楊莉+荊志強(qiáng)

【摘 要】地理信息系統(tǒng)GIS在電力行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用，為電力信息化建設(shè)發(fā)揮了重要推動(dòng)的作用，并已深入到輸電、變電、配電，甚至用電管理領(lǐng)域。本文在介紹GIS和電力系統(tǒng)相關(guān)概念的基礎(chǔ)上，針對(duì)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)可能存在的問(wèn)題，重點(diǎn)闡述了電力GIS系統(tǒng)的框架模型，有助于進(jìn)一步推動(dòng)電力GIS的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】電力；GIS；電力GIS

0 引言

作為一門學(xué)科，GIS是描述、存儲(chǔ)、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門交叉學(xué)科；而作為一種技術(shù)，GIS是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，提供多種空間的和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。GIS具有基于空間數(shù)據(jù)、需要計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持和具有空間操作分析能力三個(gè)特征?？臻g數(shù)據(jù)用來(lái)表示空間實(shí)體的位置、形狀、大小及其分布特征諸多方面信息的數(shù)據(jù)，它可以用來(lái)描述來(lái)自現(xiàn)實(shí)世界的目標(biāo)，它具有定位、定性、時(shí)間和空間關(guān)系等特性，是一種用點(diǎn)、線、面以及實(shí)體等基本空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)表示人們賴以生存的自然世界的數(shù)據(jù)。隨著地理信息系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，GIS已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)土管理、城市規(guī)劃、電力水利、災(zāi)害預(yù)測(cè)、郵電通訊、資源調(diào)查、環(huán)境評(píng)估、公共設(shè)施管理、統(tǒng)計(jì)、交通運(yùn)輸、農(nóng)林牧業(yè)、軍事公安、商業(yè)金融等幾乎所有領(lǐng)域。如圖2是GIS的相關(guān)學(xué)科示意圖。

1 電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠→輸配電網(wǎng)→客戶用電設(shè)備構(gòu)成的總稱。電是商品，它的生產(chǎn)與銷售以瞬時(shí)在線完成。電力系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)觀點(diǎn)可分為輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)，由發(fā)電廠、輸電線路（導(dǎo)線、桿塔等）、變電站、配電線路（導(dǎo)線、桿塔、配電變壓器、線路開關(guān)、箱式變、開閉所/小區(qū)變等）構(gòu)成。電網(wǎng)的建設(shè)是基于特定的地理環(huán)境的，且隨著人類社會(huì)發(fā)展的需要，電力網(wǎng)建設(shè)也越來(lái)越復(fù)雜，需要考慮的因素也越來(lái)越多，運(yùn)用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)、管理方法已不能滿足這些需求。同時(shí)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人民生活水平的提高，各種大型及民用用電設(shè)備對(duì)電力系統(tǒng)的依賴性越來(lái)越大，要求越來(lái)越高，與現(xiàn)有的電網(wǎng)管理與維護(hù)模式的矛盾越來(lái)越突出。電力GIS融合電力系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)于一體，它在輸配電管理上的廣泛應(yīng)用，將為輸配電管理帶來(lái)質(zhì)的飛躍。

2 存在問(wèn)題

目前，各電力公司輸電GIS建設(shè)的規(guī)模和實(shí)現(xiàn)的功能都不盡相同，但從總體上來(lái)說(shuō)，多數(shù)輸電GIS系統(tǒng)都實(shí)現(xiàn)了輸電網(wǎng)地理接線圖、變電站一次接線圖、單線圖、交叉跨越圖、輸電線路相序圖的管理；部分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了輸電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)圖、輸電線路立面圖、特殊區(qū)域（如雷害區(qū)、鳥害區(qū)、重污區(qū)等）的管理；部分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了局部區(qū)域內(nèi)的3維輸電GIS功能，個(gè)別系統(tǒng)甚至建立了變電站內(nèi)設(shè)備的3維模型；多數(shù)系統(tǒng)都實(shí)現(xiàn)了輸變電設(shè)備查詢統(tǒng)計(jì)功能，但多數(shù)未按全生命周期的資產(chǎn)管理的理念實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理功能；部分系統(tǒng)在GIS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了輸變電運(yùn)行管理的部分功能，如設(shè)備輪換管理、巡視管理、缺陷管理和檢修管理等；部分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與EMS /SCADA系統(tǒng)、雷電系統(tǒng)的集成；部分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于移動(dòng)GIS技術(shù)和GPS技術(shù)的野外迅檢及數(shù)據(jù)采集功能。

可以看出，目前電力GIS系統(tǒng)存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)為：多以平面地理信息加輸配電網(wǎng)線路走經(jīng)和輸配電設(shè)備管理為主，奇少或無(wú)進(jìn)行立體的空間應(yīng)用。如結(jié)合GPS全球定位系統(tǒng)進(jìn)行線路巡線跟蹤、線路檢修跟蹤、帶電作業(yè)跟蹤、故障搶修車輛或人員跟蹤與調(diào)度、電網(wǎng)規(guī)劃/設(shè)計(jì)輔助決策等等。同時(shí)，數(shù)據(jù)更新時(shí)效性差以及系統(tǒng)性差。

3 電力GIS系統(tǒng)功能框架

電力GIS是將電力企業(yè)的電力設(shè)備、變電站、輸配電網(wǎng)絡(luò)、電力用戶與電力負(fù)荷和生產(chǎn)及管理等核心業(yè)務(wù)連接形成電力信息化的生產(chǎn)管理的綜合信息系統(tǒng)。它提供的電力設(shè)備設(shè)施信息、電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息、電力技術(shù)信息、生產(chǎn)管理信息、電力市場(chǎng)信息與城鎮(zhèn)、公路街道、山川、河流、地勢(shì)、樓群以及氣象、水文、地質(zhì)、資源等自然環(huán)境信息集中于統(tǒng)一系統(tǒng)中，并通過(guò)GIS可查詢有關(guān)數(shù)據(jù)、圖片、圖象、地圖、技術(shù)資料、管理知識(shí)等。

新時(shí)期，電力信息系統(tǒng)的建設(shè)模式正在發(fā)生改變，作為電力信息系統(tǒng)建設(shè)分支的電力GIS系統(tǒng)的建設(shè)模式同樣要經(jīng)歷一個(gè)嬗變過(guò)程。電力GIS是輸配電管理信息和自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，其基本功能是完成輸配電網(wǎng)設(shè)施、設(shè)備、運(yùn)行、維護(hù)的管理，并與SCADA聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)輸配電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的基本處理，更高級(jí)的功能則應(yīng)能為輸配電網(wǎng)運(yùn)行、維護(hù)管理和調(diào)度提供輔助決策依據(jù)。

在構(gòu)造電力信息管理系統(tǒng)時(shí)，以設(shè)備空間描述設(shè)備屬性，以地理空間描述設(shè)施地理分布信息，以拓?fù)淇臻g描述電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，以電物理空間描述電網(wǎng)運(yùn)行信息。各空間模型的相互關(guān)系如圖2所示。設(shè)備空間是電網(wǎng)設(shè)備信息管理構(gòu)造的數(shù)字模型及其信息處理功能函數(shù)的集合，地理空間是電網(wǎng)設(shè)備的地理分布信息管理構(gòu)造的數(shù)字模型及其信息處理功能函數(shù)的集合，拓?fù)淇臻g是電網(wǎng)邏輯結(jié)構(gòu)信息管理構(gòu)造的數(shù)字模型及其信息處理功能函數(shù)的集合，電物理空間是電網(wǎng)的電物理特征信息分析、模擬而構(gòu)造的數(shù)字模型以及其信息處理功能函數(shù)的集合，實(shí)理該空間的典型技術(shù)構(gòu)成是電力計(jì)算分析技術(shù)、實(shí)時(shí)信息處理技術(shù)。

地理背景地圖顯示功能可以將測(cè)繪部門提供的電子地圖轉(zhuǎn)換成GIS系統(tǒng)可識(shí)別的方式，這樣一來(lái)，可以以更加直觀的地形印象方式展現(xiàn)各種背景圖。用戶查詢功能主要完成各種道路、街道的用戶查詢需求，并顯示其相應(yīng)的屬性信息。圖形建模功能以傳統(tǒng)的電子地圖為背景底圖，提供各種電力設(shè)備的編輯工具，使用戶能在地理背景圖上直觀的按照電力設(shè)備的實(shí)際分布情況進(jìn)行空間增加、刪除、修改操作，同時(shí)提供相關(guān)的屬性操作。自動(dòng)制圖功能負(fù)責(zé)高品質(zhì)電力設(shè)備圖的制作，同時(shí)需要實(shí)時(shí)地根據(jù)地圖要表的更新。線路設(shè)備查詢系統(tǒng)功能負(fù)責(zé)將配電及其設(shè)備的各種分布情況在圖形終端上顯示出來(lái)。Web發(fā)布功能可以將電力及其設(shè)備的各種圖形信息、屬性信息和實(shí)時(shí)信息在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行發(fā)布，并通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送，加快地理信息的共享與查詢，提供更實(shí)時(shí)的電力信息。電網(wǎng)分析功能可以實(shí)現(xiàn)供電可靠性、停電故障等問(wèn)題的分析，以及實(shí)時(shí)追蹤電力GIS中桿塔與導(dǎo)線的連接關(guān)系、進(jìn)線出線的對(duì)應(yīng)關(guān)系及電網(wǎng)的實(shí)時(shí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。輔助決策功能則負(fù)責(zé)若出現(xiàn)停電故障或需要線路檢修時(shí)對(duì)停電范圍作最優(yōu)化決策。

4 結(jié)論

本文在分析傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的特征的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)所面臨的問(wèn)題，提出了電力GIS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)及設(shè)計(jì)電力GIS系統(tǒng)的功能框架，根據(jù)該功能框架，電力系統(tǒng)的管理面向用戶時(shí)更加高效和直觀。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]