管-边-端”架构，围绕智能输电、变电、配电等业务场景，采用“系列传感+边缘技术+多类型通信+数据融合”技术路线，形成终端到系统应用的整体解决方案。在线监测摄像头机器人无人机遥感卫星北斗卫星在线监测负荷监测设备状态监测环境监测视频监控传感器有线网络无线公网电网管理平台客户服务平台运营管控平台调度运行平台智能电表http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved7

4、全面感知物联与传输人工智能数字化保障数字中台技术数字应用技术数字化基础技术标准网络安全全栈自主可控全域物联的输变电运行空天地一体的输电数字技术数字建模的变电站数字技术全融合透明的配电网云数一体化底座式数据中心统一数据模型企业级中台基于中台敏捷应用2 智能电网的数字技术架构http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved-基于微型智能电气量与非电气量传感、高能量密度空间取能、负荷均衡调度等关键技术，研制微型电场芯片、智能局放传感器、智能变电传感器、模块化标准化通用软硬件平台，实现高效、全面、可靠的数字感知。智能电

5、网建设对感知体系建设提出新的要求关键技术研究智能电网要求智能电网建设对数据感知和采集提出新要求现有采集装置缺点 对电网所有一二次设备状态、网架状态实现全面感知 安全、实时、准确地实现数据采集与传输 感知设备需要微型化、智能化、便捷化，成本大幅降低，适合广泛部署智能终端智能传感基于MEMS振动和多通道声学的绕组状态传感技术平行冗余供电的多参数集成智能输电传感技术基于微型集成芯片的智能电气量与非电气量传感器件开发技术基于微机电界面耦合的微型传感芯片技术基于永磁谐振耦合的低频磁场能量采集技术 数据采集范围和质量不足、智能化与数字化程度不高 体积庞大、成本造价高、升级维护困难 采集装置种类繁多、集成度

6、不高8基于多业务融合采集的配电边缘智能终端基于自研芯片及操作系统的全息感知电能表支持多进程与动态装载的实时操作系统技术多容器多业务同步的负荷均衡调度技术研发模块化标准化的通用软硬件平台“伏羲”芯片小微传感器http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved9智能电网建设对通信提出的能力要求关键技术研究接入管理需要提升资源动态管理能力，通信资源按需配置、灵活调度电力物联网感知层网络资源敏捷动态调配关键技术基于IPV6的网络流量可视化管理技术接入规模需要提升亿级规模通信接入能力，满足海量传感高并发接入，实现电网状态的

7、实时感知 mMTC技术（Massive MachineType Communication，大规模机器类型通信），嵌于蜂窝系统的窄带物联网技术灵活适应需要提升复杂场景适应能力，野外、管沟等复杂场景异构、灵活组网，满足广域异地测量。混合异构电力通信网管控智能化技术意图驱动的智能认知网络技术接入性能需要提升通信接入性能，具备千兆以上接入，400G以上骨干传输，微秒级高精度授时。微秒级硬件透传式5G高精度授时技术 5G网络切片及资源动态编排技术单波道100G速率POTN超长站距光传输关键技术研究大跨距高带宽大气激光通信技术智能电网建设对通信提出的能力要求面向万物互联，基于大规模接入、高并发、高带宽、

8、智能编排、动态管理、多模态异构通信组网技术，建设全域覆盖、高性能、高可靠的通信网络及物联网平台，解决智能电网感知不全、实时性不足等问题，实现全息实时感知物理电网，支撑智能电网实现。物联网平台http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved10基于“云-边-端”协同的全栈式人工智能平台，形成数据、算力、算法与应用的有效闭环，利用计算机视觉、智能语音语义及大数据智能技术，全面提升智能电网感知能力、认知能力、决策能力与协同能力。全栈式人工智能平台关键技术研究感知能力多模态数据融合的视觉识别及场景语义理解技术时序视频跨

9、摄像头、多目标实时跟踪技术自然声学场景的听觉感知及多语种语音转换技术自然交互环境的言语感知及多轮对话技术协同能力云边端协同计算架构框架、应用技术及标准体系自主无人系统的协同感知与交互技术知识驱动的人机物三元协同与互操作技术决策能力大规模、高效、可重构类脑智能计算技术面向隐患、缺陷、故障的小样本学习及实时预警技术面向数字孪生的深度强化学习、自主学习等高级机器学习技术认知能力知识抽取、表征及垂直领域知识图谱构建技术跨领域知识图谱逻辑推理及快速检索技术数据驱动与知识引导相结合的人工智能新技术http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Righ

10、ts Reserved11物理电网镜像电网智能电网建设对数据中心提出的能力要求关键技术研究智能电网建设对数据中心提出的能力要求数据计算需要提升面向实时数据和离线数据的融合计算能力，突破大数据量的算力瓶颈融合云计算架构、批流一体融合计算架构和并行计算架构的多模计算技术数据接入需要提升对多源数据的实时接入和汇聚能力，实现电网状态的实时感知基于增量数据动态感知的实时数据捕获技术数据治理需要提升对数据的掌控能力，增强数据的可信度基于元数据分析及实时数据监控的数据全链路血缘追踪技术数据存储需要提升对异构数据的统一存储能力，进一步增强全网数据的集中度支持事务型和分析型数据的混合事务和分析处理技术面向结构化

11、数据、时序数据等多模态数据统一存储技术基于统一的信息模型实现全域采集，采用动态本体建模、实时数据捕获、多模数据存储、多模计算架构、全链路血缘追踪技术，建设全网一级部署的云数一体底座式数据中心，解决数据多头管理造成的不一致问题，融合IT/OT数据，全息实时反映物理电网状态，支撑智能电网实现。http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved依托底座式数据中心，实现事务型数据库（On-Line Transaction Processing）和分析型数据库（On-Line Analytical Processing）的

12、融合，有效提升数据一致性。目前已完成生产、营销、调度、人资、财务、综合、新兴业务的实时全域采集，数据量已超过2PB数据，满足公司各层级业务对数据应用的需求；对外支撑数据开放和数据产品开发，创新服务和商业模式。2.2 电网数字中台：底座式数据中心底座式数据中心 统一为分析型应用与事务型应用提供支撑 提供涵盖传输、存储、计算的全技术栈 进行统一的模型设计，实现深入到物理库表的强管控 对业务应用进行涵盖可研、概设、开发、上线的全过程管控12http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved统一数字电网模型覆盖规建、项目

13、、供应链、生产、安全、营销、人资、财务等业务域的数据模型设计，涉及数据库表1.2万张，属性字段26万个。在传统模型设计仅覆盖概念模型和逻辑模型的基础上，实现对物理模型的统一设计和落地管控，真正确保数据模型在应用开发中落地，从而有效解决数据定义不统一、颗粒度不一致、数据无法有效对齐和协同共享问题。OneModel统一数字电网模型基于数据建模工具，业务上“同一数据”统一规范设计一次唯一编码实现数据关联一数一源消除数据差异业务部门只需要关注本业务域业务模型，其底层数据模型由统一数据模型进行支撑全域数据集中统一管理：有助于发挥数据的规模效应，有助于发挥人工智能、大数据等数字技术的能力。统一数据标准与数

14、据模型：实施统一数据标准与统一模型管控，确保数据质量完整性、准确性、一致性、实时性。全域统一数据建模2.2 电网数字中台：统一数据模型13http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved前台业务应用电网管理平台客户服务平台.调度运行平台运营管控平台后台事务型数据分析型数据时序型数据非结构化数据数据底座南网云平台PaaS平台IaaS平台技术组件服务中台业务服务项目中心员工中心设备中心服务设计服务注册服务代理服务监控服务管理财务中心数据服务项目服务库预算服务库组织服务库人员服务库设备服务库电网服务库作业服务库故障缺

15、陷服务库位置环境服务库物资服务库供应商服务库合同中心客户中心订单服务库产品服务库工单服务库铺渠道服务库销活动服务库客户服务库用户中心支撑服务共享管理平台权限服务库用户服务库合同服务库资金服务库账务服务库资产服务库通过企业级能力复用平台（中台），沉淀企业核心服务资产（业务服务、数据服务和技术服务），业务系统按需调用服务和数据，改变传统应用系统直接操作数据库所导致的跨系统数据不一致问题。目前已形成7大中心、23大服务库的310项业务服务、2591项数据服务。2.2 电网数字中台：企业级中台14http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Ri

16、ghts Reserved15基于统一的中台服务路线、云数一体、数据底座、微服务共享、大数据、人工智能等技术，快速灵活响应前端业务需求，构建开放、共享、敏捷、赋能的电网管理、客户服务、运营管控等平台，推动企业管理由业务驱动过渡至数字驱动，支撑业务管理变革。业务管理平台的能力要求关键技术研究业务驱动数字驱动业务管理平台的能力要求一线赋能面向微服务架构的轻量化人机交互软件技术基于可视化的新型三维模拟仿真技术，支撑电网运行及企业管理历史态、运行态、未来态决策快速分析、决策及模型自主演进的智能优化算法应用技术业务适配基于分布式账本的数据安全共享、追溯技术业务互信中台基础数据核心业务赋能基于业务最小颗粒

17、度灵活配置的交互式中台构建关键技术管理赋能基于增强现实的新一代智能人机交互与人机协同技术基于轻量化人机终端丰富、高效的可视化技术需提升业务协同、数据共享及可追溯能力，支撑业务协同的同时保障企业安全需要提升对数据资产价值挖掘能力，盘活电力数据富矿，支撑管理层需提升对管理模式、应用模式变化的快速匹配、敏捷迭代能力提升平台生命力需要提升对电网作业、基层人员支撑能力，解放操作层http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved基于一次系统模块化、二次系统集成化、高压设备智能化等关键技术，实现设备灵活组合和即插即用；研究无

18、人机集群作业、缺陷智能分析、智能网关边缘计算等技术，实现设备数据贯通共享及智能控制、设备态势自动感知，支撑智能巡视、智能操作、智能安全、智能决策。环境监测高压GIS智能穿戴摄像头无人机在线监测有线:ETH/RS232/RS485+无线:LoRa/ZigBee/WiFi机器人智能网关全域物联网平台二次终端变压器输变电运行支持平台智能巡视智能操作智能安全智能决策人工智能平台电网数字化平台基于模块化的一次系统软硬件即插即用技术一次模块化基于深度学习的高压设备快速诊断与定位技术智能设备基于智能芯片的二次系统集成化、一体化技术二次集成化16关键技术研究基于边缘计算智能网关的一体化运维业务技术基于缺陷样本

19、库，研究缺陷识别算法迭代基于北斗导航定位无人机集群协作自动巡检技术设备状态自动感知技术http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved关键技术基于多源高分遥感卫星的输电线路隐患精细化分类和智能识别技术基于北斗导航定位AI无人机集群协作自动巡检技术基于高精度激光点云三维模型的机巡航线自动规划技术基于全分布式光纤传感的声-热-振动（应变）多参量感知技术构建卫星监测、无人机巡检、在线监测一体的空天地协同作业体系，覆盖广域地理环境、输电线路通道、杆塔本体等不同维度，研究终端多参量感知、隐患遥感精细识别、无人机自动巡检等

20、技术，实现云、端、边协同智能分析，推动输电线路巡检向无人化、智能化、集群化发展。http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved从数字建模、全站感知、云边协同、业务智能方面开展研究，构建全景感知、风险可视、操作可达的孪生变电站，实现生产巡视、操作、安全、决策等业务的无人化、自动化、智能化、一体化。18关键技术融合AR与三维视图的变电站沉浸式运维操作技术基于分布式边缘网关的动态AI缺陷识别训练及下装应用技术基于数字仪表及新型巡检装置的变电站态势感知及故障快速定位多源数据融合的变电站高性能孪生建模及渲染技术云边协同

21、孪生建模全站感知业务智能http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved19基于三代配网智能网关，以智能配电房/智能台区/智能管廊为基础，实现配网可观可测可控，全面感知“五个在哪里”；研究基于知识图谱的设备状态评价和基于全域物联网的智能运维等关键技术，实现运行、巡检、管控全透明，全面支撑营、配、调、规、安业务开展。三代智能配电网关停电在哪里低电压在哪里风险在哪里负荷在哪里线损在哪里资源调配精细化过程管控可视化业务支撑一体化满足源-荷深度互动需求的配电网规划技术基于知识图谱的配电设备健康画像与运行评价技术基于全域

22、物联网的智能配电网智能运维技术基于全景态势感知的故障识别与抢修指挥技术研究基于人工智能和大数据驱动的配电网运行自趋优和自愈控制技术基于智能图像识别的现场作业安全管控技术关键技术http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved深化研究适应公司数字化发展的技术标准体系，加快相关领域核心技术标准制修订，充分发挥标准的引领作用，促进电网业务与数字技术的深度融合。20一次设备发、输、变、配、用全环节传感设备传统CT/PT、智能电气量和非电气量传感器二次设备继保及安自、自动化、边缘计算融合网关等厂站端设备变电站自动化系统、

23、保信子站和安稳子站局域通信有线、无线通信设备附属设施/工器具构筑物、工器具、智能作业终端广域有线通信光纤、载波等广域无线通信无线公网/专网、5G、卫星通讯等技术中台云平台、大数据、物联网平台、人工智能平台数据中台业务信息、数据、模型业务平台调度运行、电网管理、客户服务、运营管控管制类业务规划设计、智慧基建、智慧供应链等非管制类业务综合能源服务、电力市场服务、数据增值服务等数字政府与智慧城市、国际能源与金融服务、电力工业智能制造生态能源数字生态、能源互联网生态、能源消费生态网络安全1 感知3 平台4 业务5 价值2 传输http:/Digital Grid Research Institute,

24、CSG 2020.All Rights Reserved21从攻防对抗、能攻善防的角度，开展全链路安全监测、无线通信安全微隔离、软件定义安全、数据安全治理、数据安全交换与动态脱敏等关键技术研究，融合信息化IT、自动化OT和数字化DT为一体，构建智能电网网络安全的全域防御、纵深防御体系。攻防智能电网网络安全纵深防御体系关键技术研究实战化常态化体系化应用安全需要提升微服务安全治理能力，加强应用本体安全防护软件定义安全资源池化与服务化技术物理安全需要提升物理环境安全感知能力，实现物理安全与作业安全的深度融合。面向IT和OT深度融合的智能安防技术数据安全需要提升数据安全治理能力，加强数据资产和个人隐私

25、保护网络安全需要提升下一代无线通信的逻辑安全隔离技术，确保海量终端的安全接入。基于分时分频的无线通信安全微隔离技术基于侵入式和半侵入式代理的全链路安全监控技术大容量高带宽的数据安全交换与动态脱敏技术基于分类分级的数据安全治理技术http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved22开展芯片级软硬件协同、国密算法安全通信、异构平台迁移适配等关键技术研究，解决智能电网建设中的卡脖子问题，打造全方位、多层次、分场景的全栈式自主可控智能电网发展建设体系，实现从感知层到应用层的自主可控。智能电网全栈自主可控能力要求关键技术

26、研究智能电网建设对全栈国产化提出的能力要求融合国密算法引擎的网络安全通信技术网络层需要构建基于国密算法的网络安全防护能力感知层需要构建基于指令架构、芯片、操作系统的国产工控全栈生态基于自主专用算法引擎的芯片级软硬件协同处理技术基于国产芯片、操作系统的原生系统一体化融合技术平台层需要构建支持异构平台的服务迁移能力面向国产CPU与GPU的异构资源协同调度技术基于多源异构平台的服务迁移技术国产替代国外进口http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved23研究Web前端优化、缓存利用优化、国密算法、自主可控指令集等适

27、配技术，推进信息基础设施软硬件自主可控替代，实现业务应用、技术平台的自主可控硬件产品基础软件技术平台业务应用服务器存储设备网络设备安全设备PC设备。虚拟化操作系统数据库中间件安全防护办公软件南网云平台电网数字化平台全域物联网平台云化数据中心电网管理平台客户服务平台调度运行平台运营管控平台。Web前端优化技术框架体系重构及终端适配技术缓存利用优先技术JVM级程序调优技术基于执行计划的SQL优化技术关键技术自主可控指令集技术可信架构体系设计技术国密算法适配技术全栈自主可控http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserv

28、ed24http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved25金融用户个人用户政府用户企业用户复工复产分析精准扶贫成效评估电力经济指数供应链融资服务企业用电分析企业征信评估信贷反欺诈能耗异常告警空巢老人监护加快数字技术在智能电网中应用，逐步构建面向政府、能源产业上下游、用户等产业链参与方的智能电网服务生态，推进政府管理和社会治理模式创新，实现政府决策科学化、社会治理精准化、公共服务高效化，协同支撑智慧社会发展。智能电网服务生态http:/Digital Grid Research Institute,CSG 2020.All Rights Reserved26http:/