電力GIS系統(tǒng)應用研究

楊莉+荊志強

【摘 要】地理信息系統(tǒng)GIS在電力行業(yè)已得到廣泛應用，為電力信息化建設發(fā)揮了重要推動的作用，并已深入到輸電、變電、配電，甚至用電管理領域。本文在介紹GIS和電力系統(tǒng)相關概念的基礎上，針對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)可能存在的問題，重點闡述了電力GIS系統(tǒng)的框架模型，有助于進一步推動電力GIS的發(fā)展。

【關鍵詞】電力；GIS；電力GIS

0 引言

作為一門學科，GIS是描述、存儲、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門交叉學科；而作為一種技術，GIS是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎，采用地理模型分析方法，提供多種空間的和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務的計算機技術系統(tǒng)。GIS具有基于空間數(shù)據(jù)、需要計算機系統(tǒng)支持和具有空間操作分析能力三個特征。空間數(shù)據(jù)用來表示空間實體的位置、形狀、大小及其分布特征諸多方面信息的數(shù)據(jù)，它可以用來描述來自現(xiàn)實世界的目標，它具有定位、定性、時間和空間關系等特性，是一種用點、線、面以及實體等基本空間數(shù)據(jù)結構來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)相關技術的發(fā)展，GIS已經廣泛應用于國土管理、城市規(guī)劃、電力水利、災害預測、郵電通訊、資源調查、環(huán)境評估、公共設施管理、統(tǒng)計、交通運輸、農林牧業(yè)、軍事公安、商業(yè)金融等幾乎所有領域。如圖2是GIS的相關學科示意圖。

1 電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠→輸配電網→客戶用電設備構成的總稱。電是商品，它的生產與銷售以瞬時在線完成。電力系統(tǒng)從網絡觀點可分為輸電網與配電網，由發(fā)電廠、輸電線路（導線、桿塔等）、變電站、配電線路（導線、桿塔、配電變壓器、線路開關、箱式變、開閉所/小區(qū)變等）構成。電網的建設是基于特定的地理環(huán)境的，且隨著人類社會發(fā)展的需要，電力網建設也越來越復雜，需要考慮的因素也越來越多，運用傳統(tǒng)的設計、運行、維護、管理方法已不能滿足這些需求。同時，隨著國民經濟的發(fā)展與人民生活水平的提高，各種大型及民用用電設備對電力系統(tǒng)的依賴性越來越大，要求越來越高，與現(xiàn)有的電網管理與維護模式的矛盾越來越突出。電力GIS融合電力系統(tǒng)技術、計算機圖形處理技術和空間數(shù)據(jù)庫技術于一體，它在輸配電管理上的廣泛應用，將為輸配電管理帶來質的飛躍。

2 存在問題

目前，各電力公司輸電GIS建設的規(guī)模和實現(xiàn)的功能都不盡相同，但從總體上來說，多數(shù)輸電GIS系統(tǒng)都實現(xiàn)了輸電網地理接線圖、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)實現(xiàn)了輸電網聯(lián)絡圖、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)實現(xiàn)了局部區(qū)域內的3維輸電GIS功能，個別系統(tǒng)甚至建立了變電站內設備的3維模型；多數(shù)系統(tǒng)都實現(xiàn)了輸變電設備查詢統(tǒng)計功能，但多數(shù)未按全生命周期的資產管理的理念實現(xiàn)設備管理功能；部分系統(tǒng)在GIS系統(tǒng)中實現(xiàn)了輸變電運行管理的部分功能，如設備輪換管理、巡視管理、缺陷管理和檢修管理等；部分系統(tǒng)實現(xiàn)了與EMS /SCADA系統(tǒng)、雷電系統(tǒng)的集成；部分系統(tǒng)實現(xiàn)了基于移動GIS技術和GPS技術的野外迅檢及數(shù)據(jù)采集功能。

可以看出，目前電力GIS系統(tǒng)存在的問題主要表現(xiàn)為：多以平面地理信息加輸配電網線路走經和輸配電設備管理為主，奇少或無進行立體的空間應用。如結合GPS全球定位系統(tǒng)進行線路巡線跟蹤、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度、電網規(guī)劃/設計輔助決策等等。同時，數(shù)據(jù)更新時效性差以及系統(tǒng)性差。

3 電力GIS系統(tǒng)功能框架

電力GIS是將電力企業(yè)的電力設備、變電站、輸配電網絡、電力用戶與電力負荷和生產及管理等核心業(yè)務連接形成電力信息化的生產管理的綜合信息系統(tǒng)。它提供的電力設備設施信息、電網運行狀態(tài)信息、電力技術信息、生產管理信息、電力市場信息與城鎮(zhèn)、公路街道、山川、河流、地勢、樓群以及氣象、水文、地質、資源等自然環(huán)境信息集中于統(tǒng)一系統(tǒng)中，并通過GIS可查詢有關數(shù)據(jù)、圖片、圖象、地圖、技術資料、管理知識等。

新時期，電力信息系統(tǒng)的建設模式正在發(fā)生改變，作為電力信息系統(tǒng)建設分支的電力GIS系統(tǒng)的建設模式同樣要經歷一個嬗變過程。電力GIS是輸配電管理信息和自動化系統(tǒng)的重要組成部分，其基本功能是完成輸配電網設施、設備、運行、維護的管理，并與SCADA聯(lián)動，實現(xiàn)輸配電網實時數(shù)據(jù)的基本處理，更高級的功能則應能為輸配電網運行、維護管理和調度提供輔助決策依據(jù)。

在構造電力信息管理系統(tǒng)時，以設備空間描述設備屬性，以地理空間描述設施地理分布信息，以拓撲空間描述電網拓撲結構信息，以電物理空間描述電網運行信息。各空間模型的相互關系如圖2所示。設備空間是電網設備信息管理構造的數(shù)字模型及其信息處理功能函數(shù)的集合，地理空間是電網設備的地理分布信息管理構造的數(shù)字模型及其信息處理功能函數(shù)的集合，拓撲空間是電網邏輯結構信息管理構造的數(shù)字模型及其信息處理功能函數(shù)的集合，電物理空間是電網的電物理特征信息分析、模擬而構造的數(shù)字模型以及其信息處理功能函數(shù)的集合，實理該空間的典型技術構成是電力計算分析技術、實時信息處理技術。

地理背景地圖顯示功能可以將測繪部門提供的電子地圖轉換成GIS系統(tǒng)可識別的方式，這樣一來，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備的實際分布情況進行空間增加、刪除、修改操作，同時提供相關的屬性操作。自動制圖功能負責高品質電力設備圖的制作，同時需要實時地根據(jù)地圖要表的更新。線路設備查詢系統(tǒng)功能負責將配電及其設備的各種分布情況在圖形終端上顯示出來。Web發(fā)布功能可以將電力及其設備的各種圖形信息、屬性信息和實時信息在互聯(lián)網上進行發(fā)布，并通過通信網絡進行傳送，加快地理信息的共享與查詢，提供更實時的電力信息。電網分析功能可以實現(xiàn)供電可靠性、停電故障等問題的分析，以及實時追蹤電力GIS中桿塔與導線的連接關系、進線出線的對應關系及電網的實時拓撲結構。輔助決策功能則負責若出現(xiàn)停電故障或需要線路檢修時對停電范圍作最優(yōu)化決策。

4 結論

本文在分析傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的特征的基礎上，重點分析了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)所面臨的問題，提出了電力GIS系統(tǒng)的優(yōu)勢及設計電力GIS系統(tǒng)的功能框架，根據(jù)該功能框架，電力系統(tǒng)的管理面向用戶時更加高效和直觀。

【參考文獻】

[1]于泓漪.電力GIS系統(tǒng)開發(fā)建設[J].東北電力技術，2008，10：41-44.

[2]盧娟，李沛川.淺析電力GIS系統(tǒng)的發(fā)展及其主要功能[J].測繪通報，2005，2：55-58.

[責任編輯：楊玉潔]