基于IEC 61970規范實現電力GIS系統與新型區域配電網數字虛擬分析系統的可視化集成應用研究

閆永梅，張林山，高壽山

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

基于IEC 61970規范實現電力GIS系統與新型區域配電網數字虛擬分析系統的可視化集成應用研究

閆永梅1，張林山1，高壽山2

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

隨著社會的不斷發展、人民生活水平的不斷提高,在電力系統深入到千家萬戶，以實用化以為主的今天，對電力系統要求會越來越高。隨著需求的增高，停電事故、事故處理快速響應、快速定位、停電分析等功能的要求也越來越高，系統之間的數據交互就顯得尤為重要。云南電力科學院也看到當前形式，迫切需要開展電力GIS系統與新型區域配電網數字虛擬分析系統的可視化集成應用研究關鍵技術研究，為配電網的規劃、運行、科學研究與試驗提供先進實用的分析技術和仿真手段。文章采用電力GIS系統與新型區域配電網數字虛擬分析系統的可視化集成應用研究方案，闡述了在基于IEC61970標準下，開展GIS中戶內外模型的統一建模方法淵SVG/CIM冤、GIS自動生成接線圖技術、自定義模型支持功能等技術研究，搭建區域配電網GIS可視化建模平臺,為進一步展開相關研究開發工作奠定基礎。

電力GIS；新型區域配電網；IEC61970；配電設備模型

1 電力鄖隕雜系統概述

電力GIS系統主要是將電力行業中的電力設備，包括變電站、發電廠、輸電線路以及10 kV配電網絡、低壓線路以及電力用戶與電力負荷和生產及管理等核心業務連接形成電力信息化的生產管理的綜合信息系統。

在當前云南使用的電力GIS系統，主要包含電力設備類信息、設施地理分布類信息、電網拓撲結構類信息、電網運行類信息等。在實現了基本電力GIS系統功能上，正在實現與營銷系統、OMS系統、計量四合一系統，配電自動化系統相符集成，實現各個系統中數據的交互，當前電力GIS系統已經成為電力系統公共數據交互的平臺。充分貫徹南方電網“一張網”的思想，實現全網數據共通。

2 隕耘悅遠員怨苑園規范簡介

在電力市場飛速發展的今天，相應的電力系統也開始變得日益龐大和復雜。而調度自動化所覆蓋的內容遠遠超出了傳統所認為的能量管理范圍。而作為配電自動化最基礎、最核心的部分的SCADA系統。由于其他電力系統之間數據交互日進成熟，對應的應用功能不斷完善和開發。已經遠遠不能滿足當前系統需要。所以在現有調度自動化系統的上，將相關的孤立應用集成到一個統一的平臺。隨著各種異構系統不斷介入，為了方便這些系統之間的信息交互和相互操作。國際電工協會IEC制定了IEC 61970標準。

IEC 61970標準主要包括電力系統公共模型CIM和統一數據訪問接口CIS。其主要目的是根據不同廠家開發的EMS應用可以在運行控制中心的環境下根據IEC 61970標準實現數據共享。徹底實現與底層技術無關。而CIM本身就是一個通用的數據模型。描述了電力系統生產過程涉及各類對象，用對象類和屬性及他們之間的關系來表示電力系統資源。作為SCADA標準數據模式，保證了所對應的EMS集成框架具有良好的開放性。而在IEC 61970標準中也規定了SVG作為圖形交互的標準。

3 新型區域配電網數字虛擬分析系統簡介

新型區域配電網數字虛擬分析系統基于先進的計算機硬件、軟件及電磁暫態仿真技術實現配電網的仿真計算，準確的再現配電網的正常、異常及故障情況下的各種行為。為了滿足系統計算速度和實時性的需求，配網動態仿真基礎平臺采用了具有高性能雙CPU四核英特爾至強處理器的通用實時仿真計算服務器，完成模型的計算，為實時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、高實時性數字物理接口，通過PCI總線實現中央處理器與外圍數字物理接口裝置的數據傳輸，實時精確地對各種數字及模擬信號進行采集與輸出，保證了配網動態仿真的要求。

配網動態仿真基礎平臺在傳統電網仿真的基礎上，在仿真平臺基礎上配置配電網數字虛擬分析系統模型庫，實現配電網電磁暫態仿真分析功能，以及配電網仿真研究、試驗、分析功能。配電網電磁暫態分析軟件平臺應具有良好的擴展性，具備擴展實現配電網數字物理混合仿真的能力。

4 電力鄖隕雜系統與新型區域配電網數字虛擬分析系統集成架構設計

基于IEC 61970標準的情況，電力GIS配網實時數據以SVG/CIM模型文件推送到新型區域配電網數字虛擬分析系統中進行圖形轉換。根據系統需求對SVG/CIM公共模型進行轉換。實現兩方系統互通，GIS系統圖模信息能展示在新型區域配電網數字虛擬分析系統中，實現實時設備對應，該系統將分析的實時信號數據發送回GIS系統中進行分析展示。滿足供電可靠性的研究以及實現自動化應用功能如配電網故障開關定位，停電分析、開關告警、供電范圍、用電在線分析等。這些帶有實用化意義的饋線自動化。

GIS系統完成對發送回的電網設備開關狀態、電流、電壓、負荷、故障跳閘信息等。測、。信實時信息的管理，在GIS系統一次接線圖中進行展示。效果如圖1所示。

圖1 鄖隕雜系統顯示效果

5 系統集成應用成果

目前，云南電網公司GIS配電網建設已完成基礎數據的基本錄入，在完成基礎數據錄入的基礎上，為了更好的使配網GIS系統能夠起到決策輔助的作用。將這些配網數據能運用及對應到新型區域配電網數字虛擬分析系統上，實時數據信息能匹配到GIS系統對應的設備上。兩邊可以數據聯動，實現真正意義上的實時數據共享。目前，在云南電網公司主要實現了配網開關故障的定位，停電分析，供電范圍分析等高級功能。

5.1 配網開關故障的定位

故障定位是配電網饋線自動化的重要功能。當配電網發生故障時，必須能夠準確及時的確定故障位置，從而能夠快速隔離故障區段并恢復全區段供電，盡可能的減少因故障停電對社會經濟和群眾生活造成的影響與損失。

在型區域配電網數字虛擬分析系統模擬檢測到開關故障發生變位（站內斷路器、線路開關分合閘狀態及變化信息）、告警（故障分閘、電壓異常、電流越限、配變過載、母線失壓事件）等信息后通過預先注冊的接口把對應的故障設備信息以及影響到的設備信息數據推送給GIS系統。GIS系統在接受到故障開關信息的時候，定位并且高亮展示出故障設備。在通過GIS后臺拓撲關系運算。分析出當故障發生時候，影響的范圍等相關信息能夠直觀反饋給GIS系統制圖人員。設備故障在GIS系統中定位如圖2所示。

圖2 故障定位

5.2 停電分析

同樣作為配電網自動化建設的高級功能，停電分析能準確分析停電原因，在通過拓撲關系直觀展示停電影響的范圍。停電主要分為五種情況，即計劃停電、臨時停電、事故停電、事故拉閘停電和計劃用電停電。GIS系統接收到仿真系統模擬的數據，可進行最佳停電隔離點決策和負荷轉移的決策的計算。可將這些故障到恢復供電的流程記錄在GIS系統中，可作為供電可靠性分析的相關依據。也能實現停電范圍分析以及顯示，在GIS系統中能提供線路、配電變壓器、開閉所等設備的停電歷史數據查詢和定位。計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

隨著負荷的發展，當前的供電范圍劃分和配電網架已經不能很好地滿足供電需求，主要表現在：各個供電分區的負荷不均衡、部分導線截面太細、運行費用（線損）較高、甚至有的新增規劃負荷沒有供電途徑。因此需要進行供電范圍調整和配電網架擴展規劃。所以合理的計算供電范圍顯得尤為重要。GIS系統通過從仿真系統中獲取模擬的配電變壓器的負荷信息，計算供電范圍，能在GIS系統中的地理沿布圖中高亮展示供電半徑，能對區域負荷進行分析。

6 未來的發展趨勢以及展望

隨著負荷的不斷增長，輸電網絡的發展，配電網電壓等級的升高，城市規劃和環境的制約，以及社會、政治、經濟、工業和人民生活水平的發展變化等因素，都對配電網自動化系統要求越來越高。電力系統之間的數據共享就顯得相當的重要。在云南電網初步已經實現了電力GIS與新型區域配電網數字虛擬分析系統的配網數據、圖模共享，實時數據信息的交互。當前電力GIS與營銷系統、OMS系統已經能實現數據交互也開發出來相關的高級功能。而本篇文章所探討的GIS與新型區域配電網數字虛擬分析系統的可視化集成研究。在以后電力系統發展趨勢過程是不可缺少的一部分，加強了云南配網自動化的健壯性、可靠性、穩定性。但在當前的實際情況下，同樣也是技術上的問題。在實時數據的交互中，會存在延遲。會導致數據更新不及時。GIS主網數據對應的主網自動化系統數據不對應以及在開發某些高級功能時候受雙方系統的制約等。在以后不斷完善電力GIS系統的過程，應該多考慮系統之間集成應用、接口開發等問題。

在云南電網電力科學院對于電力GIS系統與新型區域配電網數字虛擬分析系統的可視化集成應用已經度過了初步的階段。各種實用化的高級集成功能如：故障設備定位、停電分析、供電范圍等已經步入了實踐的階段。在GIS系統中的基礎數據基本錄入完整的情況下，打通各個系統之間的交互、集成。能有效的提升電網運行、供電的可靠性，減少工作人員在現場的操作。降低風險。

7 結論

云南電網信息化系統正在向高度自動化、系統集成應用、信息化的方向發展，電網設備等方面規模的日益擴大，而科學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之間的數據共享。當前GIS系統正在努力把有關信息集成起來，從而為電網信息化系統決策人員提供一個多元化的決策依據。在實現電力GIS系統與新型區域配電網數字虛擬分析系統的可視化集成應用，基于IEC 61970規范，把握GIS地理信息、配網基礎數據完備的優勢和新型區域配電網數字虛擬分析系統中對實時數據收集、分析、處理。雙方系統的優勢相結合。能實現讓自動化人員能夠直觀、高效、準確的完成調度自動化工作。提高經濟效益同時，促進社會經濟的高速發展，同時也是電力系統在以后發展的一個必然的趨勢。

10.3969/j.issn.1673-0194.2016.15.096

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2016-03-03