閆永梅，張林山，高壽山

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650200；2.廣州致訊信息科技有限責(zé)任公司，廣州 510000）

基于IEC 61970規(guī)范實(shí)現(xiàn)電力GIS系統(tǒng)與新型區(qū)域配電網(wǎng)數(shù)字虛擬分析系統(tǒng)的可視化集成應(yīng)用研究

閆永梅1，張林山1，高壽山2

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650200；2.廣州致訊信息科技有限責(zé)任公司，廣州 510000）

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展、人民生活水平的不斷提高,在電力系統(tǒng)深入到千家萬戶，以實(shí)用化以為主的今天，對(duì)電力系統(tǒng)要求會(huì)越來越高。隨著需求的增高，停電事故、事故處理快速響應(yīng)、快速定位、停電分析等功能的要求也越來越高，系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互就顯得尤為重要。云南電力科學(xué)院也看到當(dāng)前形式，迫切需要開展電力GIS系統(tǒng)與新型區(qū)域配電網(wǎng)數(shù)字虛擬分析系統(tǒng)的可視化集成應(yīng)用研究關(guān)鍵技術(shù)研究，為配電網(wǎng)的規(guī)劃、運(yùn)行、科學(xué)研究與試驗(yàn)提供先進(jìn)實(shí)用的分析技術(shù)和仿真手段。文章采用電力GIS系統(tǒng)與新型區(qū)域配電網(wǎng)數(shù)字虛擬分析系統(tǒng)的可視化集成應(yīng)用研究方案，闡述了在基于IEC61970標(biāo)準(zhǔn)下，開展GIS中戶內(nèi)外模型的統(tǒng)一建模方法淵SVG/CIM冤、GIS自動(dòng)生成接線圖技術(shù)、自定義模型支持功能等技術(shù)研究，搭建區(qū)域配電網(wǎng)GIS可視化建模平臺(tái),為進(jìn)一步展開相關(guān)研究開發(fā)工作奠定基礎(chǔ)。

電力GIS；新型區(qū)域配電網(wǎng)；IEC61970；配電設(shè)備模型

1 電力鄖隕雜系統(tǒng)概述

電力GIS系統(tǒng)主要是將電力行業(yè)中的電力設(shè)備，包括變電站、發(fā)電廠、輸電線路以及10 kV配電網(wǎng)絡(luò)、低壓線路以及電力用戶與電力負(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)。

在當(dāng)前云南使用的電力GIS系統(tǒng)，主要包含電力設(shè)備類信息、設(shè)施地理分布類信息、電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類信息、電網(wǎng)運(yùn)行類信息等。在實(shí)現(xiàn)了基本電力GIS系統(tǒng)功能上，正在實(shí)現(xiàn)與營(yíng)銷系統(tǒng)、OMS系統(tǒng)、計(jì)量四合一系統(tǒng)，配電自動(dòng)化系統(tǒng)相符集成，實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的交互，當(dāng)前電力GIS系統(tǒng)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)公共數(shù)據(jù)交互的平臺(tái)。充分貫徹南方電網(wǎng)“一張網(wǎng)”的思想，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)數(shù)據(jù)共通。

2 隕耘悅遠(yuǎn)員怨苑園規(guī)范簡(jiǎn)介

在電力市場(chǎng)飛速發(fā)展的今天，相應(yīng)的電力系統(tǒng)也開始變得日益龐大和復(fù)雜。而調(diào)度自動(dòng)化所覆蓋的內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)所認(rèn)為的能量管理范圍。而作為配電自動(dòng)化最基礎(chǔ)、最核心的部分的SCADA系統(tǒng)。由于其他電力系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互日進(jìn)成熟，對(duì)應(yīng)的應(yīng)用功能不斷完善和開發(fā)。已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前系統(tǒng)需要。所以在現(xiàn)有調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的上，將相關(guān)的孤立應(yīng)用集成到一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)。隨著各種異構(gòu)系統(tǒng)不斷介入，為了方便這些系統(tǒng)之間的信息交互和相互操作。國(guó)際電工協(xié)會(huì)IEC制定了IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)。

IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)主要包括電力系統(tǒng)公共模型CIM和統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口CIS。其主要目的是根據(jù)不同廠家開發(fā)的EMS應(yīng)用可以在運(yùn)行控制中心的環(huán)境下根據(jù)IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。徹底實(shí)現(xiàn)與底層技術(shù)無關(guān)。而CIM本身就是一個(gè)通用的數(shù)據(jù)模型。描述了電力系統(tǒng)生產(chǎn)過程涉及各類對(duì)象，用對(duì)象類和屬性及他們之間的關(guān)系來表示電力系統(tǒng)資源。作為SCADA標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模式，保證了所對(duì)應(yīng)的EMS集成框架具有良好的開放性。而在IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)中也規(guī)定了SVG作為圖形交互的標(biāo)準(zhǔn)。

3 新型區(qū)域配電網(wǎng)數(shù)字虛擬分析系統(tǒng)簡(jiǎn)介

新型區(qū)域配電網(wǎng)數(shù)字虛擬分析系統(tǒng)基于先進(jìn)的計(jì)算機(jī)硬件、軟件及電磁暫態(tài)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的仿真計(jì)算，準(zhǔn)確的再現(xiàn)配電網(wǎng)的正常、異常及故障情況下的各種行為。為了滿足系統(tǒng)計(jì)算速度和實(shí)時(shí)性的需求，配網(wǎng)動(dòng)態(tài)仿真基礎(chǔ)平臺(tái)采用了具有高性能雙CPU四核英特爾至強(qiáng)處理器的通用實(shí)時(shí)仿真計(jì)算服務(wù)器，完成模型的計(jì)算，為實(shí)時(shí)仿真提供可靠地支撐。采用了以高速DSP芯片或CPLD芯片為核心的高性能、高實(shí)時(shí)性數(shù)字物理接口，通過PCI總線實(shí)現(xiàn)中央處理器與外圍數(shù)字物理接口裝置的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)時(shí)精確地對(duì)各種數(shù)字及模擬信號(hào)進(jìn)行采集與輸出，保證了配網(wǎng)動(dòng)態(tài)仿真的要求。

配網(wǎng)動(dòng)態(tài)仿真基礎(chǔ)平臺(tái)在傳統(tǒng)電網(wǎng)仿真的基礎(chǔ)上，在仿真平臺(tái)基礎(chǔ)上配置配電網(wǎng)數(shù)字虛擬分析系統(tǒng)模型庫(kù)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)電磁暫態(tài)仿真分析功能，以及配電網(wǎng)仿真研究、試驗(yàn)、分析功能。配電網(wǎng)電磁暫態(tài)分析軟件平臺(tái)應(yīng)具有良好的擴(kuò)展性，具備擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)數(shù)字物理混合仿真的能力。

4 電力鄖隕雜系統(tǒng)與新型區(qū)域配電網(wǎng)數(shù)字虛擬分析系統(tǒng)集成架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)的情況，電力GIS配網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以SVG/CIM模型文件推送到新型區(qū)域配電網(wǎng)數(shù)字虛擬分析系統(tǒng)中進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)換。根據(jù)系統(tǒng)需求對(duì)SVG/CIM公共模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)兩方系統(tǒng)互通，GIS系統(tǒng)圖模信息能展示在新型區(qū)域配電網(wǎng)數(shù)字虛擬分析系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)設(shè)備對(duì)應(yīng)，該系統(tǒng)將分析的實(shí)時(shí)信號(hào)數(shù)據(jù)發(fā)送回GIS系統(tǒng)中進(jìn)行分析展示。滿足供電可靠性的研究以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化應(yīng)用功能如配電網(wǎng)故障開關(guān)定位，停電分析、開關(guān)告警、供電范圍、用電在線分析等。這些帶有實(shí)用化意義的饋線自動(dòng)化。

GIS系統(tǒng)完成對(duì)發(fā)送回的電網(wǎng)設(shè)備開關(guān)狀態(tài)、電流、電壓、負(fù)荷、故障跳閘信息等。測(cè)、。信實(shí)時(shí)信息的管理，在GIS系統(tǒng)一次接線圖中進(jìn)行展示。效果如圖1所示。

圖1 鄖隕雜系統(tǒng)顯示效果

5 系統(tǒng)集成應(yīng)用成果

目前，云南電網(wǎng)公司GIS配電網(wǎng)建設(shè)已完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基本錄入，在完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入的基礎(chǔ)上，為了更好的使配網(wǎng)GIS系統(tǒng)能夠起到?jīng)Q策輔助的作用。將這些配網(wǎng)數(shù)據(jù)能運(yùn)用及對(duì)應(yīng)到新型區(qū)域配電網(wǎng)數(shù)字虛擬分析系統(tǒng)上，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息能匹配到GIS系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的設(shè)備上。兩邊可以數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享。目前，在云南電網(wǎng)公司主要實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)開關(guān)故障的定位，停電分析，供電范圍分析等高級(jí)功能。

5.1 配網(wǎng)開關(guān)故障的定位

故障定位是配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化的重要功能。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，必須能夠準(zhǔn)確及時(shí)的確定故障位置，從而能夠快速隔離故障區(qū)段并恢復(fù)全區(qū)段供電，盡可能的減少因故障停電對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和群眾生活造成的影響與損失。

在型區(qū)域配電網(wǎng)數(shù)字虛擬分析系統(tǒng)模擬檢測(cè)到開關(guān)故障發(fā)生變位（站內(nèi)斷路器、線路開關(guān)分合閘狀態(tài)及變化信息）、告警（故障分閘、電壓異常、電流越限、配變過載、母線失壓事件）等信息后通過預(yù)先注冊(cè)的接口把對(duì)應(yīng)的故障設(shè)備信息以及影響到的設(shè)備信息數(shù)據(jù)推送給GIS系統(tǒng)。GIS系統(tǒng)在接受到故障開關(guān)信息的時(shí)候，定位并且高亮展示出故障設(shè)備。在通過GIS后臺(tái)拓?fù)潢P(guān)系運(yùn)算。分析出當(dāng)故障發(fā)生時(shí)候，影響的范圍等相關(guān)信息能夠直觀反饋給GIS系統(tǒng)制圖人員。設(shè)備故障在GIS系統(tǒng)中定位如圖2所示。

圖2 故障定位

5.2 停電分析

同樣作為配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的高級(jí)功能，停電分析能準(zhǔn)確分析停電原因，在通過拓?fù)潢P(guān)系直觀展示停電影響的范圍。停電主要分為五種情況，即計(jì)劃停電、臨時(shí)停電、事故停電、事故拉閘停電和計(jì)劃用電停電。GIS系統(tǒng)接收到仿真系統(tǒng)模擬的數(shù)據(jù)，可進(jìn)行最佳停電隔離點(diǎn)決策和負(fù)荷轉(zhuǎn)移的決策的計(jì)算?？蓪⑦@些故障到恢復(fù)供電的流程記錄在GIS系統(tǒng)中，可作為供電可靠性分析的相關(guān)依據(jù)。也能實(shí)現(xiàn)停電范圍分析以及顯示，在GIS系統(tǒng)中能提供線路、配電變壓器、開閉所等設(shè)備的停電歷史數(shù)據(jù)查詢和定位。計(jì)劃停電分析中影響范圍分析效果如圖3所示。

圖3 分析效果

5.3 供電范圍分析

隨著負(fù)荷的發(fā)展，當(dāng)前的供電范圍劃分和配電網(wǎng)架已經(jīng)不能很好地滿足供電需求，主要表現(xiàn)在：各個(gè)供電分區(qū)的負(fù)荷不均衡、部分導(dǎo)線截面太細(xì)、運(yùn)行費(fèi)用（線損）較高、甚至有的新增規(guī)劃負(fù)荷沒有供電途徑。因此需要進(jìn)行供電范圍調(diào)整和配電網(wǎng)架擴(kuò)展規(guī)劃。所以合理的計(jì)算供電范圍顯得尤為重要。GIS系統(tǒng)通過從仿真系統(tǒng)中獲取模擬的配電變壓器的負(fù)荷信息，計(jì)算供電范圍，能在GIS系統(tǒng)中的地理沿布圖中高亮展示供電半徑，能對(duì)區(qū)域負(fù)荷進(jìn)行分析。

6 未來的發(fā)展趨勢(shì)以及展望

隨著負(fù)荷的不斷增長(zhǎng)，輸電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，配電網(wǎng)電壓等級(jí)的升高，城市規(guī)劃和環(huán)境的制約，以及社會(huì)、政治、經(jīng)濟(jì)、工業(yè)和人民生活水平的發(fā)展變化等因素，都對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)要求越來越高。電力系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享就顯得相當(dāng)?shù)闹匾Ｔ谠颇想娋W(wǎng)初步已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電力GIS與新型區(qū)域配電網(wǎng)數(shù)字虛擬分析系統(tǒng)的配網(wǎng)數(shù)據(jù)、圖模共享，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息的交互。當(dāng)前電力GIS與營(yíng)銷系統(tǒng)、OMS系統(tǒng)已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互也開發(fā)出來相關(guān)的高級(jí)功能。而本篇文章所探討的GIS與新型區(qū)域配電網(wǎng)數(shù)字虛擬分析系統(tǒng)的可視化集成研究。在以后電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)過程是不可缺少的一部分，加強(qiáng)了云南配網(wǎng)自動(dòng)化的健壯性、可靠性、穩(wěn)定性。但在當(dāng)前的實(shí)際情況下，同樣也是技術(shù)上的問題。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的交互中，會(huì)存在延遲。會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)更新不及時(shí)。GIS主網(wǎng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的主網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)不對(duì)應(yīng)以及在開發(fā)某些高級(jí)功能時(shí)候受雙方系統(tǒng)的制約等。在以后不斷完善電力GIS系統(tǒng)的過程，應(yīng)該多考慮系統(tǒng)之間集成應(yīng)用、接口開發(fā)等問題。

在云南電網(wǎng)電力科學(xué)院對(duì)于電力GIS系統(tǒng)與新型區(qū)域配電網(wǎng)數(shù)字虛擬分析系統(tǒng)的可視化集成應(yīng)用已經(jīng)度過了初步的階段。各種實(shí)用化的高級(jí)集成功能如：故障設(shè)備定位、停電分析、供電范圍等已經(jīng)步入了實(shí)踐的階段。在GIS系統(tǒng)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基本錄入完整的情況下，打通各個(gè)系統(tǒng)之間的交互、集成。能有效的提升電網(wǎng)運(yùn)行、供電的可靠性，減少工作人員在現(xiàn)場(chǎng)的操作。降低風(fēng)險(xiǎn)。

7 結(jié)論

云南電網(wǎng)信息化系統(tǒng)正在向高度自動(dòng)化、系統(tǒng)集成應(yīng)用、信息化的方向發(fā)展，電網(wǎng)設(shè)備等方面規(guī)模的日益擴(kuò)大，而科學(xué)的決策在某種程度上取決于決策者所掌握的信息量的大小以及系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享。當(dāng)前GIS系統(tǒng)正在努力把有關(guān)信息集成起來，從而為電網(wǎng)信息化系統(tǒng)決策人員提供一個(gè)多元化的決策依據(jù)。在實(shí)現(xiàn)電力GIS系統(tǒng)與新型區(qū)域配電網(wǎng)數(shù)字虛擬分析系統(tǒng)的可視化集成應(yīng)用，基于IEC 61970規(guī)范，把握GIS地理信息、配網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)完備的優(yōu)勢(shì)和新型區(qū)域配電網(wǎng)數(shù)字虛擬分析系統(tǒng)中對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集、分析、處理。雙方系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合。能實(shí)現(xiàn)讓自動(dòng)化人員能夠直觀、高效、準(zhǔn)確的完成調(diào)度自動(dòng)化工作。提高經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，同時(shí)也是電力系統(tǒng)在以后發(fā)展的一個(gè)必然的趨勢(shì)。

10.3969/j.issn.1673-0194.2016.15.096

TM732

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1673-0194（2016）15-0154-03

2016-03-03