图数据库实践 - 如何将图数据库应用于电力调度

导读

近日，台当局监察机构发布“303全台大停电”事件调查，将相关涉事人员弹劾。回到事件本身，部分地区停电超12小时，停电户数共计约549万户，造成上百亿新台币损失。群众对数值是无概念的，给大伙儿切身描述下。外面40℃的天气下，在房里开着22℃的空调，洗完澡躺床上看剧，突然“滴”一声，断电了。由于阳光的照射，仅需几分钟温度就可以上升至让你烦躁的程度。阳光透过窗户照耀着室内，将房间变成了一个巨大的烤箱。随着时间推移，室内逐渐变得闷热，空气中弥漫着汗水和不透气的感觉。你试图寻找解决办法，但毫无作用。时间看似过得很慢，每一分钟都像是一小时那么漫长。

这种长时间停电所造成的影响是巨大的，不仅给个人带来不便，也给社会经济带来了巨大损失。

夏日用电高峰将至，电力调度迎来尖峰时刻。国网四川省电力公司数据显示，仅在夏天刚刚开始不久的7月10日（13时20分），四川电网用电负荷达到5988.8万千瓦，较去年全网最高负荷5910万千瓦高出78.8万千瓦，创历史新高，四川本地部分工业已受到高温限电影响。相信大家一定还记得，去年，由于天然干旱导致水位下降，作为发电大省的四川，竟然断电了。在居民用电的艰难时刻，四川政府做出了壮士断腕的决定，限制、暂停部分工业用电，全力保障居民用电。全国其它各省市也纷纷响应，将商区、街道、娱乐设施用电关闭，保证民用电力供应，这其实就属于电力调度。

当前，电力企业通过“电力+算力”结合，利用数字技术采集、存储、计算电网数据，将传统的物理电网映射成智能化的数字电网，实现电网实时监测、分析、决策。而电网数据分散存储在不同业务系统，电网调度过程中存在跨系统多层级分析情况，如何结合调度逻辑，合理提升电网响应速率，完成故障影响分析，是典型的图计算问题。

图技术需求

遍布全国的电网就是天然的图谱。基于图数据库构建电网数字孪生图谱，通过整合调管范围中，变电站间输送电关系、变电站内各设备接线关系、线路段间接线关系信息，结合电网实时运行状态，使用What-If分析法，图数据库能够基于最短路径、最优规划等算法，提供最优应急复电策略，精准研判电网运行风险，提升电力调度效率。

以Galaxybase图数据库构建电力调度图谱的基本原理图如下。

图模型构建

传统电网由火电厂发电机组、主变绕组、变电站、电压互感器、线路段、蓄能电厂发电机组负荷出线等相关设备组成，这里简化为变电站、开关、主变、母线、线路段，将其映射成点，并存储设备相关参数，将各设备之间的接线关系映射成边。接下来使用Galaxybase图数据库来创建数据模型，点类型和点属性如下表所示。

点类型	属性
变电站	变电站ID、变电站基准电压、变电站类型等
母线	母线ID、母线基准电压等
开关	开关ID、起始设备ID、终止设备ID
主变	主变ID、主变基准电压等
线路段	线路段ID、线路段电流值、线路段电纳等

边类型、起始点类型、终止点类型如下表所示。

边类型	起始点类型	终止点类型
包含	变电站	主变
包含	变电站	母线
包含	变电站	开关
起始站点	变电站	线路段
终止站点	线路段	变电站
连接	母线	开关
连接	开关	主变

电力调度模型如下图所示。

更多图模型构建方式请参考图构建 。

图谱应用 - 失压预警

在电力供应的过程中，当上游母线发生故障时，会通过电网元器件、线路段、中间母线之间的串联，对下游母线造成失压风险。图数据库使用“邻居发现”算法，通过上述点边之间的关联关系，能够快速找出下游受影响的风险设备。上文所建图模型中，我们将进行探查。

查询结果

当上游母线“YX站110kV1M”发生故障时，找到下游受失压风险的母线。具体查询结果如下图所示，母线“YX站110kV1M”通过变电站“YX站14641刀闸”、开关“YX站1464”、变电站“YX站14644刀闸”、线路段“ACLN_YTII线1464”、开关“ST站1464”、变电站“ST站1464刀闸”，与下游母线“ST站110kV5M”产生关联，可以推测出该母线关联的下游厂站设备存在失压风险，提前做好预警。

图谱应用-复电挖掘

在电力供应的过程中，存在上游母线发送故障，导致下游母线出现失压的情况。图数据库可以通过母线、线路上的元器件、线路段之间的关联关系，使用“有向图寻径”图算法，快速挖掘出复电路径，完成电力调度。上文所建图模型中，我们将进行探查。

查询结果

在上一个查询中我们知道，上游母线“YX站110kV1M”发生故障导致下游母线“ST站110kV5M”出现失压，需要迅速挖掘出复电线路，减少经济损失。我们利用图算法，发现母线“ST站110kV5M”通过变电站“ST站10025刀闸”与母线“ST站110kV2M”、“ST站110kV1M”相关联，可以得出这两条线路为可用复电路径，提醒工作人员及时调度，恢复母线“ST站110kV5M”电力供应。

结语

以上仅为简化的电力调度图谱展示。在实际电力业务中，存在抽头、地刀、火电厂发电机组、主变绕组、变电站、电压互感器、发电机、蓄能电厂发电机组等零散设备，通过图数据库将电力系统的所有参与者统一建模，实现“数据一个源、电网一张图、业务一条线”，有效响应电力系统中各方数据需求，打造高效、安全、及时的电网环境。

后续，我们会在创邻科技微信公众号及官网发布更多图数据库热点应用场景和前沿资讯，并将可复现的数据集、建模方法、查询语句进行公开，欢迎对图数据库感兴趣的同学关注。