國網(wǎng)直流中心作為國家電網(wǎng)有限公司的直屬專業(yè)機(jī)構(gòu)，是特高壓直流輸電技術(shù)的核心支撐單位，更是西電東送國家戰(zhàn)略的關(guān)鍵執(zhí)行主體。若將覆蓋全國的特高壓直流輸電網(wǎng)絡(luò)視作國家能源配置的重要?jiǎng)用}，直流中心就承擔(dān)著保障這些動(dòng)脈安全穩(wěn)定運(yùn)行的核心職責(zé)。

截至2025年底，國網(wǎng)直流中心負(fù)責(zé)服務(wù)保障全網(wǎng)54項(xiàng)直流輸電工程、112座換流站的安全運(yùn)行，其中特高壓直流工程24項(xiàng)，承擔(dān)著全國近98%的跨區(qū)電力輸送任務(wù)。其在直流輸電領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力與運(yùn)行可靠性處于全球領(lǐng)先水平，所運(yùn)維的直流輸電系統(tǒng)可靠性遠(yuǎn)超海外同類工程，管理的輸電資產(chǎn)規(guī)模也隨著特高壓工程的推進(jìn)持續(xù)增長。

構(gòu)建跨越安全分區(qū)的新一代智能運(yùn)行分析系統(tǒng)

為適配“十五五”期間特高壓工程建設(shè)規(guī)劃，應(yīng)對(duì)新增特高壓工程及換流站的管控需求，國網(wǎng)直流中心牽頭開展特高壓直流智能運(yùn)行分析系統(tǒng)的研發(fā)申報(bào)工作。該系統(tǒng)并非傳統(tǒng)的監(jiān)控平臺(tái)，而是嚴(yán)格遵循《電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)導(dǎo)則》要求，打通安全Ⅰ區(qū)、安全Ⅱ區(qū)與安全I(xiàn)V區(qū)的智能化工程，核心業(yè)務(wù)模塊形成了從數(shù)據(jù)感知到?jīng)Q策執(zhí)行的完整閉環(huán)。

系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

系統(tǒng)采用“雙網(wǎng)冗余 + 核心設(shè)備雙活”的架構(gòu)設(shè)計(jì)，兩套系統(tǒng)互為熱備，保障運(yùn)行的連續(xù)性：

安全Ⅰ區(qū)作為實(shí)時(shí)監(jiān)控核心，通過專線直連換流站網(wǎng)關(guān)機(jī)，對(duì)電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)等運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行毫秒級(jí)采集，實(shí)現(xiàn)核心設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)可視化。

安全Ⅱ區(qū)聚焦故障深度研判，負(fù)責(zé)故障錄波數(shù)據(jù)的全生命周期管理，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，可精準(zhǔn)采集控制保護(hù)系統(tǒng)的錄波數(shù)據(jù)，開展故障溯源分析。

安全I(xiàn)V區(qū)的數(shù)據(jù)中臺(tái)通過正向隔離裝置接收Ⅰ/Ⅱ區(qū)的同步數(shù)據(jù)，為電子測(cè)量設(shè)備在線監(jiān)測(cè)、換流變故障分析等高級(jí)智能應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

調(diào)度計(jì)劃與自動(dòng)控制模塊則根據(jù)系統(tǒng)分析結(jié)果，生成功率傳輸計(jì)劃，并通過自動(dòng)控制模塊精確調(diào)節(jié)換流站運(yùn)行參數(shù)，保障西部清潔能源向東部的平穩(wěn)輸送。

業(yè)務(wù)規(guī)模擴(kuò)大帶來的三大挑戰(zhàn)

隨著特高壓換流站數(shù)量的持續(xù)增加，國網(wǎng)直流中心的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理壓力大幅攀升，傳統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)逐漸顯現(xiàn)出難以適配業(yè)務(wù)發(fā)展的問題：

海量時(shí)序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)壓力

特高壓直流運(yùn)行場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)呈爆發(fā)式增長態(tài)勢(shì)，僅核心設(shè)備臺(tái)賬就完成了200余萬條的標(biāo)準(zhǔn)化治理，還歸集了500余項(xiàng)直流故障案例。傳統(tǒng)集中式數(shù)據(jù)庫在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時(shí)易出現(xiàn)性能瓶頸，無法滿足海量數(shù)據(jù)的長期存儲(chǔ)與快速查詢需求，部分歷史數(shù)據(jù)被迫歸檔，對(duì)設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)分析等工作造成制約。

跨安全區(qū)數(shù)據(jù)同步難題

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)需在物理隔離的不同安全區(qū)之間流轉(zhuǎn)，正向隔離裝置易造成傳輸延遲，難以匹配實(shí)時(shí)量測(cè)數(shù)據(jù)的毫秒級(jí)傳輸要求；同時(shí)，單一的數(shù)據(jù)同步方式無法兼顧實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的低延遲需求與錄波大文件的完整性需求，網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)時(shí)還可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失，影響故障診斷的準(zhǔn)確性。

核心系統(tǒng)國產(chǎn)化適配要求

作為國家關(guān)鍵能源基礎(chǔ)設(shè)施，特高壓直流智能運(yùn)行分析系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)全棧國產(chǎn)化替代。如何在替換傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的同時(shí)，保障“雙網(wǎng)冗余”架構(gòu)下的高可用容災(zāi)能力，滿足RTO < 30秒的要求，且不中斷7×24小時(shí)的連續(xù)監(jiān)視，成為系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵難題。

分布式數(shù)據(jù)庫架構(gòu)的技術(shù)突破

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，國網(wǎng)直流中心聯(lián)合國網(wǎng)信產(chǎn)集團(tuán)、國網(wǎng)江蘇省電力公司及清華大學(xué)，引入分布式數(shù)據(jù)庫重構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)底座，依托數(shù)據(jù)庫的核心特性實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)痛點(diǎn)的精準(zhǔn)解決：

存算分離破解存儲(chǔ)瓶頸

面對(duì)海量的運(yùn)行數(shù)據(jù)，分布式數(shù)據(jù)庫的存算分離架構(gòu)發(fā)揮了關(guān)鍵作用。系統(tǒng)采用3節(jié)點(diǎn)分布式集群部署，支持無感知在線水平擴(kuò)容，可根據(jù)換流站數(shù)量增長靈活增加節(jié)點(diǎn)，線性提升算力與存儲(chǔ)能力，滿足未來130座換流站的數(shù)據(jù)接入需求。同時(shí)，構(gòu)建“分布式內(nèi)存節(jié)點(diǎn)+分布式硬盤集群”的分級(jí)存儲(chǔ)體系，既保障了數(shù)據(jù)的毫秒級(jí)讀寫效率，又突破了單機(jī)存儲(chǔ)限制，預(yù)留的存儲(chǔ)冗余可支撐錄波數(shù)據(jù)長期安全留存。

HTAP引擎提升數(shù)據(jù)處理效率

分布式數(shù)據(jù)庫的混合事務(wù)/分析處理能力實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)處理模式的優(yōu)化，利用TiKV處理高并發(fā)的數(shù)據(jù)寫入，通過TiFlash加速分析查詢。在實(shí)際測(cè)試中，系統(tǒng)對(duì)大規(guī)模運(yùn)行數(shù)據(jù)的查詢響應(yīng)效率較傳統(tǒng)架構(gòu)平均提升60%，調(diào)度人員可在查看實(shí)時(shí)運(yùn)行波形的同時(shí)，完成歷史趨勢(shì)的比對(duì)分析，解決了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀寫與歷史數(shù)據(jù)分析的資源沖突問題。

分級(jí)同步打通跨區(qū)數(shù)據(jù)壁壘

針對(duì)跨安全區(qū)數(shù)據(jù)同步的問題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了分級(jí)同步方案：對(duì)安全Ⅰ區(qū)的實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)采用增量同步加心跳校驗(yàn)的機(jī)制，保障毫秒級(jí)傳輸效率；對(duì)安全Ⅱ區(qū)的故障錄波大文件則采用斷點(diǎn)續(xù)傳加哈希校驗(yàn)的方式，避免傳輸中斷導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。目前系統(tǒng)已接入多座換流站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，畫面交互延遲控制在合理范圍，數(shù)據(jù)同步成功率達(dá)到99.99%。

系統(tǒng)上線的全流程保障措施

考慮到特高壓直流系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性要求，項(xiàng)目組制定了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)施保障體系，確保系統(tǒng)平穩(wěn)上線：

在上線前的準(zhǔn)備階段，對(duì)核心服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)開展?jié)M負(fù)荷壓力測(cè)試，模擬極端工況驗(yàn)證架構(gòu)穩(wěn)定性；集成調(diào)試階段，參照行業(yè)規(guī)范完成功能檢測(cè)，并搭建仿真環(huán)境模擬電網(wǎng)波動(dòng)、設(shè)備故障等場(chǎng)景，提前排查潛在問題。

試運(yùn)行期間，建立分級(jí)預(yù)警機(jī)制，針對(duì)數(shù)據(jù)采集延遲、告警誤報(bào)等異常情況進(jìn)行分級(jí)響應(yīng)處置，確保問題閉環(huán)率達(dá)到100%。通過一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓芸卮胧罱K實(shí)現(xiàn)了新老系統(tǒng)的平滑過渡與無縫銜接。

系統(tǒng)應(yīng)用的多重效益

依托分布式數(shù)據(jù)庫的支撐，系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)主動(dòng)識(shí)別準(zhǔn)確率、核心設(shè)備狀態(tài)預(yù)警準(zhǔn)確率、故障智能診斷準(zhǔn)確率等核心指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，其中運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)主動(dòng)識(shí)別準(zhǔn)確率不低于95%，核心設(shè)備狀態(tài)預(yù)警準(zhǔn)確率不低于92%。系統(tǒng)能量可用率保持在較高水平，直流平均單極閉鎖率持續(xù)降低，同時(shí)助力國網(wǎng)直流中心的管理資產(chǎn)規(guī)模與主營業(yè)務(wù)利潤實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步增長。

系統(tǒng)韌性保障電網(wǎng)安全

系統(tǒng)采用3副本部署模式，支持單節(jié)點(diǎn)故障自動(dòng)轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)RTO < 30秒、RPO = 0的高可用標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合全量加增量的備份策略，具備數(shù)據(jù)秒級(jí)時(shí)間點(diǎn)恢復(fù)能力，為特高壓直流電網(wǎng)的安全運(yùn)行筑牢了數(shù)字化防線。

系統(tǒng)韌性保障電網(wǎng)安全樹立國產(chǎn)化轉(zhuǎn)型行業(yè)標(biāo)桿

該系統(tǒng)是特高壓直流領(lǐng)域首個(gè)規(guī)模化應(yīng)用分布式數(shù)據(jù)庫的案例，驗(yàn)證了國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫在大規(guī)模數(shù)據(jù)處理場(chǎng)景下的可靠性，為能源、交通等關(guān)鍵行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型與國產(chǎn)化替代提供了可復(fù)制的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，成為電力核心業(yè)務(wù)智能化升級(jí)的典型示范。