GIS在配電管理系統中的應用研究

程天龍

（長江工程職業技術學院，武漢 430212）

1 引 言

地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS）在配電管理系統中的應用主要是結合了自動繪圖（Automation Mapping，簡稱AM）和設備管理（Facility Management，簡稱FM），總稱為配電地理信息系統AM／FM／GIS，是利用地理信息系統技術、配電網規劃技術、生產運行管理技術等，實現配電管理的計算機系統。由于目前配電網存在設備類型眾多、設備數量巨大、分布地域廣闊、設備安裝位置與地理信息緊密度高、配電網結構復雜并伴隨著地域地理信息、電力負荷信息變化而變化等問題，采用人工處理方法或者傳統的信息處理技術，不能有效地實現配電網規劃的即時性、生產運行與維護管理及客戶服務的及時性等，由此迎來了AM／FM／GIS系統在配電管理系統DMS中的應用時代。

2 配電地理信息系統的功能

AM／FM／GIS不但具有基本的地理信息系統的功能，而且具備配網設備應用管理的主要功能。圖1所示為一個實際應用的AM／FM／GIS的功能列表，它包括地圖操作、圖元編輯、地圖編輯、統計與查詢和數據管理等部分。

圖1 配電地理信息系統的功能結構框圖

3 AM／FM／GIS在配電管理系統中的應用

3.1 AM／FM／GIS在離線方面的應用

以前，電網管理部門通過文件／數據庫系統對網絡狀況進行局部的圖文報表形式的統計分析，這樣往往缺乏對全部資產有一個整體清晰的了解，并且導致電網設備管理難度大，使得投資未盡其效、安全系數不高、維修速度較慢。

運用AM／FM／GIS，電力部門將設備的屬性數據疊加在相應的地理街道圖層中，能確定每個地區的設備狀況，再將不同地區根據設備狀況不同用不同顏色表示，使電力管理部門對其管理一目了然；同時，對設備的定位查詢、器材的更新維修提供簡單明了的手段。使用人員利用AM／FM／GIS方便地查看配電線路設備的實際分布與走向情況同時，結合地圖背景和后臺公共數據庫的強勁支持，利用最簡單的鼠標點按操作得知線路設備的概要數據，或者利用簡單的菜單操作查詢完整的配網設備參數信息，包括線路檔案、桿塔參數及相關材料表和安裝圖以及變壓器、刀閘等桿上設備檔案等。對于線路巡檢與設備維護，這是簡單、直觀、有效的數據準備方式，真正實現了線路維護有的放矢。而且所有的系統設備檔案和客戶設備檔案管理均可采用數據庫管理軟件進行管理，管理內容包括對變電所（開關站、配電站）、配電線路（架空線、電纜線）、桿塔、配電變壓器、高壓客戶、開關以及避雷器等設備的基本檔案進行管理。把AM／FM／GIS同實際中的配電網絡有機地結合起來，在地圖上表示出配電網絡模型，用不同的圖形元素代表配電網絡中的線路、開關、刀閘、變壓器、電壓互感器、電容器等各種各樣的配電設備，并把這些設備與外部數據庫靈活地掛接起來，更直觀形象地完成配電網設備的管理。

3.2 AM／FM／GIS在在線方面的應用

在DMS中，AM／FM／GIS把提供的準確的、最新的設備信息和空間信息與SCADA提供的實時運行狀態信息有機地結合起來，有效地改進電力分配、緊急情況下的調度以及日常維護與搶修服務。

利用AM／FM／GIS提供的圖形信息，SCADA在地圖上動態顯示配電設備的運行狀態，從而有效地管理系統的運行。SCADA有它自己的專用數據庫，同AM／FM／GIS數據庫之間建立映射關系，相互交換數據。AM／FM／GIS數據庫每天使用AM／FM中的使用程序把要傳送的圖形轉換為標準交換格式 （SIF—Standard Interchange Format）后 向SCADA傳送，這種傳送一般在夜間進行。SCADA則把系統的實時運行狀態信息周期性地傳送給AM／FM／GIS，供其他應用系統使用。這種周期一般為1～2s。AM／FM／GIS和SCADA通過以太網連接起來，使用DECEN進行傳送。利用這一系統，系統調度員使用最新的地圖，發布正確的調度命令，提高調度質量。SCADA以這些地理圖形為背景，與SCADA接收的實時信息相結合，反映電力系統當前的運行狀態。調度員可以利用這些信息，準確及時地發布控制命令，減少突發故障造成的損失。

3.3 AM／FM／GIS在客戶呼叫服務系統中的應用

客戶呼叫服務系統TCM是DMS的一個重要組成部分，其目的是為了快速、準確地利用用戶打來的大量故障投訴電話，判斷發生故障的地點和故障影響范圍，并根據搶修隊目前所處的位置，及時派出搶修人員，使停電時間最短。這就需要了解設備目前的運行狀態和故障發生的地點以及搶修人員所處的位置（應是具體的地理位置，如街道名稱、門牌號等），因此，AM／FM／GIS系統提供的最新的地圖信息、設備運行狀態信息極為重要。

TCM應用DMS的“故障定位與隔離”和“恢復供電”兩個功能來實現。調度員輸人用戶停電投訴電話的地點，故障定位與隔離程序根據投訴地點的多少和位置分析出故障停電范圍，并排出可能的故障點順序。然后，參照有地理圖背景的單線圖，用移動電話指揮現場人員準確找到故障點，并予隔離。故障定位與隔離完成后，起動“恢復供電”程序，按程序所指出的最優順序盡快安全地恢復供電。

3.4 AM／FM／GIS與配電SCADA的集成應用

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統，即數據采集與監視控制系統。SCADA與AM／FM／GlS以松散集成和緊密集成兩種方式集成。

在松散集成方式下，SCADA系統與AM／FM／GIS系統耦合比較松散。SCADA系統作為一個獨立的平臺存在，滿足所有常規的調度自動化中SCADA的功能，同時將監控的對象由廠站內相對集中的設備擴充到饋線、配電站等分散的配網設備。SCADA系統和AM／FM／GIS或其他系統通過交換實時數據進行集成。

在緊密集成方式下，SCADA系統與AM／FM／GIS系統是一個整體。SCADA系統只提供基本的數據采集和監控服務，即不維護運行畫面，也不對網絡建模，只是作為后臺系統向AM／FM／GIS系統提供實時數據，同時接受AM／FM／GIS系統的命令進行遙控操作。傳統的SCADA（調度自動化中的應用）比如圖形、報表、曲線、告警等表示層的應用都集成在AM／FM／GIS系統中。

緊密集成方式，數據維護、管理相對集中，無論是AM／FM／GIS，還是SCADA，或高級應用，都在統一的界面下操作，但系統結構中AM／FM／GIS系統為必選的功能，否則常規的SCADA功能也不能得到應用。

松散集成方式是目前國內DMS系統建設中比較常用的一種集成方案，但是隨著配電管理系統一體化建設需求的增加，緊密集成方案是未來發展的趨勢。

目前，SCADA和AM／FM／GIS采用無縫集成。無縫集成有兩層含義：首先，SCADA和AM／FM／GIS是各自獨立的系統；其次，集成是無縫的，可以整合成一個有機的整體。從SCADA方面考慮，除了提供常規配電SCADA系統的全部功能支持外，還應具備完整的配電網絡拓撲建模功能，在此基礎上，配電網高級應用軟件系統也可以正常運行，尤其重要的是，SCADA應能為AM／FM／GIS提供實時數據的支持。從AM／FM／GIS方面考慮，除了常規的基于GIS的圖形功能以及其他的一些和日常管理相關的非實時功能之外，必須能和SCADA進行很好接口，包括從SCADA取得實時數據并向SCADA發實時控制命令。為了實現SCADA和AM／FM／GIS的無縫集成，從數據庫、系統體系結構和程序設計三方面來研究。

首先，SCADA和AM／FM／GIS各自有自己的數據庫。SCADA數據庫必須是向AM／FM／GIS開放的，或者向AM／FM／GIS提供一種檢索機制。AM／FM／GIS的圖形除了能顯示本身數據庫里的數據以外，還應能同時顯示SCADA實時數據，它必須有多重數據定向的機制。

實現無縫集成，SCADA和AM／FM／GIS采用客戶服務器（Client／Server）的系統體系結構。SCADA實時數據庫及其管理系統作為整個系統的核心，必須是獨立的可執行程序模塊，是系統的服務器端。其他所有的功能模塊，同樣是獨立的可執行程序模塊，相對于服務器端程序，它是系統的外掛部分，是系統的客戶端。AM／FM／GIS應用是SCADA系統的一個客戶端程序。客戶端和服務器端的數據通信基于網絡的進程間的通信，做到系統不依賴于特定的硬件平臺和操作系統平臺。

SCADA系統脫離AM／FM／GIS平臺獨立運行，AM／FM／GIS脫離SCADA 平臺獨立運行。SCADA和AM／FM／GIS不但有自己的數據庫，還有各自的圖形系統。為實現無縫集成，從程序設計角度考慮，SCADA和AM／FM／GIS提供組件化的實時畫面瀏覽控件，SCADA和AM／FM／GIS都能很方便地集成對方的圖形系統。SCADA，提供實時數據接口控件和實時數據檢索控件，使 AM／FM／GIS能方便地利用SCADA的實時數據實現自己的各種功能。SCADA和AM／FM／GIS采用組件化的程序設計方法。

武漢數威科技有限公司采用Super Map2000成功研制出新一代配電管理AM／FM／GIS／SCADA系統Super FM2000，并在長治市等電力管理部門得以成功應用。Super-Map是一個優秀的地理信息系統基礎軟件，其開放式的系統結構和全組件技術，為專業產品的開發提供了一個理想的平臺。結合工程應用，基于Super-Map開發的SuperFM2000配電地理信息系統，具備強大的圖形管理、配電設施管理、配電系統分析、電網規劃設計等功能。系統采用Client／Server、Browser／Server相結合的模式，既滿足了復雜的系統建摸、分析等工作，又考慮了一般的系統查詢的要求，是AM／FM／GIS在DMS中的一個很好的應用。Super FM2000系統界面如圖2所示。

圖2 SuperFM2000系統界面

4 結束語

作為一種基于計算機應用工具，GIS把地圖的視覺和空間地理分析功能與數據庫功能集成在一起，提供一種對空間數據進行分析、綜合和查詢智能化手段。相信隨著GIS技術的不斷發展，GIS在配電管理系統中的應用將是無可限量的。

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