基于GIS的地縣一體化電壓監(jiān)測平臺的應(yīng)用與拓展

吳勁暉，呂春美，湯金生

（1.華北電力大學(xué)，北京 102206；2.麗水電業(yè)局，浙江 麗水 323000；3.浙江麗水華數(shù)數(shù)字電視有限公司，浙江 麗水323000）

電壓質(zhì)量是電力企業(yè)供電服務(wù)的首要承諾之一，電力系統(tǒng)的無功分層分區(qū)動態(tài)平衡和無功電壓自動控制，是保障電壓質(zhì)量合格的重要技術(shù)條件，對保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定與經(jīng)濟運行起著重要作用。隨著電力市場商業(yè)化運營的逐步推行，對電能質(zhì)量的要求不斷提高，節(jié)能降損、電壓無功綜合自動控制等問題日益受到重視。電壓質(zhì)量和無功電力管理是一項技術(shù)性、系統(tǒng)性很強的綜合管理工作，涉及發(fā)、供、配、用各個環(huán)節(jié)，任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會影響客戶用電質(zhì)量。為此，有必要建立實時電壓監(jiān)測平臺，為監(jiān)控電壓情況、分析運行中存在的薄弱環(huán)節(jié)、提高電壓運行水平提供有效支撐。

1 基于GIS的地縣一體化電壓監(jiān)測平臺的建設(shè)

基于GIS（地理信息系統(tǒng)）的地縣一體化電壓監(jiān)測平臺建設(shè)的目標(biāo)是實現(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式、統(tǒng)一通信規(guī)約、統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺、統(tǒng)一管理的基于GIS的實時電壓監(jiān)測和綜合管理系統(tǒng),對地區(qū)電網(wǎng)各類供電電壓監(jiān)測點的數(shù)據(jù)實現(xiàn)統(tǒng)一自動采集、匯總，市局、縣局、集控站（監(jiān)控中心）和供電所分級管理，實時監(jiān)測地區(qū)電網(wǎng)各類供電電壓質(zhì)量現(xiàn)狀，形成地市局、縣局各類電壓分析統(tǒng)計報表，提供多種電壓質(zhì)量分析手段，拓展無功電壓管理深層次需求，滿足實際工作需要。

平臺建設(shè)在綜合管理方面有所突破，尋求未來供電電壓監(jiān)測和無功電壓管理的發(fā)展方向，其核心建設(shè)內(nèi)容可歸納為以下方面：

（1）充分利用現(xiàn)有資源，與EMS（能量管理系統(tǒng)）接口，通過技術(shù)處理，實現(xiàn)資源共享，實現(xiàn)A類電壓實時監(jiān)控，擴大變電站供電電壓監(jiān)測的覆蓋范圍，為高級應(yīng)用分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（2）增設(shè)電壓監(jiān)測裝置的校驗管理、電壓監(jiān)測點實際分布以及故障定位等功能，為實際工作提供充分的技術(shù)支持。

（3）地縣垂直一體化管理，從電網(wǎng)整體規(guī)劃和集約化管理需求出發(fā)，實現(xiàn)地市局、縣局、集控站（監(jiān)控中心）和供電所無功電壓的分級管理和考核。

（4）建立電壓問題輔助決策分析系統(tǒng)，從地區(qū)電網(wǎng)角度對電壓問題進行分析和定位，拓展無功電壓管理的深層次需求，為提高電壓質(zhì)量提供決策依據(jù)。

（5）遵循國家電網(wǎng)公司和省電力公司對供電電壓監(jiān)測和管理的各項要求，為上級管理部門實施電壓質(zhì)量考核提供有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.1 平臺結(jié)構(gòu)及框架

系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，A類電壓監(jiān)測點數(shù)據(jù)通過EMS接口接入，B，C，D類監(jiān)測點數(shù)據(jù)由現(xiàn)場終端通過GPRS無線通訊通道經(jīng)過省電力公司統(tǒng)一GPRS平臺，由地區(qū)局主站前置工作站進行數(shù)據(jù)采集，采集結(jié)果保存至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)統(tǒng)計綜合供電電壓合格率數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)越限告警、數(shù)據(jù)缺失分析等；Web系統(tǒng)進行檔案管理、數(shù)據(jù)展示、報表下載以及工況監(jiān)視。

（1）B，C，D類電壓監(jiān)測點數(shù)據(jù)采用《浙江電網(wǎng)電壓監(jiān)測通信規(guī)約》，采集分鐘間隔的電壓數(shù)據(jù)、日/月合格率和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，平臺兼容目前已有的不同類型的電壓監(jiān)測儀和GPRS通信模塊。對已裝設(shè)GPRS終端的縣局，若通訊規(guī)約不滿足要求，則先進行規(guī)約轉(zhuǎn)換再采集數(shù)據(jù)，采集頻率符合電壓管理要求。對未裝設(shè)GPRS終端的縣局，加裝符合省電力公司統(tǒng)一通訊規(guī)約要求的終端；為保證數(shù)據(jù)的實時性和接口的穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)傳輸頻率可以靈活配置；實現(xiàn)異常情況下的自動補采、人工補采、人工錄入等功能。

圖1 平臺組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

（2）A類及變電所各等級母線電壓監(jiān)測點數(shù)據(jù)從EMS系統(tǒng)接入，通過安全Ⅲ區(qū)鏡像數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)，秒級數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)文件組包轉(zhuǎn)發(fā)方式，要求數(shù)據(jù)存儲間隔盡可能小，一般地區(qū)局管轄變電站數(shù)據(jù)為3 s，縣局管轄變電站數(shù)據(jù)為10 s，采集到的數(shù)據(jù)根據(jù)統(tǒng)計型電壓監(jiān)測儀原理通過計算服務(wù)器折算為每分鐘的平均值后轉(zhuǎn)發(fā)到無功電壓系統(tǒng)，進行分鐘間隔實時數(shù)據(jù)、日/月合格率及極值統(tǒng)計數(shù)據(jù)的統(tǒng)計；同時通過EMS獲取變電所主變各側(cè)間隔的有功、無功數(shù)據(jù)，計算功率因數(shù)，供統(tǒng)計考核使用。

（3）結(jié)合地理信息圖方式實現(xiàn)電壓綜合統(tǒng)計情況的全局可視化顯示、電壓監(jiān)測點分布直觀展示以及實際布點位置展示。提供豐富、友好的人機界面，通過功能強大的圖形展示，對電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)進行全面準(zhǔn)確的顯示和分析。

1.2 平臺功能

平臺應(yīng)用軟件由無功電壓監(jiān)測管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)統(tǒng)計考核、報表管理、Web發(fā)布考核等多個子系統(tǒng)組成。平臺的管理、維護和應(yīng)用全部采用B/S模式。

（1）無功電壓監(jiān)測平臺子系統(tǒng)：采用全地區(qū)集中建設(shè)模式，支持按“地區(qū)-縣局（或分局）-供電營業(yè)所-監(jiān)測點”模式進行監(jiān)測點部署，按“地區(qū)-縣局（或分局）-變電所（線路）-無功設(shè)備”模式進行全地區(qū)無功設(shè)備的臺帳管理，支持監(jiān)測點日/月/季/年統(tǒng)計數(shù)據(jù)、綜合合格率數(shù)據(jù)的存儲，支持按縣分局、供電營業(yè)所為單位的電壓管理和考核，按變電所及縣、分局為單位的無功考核。

（2）數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)：通過有線、無線方式實現(xiàn)監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)的直接采集。

（3）數(shù)據(jù)獲取子系統(tǒng)：根據(jù)《供電電壓合格率自動交互、上報接口規(guī)范》，接收各縣局或分局的上報數(shù)據(jù)；接入各EMS系統(tǒng)的主變壓器、母線、線路、無功補償設(shè)備的電壓和有功/無功功率數(shù)據(jù)。

（4）電壓數(shù)據(jù)統(tǒng)計考核子系統(tǒng)：對A，B，C，D各類、各縣局（或分局）、全地區(qū)綜合電壓合格率進行統(tǒng)計；根據(jù)各縣局（或分局）實測率、上報率、綜合合格率，依據(jù)《電網(wǎng)供電電壓合格率上報和考核辦法》進行上報統(tǒng)計。

（5）無功補償設(shè)備臺帳及月報管理子系統(tǒng)：在市局系統(tǒng)中完成設(shè)備臺帳的Excel文件導(dǎo)入、人工錄入維護；根據(jù)目前要求上報的無功補償設(shè)備臺帳報表，包括主變壓器、并聯(lián)電容器等，通過文件導(dǎo)入方式初始化系統(tǒng)信息；支持人工錄入、人工維護等功能，滿足國家電網(wǎng)公司上報需要。

（6）無功設(shè)備統(tǒng)計考核子系統(tǒng)：無功設(shè)備考核對象管理模塊主要包括所有變電站無功設(shè)備，需設(shè)置關(guān)聯(lián)遙測，同時設(shè)置相關(guān)統(tǒng)計考核指標(biāo)。

（7）報表管理子系統(tǒng)：實現(xiàn)全地區(qū)、各縣局（或分局）的無功、電壓統(tǒng)計數(shù)據(jù)及國家電網(wǎng)公司綜合報表的要求。

（8）Web發(fā)布考核子系統(tǒng)：按地區(qū)、縣局（或分局）實現(xiàn)監(jiān)測點的管理和維護，實現(xiàn)地區(qū)所有數(shù)據(jù)、報表和考核結(jié)果的發(fā)布，以及電壓合格率數(shù)據(jù)的綜合分析功能；實現(xiàn)所轄無功補償設(shè)備、調(diào)壓設(shè)備的靜態(tài)信息、實時數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)的管理、查詢、報表、分析、考核等應(yīng)用，且可方便快捷地進行無功設(shè)備綜合查詢分析；通過電壓監(jiān)測點分布圖可以較好地展示整個地區(qū)所有監(jiān)測點的實際分布。

1.3 技術(shù)特點

（1）綜合了電壓合格率管理、無功高級應(yīng)用、監(jiān)測點GIS應(yīng)用等，實現(xiàn)電壓合格率數(shù)據(jù)的綜合管理、高級應(yīng)用分析。

（2）結(jié)合EMS母線電壓、變電站無功遙測數(shù)據(jù)、GPRS監(jiān)測儀合格率數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)源，兼容不同廠家GPRS電壓監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)采集。

2 應(yīng)用效果

麗水電業(yè)局于2009年開始籌建基于GIS的地縣一體化電壓監(jiān)測平臺，2010年完成了主站系統(tǒng)平臺電壓管理、無功高級應(yīng)用、電壓監(jiān)測點GIS展示的安裝調(diào)試以及EMS接口數(shù)據(jù)的接入、調(diào)試，各分局及縣局完成了B，C，D類電壓采集裝置的安裝調(diào)試，2010年底進入試運行階段。截止目前，共監(jiān)測124座變電站的216臺主變壓器各側(cè)功率因數(shù)和分接開關(guān)工作狀況、330條母線電壓、428組無功補償設(shè)備的投切情況，監(jiān)測A，B，C，D類電壓監(jiān)測點共575個，管理GPRS監(jiān)測儀430臺，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，取得了以下應(yīng)用效果：

（1）平臺自投運以來，實現(xiàn)了電壓數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程遙測，減輕了各級生產(chǎn)運行人員抄表和運行維護的工作量，提高了工作效率，解決了以往全市電壓合格率統(tǒng)計由人工抄錄、分級匯總，數(shù)據(jù)時效性差，報表報送效率低下，不能及時發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計型電壓監(jiān)測儀故障，指標(biāo)監(jiān)控手段落后，無功電壓分析數(shù)據(jù)缺乏等問題，預(yù)計年降損節(jié)能效益達635.4萬元。

（2）實現(xiàn)了高效、實時、統(tǒng)一的A，B，C，D類電壓合格率數(shù)據(jù)采集；形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式、統(tǒng)一通信規(guī)約、統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一綜合管理，滿足無功電壓管理深層次需求。

（3）提高了無功電壓基礎(chǔ)管理的信息化水平。各基層部門能通過該平臺及時了解所轄電壓監(jiān)測點的超限情況，制定提升指標(biāo)的有效措施；運行部門通過該平臺可對各變電所母線電壓超限情況、電容器投切情況、變壓器分接頭情況及時查詢，并導(dǎo)出相關(guān)信息。

（4）系統(tǒng)投運后，可以實時監(jiān)視各地存在的低電壓情況，制定有效的抑制措施，為完成全市階段性低電壓綜合整治發(fā)揮積極作用。

3 平臺功能展望

實際運行情況表明，平臺實現(xiàn)的電壓實時監(jiān)測、曲線分析、統(tǒng)計報表等國家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)模板報表，無功設(shè)備臺賬、電容器、電抗器缺陷管理，以及變電站功率因數(shù)查詢、下載等應(yīng)用功能，大大提高了電力企業(yè)的無功電壓管理水平，使無功電力與電壓質(zhì)量管理較好地結(jié)合在一起，取得了良好的應(yīng)用效果。為進一步拓展系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，還預(yù)留了以下5方面的功能接口：

（1）與PMS系統(tǒng)的接口。依據(jù)國家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)格式獲取無功電壓設(shè)備臺賬、數(shù)據(jù)等信息。

（2）與智能配變監(jiān)測終端接口。按照系統(tǒng)統(tǒng)計規(guī)范獲取B，C，D類監(jiān)測點的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全地區(qū)的數(shù)據(jù)接入。

（3）與PI（實時數(shù)據(jù)庫）系統(tǒng)接口。將系統(tǒng)的監(jiān)測點實時數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)格式傳送給PI系統(tǒng)平臺，供高級應(yīng)用分析。

（4）與省電力公司電壓管理系統(tǒng)的接口。以E文件格式上報單位信息、監(jiān)測點臺帳、監(jiān)測點日月統(tǒng)計數(shù)據(jù)、監(jiān)測點5 min間隔電壓瞬時數(shù)據(jù)。

（5）與其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享。遵循《國網(wǎng)供電電壓監(jiān)測管理系統(tǒng)接口規(guī)范》，實現(xiàn)單位信息、監(jiān)測點臺帳、監(jiān)測點日月統(tǒng)計數(shù)據(jù)、監(jiān)測點5 min間隔電壓瞬時數(shù)據(jù)的上報、共享。

4 結(jié)語

基于GIS的地縣一體化電壓監(jiān)測平臺實現(xiàn)了無功電壓集約化、標(biāo)準(zhǔn)化綜合管理，以及無功電壓管理高級應(yīng)用功能，滿足無功電壓管理深層次需求，規(guī)范了統(tǒng)計型電壓監(jiān)測儀校驗工作，完善了縣局無功電壓基礎(chǔ)臺賬，規(guī)范了配網(wǎng)無功電壓管理。平臺集中建設(shè)、分布應(yīng)用模式降低了整體投資，減少了管理成本，提高了工作效率。平臺建成投運后，促進了麗水電網(wǎng)電壓無功綜合管理工作，提升整體優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平，其中，基于GIS系統(tǒng)、結(jié)合地理信息圖直觀展示電壓監(jiān)測點分布圖及關(guān)聯(lián)電壓監(jiān)測點數(shù)據(jù)及監(jiān)測設(shè)備故障的定位功能在全國尚屬首例，具有較好的應(yīng)用前景和推廣價值。

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