基于GIS技術的配電網自動化系統集成整合設計

［關鍵詞］GIS 技術；配電網；自動化

［中圖分類號］TM76 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）10–0116–03

1配電網自動化系統整體設計

在設計配電網自動化整體系統時，緊密結合配電網系統的實際需求，精心選擇了無線通信與有線通信相結合的通信技術方案。為確保通信環節的穩定性和傳輸速率，采用高速率的專網無線通信方式作為無線通信手段，并輔以光纖通信網絡模式進行有線通信。在布局上，將電氣設備直接置于現場通信節點，充分利用這些節點的廣泛布署來達成預期功能。由于現場電氣設備和通信節點的數量眾多，這一設計不僅提升了系統的通信效率，還為實現高精度的定位提供了堅實基礎。電氣設備置于現場通信節點中的實施方案如圖1所示。

該選定模塊內置低功耗GNSS（全球衛星導航系統）芯片，兼容多種衛星導航系統，確保了約2.5m的定位精度，并且在正常工作狀態下，展現出了高達162dBm的衛星跟蹤靈敏度。該模塊在3.3V供電時，工作電流始終維持在25mA以下，凸顯了其顯著的節能特性。為實現信息的高效傳輸，采用UART（通用異步收發器）串口通信方式，成功將該模塊與單片機相連，從而實現了對模塊信息的精確讀取。連接方式如圖2所示。

2通信方案設計

2.1光纖通信網絡方案

根據實際需求，本次設計的光纖通信網絡方案整體結構，其核心在于構建了一個包含OLT環網的整體結構（圖3）。一旦OLT環網成功聯網，數據便能借助交換機等關鍵模塊，在光纖網絡中實現高效流通。為了確保每個OLT環網中的數據信息得以準確區分，為每個環網分配了獨一無二的IP地址。同時，為了達成單元模塊間的一對多數據傳輸，并有效降低能耗，采用了無源光網絡技術來實現其之間的互聯。

2.2無線網絡方案

本次無線網絡方案設計以WiMAX無線專網電路為基礎，旨在提高升級效率并減少設計工作量。通過廣泛查閱資料和深入研究，選定了一款基于PCIe架構的WiMAX通信模塊，并以此為核心構建了專用無線網絡。此模塊具備超過20Mbps的數據處理能力，且符合IEEE802.16e標準，操作頻率介于3.3～36GHz，并提供23dBm的天線端口輸出功率，適合于執行遠距離數據傳輸任務，其性能表現顯著。選擇此模塊后，設計一套以電力線載波通信為基礎的無線網絡方案，旨在克服傳統無線通信網絡布署的束縛，并滿足部分低壓用戶的需求。無線專網布置如圖4所示。

2.3通信接入單元設計在設計

通信接入單元時，應考慮其與現有網絡設施的兼容性和集成性，確保無縫對接和平穩過渡。依據具體應用場景和需求，采用先進的通信技術和協議，如LTE或WiMAX，以滿足大容量數據傳輸和實時通信的要求。設計中還應重視通信接入單元的可擴展性和靈活性，以便未來根據需求進行系統的升級和擴展。此外，為確保通信的安全性和穩定性，通信接入單元應包括嚴格的安全措施和數據加密機制，防范潛在的網絡攻擊和數據泄漏風險。設計過程中充分考慮設備的功耗和環境適應能力，選擇符合節能環保標準的通信設備，并合理布局通信接入單元，以優化系統的整體性能和運行效率。

3基于GIS技術的配電網自動化系統集成整合方案設計

3.1集成配電網自動化系統與GIS

基于GIS（地理信息系統）技術的配電網自動化系統集成設計，是為了提升配電網運行效率、優化設備管理和響應能力而進行的重要舉措。GIS作為空間數據管理和分析的強大工具，能夠實現對配電設備、線路及網絡拓撲結構的準確地理空間定位和可視化展示。通過將配電設備的地理位置信息與實時運行數據結合，系統可以實時監測設備狀態、負荷情況及電網運行狀況，提高故障檢測和定位的精準度。

在系統集成方面，配電網自動化系統與GIS的融合包括多個關鍵技術和功能。GIS技術在電網規劃和設計中的應用十分重要，可幫助繪制電網地理信息圖，優化電網布局和設備配置，提升電網容量和效率。

另外，配電網自動化系統與GIS的集成還涉及智能分析和決策支持功能。通過GIS空間分析功能，系統可以進行電網負荷預測、故障影響分析及優化調度，提高電網的可靠性和響應能力。

在安全管理方面，配電網自動化系統與GIS集成也能夠加強電網的安全防護和事件響應能力。GIS地圖上的實時監測和預警功能，可以快速識別和定位電網故障、短路或其他異常情況，減少停電時間和影響范圍，提高應急響應效率。

3.2集成配電網自動化系統與生產PMS

基于GIS技術的配電網自動化系統集成整合方案設計是為了適應智能電網的發展趨勢，提升配電網自動化系統的整體效率。GIS技術的引入為此提供了重要支持，通過GIS技術，可實現空間數據的采集、存儲、管理及分析，從而實現對電網設備、線路及其運行狀態的全面把控。這類視覺呈現和空間數據分析技術為配電網自動化系統供應了精確的位置信息援助，實現電網組件的精確定位、狀態追蹤及故障偵測。

在整合配電網自動化系統與生產PMS（工程生產管理系統）方面，GIS技術的應用確保了數據交流的無縫進行，起到了核心作用，實現了信息共享和系統集成。配電網自動化系統利用實時監測、遠程控制及智能決策，提高了電網運行的安全性、可靠性及效率。而生產PMS則管理生產計劃、調度及運行管理等方面的工作。結合兩種管理方式，不僅提高了對電網運行狀態和生產計劃的綜合管理，提升了電網作業的效率及盈利水平，而且為智能電網的發展奠定了堅實基礎。這種基于GIS技術的配電網自動化系統集成整合方案設計展現出顯著實用價值與廣闊應用潛力，為實現電網智能化、高效化運行提供了有力支持。

3.3集成配電主站系統與集控系統

基于GIS技術的配電網自動化系統集成整合方案設計包含全面視角與分階段實施。該系統的設計需要全面考慮配電主站系統與集控系統的無縫集成，這意味著在設計階段就需要確定兩個系統之間的信息共享和通信協議，以保證其能夠有效地互相通信和協作。并且在集成設計中，GIS技術的應用具有關鍵意義，通過GIS技術，可以實現對配電網空間信息的精確管理和分析，涵蓋網絡拓撲、設備位置、供電范圍等，這為系統的運行和管理提供了重要的基礎。

在配電主站系統的集成設計中，須對各類設備實施監控與操作考慮。設備運行狀態監控及管理需求與GIS系統進行實時的數據交換，以便系統能夠及時地響應各種故障和事件。而在集控系統的集成設計中，必須詳細考慮對配電網的遠程監控與操作。通過集成GIS技術，集控系統可以實現對配電網的遠程實時監控，并能夠對配電設備進行遠程控制，從而提高了系統的運行效率和安全性。

在進行配電主站系統和集控系統的集成設計時，需重視系統的可靠性和安全性。在設計階段，需對系統進行全面的風險評估和安全分析，并依據評估結果制訂切實可行的安全防護策略。在數據實時更新方面，需要重視系統的備份和恢復機制，確保在發生故障時能夠及時地進行數據恢復和系統重啟。

4實際應用測試

（1）對光纖通信網絡和無線網絡的建設進行實地測試，評估其在配電網環境中的通信穩定性和數據傳輸效率。同時布署配電主站系統和集控系統，并利用GIS技術實現對電力設備的實時監控和管理，以模擬真實的工作場景。

（2）在測試過程中，對系統的運行狀態進行實時監測，及時診斷和處理可能出現的故障，以驗證系統的可靠性和穩定性。并對系統的響應速度和管理效率進行評估，以檢驗系統能否滿足實際運行的需求。

（3）收集測試數據并進行分析，總結實際應用測試的結果，為系統的進一步優化和改進提供參考和指導。通過實際應用測試，旨在驗證基于GIS技術的配電網自動化系統集成整合設計方案的實用性和可靠性，為智能電網的建設和發展提供有力支持。

5結束語

總而言之，通過集成GIS系統與配電自動化系統，利用CIM模型、SVG圖形以及ESB總線等技術手段，實現了數據的同步共享和來源的唯一性，顯著提高了配電網的運行管理效率和供電可靠性。此設計不僅解決了電網模型及拓撲關系在兩套系統中分別建立導致的數據不一致問題，還避免了重復工作，降低了人力、物力成本。同時，GIS技術的引入使得配電網的空間數據與屬性數據以及實時信息得以有機結合，提升了電力配網管理水平和工作效率。