Design and Scenario Verification of Grid Management System in Power Grid Enterprise

电网企业网格化管理是以区域化管理^［4］为理念，以地理信息为背景，按业务视角划分不同区域进行业务管理，是精益化管理工作中重要的管理手段，可全面提升管理水平和工作效率。现阶段，在电网企业网格化管理领域，已经开展了大量的研究及实践工作^［5-13］。

经调研分析，当前网格化管理工作存在以下问题亟待解决。

目前，电网企业“站线变户”模型的管理和展现范围仅限于构成电网的“点和线”，未能将基础地理信息（即电子地图数据）与电网模型真正发生关联，基础地理信息仅仅作为背景进行展示，导致电网模型与地图信息割裂。

大部分业务网格均以全人力方式划分，当业务进行调整时，业务网格调整繁琐，自动化程度不高，没有做到灵活便捷的调整。

大部分业务网格以各自业务逻辑为出发点，缺乏基础划分标准，不同业务网格之间的关联性较差，不利于网格成果的共享沉淀。

基于以上现状，本论文定义了基础网格概念，提出基于基础网格并结合业务场景需求来构建业务网格，解决了业务网格共源的问题。

基于有限元思想，利用有限数量的网格去尽可能的反应真实物理世界，这种组成真实物理世界的网格即为基础网格。基础网格通常是指建筑物或建筑物群的组合，如图1所示。基础网格需做到与业务无关，具备自下而上聚合生成业务场景、自上而下由业务场景赋能基础网格的特性。

Figure 1.  The basic grid

基础网格除自身的属性信息外，还具备从业务网格继承的部分属性信息，该部分继承的属性通过映射的方式与业务网格的属性信息产生链接关系，不以副本值的方式直接存储，这种链接关系称为“映射关系”，是描述业务网格与其涵盖的基础网格之间的映射关系。

基础网格是业务管理由“点线”转变为“片面”的桥梁，电网企业的“站线变户”模型可基于基础网格来构建业务网格，从而解决了电网模型与基础地理信息割裂的问题。

业务网格是基于业务场景构建出来的，在地理区域内具有相类似业务特征的多边形集合。不同的业务场景，可构建出不同类型的业务网格。每类业务网格将地理区域划分为多个封闭多边形，每个封闭多边形即为一个业务网格，每个业务网格可有一个或多个基础网格组合，如图2所示。

Figure 2.  The business grid

网格行为是指对基础网格和业务网格可以执行的操作，包括了网格的增删改等一系列操作。网格操作触发后，需要对可能涉及的联动处理方式进行约束，包括但不限于以下内容。

基础网格构建：基础网格将一块地理区域进行切分，切分后形成的各基础网格需满足“不重不漏”^［14］的要求，即基础网格之间没有重叠且地理区域中不存在没有基础网格覆盖的区域。

网格合并：网格合并仅限于两个或多个地理位置上拓扑相邻接的基础网格，对于拓扑不相邻接的基础网格，不允许直接进行基础网格的合并操作。

网格边界调整：当边界调整后，需要重新更新网格及网格相邻接的其他网格的空间和属性信息（长度、面积等）。

属性映射：在某个（些）选定的基础网格中创建与业务网格的映射关系。在创建过程中，需要指定基础网格对应的业务网格类型、业务网格ID等信息。新增过程中需保证基础网格与业务网格ID是N对一的关系，不可出现一对多或多对多的情况，即在某选定的业务网格类型下，基础网格只能与一个具体的业务网格相对应，不可以既属于一个具体的业务网格，又属于另外一个具体的业务网格。这是由业务网格包含基础网格，且各个业务网格之间不存在包含关系的拓扑特性所决定的。

网格拆分：一般是指将一个父类网格拆分为两个子类网格，拆分的形状由拆分业务人员指定。对于业务网格拆分操作，一个子类网格沿用原有父类网格的部分基础属性（例如网格编码、类型等），并更新其他基础属性（例如面积等）和映射属性；另一个通过创建的方式新增子类网格，并新增其基础属性（例如面积、业务信息等）和映射属性，其中基础属性中部分通用属性（例如业务类别等）可默认沿用父类网格属性值。对于基础网格拆分操作，一个子类网格沿用原有父类网格的基础属性（例如网格编码等）和映射属性，并更新其他基础属性（例如面积等）；另一个通过创建的方式新增子类网格，并更新基础属性和新增映射属性。

其他约束：在基础网格的管理中，还应该注意基础网格的质量管理，可按照数据技术管控体系的要求，实现对网格的质量管控^［15］。

业务网格常见的生成策略有自上而下构建和自下而上聚合两种方式。

自上而下的方式是指通过网格编辑工具人工构建业务网格，包含了业务网格的图形、属性等信息，并根据业务网格和基础网格之间的包含关系为基础网格赋予通用的业务属性，丰富完善基础网格属性，使各类型业务网格的通用属性得到沉淀，解决了各业务网格共源的问题，便于各业务网格成果共享。

人工构建具有通用性，可应用于任何类型的业务网格，是各业务域管理人员较为熟悉的构建方式，结合地图背景和业务管理经验，该方式具有操作直观、构建准确的特点。

自上而下的构建方式需重点分析网格管理系统的网格编辑工具需求。经过分析总结，编辑工具包含但不限于以下功能。

基础网格编辑工具：创建、图形调整（合并、拆分、边界调整等）、属性调整、查询、删除等。

业务网格编辑工具：创建、图形调整（合并、拆分、边界调整等）、属性调整、查询、删除等。

自下而上聚合是基于已定义的规则或算法，通过自下而上的方式，由基础网格聚合形成各类型业务网格。

自动聚合采用程序化执行，自动化程度高，现势性强，实时更新成本低，但对基础数据要求较高且各业务场景需要设计专属的规则或算法。

自下而上的构建方式需重点分析网格管理系统的规则库需求，各业务场景通过构建规则库，可通过程序由基础网格自动聚合生成业务网格。

新增规则：增加基础网格聚合规则，基于聚合规则可挑选满足规则要求的基础网格。

执行规则：按照设定的聚合规则，执行自动聚合操作。

删除规则：删除已设定的聚合规则。

网格管理系统由基础网格、业务网格、规则库、角色及权限管理、网格查询服务等模块组成，功能架构如图3所示。

Figure 3.  Functional architecture

1）基础网格：提供基础网格的展示、编辑、查询、统计分析等功能。

2）业务网格：提供所有类型业务网格的通用功能，包括浏览、创建、编辑、查询、删除等功能。

3）规则库：根据业务场景需求，设定基础网格聚合规则库，并提供规则库的修改、执行、删除等功能。

4）角色及权限管理：提供系统的角色和权限控制等功能。

5）网格查询服务：基于基础网格、业务网格等成果，对外部应用提供查询服务接口实现项目成果共享。

网格管理系统由访问层、应用层、数据层组成，部署架构如图4所示。

Figure 4.  Deployment architecture

1）访问层：提供管理员及用户访问入口，可通过该层访问到网格管理系统。

2）应用层：部署网格管理系统的功能模块、访问服务等。

3）数据层：提供电子地图数据、电网资源数据、基础网格、业务网格数据的存储和发布环境。

基础网格将地图进行无缝切分，并避开建筑物，解决了基础网格边界切割建筑物的问题，实现了基础网格和建筑物1对N的对应关系。

基于基础网格定义和网格行为约束，生成的基础网格效果如图5所示，并通过引入网格编辑工具，实现对基础网格合并、拆分、边界调整等操作，可满足对基础网格不同颗粒度的管理需要。

Figure 5.  The basic grid

此外，基础网格除自身属性信息外，还继承了业务网格的业务赋能属性。以基础网格关联的设备与用户为例，如图6所示，当点击设备或用户时，可展示该基础网格所关联的设备台账或用户详情，从而将原先一个大的业务管理区域，切分成多个基于基础网格的小管理单元，可支撑设备主人或网格经理的精益化管理需要。

Figure 6.  The business information of basic grid

业务网格提供“自上而下”和“自下而上”两种生成途径。

自上而下构建业务网格，一般可通过业务网格编辑工具，实现业务网格的新增、拆分、合并、边界调整等操作，对于业务人员绘制业务网格具有操作直观便捷的特点。以业务网格拆分为例，如图7所示，当在业务网格编辑工具上选择拆分后，可在地理区域内绘制折线，从而将一个业务网格进行拆分，拆分操作执行过程中，需遵循网格行为约束中网格拆分的相关要求，确保拆分操作的有序性。

Figure 7.  The division of business grid

自下而上构建业务网格，一般需要总结归纳生成规则，基于现有基础网格基础数据，挑选满足条件的基础网格，采用聚合基础网格的方式构建业务网格。以停电业务场景为例，如图8所示，通过分析停电业务场景的聚合方式，进而设定相应规则，利用程序化的方式寻找满足条件的基础网格，并将基础网格进行聚合，最终可生成停电业务网格，生成的效果如图8所示。

Figure 8.  Power failure grid

基于基础地理信息构建的基础网格作为电网资源与基础地理信息的关联媒介，解决了电网资源数据与基础地理信息相割裂的问题。此外，根据电网业务场景构建的业务网格，可将通用业务信息沉淀到基础网格，实现不同类型业务网格的信息共享。

本论文针对基础网格、业务网格等设计了一套集查询、展示、统计、编辑等功能于一体的网格管理系统，可大大减少业务网格创建的人工投入，提升了业务网格创建的自动化程度。

网格管理系统在电网企业日常运营管理方面具有展示直观、管理精益化的优点，本论文设计成果对网格管理系统的落地实现起到参考和指导作用。