智能電網防災減災信息系統設計與實現

李　冬，孫世軍，張　昊，曲曉白，孫曉麗

（1.國網山東省電力公司，濟南　250001；2.國網山東省電力公司濟陽縣供電公司，山東　濟陽　251400）

智能電網防災減災信息系統設計與實現

李冬1，孫世軍1，張昊1，曲曉白2，孫曉麗1

（1.國網山東省電力公司，濟南250001；2.國網山東省電力公司濟陽縣供電公司，山東濟陽251400）

氣象災害是破壞電網系統穩定的重要原因之一，給電網設施造成了嚴重的危害和損失。電網GIS平臺是國家電網公司智能電網的重要支撐平臺，能夠實現智能電網設備的地理位置精確定位、屬性狀態結構化管理和可視化展現。為降低氣象災害對智能電網的不良影響，國網山東省電力公司將精細化氣象數據引入到電網GIS平臺之中，采用先進的RUC（快速更新循環）預報、SWAN（短時臨近預報）等技術，建立智能電網防災減災信息系統，提高智能電網供電可靠性，確保智能電網運行安全。

智能電網；防災減災；信息系統；設計與實現

0　引言

中國電力科學研究院近20年的統計結果顯示，自然災害是影響電網系統穩定的第二大因素，70%以上的自然災害是氣象災害。2000年以來，山東電網220 kV及以上電網和設備故障，50%以上是氣象災害引起。特別是2010年以來，雨雪冰凍（導致線路覆冰引起倒塔斷線）、大風寒潮（導致線路舞動引起風偏放電）、暴雨（侵害電氣絕緣）、強風（引起倒塔斷線及電氣設備故障）、雷暴（引起變壓器等供電設備閃絡或絕緣擊穿）等極端天氣頻繁發生，給電網設施造成了嚴重的危害和損失。

電網GIS平臺是構建在國家電網公司一體化信息平臺之內的企業級空間信息服務平臺，是智能電網的重要支撐平臺，國網山東省電力公司在電網GIS平臺的基礎上引入高時間分辨率和高空間分辨率的氣象數據，采用RUC（快速更新循環）預報和SWAN（短時臨近預報）技術，建立智能電網防災減災系統，將氣象數據與電網設備數據進行關聯分析，在災害天氣時，對涉及的電網設備進行預警。

1　智能電網防災減災信息系統建設基礎

1.1電網GIS平臺

電網GIS平臺由國家電網公司統一組織設計和開發，是構建在國家電網公司一體化信息平臺之內的企業級空間信息服務平臺，采用總部、網省兩級部署三級應用的部署模式，實現電網資源的結構化管理和可視化展現。功能架構分為：電網資源圖形管理、空間信息服務、典型應用框架、GIS高級應用和平臺支撐應用5個部分。其中，電網資源圖形管理用于維護電網圖形資源的空間信息、屬性信息及拓撲關系，是平臺的數據支撐；空間信息服務基于SOA架構以標準的WebService服務形式發布圖形數據和基礎圖形服務，為業務應用提供服務支撐；典型應用框架通過調用GIS后臺服務為業務應用提供綜合數據展示和圖形分析應用［1-2］；GIS高級應用通過電網GIS平臺與業務應用基礎提供線損分析和潮流計算等高級應用，為智能電網的經濟、高效運行提供輔助決策；平臺支撐應用為電網資源圖形管理、空間信息服務、典型應用框架及GIS高級應用提供配置、管理等相關支撐的管理應用。電網GIS數據包括基礎地理數據和電網設備數據，覆蓋了全省的電網設備和營銷設施。

1.2精細化的氣象監測數據

山東省氣象部門在山東省內高山、沿海、丘陵、平原等地帶布設了123個國家基本氣象觀測站、1 600多個區域氣象觀測站、6部新一代多普勒天氣雷達，以及雷電監測網和FY2E氣象衛星等多要素綜合氣象監測系統，獲得高時間分辨率、高空間分辨率的精細化氣象監測數據［3］。

1.3RUC預報

基于3DVAR變分同化系統的山東省RUC中尺度數值預報模式，可提供未來24 h高時空分辨率地面風向、風速、溫度、濕度、降水量、降水類型、能見度等氣象預報要素場及相關物理量場。最高時間分辨率為1 h，最小空間分辨率4 km，對電力設施周圍環境進行預報，對預測超出一定閾值的氣象要素進行有效提示，如風力超過5級（8 m/s）、12 h降水超過暴雨級別（30 mm）等［4］。

1.4SWAN

依托最新的中尺度分析技術，提供未來省內強對流天氣潛在可能性預測。可以提供未來1～3 h強對流天氣位置、強度、影響范圍等信息，并給出精細化定量降水預報，空間分辨率達鄉鎮級。

2　智能電網防災減災信息系統設計

2.1智能電網防災減災信息系統應用構架

軟件系統采用SOA層次結構，包括氣象數據接入解析及存儲層、地理信息發布及應用層、氣象信息展示及應用層，如圖1所示。其中，氣象數據接入解析及存儲層包括氣象數據接入、解析，負責將外部數據接入并解析為內部數據；地理信息發布及應用層調用電網GIS平臺標準服務，顯示地圖切片和電網矢量數據、地圖基本操作、區域電網設備分析和其他拓撲分析功能；氣象信息展示及應用層包括氣象信息展示、預報及態勢分析，負責基于電網GIS平臺的綜合監測預警與應急處置輔助決策。

圖1　智能電網防災減災信息系統的應用架構

2.2智能電網防災減災信息系統技術架構

圖2　智能電網防災減災信息系統的技術架構

在統一的電網對象模型基礎上，按照展現層、服務交互層、邏輯層和數據層4個邏輯層次進行多層結構體系設計，如圖2所示。展現層包括前端業務頁面、二維地圖，提供統一的展現框架和豐富的界面交互組件用于快速構建高性能、易操作、良好用戶體驗的業務頁面。服務交互層包括運行于瀏覽器中的通信客戶端和運行于服務端的服務接入點，系統提供統一的數據格式化、傳輸、封包與解包，實現URL處理與派發等功能；內部服務調用采用struts、BlazeDS機制，保證高效交互；系統間采用WebService服務，保證標準化交互。邏輯層由電網GIS平臺邏輯組件和業務邏輯組件構成，WebService服務提供統一的對外服務接口。數據層通過集成Hibernate（開源的對象關系映射框架）完成對象的持久化，同時采用數據緩存機制，極大地提高了數據訪問性能。

3　智能電網防災減災信息系統主要功能

智能電網防災減災信息系統主要功能包括實時監測、重要天氣監測、閾值告警、雷達監測、雷電監測、云圖監測、天氣預報、臺風預警、地質災害預警、森林火險預警、災害天氣預警、統計查詢等。

其中，實時監測內容包括各監測點大風、溫度、降水、大霧等氣象要素以分析監測點范圍內運行的電網設備；重要天氣監測顯示暴雨、臺風、高溫、大風等重大災害性、關鍵性、轉折性天氣的監測和預報，分析惡劣天氣對電網設備的影響；閾值告警以滾動字幕等方式自動告警提示高溫、低溫、大風、暴雨、高濕、大霧等信息；雷達監測實時監測全省降雨范圍、降雨強度與未來降雨發展趨勢；雷電監測實時顯示全省雷電范圍、落雷強度及趨勢，提供雷電預警服務以及雷擊引發事故快速定位；云圖監測實時監測臺風、暴雨、強對流等災害性天氣的發生與發展，結合電網GIS平臺疊加顯示紅外波段云圖和綜合云圖；天氣預報包括短時臨近預報、短期天氣預報、中期天氣預報和旬天氣預報；臺風預警實時顯示臺風位置、速度、移動方向、未來路徑預報；地質災害預警以4個不同級別計算發布全省不同區域的地質災害氣象風險預警；森林火險預警實時顯示森林火險預警信息及歷史火區圖；災害天氣預警對臺風、暴雨、暴雪、寒潮、大風、沙塵暴、高溫、干旱、雷電、冰雹、霜凍、大霧、霾、道路結冰等14類災害天氣，依據可能造成的危害程度、緊急程度和發展態勢，分別發布藍色、黃色、橙色和紅色不同級別的預警信號，預警重要變電站、輸電線路、交叉跨越及重要電力設施［5］；統計查詢能夠對不同時間段內各類信息進行查詢。

4　智能電網防災減災信息系統應用

2014年5月，智能電網防災減災信息系統功能上線運行，在5月27日煙臺強對流天氣災害、5月29日威海山火應急處置、2015年“4·17”煙臺龍口山火監測預警、“6·10”強對流災害天氣、第9號臺風“燦鴻”應急處置期間發揮了巨大作用，系統實效性初現成效。2015年3月系統實現省市縣三級部署，功能進一步深化，在威海山火衛星遙感疑似火點監測定位、臺風預警防范、“8·22”淄博潤興化工火災等應急處置過程中發揮了重要作用，為智能電網防災減災提供科學依據，有效降低災害對電網設備及人員造成的經濟損失。

5　結語

本系統通過氣象監測數據的接入、展現和分析預測，結合電網GIS平臺的基礎地理數據和電網資源數據，實現監視跟蹤氣象事件對智能電網的影響，預報預警氣象災害對電網設施的危害，降低災害損失，具有重要防災減災作用和社會價值。目前，該系統已在國網山東省電力公司實現和應用，正在逐步推廣到防汛、防山火、線路覆冰、污閃霧閃、負荷及風功率預測和供電服務預警等業務領域。

［1］姚楠，陳哲，劉玉林.基于GIS的電網氣象災害監測預警系統的研制［J］.電力信息化，2013，11（3）：41－45.

［2］薛麗芳，王亦寧，謝凱，等.基于防災預警電網氣象信息系統的設計與實現［J］.水電自動化與大壩監測，2013，37（2）：5－9.

［3］國家電網公司，國網福建省電力有限公司，國網福建德化縣供電有限公司.山區配電網監測、預警系統：中國，201410067221.0 ［P］.2014－05－14.

［4］杭州辰青和業科技有限公司.基于精細網格的電網雷電災害風險評估技術方法：中國，201310040152.X［P］.2013－05－08.

［5］山西省電力公司陽泉供電公司，華大天元（北京）電力科技有限公司，國家電網公司.公網氣象數據在電網防災減災中應用的方法及系統：中國，201210226223.0［P］.2013－11－06.

Design and Implementation of Disaster Prevention and Mitigation Information System of Smart Grid

LI Dong1，SUN Shijun1，ZHANG Hao1，QU Xiaobai2，SUN Xiaoli1
（1.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China；2.State Grid Jiyang Power Supply Company，Jiyang 251400，China）

The meteorological disaster is an important factor，which can cause serious grid infrastructure damage and loss.Grid GIS is an important support platform for the smart grid，which can pinpoint locations of smart grid devices，and realize the structured management and visual display for status.In order to reduce adverse effects of meteorological disasters on the smart grid，the weather data is introduced into the Grid GIS platform by State Grid Shandong electric power company.Using advanced RUC（Rapid Update Cycle）forecast and SWAN（nowcasting）technology，the smart grid disaster prevention information system was established to improve smart grid reliability and ensure the safe operation of smart grid.

smart grid；disaster prevention and mitigation；information system；design and implementation

TM732

B

1007－9904（2016）07－0018－03

2016－03－04

李冬（1971），男，高級工程師，從事信息化管理工作。