陳勇，蘇沛

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

地理信息系統(tǒng)技術(shù)在電力系統(tǒng)自動化中的應(yīng)用

陳勇1，蘇沛2

（1.河南省電力勘測設(shè)計院；2.國網(wǎng)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(tǒng)中地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際情況進(jìn)行分析，對地理信息系統(tǒng)既有自動化系統(tǒng)與實(shí)際應(yīng)用開發(fā)集成化設(shè)計進(jìn)行探索。

地理信息系統(tǒng)；電力系統(tǒng)；自動化；組件技術(shù)；空間數(shù)據(jù)庫

在電力系統(tǒng)自動化生產(chǎn)中，地理信息系統(tǒng)技術(shù)的有效應(yīng)用，將企業(yè)資源的規(guī)劃及信息管理等系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)集成，相關(guān)電力企業(yè)的管理運(yùn)用能得到了提升。電力企業(yè)資源分布空間區(qū)域廣闊，控制對象及空間分布復(fù)雜多樣是當(dāng)代電力企業(yè)的經(jīng)營管理的重要特征，引入地理信息系統(tǒng)技術(shù)搭建電力企業(yè)管理維護(hù)平臺，實(shí)現(xiàn)了既有DMS、SCADA、MIS、ERP、CIS等在地理信息基礎(chǔ)上的集成統(tǒng)一。

1 電力系統(tǒng)自動化中地理信息技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展為電力系統(tǒng)自動化生產(chǎn)中地理信息系統(tǒng)建設(shè)的良好應(yīng)用提供了條件。早期階段，電力系統(tǒng)自動化生產(chǎn)中，地理信息系統(tǒng)技術(shù)只是對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)際應(yīng)用具有很大的局限性。計算機(jī)時代的到來，逐漸建立起以服務(wù)器、客戶為主的地理信息新系統(tǒng)。

2 電力GIS分類

目前電力GIS主要有兩種類型的產(chǎn)品開發(fā)平臺，一類是建立在傳統(tǒng)基礎(chǔ)上的GIS平臺，比如國內(nèi)的Supemap以及國外的Microstwtion等。一類為專業(yè)性的GIS平臺，比如國內(nèi)的Grow以及國外的Smallworld等。前者在使用維護(hù)、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(dāng)前，基于這兩種平臺基礎(chǔ)上的電力GIS有著各自廣闊的應(yīng)用空間。

3 電力GIS的實(shí)際應(yīng)用

3.1 配電自動化系統(tǒng)的應(yīng)用

配電系統(tǒng)起著連接用戶和用電單位的重要作用。規(guī)范的配電系統(tǒng)管理同電力系統(tǒng)運(yùn)營的安全性能及經(jīng)濟(jì)效益。配電網(wǎng)服務(wù)范圍廣泛、各中配電設(shè)備、建設(shè)設(shè)施等方面的數(shù)據(jù)信息同它們的地理位置有著密切關(guān)系，具有很大的空間性。所以配電系統(tǒng)自動化中國內(nèi)的電力GIS得到廣泛應(yīng)用。隨著電力部門的現(xiàn)代化發(fā)展，大多數(shù)供電單位建設(shè)信息管理系統(tǒng)（MIS）工程已經(jīng)完成，實(shí)現(xiàn)配電管理系統(tǒng)(DMS)的功能同GIS互為融合，需要SCADA/NMS和AM/FM/GIS底層的數(shù)據(jù)設(shè)計、圖形界面、以及功能分布等一體化設(shè)計的實(shí)行，具體方法有以下兩種。（1）電力GIS操作系統(tǒng)的開發(fā)。對電力GIS的操作系統(tǒng)（GIS-OS）進(jìn)行開發(fā)，將空間對象設(shè)為控制目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時控制，可使系統(tǒng)開發(fā)變得簡單，無需對數(shù)據(jù)信息的共享而進(jìn)行過多的處理。但是，在實(shí)際應(yīng)用時，空間對象在技術(shù)方面還不具備完善功能功能操作及數(shù)據(jù)定義提供的功能，對GIS-OS順利發(fā)展產(chǎn)生了嚴(yán)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(tǒng)的綜合設(shè)計。從目前現(xiàn)狀分析，配電系統(tǒng)AM/EM/GIS與SCADA系統(tǒng)在獨(dú)立發(fā)展與應(yīng)用的同時，在數(shù)據(jù)共享和電力模型的前提下對兩套系統(tǒng)進(jìn)行綜合設(shè)計。不僅使當(dāng)前使用當(dāng)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(nèi)外不少科學(xué)技術(shù)研究單位致力于該領(lǐng)域的探索研究，取得了一定成功。如某電力機(jī)構(gòu)在Grow平臺基礎(chǔ)上進(jìn)行配電系統(tǒng)的自動化進(jìn)行研究，在AM/EM/GIS與SCADA系統(tǒng)緊密耦合的情況下，兩系統(tǒng)間的進(jìn)程級的通信目的得以實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)將配電網(wǎng)的在、離線數(shù)據(jù)以及用戶、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)、地理圖形、電網(wǎng)構(gòu)架等多方信息進(jìn)行自動化系統(tǒng)的完整構(gòu)建，并對供電系統(tǒng)所需的各種數(shù)據(jù)信息實(shí)施提供，確保配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行、報裝增容、電量計費(fèi)、規(guī)劃設(shè)計、電網(wǎng)分析軟件（PSA）、配電網(wǎng)SCADA、各種負(fù)荷的控制、熱線以及用電管理、通信、員工的培訓(xùn)模擬等進(jìn)行現(xiàn)代化管理。各種應(yīng)用軟件以及計算機(jī)接口等基本功能構(gòu)成了系統(tǒng)的主要功能模塊。

該系統(tǒng)的重要特性：（1）集成服務(wù)的提供。在網(wǎng)橋的作用下，實(shí)現(xiàn)GIS服務(wù)器與實(shí)時服務(wù)器進(jìn)行連接，用于實(shí)際數(shù)據(jù)的接收，并將接收數(shù)據(jù)向GIS客戶機(jī)傳輸。GIS與SCADA系統(tǒng)握手信息為系統(tǒng)運(yùn)行中所控制的參數(shù)，確保一臺GIS工作站同SCADA工作站之間聯(lián)動運(yùn)行以緊偶合的方式進(jìn)行。（2）實(shí)施安全隔離，促進(jìn)工作效率提高。在網(wǎng)橋的作用下，對實(shí)時系統(tǒng)運(yùn)行中所控制的參數(shù)，確保一臺GIS工作站同SCADA工作站之間聯(lián)動運(yùn)行以緊偶合的方式進(jìn)行；實(shí)施安全隔離，促進(jìn)工作效率提高。在網(wǎng)橋的作用下，對實(shí)時網(wǎng)域配電網(wǎng)進(jìn)行安全隔離，確保實(shí)時數(shù)據(jù)、GIS運(yùn)行所控制的參數(shù)以及電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行交換傳輸?shù)耐瑫r達(dá)到安全隔離的目的；（3）系統(tǒng)功能完備。本系統(tǒng)的主要功能有AM、FM完成、配電網(wǎng)調(diào)度、分析網(wǎng)拓?fù)洹⒖刂票O(jiān)控、潮流以及短路電流的計算、無功優(yōu)化、對短期負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測等等。SCADA不僅可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳統(tǒng)監(jiān)控，而且其配備有與配電系統(tǒng)動態(tài)跟蹤著色、安全隔離、對故障給予定位、實(shí)施負(fù)荷轉(zhuǎn)移等功能。

3.2 資源空間管理系統(tǒng)的應(yīng)用

在電力生產(chǎn)管理中，不管是發(fā)電、配電還是輸電、用電，每個環(huán)節(jié)都具有復(fù)雜性和空間性，這些特性在空間設(shè)備、電力系統(tǒng)、生產(chǎn)管理以及客戶端得到充分體現(xiàn)。所以對電力企業(yè)所有資源信息進(jìn)行正確、及時、全面地掌握是非常有必要的?？臻g資源規(guī)劃（SRP，Space Resource Planning）主要用于動態(tài)行業(yè)，是ERP資源規(guī)劃與傳統(tǒng)GIS有機(jī)結(jié)合與延伸。在電力企業(yè)生產(chǎn)管理中，具有全局、先進(jìn)、戰(zhàn)略性的SRP，成為電力企業(yè)對各種應(yīng)用方案給予設(shè)計的重要原則及指導(dǎo)思想，SRP的基礎(chǔ)為AM/RM/ GIS。通常情況下，電力行業(yè)具有相似的信息架構(gòu)，圖1為AGL公司在GE Smallwould GIS平臺基礎(chǔ)上的電力SRP應(yīng)用，從其中能夠看出該系統(tǒng)的工作流及應(yīng)用功能。顯然該系統(tǒng)基于GIS/AM/FM基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了DMS，SCADA，ERP，GIS等應(yīng)用的集成，形成完備的SRP空間資源規(guī)劃。由此可見，SRP對企業(yè)資源進(jìn)行了充分利用，工作流合理、資源信息全面，為企業(yè)管理、運(yùn)營、規(guī)劃、決策工作的順利開展起到很好的促進(jìn)作用。

4 相關(guān)技術(shù)

4.1 系統(tǒng)建模以及數(shù)據(jù)共享

電力GIS在具體實(shí)踐中，大部分系統(tǒng)側(cè)重于地理空間屬性的描述，利用幾何特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)地理系統(tǒng)模擬的思維已經(jīng)形成建模標(biāo)準(zhǔn)，然而在實(shí)際應(yīng)用中，電力系統(tǒng)所控制的對象物理結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。因此，對電力系統(tǒng)持支持態(tài)度分析模型的建立非常重要。該種數(shù)據(jù)共享要求對于同一種數(shù)據(jù)供求雙方應(yīng)當(dāng)達(dá)成共識，所以系統(tǒng)共享需要一種基本模型為各部門間的數(shù)據(jù)共享提供基礎(chǔ)。

圖1 電力SRP應(yīng)用框架

4.2 系統(tǒng)集成度的提高

不管是建立在GIS平臺上的系統(tǒng)，還是建立在通用GIS平臺上的系統(tǒng)，需要具備規(guī)范的信息共享、綜合及多維性、動態(tài)化的分析功能。由此可見，打破傳統(tǒng)信息格局、數(shù)據(jù)的合理整合同源化的空間信息的緊密連接，在主流及時當(dāng)中融入空間計算，進(jìn)行多側(cè)面、多角度、多數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)知識的展示等等，將是電力事業(yè)發(fā)展的主要方向。GIS平臺的理念及技術(shù)應(yīng)當(dāng)具有先進(jìn)性，才能使電力企業(yè)既有及未來復(fù)雜應(yīng)用得到滿足。

4.3 系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性

電力系統(tǒng)具有實(shí)時運(yùn)行性，其穩(wěn)定、可靠的性能是需要考慮的首要問題。首先系統(tǒng)本身具有對不同規(guī)模及類型的數(shù)據(jù)以及對象不崩潰的特性，恢復(fù)機(jī)制應(yīng)當(dāng)靈活有力；具有對多個用戶信息合并處理時是否有數(shù)據(jù)碰撞或者系統(tǒng)崩潰的狀況發(fā)生，是否具有高效支持龐大數(shù)據(jù)的交換與存取的功能，是否具有雙機(jī)備份的能力等等都是需要考慮的內(nèi)容。其次，系統(tǒng)的控制機(jī)制應(yīng)當(dāng)完善，從而為系統(tǒng)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(tǒng)集中控制的模式。所以技術(shù)安全問題是電力GIS的順利應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

5 結(jié)語

隨著技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、多維化以及系統(tǒng)的智能化、集成化和社會應(yīng)用將是GIS未來的發(fā)展方向。對電力GIS既有應(yīng)用中存在的不足進(jìn)行分析，行業(yè)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)的制定、簡便靈活接口的提供、其他功能服務(wù)集成、開放性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和技術(shù)得到滿足，是充分發(fā)揮電力GIS的社會效益及經(jīng)濟(jì)效益的重要舉措。

[1]李維維.基于電力系統(tǒng)中GIS應(yīng)用的探討[J]. 城鄉(xiāng)建設(shè)，2012(29).

[2]葉興華.解析電力系統(tǒng)中地理信息系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用[J]. 華東科技：學(xué)術(shù)版，2014(12):287～287.

[3]陳海宏，李紹銅，王貽欣.地理信息系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用研究[J]. 中國科技博覽，2012(14):178～179.

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