基于GIS的城市配网生产管理系统研究

基于GIS的城市配网生产管理系统研究郭宝1,杨华飞2,周爱华3，,陆莹4,赵甫5，，(国网电力科学研究院，江苏南京210003)摘要：电力系统的配网管理涉及电网空间分布和设备运行状态变化的复杂问题，以地理信息系统(GIS)为平台，实现地理空间信息和电力生产信息相互集成的综合应用系统是支持配网管理的基本手段。传统配网管理信息系统基于表格形式表现对象属性，无法反映描述对象的空间联系和系统的空间分布模式。地理信息系统（GIS）能够有效描述二维/三维空间信息，将地图信息、文字、图形、图象、图表信息于一体，把设备属性信息、电网接线图信息、工程图信息、紧密结合起来极大地扩展生产管理信息系统的描述能力和表现形式。分析构建配网管理GIS系统的必要性，提出配网管理GIS系统的建设目标设计，讨论配网管理GIS系统的技术路线，结合供电企业配网管理信息化的需求，阐述GIS技术在配网生产管理中的应用。关键词：电力；配网；地理信息系统；GIS；生产管理系统一、构建配网管理GIS系统的必要性近年来随着经济的发展，日益增长的用电需求与薄弱的配网网架的矛盾已十分突出。现有的配网运行管理手段已经无法适应现代化城市配网建设和发展需要的现状。为进一步满足广大用户对供电可靠性、电能质量和服务质量的要求，以及作为供电企业自身提高企业的经济效益的需要，在加大城市配网建设力度的同时，迫切需要采用现代化的技术与管理手段来规划，管理好城市配网。另外，随着电力系统机构改革的实施，供电部门职能随之发生很大的变化，管理体制和机构设置都要适应市场的要求，因此改变管理模式、优化机构与合理配置人员已经成为改革的必然。而要实现这一历史性的突破，就需要依靠信息技术为代表的高新技术在电力工业部门中的广泛应用。地理信息系统（GIS）是60年代中期开始发展起来的一门技术，它是介于信息科学、空间科学和管理科学之间的交叉学科，是计算机科学迅速发展的产物。它可根据事物的地理坐标对其进行管理、检索、评价、分析、结果输出等处理，提供决策支持、动态模拟、统计分析、预测预报等服务，其应用覆盖工业、农业、交通运输、环保、国防、公安等诸多领域，特别是GIS与配网生产管理相结合，其应用将更加广泛。GIS给配网管理带来的不仅仅是地图显示，而且将各种电网运行数据进行直观的、可视化的分析和查询，发掘隐藏在数据之中的各种潜在的联系，为用户提供一种崭新的决策支持。二、配网管理GIS系统总体建设目标随着信息化技术、互联网络技术及多媒体技术的发展，GIS技术逐渐走向成熟，它可以给各种不同的用户提供比较良好的解决方案，使得GIS应用领域迅速扩大。电力行业有其地域分布广泛，管辖设备量大的特点，可以很好地同GIS技术结合。而电力又是国民经济发展的支柱产业，它直接关系到经济社会规划的决策和运行。因此将GIS用于配网网信息管理系统是经济社会发展的需要。GIS配网网信息系统用于经济社会规划决策领域，可将电力指标、地理图形与经济社会发展规划有机地结合起来，实现规划的可视性、自动化及地理图形化；可把管理中大量的地理数据和属性数据进行综合管理，使规划的交互性更强；不仅能得出规划的网络方案及地理接线图，而且由于地理信息引入规划中，加之GIS的网络分析功能，使得规划更科学有效、结果更准确。（1）根据GIS空间信息提供的城市供电能力，能使城市规划与供电能力的条块有机的结合起来，在制定规划时能克服由于条块分割形成城市建设规模及用电负荷迅速增长和供电能力不适应配网网结构的问题。从而正确规划城市的整体布局，区域的发展重点及城市发展水平。（2）根据GIS的模拟、虚拟功能，按国民经济发展规划的要求，对节点和电缆空间数据加权分析、推导出可视化表示结果，能使最终供电能力预测、决策都有关科学的依据，从而制定对现有的配网网络系统进行改造和新建、电站迁移新增、区域性电网建设规划。（3）根据GIS可实现资源的最优化配置，按城市建设规划，地理条件，负荷增长率的快慢，确定最优化布线，供电线路的半径大小，既保证配网线路的传输通道畅通，又使资源得到高效合理的利用。（4）根据GIS管理系统直观形象的特点，可对故障点及时定位，迅速排除，避免大面积停电现象，改善城市投资环境。（5）根据GIS管理系统提供的参数，对一个城市和地区的经济指标起监控作用。综上所述，GIS技术在电力行业中不只用于地理的表现上，而可以跨出地理的概念，用GIS技术和表现手法来为电力行业有关专业服务。三、配网管理GIS系统的技术路线数据库ARCSDE用户界面界面逻辑控制逻辑WEB容器业务对象业务逻辑数据存取EJB容器/COM数据交换外部接口ARCIMSWEB应用服务器工作流标准定义语言及应用组件消息对列及消息管理组件外部系统/SOA接入安全管理/PKI服务器空间搜索设备定位图形显示/动态着色C/S图形平台图形编辑数据存取图纸管理界面逻辑用户界面资产管理检修管理运行管理停电管理……浏览器/IE工作流管理外部系统（PMS、OMS、ERP等）存储服务端WEB服务端客户端C/S逻辑层业务应用层图形库资产库运行库……在数据分布存储时，为映射虚拟库，在数据集中存储时，物理数据库图3技术路线图电网GIS的技术路线如图3所示。系统建设在软件体系架构上采用C/S（客户服务器体系结构模式：Client/Server）和B/S（浏览器服务器模式：Browser/Client）的混合模式体系。对有较高交互要求的电网拓朴建模部分采用C/S体系模式构建，这样能够最大限度的利用客户机系统资源，做到图形系统的平滑编辑和交互；对于流程管理、信息查询、信息发布、专业应用系统等采用B/S体系模式构建，以降少资源的占用，提高系统实用化、推广使用的能力。数据架构采用分布与集中相结合的结构。3.1开放的体系结构配网GIS数据库系统是一个专用的GIS数据库，为了支持其它应用，比如各种工作报表，检修报告及运行档案的大量数据维护和对多用户的访问的支持，可以将设备的台帐部分以及其它与图形应用无关的系统放在Oracle数据库系统上实现。配网GIS是开放的基于多层体系结构的数据库系统，使得系统十分灵活，有较好的可伸缩性。它提供了双向接口支持与外部数据库互访。3.2三层结构技术三层体系结构使得GIS同时支持Client/Server模式和Internet模式。当应用系统GIS服务器跟不上应用业务需求发展时，无须重新设计系统，只需添加GIS服务器就可以支撑更多的业务。Web服务器使得GIS数据可以无缝地在WEB上发布，同时支持多个WebServer协同工作，系统自动进行负荷平衡，确保系统具有最佳的响应速度。GIS客户端直接连接GIS服务器，可以完成所有的数据录入，修改，查询和分析功能。在WEB方式下，WEB前端可以采用更低廉的PC机器，同样完成数据的查询分析统计功能。3.3无缝的数据集成技术配网GIS是采用了面向对象技术建立起反映现实世界的数据库模型。对象就是包含属性和图形数据的整体。对象可以是任何图形式样和大小，图形本身包含拓扑信息。系统建立高效的空间数据库索引提供快速访问对象的方法。所有的空间数据和非空间数据都是存储在同一个关系数据库中，并提供数据提交/回撤、备份/恢复技术，保证了空间数据和非空间数据的一致性、完整性。四、配网管理GIS系统的功能体系系统接口管理电网高级应用电网拓扑分析电网运行管理电力专题图管理电网设备图形建模GIS基础公共平台公文、档案、文档等生产、运行、营业等地理图、接线图库实时数据库两票管理（图形）设备状态管理设备变更管理停电管理连通性分析最佳路径分析管网最短路径电缆线路走廊供电范围统计电源点追溯配电网络模拟操作理论线损继保整定值计算配网潮流计算负荷转移运方调整配网工程辅助设计单线图站内一次系统图线路相位图低压台区图运方一次系统图SCADA系统用电营销系统自动抄表系统95598客服系统PMS生产管理系统图4系统功能体系图4.1电网设备图形建模管理基于GIS地理背景信息构建电网资源模型的图形和设备台帐维护,绘制配网设备图形同时自动建立电力设备、线路的拓扑连接关系，自动建立电缆和架空线的连接和拓扑关系，构造电网网架拓扑结构，提供方便友好的工具实现对拓扑关系的方便修改。电缆设施设备图形建模时充分考虑通道的种类、断面类型、层数和孔数的分布、工井的位置等信息，同时还要考虑通道内电缆的数目、分布情况、断面信息、相关属性等相关信息。4.2电网运行管理电网运行管理是配网GIS系统的主要业务应用，基于GIS地理背景信息对设备状态管理、设备变更管理、缺陷管理、两票管理及停电申请管理，保障电网日常正常运行。4.3电网拓扑分析基于GIS地理信息的配网网络拓扑分析，实现网络中设备状态的实时监控。可根据网络中设备的电气状态、电压等级等信息，用不同的颜色反映设备，对配网网络中的设备动态着色，反映设备状态和所发生的实时事件。网络的动态着色是自动进行的，当发生了影响网络连通性的事件时（实时或者人工），它使用事先定义的启动点自动修改网络着色，可以在具有地理信息的图中，及时、有效、准确、直观的反映电网的拓扑结构。通过电网拓扑分析的专业应用模块为相关部门服务，并将这些专业应用正确部署到各个专业部门。电网拓扑分析应用模块包括连通性分析、最佳路径分析、管网最短路径、电缆线路走廊、供电范围统计、电源点追溯、配网网络模拟操作、馈线分线等专业应用。4.4通过GIS图形化的管理，实现主网潮流图、全网接线图、线路地理走向图、单线图、线路断面图、运行方式图、线路相序图、特殊区域图、交叉跨越图等电力专题图的管理。4.5电网高级应用高级应用主要任务是统一管理和协调规划、理论计算信息等配网数据信息，建立基于GIS的高级应用，为优化管理和决策提供技术支持手段，包括在线潮流计算、理论线损计算、电网规划、负荷预计等内容。基于上述数据的采集、处理与分析，高级应用将建成基于图形的理论线损计算、潮流计算、负荷转移、运方调整、配网工程辅助设计等高级应用。4.6系统接口通过配网GIS系统与SCADA系统、用电营业系统、自动抄表系统、95598系统、PMS生产管理系统等系统接口，一方面为GIS系统提供电网设备实时运行信息，分析配网和设备的运行状况，使配网设施静态资料与动态数据达到有机的结合；另一方面基于GIS的地理背景信息和设备拓扑关系为客服提供及时、高效的服务。五、结束语本文主要探讨基于GIS技术实现配网分析的二维空间的可视化，随着技术的进一步发展，我们将要考虑对于某些指标的三维表示，用柱状图、饼图等各种丰富的信息来挖掘显示配网所包含的丰富信息。本文提出并设计了基于GIS技术实现配网分析可视化的主要功能模块，实现配网专业分析功能与GIS分析功能相结合。随着电力需求迅速增长，面对越来越先进、复杂的配网设备、时刻变化的负荷信息、不断变迁的城市道路和建筑，融地理图形信息辅助下的智能化图形管理及与配网图形信息耦合的设备管理为一体的配网管理GIS系统必将得到越来越广泛的应用。参考文献[1]陈述彭，鲁学军，周成虎地理信息系统导论北京：科学出版社,1999[2]孙成宝，李广译配网实用技术北京：中国电力出版社,1998[3]国家电网公司《国家电网公司SG186工程生产管理系统业务功能需求规范》[4]国家电网公司《国家电网公司SG186工程生产管理系统概要设计书》作者简介第一作者简介：郭宝，男，1979年2月生，江苏南京现从事电力信息系统技术研究和地理空间信息系统研究第二作者简介：杨华飞，男，博士，江苏南京现从事电力信息系统技术研究第三作者简介：周爱华，男，硕士研究生江苏南京专业地理信息系统研究第四作者简介：陆莹，女，助理工程师江苏南京现从事电力信息技术研究第五作者简介：赵甫，男，硕士研究生江苏南京现从事电力信息技术研究和网络安全隔离装置研究作者单位：国网电科院/南瑞集团公司，南京市南瑞路8号邮编：2100036