三维全景智能电网信息化支撑平台的应用研究

三维全景智能电网信息化支撑平台的应用研究任培祥*，陈章华*，陈敬理*，熊妮娜*，（*北京洛斯达科技发展有限公司，北京市西城区安德路65-2号100011）AppliedResearchofInformationTechnologySupportPlatformof3DPanoramicSmartGridRENPei-xiang*,CHENZhang-hua*,CHENJing-li*,XIONGNi-na*（*BeijingNorth-StarTechnologyDevelopmentCo.,Ltd,Beijing100011,China）ABSTRACT:Thispaperanalyzesthearchitectureanddatamanagementorganizationtheinformationtechnologysupportplatformofthree-dimensionalpanoramicsmartgrid,introducesthebusinessfunctionsonthestageoflineconstructionandoperationinpowertransmission.Thisplatformcombinesthemassofmulti-source,multi-scalespatialinformation,aswellasotherinformationonavarietyofprofessionalandrealizesthemanagementofmultistageofpowertransmission.Thissystemeventuallybeabletoprovidethebasissupportplatformforthesmartgrid.KEYWORDS:3DPanoramic；InformationTechnology；SmartGrid摘要：本文分析了三维全景智能电网信息化支撑平台的系统架构以及数据的组织管理方式，重点介绍了业务功能在输变电线路的施工和运行阶段应用。此平台综合了海量的多源、多尺度空间信息以及其它各种专业信息，并通过业务功能实现输变电线路的多个阶段的管理，最终能为智能电网提供基础的数据支撑平台。关键词：三维全景、信息化、智能电网0引言“智能电网”是当今世界电力发展和变革的最新动向，并被认为是21世纪世界电力系统的重大科技创新和发展趋势。国家电网公司提出“统一坚强智能电网，是以统一规划、统一标准、统一建设为原则，以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的国家电网”。智能电网的最大意义是将不同成分的电网整合在一起[6]，同时智能电网需要具有实时监视和分析系统目前状态的能力，也需要不断整合和集成企业资产管理和电网生产运行管理平台从而为电网规划、建设、运行管理提供全方位的信息服务[10]。“三维全景智能电网信息化支撑平台”就是为电网整合提供一个数据基础支撑平台，其综合海量的空间数据以及输变电线路的专业数据，在统一的信息模式下接入电网建设多个阶段的管理功能模块以期实现优化电网的运行和管理。1系统架构1.1系统结构设计本平台的架构包括客户机、应用服务器与Web服务器、数据库服务器。客户机负责数据结果的显示和用户请求的提交；应用服务器和Web服务器负责响应和处理请求；而数据库服务器负责数据的管理工作。所有的数据都放在服务器端，客户端通过发出请求调用数据以及显示，所有响应都在服务器端完成，这种模式从根本上解决了客户端系统的工作压力，为提高系统的效率提供了根本的保证。本平台的数据优势在于通过规范的格式集中录入了多个电压等级的多条线路数据以及线路的各种业务信息。本平台摒弃了传统GIS的数据访问模式，创建了基于网络渐进传输的三维调度引擎，提高了大规模网络并发速度，为三维场景的快速调度提供了保障。数据的请求是通过定制的http协议来进行的，客户端将指定的数据集类型、地理位置以及延伸区域等信息通过发送http请求给服务器端，然后通过负载均衡的地理数据处理系统来调配相应的数据。图1负载均衡的地理数据处理服务器系统Fig1Loadbalancedgeographicdataprocessingserversystem1.2功能的实现方式功能主要包括基本功能和业务功能两大部分。功能实现采用的是插件式开发方式，每一个模块均具有一个或多个服务。插件式开发使每个模块独立进行，易于维护，而且能够根据用户的需求定制某些功能。插件式开发模式使业务数据能够相对独立并可以进行扩展，完全不受业务功能的限制。图2插件式开发的系统结构Fig2SystemarchitectureofPlug-in2.数据的组织与管理系统用到的数据主要包括基础的空间数据以及业务数据。将输变电线路所涉及到的基础空间数据录入到系统中，能够实现海量数据的快速加载、渲染。主要包括多种分辨率的影像、数字高程模型、杆塔模型、导线、变电站站址、电网接线图等。这些数据是智能电网建设的基础数据。业务数据主要包括设计资料、设备台帐、施工信息、在线监测信息、调度信息等，这些数据是智能电网建设的专业数据，是此平台各管理模块所需的各种综合、分析数据。通过合理的组织与规范的管理将这两种数据集成到此平台中，为智能电网的建设提供基础的数据支撑。2.1基础空间数据的组织基础空间数据主要是指影像和数字高程模型。为保证数据的快速加载及渲染，通常将这两种数据采用金字塔的结构进行处理，并采用线性四叉树的索引方式对生成的金字塔层级块进行索引。金字塔层级结构和线性四叉树索引方式相结合的数据组织管理方式能够满足海量地形数据实时可视化的需求，并同时完成实时绘制。图3金字塔层级模型的四叉树结构Fig3QO-treebasedonstructureofpyramidlayer基础的空间数据的加载是通过配置文件实现的。图4—图8是系统加载不同类型的数据展示，从广域范围的影像到局部的杆塔模型以及绝缘子。图4加载15m分辨率卫星影像Fig4Loadsatelliteimagesof15mresolution图5加载0.16m分辨率航空影像Fig5Loadaerialimagesof0.16mresolution图6三峡工程部分线路显示Fig6DisplayofThreeGorgesprojectlines图7晋东南变电站模型显示Fig7DisplayofJINDONGNANSubstation图81000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程黄河大跨越Fig8Projectofexperimentanddemonstration1000kVextrahighvoltage2.2业务数据的组织业务数据主要是为业务功能的实现提供各种综合、分析的数据支持，它是相对独立的并且是支持扩展的。业务数据的组织方式是以每一条线路为单位，将相关业务数据通过规范的格式进行整合。业务数据包括的大类主要有施工数据、档案资料、设备台帐比如档案资料的数据组织，即将杆塔基础设计图、杆塔明细表、施工现场的基础开挖前后的照片等按照表结构集中整合录入到数据库表当中。业务数据的部署可以采用多种方式，一种是通过虚拟机进行，另外可以采用多数据库实例的方式进行，也可以采用不同数据库或者不同虚拟机方式进行。图9业务数据组织结构图Fig9Businessdataorganizationchart图10档案资料数据组织结构图Fig10Businessdataorganizationchart业务数据的部署根据需要采用相应的方式，通过这些数据实现各种信息的查看、分析，为电网建设的各个阶段提供辅助决策支持。3.线路全过程施工进度智能化管理插件此插件为施工管理的各主要环节提供精益化的管理手段，使供货、施工等环节有效衔接，使管理更加细致、到位。主要包括以下功能：3.1物资供货管理供货任务主要由铁塔厂承担，监造单位负责进度控制和信息上报。此功能主要是通过标段、厂家作为对比统计指标，反映各标段、各厂家内每基铁塔的加工现状，通过这种方式，管理单位可以随时了解全线任意一基杆塔处于什么样的加工状态、是否已经供货、材料是否已经到达现场。各种供货相关信息支持输出成各种报表和统计图表。图11物资供货汇总Fig11SummaryofMaterialSupplement3.2设计图纸管理图纸生产任务主要由各设计单位承担，在实际工作中，监理单位统一协调管理设计蓝图的交付，并负责向塔厂和施工单位派送。业主即可通过平台的图纸生产管理功能，综合分析多方信息，按照设计院、监理单位等不同统计角度展现各种塔型的设计蓝图交付实际状态。图12设计图纸汇总表Fig12SummaryTableofDesignDrawing图13设计图纸汇总统计图Fig13SummaryChartofDesignDrawing3.3单基塔精细化管理即“将计划分解到每基塔、将信息细化到每基塔”。对于单基杆塔，实现从图纸生产、基础施工、组塔施工、架线施工及竣工验收的全过程管理，任意一基杆塔在整个施工过程中的各种关联信息,如：图纸交付情况、材料供应情况、施工计划、施工进度、异常情况、拆迁征地信息、地理环境、档案资料等，都可以实时调出，全程管理。图14单基塔施工进度情况Fig14ConstructionProcessofSingleTower3.4施工进度管理现场施工进度是关系到施工能否按照里程碑计划顺利执行的最重要环节，通常将施工过程分为基础施工、组塔施工、架线施工和竣工验收等几大阶段，本平台对每一阶段的进度均提供详细的统计明细，为业主的统筹管理提供决策辅助。施工进度信息由监理单位上报。图15施工管理形象进度统计Fig15StatisticsofConstructionManagement其它功能还包括架线材料管理、设计变更管理、标段统计管理等，这一系列的功能实现了全过程施工进度智能化管理。4.线路运行智能化管理插件此插件主要是通过录入的档案资料、设备台帐、现场监控资料以及其它相关数据来进行线路的运行维护管理工作，在线路出现故障时不需要进入现场就可以实时掌握现场的详细情况，能够作到及时、便捷、高效。4.1档案资料查询设计过程中的档案资料经过一定的处理后将以“数字化”的方式直接进入系统，应用于线路的运行管理阶段。系统对档案的管理基于空间数据的模式，可以直观的实现对档案的组织和管理[8]。档案资料可对外提供的数据信息主要包括以下几类：1）杆塔基础设计图；2）平断面图；3）施工现场的基础开挖前后的照片等。图16设计图纸Fig16Designoffoundation图17平断面图Fig17Plane-Sectionaldrawing4.2设备台帐查询设备台帐为用户提供了便捷的途径来获取海量的线路及变电（换流）站的相关电力设备信息，用户可以通过此功能不仅可以宏观的了解和统计线路及变电（换流）站设备的整体信息。图181000kV南荆I线设备台帐查询Fig18QueryofequipmentaccountNAN-JINGIline4.3在线监测及预警随着电网规模的不断扩大，电网的运行维护工作也日益显得重要。如何应对因自然灾害以及其它因素导致电网物理上、结构上的毁坏后电网的安全运行，在现有资源条件下，通过在线监测及预警的功能，合理组织线路运行的各种数据，能够在紧急情况下做到快速响应且提供应急抢修平台。图19在线监测及预警传回的现场图片Fig19Imageofthespot4.4杆塔照片查询将现场拍摄的照片录入到数据库中，作为线路资料的一部分，通过点击杆塔的方式查询相关照片。图20黄跨段339号杆塔全景照片Fig20OverallphotoofNo.339其它功能还包括日常生产管理、大修技改管理等，这一系列的功能实现了线路运行智能化管理。5.应用实例三维全景智能电网信息化支撑平台依托晋东南交流特高压示范工程进行研究开发，并逐步扩展到跨区电网的应用中，目前录入的线路数据已包括国家电网公司跨区电网多条线路，南方电网公司多条线路、华北电网有限公司以及多个网省公司所属的线路。