GIS在城市配網(wǎng)自動(dòng)化中的運(yùn)用

【摘 要】隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷的進(jìn)步，電力工業(yè)技術(shù)也在不斷的發(fā)展，GIS技術(shù)在城市配網(wǎng)自動(dòng)化中的應(yīng)用已經(jīng)成為系統(tǒng)的主流。本文就GIS在城市配網(wǎng)自動(dòng)化中的運(yùn)用進(jìn)行了探討，通過(guò)結(jié)合了具體的實(shí)例，詳細(xì)闡述了GIS的多種應(yīng)用，以期能為GIS更好地運(yùn)用在城市配網(wǎng)自動(dòng)化中而提供參考。

【關(guān)鍵詞】GIS；城市配網(wǎng)自動(dòng)化；運(yùn)用

所謂的GIS，就是地理信息系統(tǒng)，它是一種在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的建設(shè)也隨之不斷深入，對(duì)已有的配網(wǎng)運(yùn)行模式提出了更高的要求，而GIS不僅能在設(shè)備管理上為用戶增加設(shè)備空間位置的信息，而且通過(guò)實(shí)時(shí)信息能準(zhǔn)確地反映配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)工作狀況。因此，將GIS運(yùn)用在城市配網(wǎng)自動(dòng)化中已經(jīng)成為了系統(tǒng)的主流。

1 配電網(wǎng)的網(wǎng)架基本特點(diǎn)

1.1 配電網(wǎng)網(wǎng)架復(fù)雜

多為10kV出線輻射式分布，以環(huán)網(wǎng)站、開(kāi)關(guān)站為節(jié)點(diǎn)呈網(wǎng)狀連接，運(yùn)行方式多樣化。

1.2 配電網(wǎng)設(shè)備多

相對(duì)于主網(wǎng)所涉及的供電設(shè)備多，不僅變電站有，還有大量分布在各個(gè)開(kāi)關(guān)站、環(huán)網(wǎng)單元及饋電線路上的設(shè)備。

1.3 設(shè)備狀態(tài)不清晰

配電網(wǎng)的一次設(shè)備型號(hào)、操作機(jī)構(gòu)繁多且故障率高。

1.4 地理位置分散

配電網(wǎng)所屬開(kāi)關(guān)站、環(huán)網(wǎng)單元分布有些地區(qū)各地，使得大量安裝RTU的地理位置分散。

因此，配網(wǎng)與地理位置密切相關(guān)，面對(duì)配網(wǎng)的復(fù)雜特點(diǎn)，GIS平臺(tái)提供了多種創(chuàng)新的應(yīng)用。

2 GIS在城市配網(wǎng)自動(dòng)化中的運(yùn)用

GIS作為唯一電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)源，應(yīng)用于配電自動(dòng)化管理（DMS）中配電調(diào)度SCADA/DA、配電網(wǎng)分析、配電工作管理（DJM）、客戶故障電話投訴管理（TCM）、工程設(shè)計(jì)管理等方面。

2.1 配電網(wǎng)調(diào)度與分析

根據(jù)配電GIS生成的單線圖、環(huán)網(wǎng)站圖、供電范圍圖、調(diào)度系統(tǒng)圖等，為配電網(wǎng)的調(diào)度提供了依據(jù)。GIS構(gòu)建的電網(wǎng)數(shù)字模型，轉(zhuǎn)換至SCADA后，除作為配電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、處理的背景外，還供網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妫∟TE），動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)著色（DNC），負(fù)荷校準(zhǔn)（LC），潮流計(jì)算（LFC），網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化/最小網(wǎng)損（NO），故障定位、隔離和系統(tǒng)恢復(fù)（FLISR）等網(wǎng)絡(luò)分析軟件（N2A）應(yīng)用。

2.1.1 應(yīng)用監(jiān)視器

采用應(yīng)用監(jiān)視器（AM）對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妫∟TE）、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)著色（DNC）、負(fù)荷校準(zhǔn)（LC）、潮流計(jì)算（LFC）、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和重構(gòu)（NOR）、故障定位、隔離和系統(tǒng)恢復(fù)（FLISR）、單相接地故障定位（EFL）等應(yīng)用軟件進(jìn)行控制執(zhí)行，保證輸入數(shù)據(jù)的一致性。如果一個(gè)應(yīng)用軟件需要另一個(gè)應(yīng)用軟件的計(jì)算結(jié)果時(shí)，在先前一個(gè)軟件已經(jīng)順利完成后啟動(dòng)后一個(gè)軟件。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟鍺TE為后面需要立即啟動(dòng)的應(yīng)用軟件提供一致的拓?fù)湫畔ⅲ睦^承軟件為DNC、LC、FLISR等。

2.1.3 負(fù)荷校準(zhǔn)

負(fù)荷校準(zhǔn)軟件LC使用拓?fù)湫畔ⅰ⒇?fù)荷曲線、客戶種類和測(cè)量以盡可能精確地校準(zhǔn)負(fù)荷值，在最終的狀態(tài)估計(jì)中校準(zhǔn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，以獲得用于潮流計(jì)算的負(fù)荷信息，它的前任軟件為NTE，繼承軟件為L(zhǎng)FC。

2.1.4 潮流計(jì)算

配電網(wǎng)在線潮流計(jì)算軟件（LFC），反映配電網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)、各個(gè)支路的實(shí)際潮流數(shù)據(jù)（電壓、電流、功率），作為技術(shù)線損計(jì)算分析和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化重構(gòu)的基礎(chǔ)。在實(shí)時(shí)狀態(tài)中，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓蛘吒鶕?jù)需要潮流計(jì)算可以周期性的進(jìn)行（可定義時(shí)間間隔，一般15分鐘），它的繼承軟件為NOR、FLISR。

2.1.5 動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)著色

動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)著色（DNC）：將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟鍺TE提供的拓?fù)湫畔⒑统绷饔?jì)算的詳細(xì)結(jié)果快速轉(zhuǎn)換為調(diào)度員易于辨識(shí)的顏色代碼（具有線條特征的顏色組合），可以在系統(tǒng)單線圖和變電站單線圖上展示DNC的結(jié)果，使調(diào)度員更易于辨認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)系。DNC的執(zhí)行結(jié)果可以通過(guò)全局圖形表示，也可以通過(guò)局部圖形表示。

2.1.6 故障定位、隔離和系統(tǒng)恢復(fù)

FLISR主要用于相間短路故障的定位、隔離和恢復(fù)，幫助調(diào)度員盡可能地縮小故障區(qū)域，提供一系列系統(tǒng)補(bǔ)救建議，幫助調(diào)度員能夠在最短時(shí)間內(nèi)為盡可能多的用戶恢復(fù)供電，它的前任軟件為NTE、LFC。應(yīng)用軟件相互關(guān)系如表1所示。

表1 應(yīng)用軟件相互關(guān)系表

2.1.7 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和重構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和重構(gòu)（NOR）應(yīng)用軟件主要用于對(duì)10kV配電網(wǎng)正常運(yùn)行方式的研究，以幫助調(diào)度員尋求一個(gè)綜合效益最優(yōu)的運(yùn)行方式。

2.2 配電工作管理

配電工作管理是配網(wǎng)日常主要工作，其包含多方面的協(xié)調(diào)、統(tǒng)一調(diào)度等，以GIS為基礎(chǔ)的信息平臺(tái)搭建配網(wǎng)工作管理的框架。

2.2.1 巡視管理

現(xiàn)場(chǎng)GIS實(shí)時(shí)顯示巡線路徑，能根據(jù)當(dāng)前的位置信息，自動(dòng)打開(kāi)所巡視的設(shè)備電氣參數(shù)界面，方便設(shè)備巡視。巡線過(guò)程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)資料和GIS資料不相符合時(shí)，系統(tǒng)能提供差異信息記錄界面，相應(yīng)的差異信息能更新到GIS主數(shù)據(jù)庫(kù)中。現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，可記錄并發(fā)送至系統(tǒng)服務(wù)器。能根據(jù)當(dāng)前位置自動(dòng)找到最近的三個(gè)電源點(diǎn)，以列表方式顯示。

2.2.2 操作票管理

利用配電設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系，根據(jù)GIS上的模擬操作，可自動(dòng)生成操作步驟，實(shí)現(xiàn)圖形智能開(kāi)票，同時(shí)記錄操作票的有關(guān)操作時(shí)間、影響用戶數(shù)供可靠性分析使用。操作票包括電力線路倒閘操作票、配電設(shè)備倒閘操作票等。

2.2.3 設(shè)備臺(tái)賬管理

在GIS中已經(jīng)錄入的設(shè)備及設(shè)備屬性按照臺(tái)賬或站內(nèi)部圖的方式表現(xiàn)，日常設(shè)備臺(tái)賬信息的錄入在GIS系統(tǒng)中進(jìn)行，可通過(guò)webgis便捷查詢。

2.2.4 設(shè)備統(tǒng)計(jì)管理

可以web方式按照不同分類要求自動(dòng)定期生成各類報(bào)表，供查閱打印。

2.3 客戶故障電話投訴管理

TCM根據(jù)用戶呼入的故障報(bào)修電話和營(yíng)銷系統(tǒng)內(nèi)客戶信息，結(jié)合GIS內(nèi)配電網(wǎng)模型，預(yù)判故障發(fā)生的地點(diǎn)，分析故障停電的范圍，排出可能的故障點(diǎn)順序，并在GIS中進(jìn)行定位，幫助工作人員迅速準(zhǔn)確地查找并隔離故障點(diǎn)，恢復(fù)供電。同時(shí)，95598客服人員可隨時(shí)查詢搶修人員所在地理位置、故障處理進(jìn)度，給予報(bào)修用戶準(zhǔn)確回復(fù)。

2.4 工程設(shè)計(jì)管理

配電網(wǎng)設(shè)計(jì)人員多采用AutoCAD軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)圖紙繪制，這類圖紙無(wú)法與已建成的GIS直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同時(shí)，GIS系統(tǒng)中采用低壓數(shù)據(jù)直接錄入在地理圖上的模式，低壓網(wǎng)絡(luò)數(shù)量龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給錄入維護(hù)造成難度。

為解決上述問(wèn)題，規(guī)定在AutoCAD中定制一系列的擴(kuò)展圖元及菜單、按鈕，所有的電氣設(shè)備都用統(tǒng)一的、特定的符號(hào)在圖形上表示，同時(shí)在DWG文件中保存了各種電力設(shè)備的空間、屬性、簡(jiǎn)單的拓?fù)湫畔ⅲ⒖蓪?duì)拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行檢查，把圖形中電力設(shè)備圖形和設(shè)備間的拓?fù)潢P(guān)系，能夠以通用的SVG格式進(jìn)行導(dǎo)出，然后直接導(dǎo)入到GIS中，使工作簡(jiǎn)易方便，易于維護(hù)。

3 基于SOA的總線接入

GIS系統(tǒng)本身數(shù)據(jù)處理量非常龐大，同時(shí)其他系統(tǒng)會(huì)頻繁地使用GIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。為了在日常工作中GIS系統(tǒng)與其他系統(tǒng)合理地使用，某地區(qū)配網(wǎng)提出總線接入技術(shù)，GIS總線接口服務(wù)器負(fù)責(zé)總線的接入，接受GIS維護(hù)客戶端請(qǐng)求，把GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)通過(guò)總線服務(wù)器發(fā)送給配電自動(dòng)化系統(tǒng)，并相應(yīng)地將反饋信息傳給GIS維護(hù)客戶端，如圖3所示。

3.1 GIS數(shù)據(jù)上傳

在GIS上可發(fā)起上傳要求，上傳數(shù)據(jù)范圍包括選擇多條饋線進(jìn)行全饋線數(shù)據(jù)的上傳、選擇一張專題圖進(jìn)行圖形的上傳、選擇一個(gè)工程進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳等。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)模型上傳

由于某地區(qū)之前已有較為完善的基于GESmallWorld的GIS配網(wǎng)數(shù)據(jù)維護(hù)機(jī)制，在配網(wǎng)模型建立、數(shù)據(jù)校驗(yàn)流程化、數(shù)據(jù)共享等方面已經(jīng)非常實(shí)用化。因此總線在確保模型數(shù)據(jù)正確后，通過(guò)版本管理工具和數(shù)據(jù)庫(kù)映射規(guī)則，自動(dòng)分析出主站數(shù)據(jù)庫(kù)的電網(wǎng)模型和文件模型的差異，生成差異模型，然后將差異模型和圖形信息（包括地理接線圖、10kV電氣接線圖、廠站圖、電源圖、單線圖）傳送到主站系統(tǒng)。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)模型轉(zhuǎn)出

GIS通過(guò)GML格式與配電自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行地理圖信息交換和互操作。

GIS通過(guò)SVG格式（而非GML）與配電自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行專題圖信息交換和互操作。

GIS通過(guò)RDF格式（而非XSDSchema）的CIM/XML與配電自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行信息交換和互操作。某地區(qū)GIS系統(tǒng)與配電自動(dòng)化系統(tǒng)、其他系統(tǒng)通過(guò)總線服務(wù)進(jìn)行交換數(shù)據(jù)和流程信息。通過(guò)通用服務(wù)和接口服務(wù)為任何系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)調(diào)用的服務(wù)，同時(shí)也能提供與相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)的必要服務(wù)。

4 結(jié)論

在如今社會(huì)飛速發(fā)展的時(shí)代，人們對(duì)電力的需求越來(lái)越高，將GIS運(yùn)用到城市配網(wǎng)中，不僅可以顯著減少配網(wǎng)調(diào)度工作，提高配網(wǎng)調(diào)度的工作效率，還可以減小不必要的誤調(diào)度引起的損失，從而推動(dòng)配網(wǎng)自動(dòng)化的建設(shè)。當(dāng)然，GIS在城市配網(wǎng)自動(dòng)化的運(yùn)用中還存在一定的不足，但相信會(huì)在今后實(shí)際工程中得以完善。

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[責(zé)任編輯：丁艷]