Titre de la Présentation

BASE DE DONNÉES DE GRAPHES
POUR L’ANALYSE DU RÉSEAU
ÉLECTRIQUE
Big Data Paris - 2015
EDF Recherche & Développement
Département MIRE
Projet SINAPSE
11 mars 2015
CONTEXTE
EDF R&D
Projet SINAPSE
2014/2015
PRÉSENTATION DE EDF R&D
 Une R&D pour tous les métiers du groupe EDF.
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Production
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Management d’énergie
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Commerce
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Energies renouvelables
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Réseaux électriques
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Technologies de l’information
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LE RÉSEAU ÉLECTRIQUE
 Le réseau de distribution électrique français.
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2 240 postes sources.
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1,3 million de kilomètres de lignes.
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750 400 postes de transformation HTA/BT.
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232 636 sites de production raccordés au réseau.
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35 millions de clients desservis.
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LE PROJET SINAPSE
 Activités prospectives d’étude et recherche de solutions de stockage et de
traitement des données pour le réseau électrique.
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Solutions innovantes liées au Big Data et aux Data Analytics.
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Historisation de données en vue de traitement à posteriori.
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LA PLATEFORME DATA ANALYTICS
 Schéma cible de la plateforme Data Analytics du projet SINAPSE.
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Exploration de plusieurs solutions de stockage synchronisées entre elles.
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Concept de persistance polyglotte : une solution adaptée à chaque type de données.
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BASE DE
DONNÉES DE
GRAPHES POUR
LE RÉSEAU
ÉLECTRIQUE
EDF R&D
Projet SINAPSE
2014/2015
BASE DE DONNÉES DE GRAPHES POUR LE
RÉSEAU ÉLECTRIQUE
 Base de données de graphes vs base relationnelle pour le réseau électrique.
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Le réseau électrique constitue naturellement un graphe.
La topologie du réseau n’est pas fixe, elle varie en fonction des changements de
configuration du réseau électrique.
La base de données graphe permet de déduire les informations topologiques à partir de
la configuration du réseau électrique (au lieu de stocker « en dur » ces informations
topologiques dans une base relationnelle).
Une base relationnelle exporte la structure du réseau électrique pour le traiter par des
codes de calcul externes. Ces traitements peuvent être réalisés directement sur la base
orientée graphe.
 Choix de Neo4j pour l’expérimentation du projet SINAPSE.
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Base de graphe reconnue, dynamique, beaucoup d’outils proposés (API…).
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Solution libre dans sa version communautaire.
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Formation disponible sur le produit et ses outils.
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BASE DE DONNÉES DE GRAPHES POUR LE
RÉSEAU ÉLECTRIQUE
 Le réseau électrique constitue naturellement un graphe.
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Réseau simple, 1 poste source avec 2 départs, 2 postes clients.
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BASE DE DONNÉES DE GRAPHES POUR LE
RÉSEAU ÉLECTRIQUE
 Chargement dans Neo4j.
Classes du modèle électrique (CIM)
utilisées comme des labels sur les nœuds.
Création de propriétés
(identifiant, état…).
3 types de relations : CONNECTEDTO,
CONTAINS et MEASUREDBY.
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BASE DE DONNÉES DE GRAPHES POUR LE
RÉSEAU ÉLECTRIQUE
 Conversion d’un modèle de classes vers un modèle nœuds-relations.

Utilisation du modèle standard CIM (Common Information Model) de la CEI
(Commission Electrotechnique Internationale).
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FONCTIONS
RÉSEAUX
EDF R&D
Projet SINAPSE
2014/2015
FONCTIONS RÉSEAUX DANS NEO4J
 Utilisation de requêtes Cypher. Exemples :

Retourne un nœud « Breaker » nommé « BRK_1 », ainsi que les noeuds (équipements
électriques) qui lui sont connectés.
MATCH (startnode:Breaker {name: "BRK_1"})-[CONNECTEDTO]-(endnodes) RETURN startnode, endnodes
 Utilisation de l’API Java Traversal pour les parcours de graphe.

Un parcours est définit notamment à partir des éléments suivants.
• Starting node : nœud de départ du parcours.
• Expander : quels nœuds et quelles relations doivent être parcourue.
• Evaluator : décide quand il faut stopper ou continuer le parcours, et quoi retourner.
• Order : sens du parcours (profondeur ou largeur).
• Uniqueness : parcours des nœuds et des relations une seule fois.
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DÉTERMINER LE SCHÉMA ÉLECTRIQUE DU
RÉSEAU
 Permet d’associer les mesures en différents points du réseau.
 Recherche des postes alimentés par un départ électrique.

Un seul Traversal (ConnectedConsumerEvaluator).
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LIMITER LE TEMPS DE COUPURE DES CLIENTS
 Recherche des départs pouvant « secourir » le départ en incident.

Un seul Traversal (TransferBreakerEvaluator).
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IDENTIFIER LES CONTRAINTES ÉLECTRIQUES
SUR LE RÉSEAU
 Calcul simplifié des transits de puissance et des chutes de tension sur le réseau.

Un premier Traversal pour les transits de puissance (PowerFlowEvaluator).
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Le parcours en profondeur accède aux consommations (puissances active et réactive).
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Le chemin est remonté pour cumuler ces puissances en amont.
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IDENTIFIER LES CONTRAINTES SUR LE
RÉSEAU
 Améliorer la qualité de fourniture sur le réseau.

Un second Traversal pour les chutes de tension (VoltageDropTraversal).
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Le parcours en profondeur accède aux ligne électriques.
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Lorsqu’une ligne électrique est atteinte, la chute de tension propre à cette ligne est
calculée, à partir de ses caractéristiques techniques et de la puissance qui transite sur
cette ligne.
La chute de tension est également cumulée avec celle calculée en amont du réseau.
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SYNTHÈSE
EDF R&D
Projet SINAPSE
2014/2015
SYNTHÈSE
 Avantages de la base de données de graphes Neo4j.
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Permet d’avoir les traitements topologiques au plus proche des données, au lieu
d’exporter ces données vers des traitements externes.
Limite le nombre des interfaces entre la base de données et ces traitements externes.
Permet de ne pas stocker des informations topologiques souvent modifiées, mais plutôt
de les déduire à partir d’autres informations.
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SYNTHÈSE
 Contexte de l’expérimentation EDF R&D.
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Choix des données à stocker dans Neo4j (uniquement les données topologiques, ou
ajout de quelques données métiers nécessaires aux fonctions).
• Le modèle Neo4j est flexible pour accueillir de nouvelles données liées à de nouveaux besoins.

L’intérêt fonctionnel d’une base orientée graphe a été montré.
 Prochaines étapes & perspectives.
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Généraliser l’expérimentation à l’ensemble du réseau électrique.
• Moyenne Tension (MT) et Basse Tension (BT).
• Aujourd’hui, expérimentation sur un graphe de 360.000 nœuds (~ 1/30 du réseau MT français).

Passer de l’expérimentation à un cas réel d’exploitation sur le réseau électrique.
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Gérer l’historique du réseau : pouvoir traiter des topologies du réseau dans le passé.
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Autres fonctions prévues à étudier avec le métier (simulation d’un plan de reprise sur
incident…).
Utilisation d’un cluster de server pour tester la disponibilité des données (passage à la
version Enterprise de Neo4j).
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SYNTHÈSE
 Caractéristiques de la base utilisée pour l’expérimentation.
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MERCI
Julie TISSERAND
[email protected]
Jérôme FREMONT
[email protected]
Stéphane GOUGEON
[email protected]
EDF Labs Clamart
1 avenue du Général De Gaulle
92141 Clamart cedex