地理信息系統技術在電力系統自動化中的應用

陳勇，蘇沛

（1.河南省電力勘測設計院；2.國網河南省電力公司鄭州供電公司，河南 鄭州 450007）

地理信息系統技術在電力系統自動化中的應用

陳勇1，蘇沛2

（1.河南省電力勘測設計院；2.國網河南省電力公司鄭州供電公司，河南 鄭州 450007）

本文針對電力系統中地理信息系統技術應用的實際情況進行分析，對地理信息系統既有自動化系統與實際應用開發集成化設計進行探索。

地理信息系統；電力系統；自動化；組件技術；空間數據庫

在電力系統自動化生產中，地理信息系統技術的有效應用，將企業資源的規劃及信息管理等系統進行有機集成，相關電力企業的管理運用能得到了提升。電力企業資源分布空間區域廣闊，控制對象及空間分布復雜多樣是當代電力企業的經營管理的重要特征，引入地理信息系統技術搭建電力企業管理維護平臺，實現了既有DMS、SCADA、MIS、ERP、CIS等在地理信息基礎上的集成統一。

1 電力系統自動化中地理信息技術的發展狀況

計算機技術的快速發展為電力系統自動化生產中地理信息系統建設的良好應用提供了條件。早期階段，電力系統自動化生產中，地理信息系統技術只是對相關數據進行處理，實際應用具有很大的局限性。計算機時代的到來，逐漸建立起以服務器、客戶為主的地理信息新系統。

2 電力GIS分類

目前電力GIS主要有兩種類型的產品開發平臺，一類是建立在傳統基礎上的GIS平臺，比如國內的Supemap以及國外的Microstwtion等。一類為專業性的GIS平臺，比如國內的Grow以及國外的Smallworld等。前者在使用維護、信息處理以及開放性、通用性方面性能比較突出，后者模型成熟度較高，速度快、效率高。當前，基于這兩種平臺基礎上的電力GIS有著各自廣闊的應用空間。

3 電力GIS的實際應用

3.1 配電自動化系統的應用

配電系統起著連接用戶和用電單位的重要作用。規范的配電系統管理同電力系統運營的安全性能及經濟效益。配電網服務范圍廣泛、各中配電設備、建設設施等方面的數據信息同它們的地理位置有著密切關系，具有很大的空間性。所以配電系統自動化中國內的電力GIS得到廣泛應用。隨著電力部門的現代化發展，大多數供電單位建設信息管理系統（MIS）工程已經完成，實現配電管理系統(DMS)的功能同GIS互為融合，需要SCADA/NMS和AM/FM/GIS底層的數據設計、圖形界面、以及功能分布等一體化設計的實行，具體方法有以下兩種。（1）電力GIS操作系統的開發。對電力GIS的操作系統（GIS-OS）進行開發，將空間對象設為控制目標進行實時控制，可使系統開發變得簡單，無需對數據信息的共享而進行過多的處理。但是，在實際應用時，空間對象在技術方面還不具備完善功能功能操作及數據定義提供的功能，對GIS-OS順利發展產生了嚴重制約，這也成為未來探索研究的新方向。（2）AM/EM/GIS與SCADA系統的綜合設計。從目前現狀分析，配電系統AM/EM/GIS與SCADA系統在獨立發展與應用的同時，在數據共享和電力模型的前提下對兩套系統進行綜合設計。不僅使當前使用當中的DMS得到充分利用，有使GIS的拓展性、伸縮性得到兼顧。目前國內外不少科學技術研究單位致力于該領域的探索研究，取得了一定成功。如某電力機構在Grow平臺基礎上進行配電系統的自動化進行研究，在AM/EM/GIS與SCADA系統緊密耦合的情況下，兩系統間的進程級的通信目的得以實現。 系統將配電網的在、離線數據以及用戶、配電網數據、地理圖形、電網構架等多方信息進行自動化系統的完整構建，并對供電系統所需的各種數據信息實施提供，確保配電系統的安全運行、報裝增容、電量計費、規劃設計、電網分析軟件（PSA）、配電網SCADA、各種負荷的控制、熱線以及用電管理、通信、員工的培訓模擬等進行現代化管理。各種應用軟件以及計算機接口等基本功能構成了系統的主要功能模塊。

該系統的重要特性：（1）集成服務的提供。在網橋的作用下，實現GIS服務器與實時服務器進行連接，用于實際數據的接收，并將接收數據向GIS客戶機傳輸。GIS與SCADA系統握手信息為系統運行中所控制的參數，確保一臺GIS工作站同SCADA工作站之間聯動運行以緊偶合的方式進行。（2）實施安全隔離，促進工作效率提高。在網橋的作用下，對實時系統運行中所控制的參數，確保一臺GIS工作站同SCADA工作站之間聯動運行以緊偶合的方式進行；實施安全隔離，促進工作效率提高。在網橋的作用下，對實時網域配電網進行安全隔離，確保實時數據、GIS運行所控制的參數以及電網的結構信息進行交換傳輸的同時達到安全隔離的目的；（3）系統功能完備。本系統的主要功能有AM、FM完成、配電網調度、分析網拓撲、控制監控、潮流以及短路電流的計算、無功優化、對短期負荷進行預測等等。SCADA不僅可以進行數據采集、傳統監控，而且其配備有與配電系統動態跟蹤著色、安全隔離、對故障給予定位、實施負荷轉移等功能。

3.2 資源空間管理系統的應用

在電力生產管理中，不管是發電、配電還是輸電、用電，每個環節都具有復雜性和空間性，這些特性在空間設備、電力系統、生產管理以及客戶端得到充分體現。所以對電力企業所有資源信息進行正確、及時、全面地掌握是非常有必要的。空間資源規劃（SRP，Space Resource Planning）主要用于動態行業，是ERP資源規劃與傳統GIS有機結合與延伸。在電力企業生產管理中，具有全局、先進、戰略性的SRP，成為電力企業對各種應用方案給予設計的重要原則及指導思想，SRP的基礎為AM/RM/ GIS。通常情況下，電力行業具有相似的信息架構，圖1為AGL公司在GE Smallwould GIS平臺基礎上的電力SRP應用，從其中能夠看出該系統的工作流及應用功能。顯然該系統基于GIS/AM/FM基礎上，實現了DMS，SCADA，ERP，GIS等應用的集成，形成完備的SRP空間資源規劃。由此可見，SRP對企業資源進行了充分利用，工作流合理、資源信息全面，為企業管理、運營、規劃、決策工作的順利開展起到很好的促進作用。

4 相關技術

4.1 系統建模以及數據共享

電力GIS在具體實踐中，大部分系統側重于地理空間屬性的描述，利用幾何特點實現地理系統模擬的思維已經形成建模標準，然而在實際應用中，電力系統所控制的對象物理結構相對復雜。因此，對電力系統持支持態度分析模型的建立非常重要。該種數據共享要求對于同一種數據供求雙方應當達成共識，所以系統共享需要一種基本模型為各部門間的數據共享提供基礎。

圖1 電力SRP應用框架

4.2 系統集成度的提高

不管是建立在GIS平臺上的系統，還是建立在通用GIS平臺上的系統，需要具備規范的信息共享、綜合及多維性、動態化的分析功能。由此可見，打破傳統信息格局、數據的合理整合同源化的空間信息的緊密連接，在主流及時當中融入空間計算，進行多側面、多角度、多數據間關聯知識的展示等等，將是電力事業發展的主要方向。GIS平臺的理念及技術應當具有先進性，才能使電力企業既有及未來復雜應用得到滿足。

4.3 系統的安全性及穩定性

電力系統具有實時運行性，其穩定、可靠的性能是需要考慮的首要問題。首先系統本身具有對不同規模及類型的數據以及對象不崩潰的特性，恢復機制應當靈活有力；具有對多個用戶信息合并處理時是否有數據碰撞或者系統崩潰的狀況發生，是否具有高效支持龐大數據的交換與存取的功能，是否具有雙機備份的能力等等都是需要考慮的內容。其次，系統的控制機制應當完善，從而為系統不被惡意破壞提供保障.電力GIS的重要特征是分散控制逐漸取代了傳統集中控制的模式。所以技術安全問題是電力GIS的順利應用的關鍵所在。

5 結語

隨著技術的進步與發展，數據的標準化、多維化以及系統的智能化、集成化和社會應用將是GIS未來的發展方向。對電力GIS既有應用中存在的不足進行分析，行業發展的標準的制定、簡便靈活接口的提供、其他功能服務集成、開放性系統結構和技術得到滿足，是充分發揮電力GIS的社會效益及經濟效益的重要舉措。

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