基于電網GIS平臺的配電自動化系統研究與應用

章兵 梁磊 錢自桂 項玲

摘 要：在電力工業中，配電網是連接供電企業與最終用戶的重要紐帶，在全流程電力系統中發揮著舉足輕重的作用。近年來，隨著城市化建設步伐的加快，配電網改造日益頻繁，供電企業對電網設備的地理空間需求迫切，將地理信息技術應用于配電管理系統可以將配電網中的設備實時運行狀態信息與反映地理空間的位置信息緊密結合，從而大大提高供電可靠性、降低電網運行費用，為供電企業提供智能化決策和控制。本文著重闡述了電網GIS平臺應用于配電自動化系統的技術關鍵點，構建與配電自動化系統的橫向服務集成和數據整合分析，推進具體業務層面的耦合業務流程進行，提高配電網信息化管理程度。

關鍵詞：配電自動化；電網GIS平臺；業務集成

中圖分類號：TM727.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）20-0132-02

供電企業的生產過程包括發、輸、變、配和用電環節，配電網作為將電力生產服務延伸到最后一公里的末端環節，是連接供電企業與最終用戶的重要紐帶。因此，高效、穩定的配電網運行管理對整個電力系統起著舉足輕重的作用。

在國民經濟發展的推動下，通信網絡技術不斷得到完善，配電網生產管理信息系統、數據采集與監視控制系統的廣泛應用和地理信息技術的蓬勃興起，突破了配電網智能化分析管理的技術瓶頸。基于地理信息技術，通過將配電網中的設備實時運行狀態信息與反映地理空間的位置信息緊密結合，提供強有力的手段處理圖形和非圖形信息，從而大大提高供電可靠性、降低電網運行費用，為電力部門提供智能化決策和控制。

目前，地理信息技術已在國民經濟各行各業獲得了廣泛應用，供電企業的運檢、營銷、調度、規劃、應急指揮和通信等專業與GIS數據采集、分析和處理也密不可分。通過構建架構開放、技術通用的企業級應用電網GIS平臺，實現對輸變配電設備、通信設備和計量裝置等電網資源的基礎臺帳和空間位置信息統一維護和管理，從而構建統一的數字化電網，為智能堅強電網提供基礎支撐。

1 當前配電自動化系統建設中的困難

配電自動化系統是實現配電網實時運行監視和自動化控制的電力生產專業化系統，具備饋線自動化、配電SCADA、電網分析應用及與相關應用系統互連等功能，包括配電主站、子站、終端和通信通道等部分。目前四川省電力公司成都供電公司已推廣應用配電自動化系統，通過監視并分析電能質量問題，配電網的安全性、穩定性和可靠性得到大幅度提升，而由于配電自動化系統僅能管理設備屬性和運行參數，不能實現圖形和屬性信息的統一管理，且配電網的設備改造相對頻繁，導致數據信息不能同步更新，影響設備狀態的有效監視分析，增加風險故障。

1.1 數據庫功能

由于電力公司各部門管理職能的不同，配電自動化系統僅能管理電力設備的屬性和運行參數，不能依據不同的要求，繪制相關地理地形圖，不能實現圖形和屬性信息的統一管理，從而形成數據信息孤島。

1.2 信息系統管理的不足

配電自動化系統強化了各種生產管理和分析決策能力，有效實現配電網的運行監視和控制的自動化，但僅僅使用了關系數據庫技術來描述生產組織運作模式以及生產管理系統，未將業務工作中的空間位置信息與電力生產活動緊密關聯，且關系型數據庫難以直接動態描述空間信息，極易導致數據錯誤、信息殘缺和信息過時等現象。

因此，為了提高配電網的自愈性和供電可靠性，實現圖形連接和電氣拓撲模型的數據流動與共享，國網公司組織開發了電網GIS平臺與配電自動化系統的業務集成接口，電網GIS平臺為配電自動化系統提供設備圖模應用，配電自動化系統為電網GIS平臺提供實時數據和歷史斷面數據，有效了保證電網結構、設備屬性和運行數據等信息的一致性，實現配電網設備的全生命周期管理。

2 業務集成需求

電網GIS平臺是構建在國家電網公司“SG186”工程一體化平臺之內，實現輸變配電設備、通信設備和計量裝置等電網資源的結構化管理和圖形化展現，充分共享基礎空間數據，并以面向服務的架構為運檢、營銷、調度、規劃、應急指揮和通信等各類業務應用提供電網空間信息及分析服務，簡稱“地理信息平臺”。

電網GIS平臺和配電自動化系統都屬于為電力系統生產部門提供支持的業務系統，存在對電網模型的圖形連接、拓撲關系描述，有較為密切的業務聯系。配電自動化系統需要電網GIS平臺提供配電網設備拓撲模型及圖形來構建其基礎電網模型，同時基于模型又可以向電網GIS平臺反饋實時量測數據或計算數據斷面。

2.1 電網模型、圖形信息

對于電網數據模型、拓撲關系的圖形化展現，電網GIS平臺和配電自動化系統中均有涉足，但兩者側重點不同，其中電網GIS平臺側重電網資源數據管理的空間信息描述，而配電自動化系統側重電網的實時運行監視和方式調度，對于圖模信息描述、顆粒度展現均存在較大差異性。基于上述差異性，基于數據交換和業務耦合集成機制，電網GIS平臺為配電自動化系統圖形應用提供電網模型數據支撐，保證兩者對電網結構描述的一致性，達到“一張電網”的目標。

配電自動化系統通過數據中心獲取生產管理系統提供的電網設備電氣特征信息、電網GIS平臺提供的電網空間位置信息、拓撲信息和電網設備公共屬性信息，從而建立對電網設備圖形化描述的需求。電網GIS平臺拓撲關系結構變動后，將電網模型和圖形信息以CIM/SVG形式（電氣連接關系和拓撲關系）同步至配電自動化系統，支持各類圖形應用。

2.2 電網實時信息

為更好的支持電力生產部門業務應用，根據實時運行數據做業務分析判斷及展示，電網GIS平臺需要配網自動化系統提供電網實時數據，通過電網GIS平臺各類應用展現，如查看當前電網結構運行態等。

電網實時數據包括遙信量和遙測量，主要包括變壓器類、開斷類和母線等主設備。電網GIS平臺按設定時間間隔或者按需求觸發，從配電自動化系統獲得遙測遙信量，建立GIS平臺數據庫的準實時斷面數據，并將電網拓撲圖形、設備狀態運行信息進行疊加整合，實現對主站及區域電網的帶電狀況、分段/聯絡開關運行狀態、停電影響范圍和電網負荷密度的實時展現，為提高電網運行可靠性提供決策支撐。

3 業務集成場景

根據電力生產業務需求，電網GIS平臺可生成單線圖、站內接線圖和網絡系統圖等電網模型描述，并按一定成圖原則調整成圖。當電網GIS平臺拓撲關系結構變動后，通過觸發方式以大饋線為單位，生成CIM/SVG數據，并發送變動消息到總線予以廣播，配電自動化系統收到消息后，通過調用服務將變動后電網拓撲結構從電網GIS平臺轉入企業服務總線和信息交換總線，穿過反向隔離裝置，由配電自動化系統接收和解析，支持各類圖形應用，圖1清晰地反映電網GIS平臺和配電自動化系統的集成技術路線，配電自動化系統按設定時間間隔或按需求提供相關電網設備的遙測量、遙信量的快照信息。

電網GIS平臺定時接收配電自動化系統的電網運行數據，電網GIS平臺基于圖形將電網拓撲圖形、設備狀態運行信息進行疊加整合。因此，在進行電網停電管理時，配電自動化系統將得到的停電范圍以反饋停電邊界（開關）形式送至電網GIS平臺，在電網GIS平臺中通過功能應用將停電內容采用紅黑圖進行顯示，同時統計停電用戶及停電影響用戶，將信息送至營銷系統和95598，由其向客戶發布停電通知。

4 業務集成效果及應用情況

目前，四川省電力公司成都供電公司的電網GIS平臺和配電自動化系統已進入深化應用階段，完成了業務集成部署工作，其中154座變電站、352條配電線路和1200座配電站房設備已實現電氣拓撲模型和圖形關系的數據交互共享，即電網GIS平臺為配電自動化系統提供設備圖模應用，配電自動化系統為電網GIS平臺提供實時數據和歷史斷面數據，有效保證了電網拓撲結構、設備屬性數據和運行狀態數據等信息的一致性。

配電自動化系統引入電網GIS平臺后，可以更加直觀的進行設備運行管理，將變壓器類、開斷類和母線類等電網設備的運行狀態數據反映在GIS平臺地理圖上，且借助于平臺的大量用戶信息，便于迅速判斷故障的影響范圍，同時通過調用SCADA功能，及時查明故障異常點和影響區域，有效提高電網運行的可靠性，實現配電網設備的全生命周期管理。

5 結語

隨著堅強智能電網的發展，將配電自動化系統中引入地理信息技術，融合傳感和測量技術、設備技術和控制方法，建設基于電網GIS平臺的配電自動化系統，一方面，提高配電網設備基礎數據和網架拓撲的管理水平，另一方面，利用GIS平臺的空間拓撲分析優勢和數據共享機制，為配電網生產經營管理提供決策輔助工具。因此，借助于電網資源綜合集成管理與自動化控制分析，可有效提升數據采集、分析和處理能力，從而為電網分析提供輔助決策支持，降低供電企業生產運營風險，必將實現電網可靠、安全、經濟和高效運行，助力提升電網的精益化管理水平。

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