基于電網(wǎng)GIS平臺的配電自動化系統(tǒng)研究與應(yīng)用

章兵 梁磊 錢自桂 項玲

摘 要：在電力工業(yè)中，配電網(wǎng)是連接供電企業(yè)與最終用戶的重要紐帶，在全流程電力系統(tǒng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。近年來，隨著城市化建設(shè)步伐的加快，配電網(wǎng)改造日益頻繁，供電企業(yè)對電網(wǎng)設(shè)備的地理空間需求迫切，將地理信息技術(shù)應(yīng)用于配電管理系統(tǒng)可以將配電網(wǎng)中的設(shè)備實時運行狀態(tài)信息與反映地理空間的位置信息緊密結(jié)合，從而大大提高供電可靠性、降低電網(wǎng)運行費用，為供電企業(yè)提供智能化決策和控制。本文著重闡述了電網(wǎng)GIS平臺應(yīng)用于配電自動化系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵點，構(gòu)建與配電自動化系統(tǒng)的橫向服務(wù)集成和數(shù)據(jù)整合分析，推進具體業(yè)務(wù)層面的耦合業(yè)務(wù)流程進行，提高配電網(wǎng)信息化管理程度。

關(guān)鍵詞：配電自動化；電網(wǎng)GIS平臺；業(yè)務(wù)集成

中圖分類號：TM727.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）20-0132-02

供電企業(yè)的生產(chǎn)過程包括發(fā)、輸、變、配和用電環(huán)節(jié)，配電網(wǎng)作為將電力生產(chǎn)服務(wù)延伸到最后一公里的末端環(huán)節(jié)，是連接供電企業(yè)與最終用戶的重要紐帶。因此，高效、穩(wěn)定的配電網(wǎng)運行管理對整個電力系統(tǒng)起著舉足輕重的作用。

在國民經(jīng)濟發(fā)展的推動下，通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷得到完善，配電網(wǎng)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和地理信息技術(shù)的蓬勃興起，突破了配電網(wǎng)智能化分析管理的技術(shù)瓶頸?；诘乩硇畔⒓夹g(shù)，通過將配電網(wǎng)中的設(shè)備實時運行狀態(tài)信息與反映地理空間的位置信息緊密結(jié)合，提供強有力的手段處理圖形和非圖形信息，從而大大提高供電可靠性、降低電網(wǎng)運行費用，為電力部門提供智能化決策和控制。

目前，地理信息技術(shù)已在國民經(jīng)濟各行各業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用，供電企業(yè)的運檢、營銷、調(diào)度、規(guī)劃、應(yīng)急指揮和通信等專業(yè)與GIS數(shù)據(jù)采集、分析和處理也密不可分。通過構(gòu)建架構(gòu)開放、技術(shù)通用的企業(yè)級應(yīng)用電網(wǎng)GIS平臺，實現(xiàn)對輸變配電設(shè)備、通信設(shè)備和計量裝置等電網(wǎng)資源的基礎(chǔ)臺帳和空間位置信息統(tǒng)一維護和管理，從而構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)字化電網(wǎng)，為智能堅強電網(wǎng)提供基礎(chǔ)支撐。

1 當(dāng)前配電自動化系統(tǒng)建設(shè)中的困難

配電自動化系統(tǒng)是實現(xiàn)配電網(wǎng)實時運行監(jiān)視和自動化控制的電力生產(chǎn)專業(yè)化系統(tǒng)，具備饋線自動化、配電SCADA、電網(wǎng)分析應(yīng)用及與相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)互連等功能，包括配電主站、子站、終端和通信通道等部分。目前四川省電力公司成都供電公司已推廣應(yīng)用配電自動化系統(tǒng)，通過監(jiān)視并分析電能質(zhì)量問題，配電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性得到大幅度提升，而由于配電自動化系統(tǒng)僅能管理設(shè)備屬性和運行參數(shù)，不能實現(xiàn)圖形和屬性信息的統(tǒng)一管理，且配電網(wǎng)的設(shè)備改造相對頻繁，導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息不能同步更新，影響設(shè)備狀態(tài)的有效監(jiān)視分析，增加風(fēng)險故障。

1.1 數(shù)據(jù)庫功能

由于電力公司各部門管理職能的不同，配電自動化系統(tǒng)僅能管理電力設(shè)備的屬性和運行參數(shù)，不能依據(jù)不同的要求，繪制相關(guān)地理地形圖，不能實現(xiàn)圖形和屬性信息的統(tǒng)一管理，從而形成數(shù)據(jù)信息孤島。

1.2 信息系統(tǒng)管理的不足

配電自動化系統(tǒng)強化了各種生產(chǎn)管理和分析決策能力，有效實現(xiàn)配電網(wǎng)的運行監(jiān)視和控制的自動化，但僅僅使用了關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)來描述生產(chǎn)組織運作模式以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)，未將業(yè)務(wù)工作中的空間位置信息與電力生產(chǎn)活動緊密關(guān)聯(lián)，且關(guān)系型數(shù)據(jù)庫難以直接動態(tài)描述空間信息，極易導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤、信息殘缺和信息過時等現(xiàn)象。

因此，為了提高配電網(wǎng)的自愈性和供電可靠性，實現(xiàn)圖形連接和電氣拓?fù)淠Ｐ偷臄?shù)據(jù)流動與共享，國網(wǎng)公司組織開發(fā)了電網(wǎng)GIS平臺與配電自動化系統(tǒng)的業(yè)務(wù)集成接口，電網(wǎng)GIS平臺為配電自動化系統(tǒng)提供設(shè)備圖模應(yīng)用，配電自動化系統(tǒng)為電網(wǎng)GIS平臺提供實時數(shù)據(jù)和歷史斷面數(shù)據(jù)，有效了保證電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備屬性和運行數(shù)據(jù)等信息的一致性，實現(xiàn)配電網(wǎng)設(shè)備的全生命周期管理。

2 業(yè)務(wù)集成需求

電網(wǎng)GIS平臺是構(gòu)建在國家電網(wǎng)公司“SG186”工程一體化平臺之內(nèi)，實現(xiàn)輸變配電設(shè)備、通信設(shè)備和計量裝置等電網(wǎng)資源的結(jié)構(gòu)化管理和圖形化展現(xiàn)，充分共享基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)，并以面向服務(wù)的架構(gòu)為運檢、營銷、調(diào)度、規(guī)劃、應(yīng)急指揮和通信等各類業(yè)務(wù)應(yīng)用提供電網(wǎng)空間信息及分析服務(wù)，簡稱“地理信息平臺”。

電網(wǎng)GIS平臺和配電自動化系統(tǒng)都屬于為電力系統(tǒng)生產(chǎn)部門提供支持的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，存在對電網(wǎng)模型的圖形連接、拓?fù)潢P(guān)系描述，有較為密切的業(yè)務(wù)聯(lián)系。配電自動化系統(tǒng)需要電網(wǎng)GIS平臺提供配電網(wǎng)設(shè)備拓?fù)淠Ｐ图皥D形來構(gòu)建其基礎(chǔ)電網(wǎng)模型，同時基于模型又可以向電網(wǎng)GIS平臺反饋實時量測數(shù)據(jù)或計算數(shù)據(jù)斷面。

2.1 電網(wǎng)模型、圖形信息

對于電網(wǎng)數(shù)據(jù)模型、拓?fù)潢P(guān)系的圖形化展現(xiàn)，電網(wǎng)GIS平臺和配電自動化系統(tǒng)中均有涉足，但兩者側(cè)重點不同，其中電網(wǎng)GIS平臺側(cè)重電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)管理的空間信息描述，而配電自動化系統(tǒng)側(cè)重電網(wǎng)的實時運行監(jiān)視和方式調(diào)度，對于圖模信息描述、顆粒度展現(xiàn)均存在較大差異性?；谏鲜霾町愋裕跀?shù)據(jù)交換和業(yè)務(wù)耦合集成機制，電網(wǎng)GIS平臺為配電自動化系統(tǒng)圖形應(yīng)用提供電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)支撐，保證兩者對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)描述的一致性，達到“一張電網(wǎng)”的目標(biāo)。

配電自動化系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)中心獲取生產(chǎn)管理系統(tǒng)提供的電網(wǎng)設(shè)備電氣特征信息、電網(wǎng)GIS平臺提供的電網(wǎng)空間位置信息、拓?fù)湫畔⒑碗娋W(wǎng)設(shè)備公共屬性信息，從而建立對電網(wǎng)設(shè)備圖形化描述的需求。電網(wǎng)GIS平臺拓?fù)潢P(guān)系結(jié)構(gòu)變動后，將電網(wǎng)模型和圖形信息以CIM/SVG形式（電氣連接關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系）同步至配電自動化系統(tǒng)，支持各類圖形應(yīng)用。

2.2 電網(wǎng)實時信息

為更好的支持電力生產(chǎn)部門業(yè)務(wù)應(yīng)用，根據(jù)實時運行數(shù)據(jù)做業(yè)務(wù)分析判斷及展示，電網(wǎng)GIS平臺需要配網(wǎng)自動化系統(tǒng)提供電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)，通過電網(wǎng)GIS平臺各類應(yīng)用展現(xiàn)，如查看當(dāng)前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)運行態(tài)等。

電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)包括遙信量和遙測量，主要包括變壓器類、開斷類和母線等主設(shè)備。電網(wǎng)GIS平臺按設(shè)定時間間隔或者按需求觸發(fā)，從配電自動化系統(tǒng)獲得遙測遙信量，建立GIS平臺數(shù)據(jù)庫的準(zhǔn)實時斷面數(shù)據(jù)，并將電網(wǎng)拓?fù)鋱D形、設(shè)備狀態(tài)運行信息進行疊加整合，實現(xiàn)對主站及區(qū)域電網(wǎng)的帶電狀況、分段/聯(lián)絡(luò)開關(guān)運行狀態(tài)、停電影響范圍和電網(wǎng)負(fù)荷密度的實時展現(xiàn)，為提高電網(wǎng)運行可靠性提供決策支撐。

3 業(yè)務(wù)集成場景

根據(jù)電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)需求，電網(wǎng)GIS平臺可生成單線圖、站內(nèi)接線圖和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖等電網(wǎng)模型描述，并按一定成圖原則調(diào)整成圖。當(dāng)電網(wǎng)GIS平臺拓?fù)潢P(guān)系結(jié)構(gòu)變動后，通過觸發(fā)方式以大饋線為單位，生成CIM/SVG數(shù)據(jù)，并發(fā)送變動消息到總線予以廣播，配電自動化系統(tǒng)收到消息后，通過調(diào)用服務(wù)將變動后電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從電網(wǎng)GIS平臺轉(zhuǎn)入企業(yè)服務(wù)總線和信息交換總線，穿過反向隔離裝置，由配電自動化系統(tǒng)接收和解析，支持各類圖形應(yīng)用，圖1清晰地反映電網(wǎng)GIS平臺和配電自動化系統(tǒng)的集成技術(shù)路線，配電自動化系統(tǒng)按設(shè)定時間間隔或按需求提供相關(guān)電網(wǎng)設(shè)備的遙測量、遙信量的快照信息。

電網(wǎng)GIS平臺定時接收配電自動化系統(tǒng)的電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，電網(wǎng)GIS平臺基于圖形將電網(wǎng)拓?fù)鋱D形、設(shè)備狀態(tài)運行信息進行疊加整合。因此，在進行電網(wǎng)停電管理時，配電自動化系統(tǒng)將得到的停電范圍以反饋停電邊界（開關(guān)）形式送至電網(wǎng)GIS平臺，在電網(wǎng)GIS平臺中通過功能應(yīng)用將停電內(nèi)容采用紅黑圖進行顯示，同時統(tǒng)計停電用戶及停電影響用戶，將信息送至營銷系統(tǒng)和95598，由其向客戶發(fā)布停電通知。

4 業(yè)務(wù)集成效果及應(yīng)用情況

目前，四川省電力公司成都供電公司的電網(wǎng)GIS平臺和配電自動化系統(tǒng)已進入深化應(yīng)用階段，完成了業(yè)務(wù)集成部署工作，其中154座變電站、352條配電線路和1200座配電站房設(shè)備已實現(xiàn)電氣拓?fù)淠Ｐ秃蛨D形關(guān)系的數(shù)據(jù)交互共享，即電網(wǎng)GIS平臺為配電自動化系統(tǒng)提供設(shè)備圖模應(yīng)用，配電自動化系統(tǒng)為電網(wǎng)GIS平臺提供實時數(shù)據(jù)和歷史斷面數(shù)據(jù)，有效保證了電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、設(shè)備屬性數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)數(shù)據(jù)等信息的一致性。

配電自動化系統(tǒng)引入電網(wǎng)GIS平臺后，可以更加直觀的進行設(shè)備運行管理，將變壓器類、開斷類和母線類等電網(wǎng)設(shè)備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)反映在GIS平臺地理圖上，且借助于平臺的大量用戶信息，便于迅速判斷故障的影響范圍，同時通過調(diào)用SCADA功能，及時查明故障異常點和影響區(qū)域，有效提高電網(wǎng)運行的可靠性，實現(xiàn)配電網(wǎng)設(shè)備的全生命周期管理。

5 結(jié)語

隨著堅強智能電網(wǎng)的發(fā)展，將配電自動化系統(tǒng)中引入地理信息技術(shù)，融合傳感和測量技術(shù)、設(shè)備技術(shù)和控制方法，建設(shè)基于電網(wǎng)GIS平臺的配電自動化系統(tǒng)，一方面，提高配電網(wǎng)設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和網(wǎng)架拓?fù)涞墓芾硭?，另一方面，利用GIS平臺的空間拓?fù)浞治鰞?yōu)勢和數(shù)據(jù)共享機制，為配電網(wǎng)生產(chǎn)經(jīng)營管理提供決策輔助工具。因此，借助于電網(wǎng)資源綜合集成管理與自動化控制分析，可有效提升數(shù)據(jù)采集、分析和處理能力，從而為電網(wǎng)分析提供輔助決策支持，降低供電企業(yè)生產(chǎn)運營風(fēng)險，必將實現(xiàn)電網(wǎng)可靠、安全、經(jīng)濟和高效運行，助力提升電網(wǎng)的精益化管理水平。

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