图计算技术 能给电网带来什么?

随着我国碳达峰碳中和工作稳步有序推进，新型电源大量涌现，电源结构、负荷特性发生改变，电网正从单向逐级输电为主的传统电力系统，向交直流混联大电网和微电网、局部直流电网、可调节负荷共同构成的能源互联网演变。电网运行特性逐渐转变为源网荷储协同互动的非完全实时平衡模式、大电网与微电网协同控制模式。

因此，传统电力平衡保障体系亟待拓展，对“电网一张图”整体分析控制提出更高要求。传统关系型数据库随着关系数量和层次增加，性能会显著降低，尤其体现为多条路径查询难、数据库扩展难。基于传统关系型数据库技术的数据管理模式和计算方法，难以适应新型电力系统大规模、复杂网络结构的高并发实时分析计算要求。而图计算技术的出现和逐渐成熟，为新形势下电网全局特性分析和控制策略研究提供了新的解决方案。

什么是图计算技术

图计算是一种用“节点”表示实体、用“边”表示实体之间的关联关系，以图论为基础、对现实世界的“图”结构进行抽象表达的计算模式，可实现具有复杂关联关系海量数据的分布式存储和并行处理。例如在社交网络中，个体用“节点”表示，个体之间的好友关系就用“边”表示。

图计算技术可以灵活记录实体之间的复杂关联关系，利用“边”所表达的关系能够直接获取实体记录，省去了关系数据库处理“表关联”所必须花费的计算性能开销。近年来，图计算技术在社交网络、电信反欺诈、个人与企业征信、生物基因图谱、智慧交通等多个领域得到应用。

图计算技术在电网应用场景中的优势

在“电网一张图”的发展目标下，结合新型电力系统特性，图计算技术在全景电网拓扑构建与数据融合及分析、大规模电气计算和电力知识图谱三大应用场景中具有优势。

●全景电网拓扑构建与数据融合及分析

图计算技术可以有效描述、高效表示复杂关联关系的全景电网拓扑，克服传统关系数据库存储管理存在的模型复杂、存储冗余、检索效率低等问题。以电网拓扑网架为基础，融合多源、多类型电网数据，图计算技术可以支撑电网跨业务数据融合管理。图计算的底层数据模型还能支撑电网新设备投运、老旧设备退役、电网规划拓扑结构改变等电网动态变化。

图计算技术可以通过整合相关数据构建面向电网一次设备的数据库，提升跨业务协同与信息共享能力、数据集成与访问效率，以及已有的电网一次设备数据利用率，让数据充分发挥价值。

●大规模电气计算

随着电力市场化改革和源网荷储协同建设的推进，电网的新特性为输配电协同分析带来新挑战。传统能量管理系统在线安全分析软件在计算时间和规模两方面均遇到了瓶颈。利用图数据库和分布式图计算技术，可以提升在线状态评估、潮流计算和预想故障分析的计算效率，提高电网在线仿真计算能力和大电网运行支撑能力，为大规模新能源接入电网的超高速实时计算提供解决方案。

●电力知识图谱

作为一种语义网络，知识图谱具有极强的表达能力和建模灵活性，可以对现实世界中的实体、概念、属性和它们之间的关系建模。利用电力知识图谱进行信息检索能实现电力实体信息的精准聚合和匹配、关键词的理解以及搜索意图的语义分析。基于图计算技术的图数据库能实现知识图谱构建、存储、展现、检索及服务的标准化、自动化、灵活化，提升关联图谱构建和分析能力，促进数据关联关系的认知、挖掘和运用，提升电力数据资产价值。

开展自主创新支撑“电网一张图”

国网智能电网研究院有限公司以业务需求为导向，从2015年开始进行图计算技术攻关，自主研发电力专用图数据库GridGraph，实现了核心技术工具的创新和自主可控，支撑“电网一张图”建设。目前，相关技术成果已在国网上海电力、国网四川电力、国网信通公司等单位应用。

●电力专用图数据库GridGraph

作为具有自主知识产权的电力行业首款图数据库产品，GridGraph提供图遍历、图计算分析环境，同时支持联机事务处理（OLTP）及联机分析处理（OLAP）图数据分析，支持分布式部署及应用，可支持对千亿个“节点”和“边”的图查询和运算。GridGraph在2021年世界人工智能大会正式发布，获得了专家的肯定。

●电网设备管理应用

国网智研院开发了以“电网一张图”为载体、以图数据库、图计算技术为内核的供电公司级营配调一体化平台。该平台与国网上海电力电网业务中台融合集成，支撑了营配调一体化示范应用；与国网上海电力电网地理信息平台融合集成，一体化支撑设备资产精益管理系统（PMS2.0）。

●电网调度控制应用

国网智研院研究了关系数据模型向图数据模型的转换机制，落实国调中心调控云建设要求，汇集了四川省发、输、变、配约350万台设备模型，并基于图数据库完成发、输、变、配“电网一张图”建设，直观展示发、输、变、配供电路径，实现发、输、变、配拓扑贯通。开放容量在线计算、多维度电网“负荷画像”等计算实现秒级反馈。图计算技术还应用于虚拟场景能量管理系统，可在300毫秒内完成在线状态评估，100毫秒完成潮流计算，2秒内完成50组预想故障分析，在线计算效率提升10～20倍，提高了调度人员对电网的驾驭能力。

●电网知识图谱应用

构建电力设备资料知识图谱，涵盖实体32万个、关系5500万条，实现设备资料的厂家、设备型号、设备参数及关联场站等知识的精准检索、智能问答。为国网信通公司构建智能客服图谱，涵盖实体9432个、关系11898条，实现信通智能客服图谱智能问答。基于GridGraph实现知识图谱的存储、查询和知识推理应用，和通用图数据库相比，查询性能提升近300%。

●电网信息物理系统（CPS）应用

为物理设备与通信设备、物理网络与通信网络以及物理设备与通信设备的交互关系建立图模型，并基于图数据库实现数据表示、存储、分析和计算。未来，这一应用将支撑亿级规模CPS网络的安全防御与优化控制分析，提高电网信息物理融合水平及电力系统网络分析能力。

图计算在电力领域的作用还有待挖掘，基于图计算的“电网一张图”在新型电力系统规划建设和运行控制等方面有广阔应用空间。

（作者单位：国网智能电网研究院有限公司）