智能電網數字化運營管理能力助力山東電力數字化轉型

摘要：國網山東省電力公司（以下簡稱“公司”）是國家電網公司的全資子公司，業務覆蓋電網經營、電力購銷、電動汽車充、換電設施及汽車服務等多個方面，服務電力客戶4915萬。為建設具有中國特色國際領先的能源互聯網企業，實現電網可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標，公司打造了面向智能電網的數字化運營管理新型能力。通過打造新型能力，公司實現了對通信、信息和現代管理技術的綜合運用，大大提高了電力設備使用效率，降低了電能損耗，電網運行更加經濟和高效。2020年公司高損臺區減少電量損失2.6億千瓦時，在國網系統內率先實現購售同期自然月抄表電費回收率達99.999%以上，獲得國網業績考核“A+”級企業。

圖1  國網山東電力公司兩化融合管理體系貫標實踐

一、企業推進數字化轉型的需求分析

在構建全球能源互聯網和電力改革背景下，能源領域的供應、消費模式都將發生重大變動，能源供需結構日趨扁平化、產業鏈各環節的聯系變得更為緊密。可再生能源大規模接入、終端能源消費的電能替代以及電網與其他能源網絡相互影響等因素給電網的控制和管理帶來了巨大的挑戰，許多地區面臨著維持電壓穩定性方面的難題，傳統的工具、技術和算法已經無法有效解決。

隨著電網規模的不斷擴大，電網公司在運營過程中提升電力供應可靠性和保持電力成本穩定的矛盾日益突出。傳統的電網運營管理能力已經不能支撐電網規模發展的需要，亟需打破信息系統在信息采集、傳輸、處理和共享等多方面的瓶頸，借助專業化的數據處理平臺對信息化基礎構架進行優化與創新，真正發揮企業數據的應用價值，促進公司全業務數據融合，提升公司內部經營管理、生產控制以及公共服務能力。

對標國際先進的電網企業，公司在推進電網數字化轉型的過程中，需要緊密圍繞兩化融合管理體系的科學方法，依托5G、人工智能、云計算、大數據等先進技術，構建覆蓋生產、調度、營銷、財務、辦公、人力資源等各業務領域一體化高效數據處理平臺，打造面向智能電網的數字化運營管理新型能力，為公司管理提升奠定堅實基礎。

二、企業新型能力識別和打造的方法和路徑

（一）新型能力識別的方法和路徑

公司基于建設成為“具有中國特色國際領先的能源互聯網企業”的戰略導向，通過IFE分析法，明確了公司優勢和劣勢兩個方面因素，充分發揮在電網基礎設施建設和統籌規劃方面的優勢，識別出了需要獲取的安全可靠、供電質量、經營效益、營銷管理及人力及財力管理等方面的可持續競爭優勢，打造基于全網狀態感知和和人工智能的能源互聯網控制管理能力，具體可分解為面向智能電網的數字化運營管理能力、基于人工智能的電網運行監測分析能力和一體化的綜合管理和技術保障能力。

圖2  新型能力識別

其中最核心的是面向智能電網的數字化運營管理能力，包括實現海量數據獲取和存儲的能力，構建統一數據視圖和數據統一標準的能力，強大的大數據應用的服務支撐能力和解決復雜性問題的分析能力。目標是完成電網全業務數據收集分析，優化電網運行過程中的數據分析與處理效率，提升公司內部經營管理、生產控制以及公共服務能力。為更好的衡量新型能力提升情況，山東公司將面向智能電網的數字化運營管理能力分解為算力資源、接入業務系統數量、接入業務系統數據數量、業務主題域模型數量、模型遵從度、提供的公共數據服務數量和典型應用場景數量等可量化指標，便于后續管理和監督。

公司確定面向智能電網的數字化運營管理能力量化指標包括：

表1  面向智能電網的數字化運營管理能力量化指標

（二）新型能力打造過程的方法和路徑

為打造面向智能電網的數字化運營管理能力，實現預期的兩化融合目標，公司根據戰略規劃和“十三五”信息化規劃和“十四五”數字化規劃，依照兩化融合管理體系的基本框架，本著實現“一個轉型、兩個服務”的目標，對新型能力的建設過程進行了策劃，涵蓋業務流程與組織結構優化、技術實現、數據開發利用等方面。

公司以數字技術和數據要素創新應用為驅動，以“三融三化”為主要思路，打造“143”能源互聯網數字化架構體系為面向智能電網的數字化運營管理能力建設提供支撐。具體包括打造新型數據中心的1個核心基礎網架，優化電網生產、企業經營、客戶服務、新興產業4大業務領域，強化安全防護、運營支撐和新技術3個保障。同時，對電網運營人員進行同步的數字化運營技能提升，逐步實現將數字化融入電網業務、基層一線和產業生態，最終實現公司數字化轉型。

1. 業務流程優化

（1）梳理升級業務流程。優化業務流程是打造面向智能電網的數字化運營管理能力的重要環節。公司重點對智能電網、能源互聯網生產運行等相關的電網調控運行、源荷接入、能源交易、電網建設、生產檢修關鍵業務進行分析和優化，壓縮流程節點，提升流程效率。分析數據來源的業務工作為優化業務流程奠定基礎。以企業架構的方法對業務開展梳理，以便能系統地、本質地、概括地把握企業的總體功能結構，分析數據產生和應用的業務場景，為后續構建統一的數據模型及數據管理體系提供必要的指導和輸入。梳理工作從業務領域劃分入手，參照國家電網公司下發的《國家電網公司“三集五大”體系建設總體方案》中的按照“兩級法人、三級管理”的總體架構，梳理公司各級職能，構建公司能力架構圖。

圖3  公司能力架構圖

主要包括企業核心資源與綜合業務、電網主營業務和智能決策分析3大板塊，涉及11項業務應用。在此基礎之上，參照“五位一體”協同機制，以業務流程為主線，從管理和信息化兩個維度來審視管理與信息化之間的融合。

圖4  管理與信息化兩維度分析圖

（2）分析特定數據對象開展的運營業務活動是打造數字化運營管理能力的核心工作。在數據使用方面分析數據組成，針對該數據開展的業務活動、管理對象，并識別業務數據來源、數據存儲和數據應用，關注業務之間銜接點數據內容，數據的更新頻率，數據的使用頻率，研究數據價值挖掘，根據業務之間的關系分析數據之間“天然”的數據關系，識別主數據；特別是跨部門、跨業務流程的綜合數據共享應用需求，如“四個最好”大監測體系建設、“五位一體”業務流程監測等，并圍繞指數、流程、指標、明細數據等逐層明確數據來源。在系統應用方面分析業務開展支撐所用的系統，系統建設模式，部署模式，系統所存儲的數據，數據所支撐的業務，業務銜接點數據與系統數據的對應關系，梳理出數據字段同源點；在數據質量方面按照業務執行主體，厘清數據產生責任方及其數據采集、處理、存儲及其質量要求；在數據共享安全方面根據業務所依據的規章制度，分析業務產生的數據可以共享的方式，包括全局共享、有限共享和不共享，分析數據安全需求。

（3）利用物聯網、人工智能、大數據等數字化技術，構建全面貫穿規劃、設計、建設、運行全過程的數字孿生電網。并將實時決策融入業務流程，實現在線的、全程數據貫通、共享互動的數字化設計流程、數字化采購流程、數字化基建流程、數字化電網運維流程。在客戶服務、供應鏈、調度、生產運營流程效率提升等方面，著力提升作業、管理和服務智能化水平，推進人、設備、數據泛在互聯和在線交互，增強電網、客戶全息感知、移動互聯和智能處理能力。

2. 組織結構變革

（1）公司成立互聯網部，各部門成立數據處負責推進相關工作。互聯網部牽頭數字化建設規劃和部署，各數據處負責落實建設要求，優化信機構編制、職能設置，完善崗位分類，制定崗位名錄，規范崗位設置，健全信息、通信、數據等專業的管理流程。

（2）信通公司、電科院、經研院、地市公司等支撐單位，負責制定數字化人才培養方案，組織開展數字化人才培訓，通過崗位能力認證、技能鑒定，建立能力認證等級與崗位津貼掛鉤機制，激發和調動刻苦鉆研業務的積極性和主動性。

3. 技術實現

（1）整合基礎資源，為數據服務提供基礎支撐能力。基于云計算、大數據等技術，整合底層內部網絡、存儲、主機等基礎設施資源，統一計算資源、存儲資源、數據庫集群資源等，為統一數據視圖建設提供數據采集、數據存儲、數據處理以及數據服務部署能力。

（2）打造區塊鏈平臺，著力實現能源區塊鏈公共服務應用。基于技術中臺區塊鏈技術打造行業級區塊鏈示范工程；在基建領域，圍繞“需求導向”深化業務應用，深入挖掘衛星導航、通信、遙感技術在基建領用的應用場景；在運檢領域，深入探索衛星通信、導航、定位、遙感技術在運檢領域的應用場景；在營銷領域，基于衛星技術，為計量設備賦予時空屬性，獲取高精度位置信息，切實提高營配貫通數據質量，保證數據準確鮮活；在調控領域，基于電力北斗精準服務網地基增強站，構建電力統一時頻網。

（3）啟動前沿性技術研究，為數字化轉型后期攻堅做好準備。開展5G移動邊緣計算、動態智能網絡切片、組播業務分發、5G高精度授時同步等關鍵技術研究，構建基于5G公網研究5G-MEC邊緣云模式、業務部署模式。突破電力終端安全操作系統關鍵技術。針對電力物聯終端在各場景下的安全需求，研究安全操作系統對終端硬件資源的適配，研發定制自主可控安全操作系統產品，推進可信計算主動免疫技術的應用，并結合物聯感知設備輕量級接入身份認證及信息傳輸加解密保護技術，從底層構建安全可信的計算環境。開展數字孿生技術應用研究與建設，突破電網環境孿生重建同步技術，實現與業務平臺跨時空關聯、映射協作，構建由局部到整體、由內部至外觀的電網大時空孿生體，探索擬實化的全周期、全機理的分析、仿真、決策。

圖5  新型能力技術實現

4. 數據開發利用

（1）構建公司數據標準體系

公司參照國家電網公司公共信息模型（SG-CIM）標準設計并構建了數據標準體系，包括13個一級數據主題域，73個概念主題域，分專業分條線設計各領域數據模型，按照設備、電網、安全、財務、資產、人員、客戶、產品、市場、物資、項目、綜合、金融十三個業務領域劃分，從領導層、管理層、設計人員、開發人員等視角對數據的主題域視圖、概念數據模型標準、邏輯數據模型標準、數據元素標準、信息分類編碼標準等內容進行設計規劃。

（2）建立公司級信息分類編碼標準

結合國家電網有關編碼文件和公司已經使用的編碼情況，按照“國網標準-國際標準-國家標準-自行定義”的順序原則，從編碼定義、規則定義、編碼記錄等方面建立公司級信息分類編碼標準。信息分類編碼是標準化的一個領域。信息分類就是根據信息內容的屬性或特征，將信息按一定的原則和方法進行區分和歸類，并建立起一定的分類系統和排列順序，以便管理和使用信息。

圖6  數據標準體系

（3）構建企業級大數據平臺

通過打造企業數據平臺，提供數據接入、數據存儲、數據計算能力，為數據接口服務、數據分析挖掘提供支撐服務。按照貼源層、明細層、分析共享層構建企業數據倉庫，實現數據全量匯聚、標準存儲和分析共享。部署大數據平臺組件，提供列式存儲、流計算、內存計算等大數據存儲計算能力，實現數據分布式存儲和實時分析計算。

圖7  大數據平臺總體架構

①　數據接入服務：支持數據同步、數據抽取、消息隊列、文件傳輸、服務調用等數據接入方式；支持接入多源異構的結構化、非結構化和采集量測類實時數據的接入；支持批量數據接入和實時數據接入；提供任務智能調度能力。

②　數據倉庫服務：提供高性能數據倉庫服務，支持異構數據源分析，支持多層數據劃分、清洗、轉換，提供面向主題域的數據組織能力；支持按照數據類型建立業務維度模型。

③　流計算服務：具備高可用、高吞吐、低延遲、精準計算等特點，提供處理消費者所有動作流數據的能力。

④　內存計算服務：提供可網絡交互的、數據緩存于內存中、中間處理結果不落硬盤的計算能力，支持內存性能要求較高、并發較大的場景。

⑤　批量計算服務：提供大規模并行批處理作業的分布式計算能力，支持海量作業并發規模，提供系統自動完成資源管理、作業調度和數據加載能力，提供高度容錯能力及高吞吐量的數據訪問能力，支持大規模數據集上的應用。

⑥　交互式查詢計算服務：支持主流大數據生態，支持對PB級數據進行高并發、低延時的分析處理，兼顧數據倉庫能力，具備實時、批處理、多并發。

5. 安全可控情況

在構建面向智能電網的數字化運營管理能力過程中，公司組織編制相應的平臺安全規范，完善信息安全管理保障體系，從網絡、系統、終端三個層面實現全省信息網絡和系統的安全管理。在“大云物移”等新技術廣泛應用的新環境下，形成的一整套對信息安全的管理規定，建立負責信息安全決策、管理、執行以及監管的機構，明確各級機構的角色與職責，完善信息安全管理與控制的流程。

三、實施效果與主要作用

（一）實施成效

2021年初公司通過監測考核的方式對兩化融合管理體系完成情況進行考核，各項量化指標考核指標均達標，其中，算力資源實際完成值16764，較2019年提升41.21%；業務主題域模型實際完成值86個，較2019年提升50.88%；提供的公共數據服務數量966個，較2019年提升55.55%。

表2  新型能力量化指標完成情況

（二）主要作用

公司通過兩化融合管理體系的貫標及新型能力的打造，提升了信息化治理水平，在數字化基礎平臺建設、數據管理與應用、數字新技術應用等方面能力明顯提升，具備了推進兩化深度融合以及電網運營管理數字化轉型的管理抓手。

1. 數字化基礎平臺建設走深向實

省公司數據中心承載在運信息系統（含移動應用）267套，存儲數據總量已達3381TB，計算核心量已達16764顆，機柜379面；實現全公司IT資源統一監控管理，完成17套業務系統遷移上云。目前公司數據中臺接入業務系統數據362TB，體量位列國網第一，有力支撐公司各專業人工智能應用全方位落地。“十三五”期間，已上線20余種人工智能模型，支撐10余項業務應用建設。

2. 數據管理與應用能力顯著增強

完成網上電網、智慧供應鏈等11個場景建設所需數據溯源及交付，開展數字運營中心、數據管理工具建設及自動化報表中心推廣；按月開展指標及常態監測，掌握公司運營狀況和經營績效；開展臺區及線路停電、配網主動搶修、負荷監測預警等大數據分析，服務電網安全經濟運行。

3. 數字新技術應用場景逐漸拓寬

數據中心已完成包括ERP、PMS、營銷、財務等核心業務系統在內的93套信息系統數據接入，系統接入率達到48.6%，總量達到360TB，體量位居國網第一。推動北斗+5G無人機智能巡檢、基于北斗的桿塔傾斜監測等31項場景試點應用。

國網山東省電力公司

材料執筆人：王勇  劉晗  陳劍飛