基于GIS技術(shù)的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)集成整合設(shè)計(jì)

［關(guān)鍵詞］GIS 技術(shù)；配電網(wǎng)；自動(dòng)化

［中圖分類號(hào)］TM76 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）10–0116–03

1配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)配電網(wǎng)自動(dòng)化整體系統(tǒng)時(shí)，緊密結(jié)合配電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際需求，精心選擇了無線通信與有線通信相結(jié)合的通信技術(shù)方案。為確保通信環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性和傳輸速率，采用高速率的專網(wǎng)無線通信方式作為無線通信手段，并輔以光纖通信網(wǎng)絡(luò)模式進(jìn)行有線通信。在布局上，將電氣設(shè)備直接置于現(xiàn)場(chǎng)通信節(jié)點(diǎn)，充分利用這些節(jié)點(diǎn)的廣泛布署來達(dá)成預(yù)期功能。由于現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備和通信節(jié)點(diǎn)的數(shù)量眾多，這一設(shè)計(jì)不僅提升了系統(tǒng)的通信效率，還為實(shí)現(xiàn)高精度的定位提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。電氣設(shè)備置于現(xiàn)場(chǎng)通信節(jié)點(diǎn)中的實(shí)施方案如圖1所示。

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

2通信方案設(shè)計(jì)

2.1光纖通信網(wǎng)絡(luò)方案

根據(jù)實(shí)際需求，本次設(shè)計(jì)的光纖通信網(wǎng)絡(luò)方案整體結(jié)構(gòu)，其核心在于構(gòu)建了一個(gè)包含OLT環(huán)網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)（圖3）。一旦OLT環(huán)網(wǎng)成功聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)便能借助交換機(jī)等關(guān)鍵模塊，在光纖網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)高效流通。為了確保每個(gè)OLT環(huán)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)信息得以準(zhǔn)確區(qū)分，為每個(gè)環(huán)網(wǎng)分配了獨(dú)一無二的IP地址。同時(shí)，為了達(dá)成單元模塊間的一對(duì)多數(shù)據(jù)傳輸，并有效降低能耗，采用了無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)其之間的互聯(lián)。

2.2無線網(wǎng)絡(luò)方案

本次無線網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)以WiMAX無線專網(wǎng)電路為基礎(chǔ)，旨在提高升級(jí)效率并減少設(shè)計(jì)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(gòu)的WiMAX通信模塊，并以此為核心構(gòu)建了專用無線網(wǎng)絡(luò)。此模塊具備超過20Mbps的數(shù)據(jù)處理能力，且符合IEEE802.16e標(biāo)準(zhǔn)，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(zhí)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，其性能表現(xiàn)顯著。選擇此模塊后，設(shè)計(jì)一套以電力線載波通信為基礎(chǔ)的無線網(wǎng)絡(luò)方案，旨在克服傳統(tǒng)無線通信網(wǎng)絡(luò)布署的束縛，并滿足部分低壓用戶的需求。無線專網(wǎng)布置如圖4所示。

2.3通信接入單元設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)

通信接入單元時(shí)，應(yīng)考慮其與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的兼容性和集成性，確保無縫對(duì)接和平穩(wěn)過渡。依據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景和需求，采用先進(jìn)的通信技術(shù)和協(xié)議，如LTE或WiMAX，以滿足大容量數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)通信的要求。設(shè)計(jì)中還應(yīng)重視通信接入單元的可擴(kuò)展性和靈活性，以便未來根據(jù)需求進(jìn)行系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)展。此外，為確保通信的安全性和穩(wěn)定性，通信接入單元應(yīng)包括嚴(yán)格的安全措施和數(shù)據(jù)加密機(jī)制，防范潛在的網(wǎng)絡(luò)攻擊和數(shù)據(jù)泄漏風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)過程中充分考慮設(shè)備的功耗和環(huán)境適應(yīng)能力，選擇符合節(jié)能環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的通信設(shè)備，并合理布局通信接入單元，以優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能和運(yùn)行效率。

3基于GIS技術(shù)的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)集成整合方案設(shè)計(jì)

3.1集成配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)與GIS

基于GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，是為了提升配電網(wǎng)運(yùn)行效率、優(yōu)化設(shè)備管理和響應(yīng)能力而進(jìn)行的重要舉措。GIS作為空間數(shù)據(jù)管理和分析的強(qiáng)大工具，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)配電設(shè)備、線路及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確地理空間定位和可視化展示。通過將配電設(shè)備的地理位置信息與實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)結(jié)合，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)、負(fù)荷情況及電網(wǎng)運(yùn)行狀況，提高故障檢測(cè)和定位的精準(zhǔn)度。

在系統(tǒng)集成方面，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)與GIS的融合包括多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)和功能。GIS技術(shù)在電網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)中的應(yīng)用十分重要，可幫助繪制電網(wǎng)地理信息圖，優(yōu)化電網(wǎng)布局和設(shè)備配置，提升電網(wǎng)容量和效率。

另外，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)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(tǒng)可以進(jìn)行電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)、故障影響分析及優(yōu)化調(diào)度，提高電網(wǎng)的可靠性和響應(yīng)能力。

在安全管理方面，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)與GIS集成也能夠加強(qiáng)電網(wǎng)的安全防護(hù)和事件響應(yīng)能力。GIS地圖上的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警功能，可以快速識(shí)別和定位電網(wǎng)故障、短路或其他異常情況，減少停電時(shí)間和影響范圍，提高應(yīng)急響應(yīng)效率。

3.2集成配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)與生產(chǎn)PMS

基于GIS技術(shù)的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)集成整合方案設(shè)計(jì)是為了適應(yīng)智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，提升配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的整體效率。GIS技術(shù)的引入為此提供了重要支持，通過GIS技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、管理及分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)設(shè)備、線路及其運(yùn)行狀態(tài)的全面把控。這類視覺呈現(xiàn)和空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)為配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)供應(yīng)了精確的位置信息援助，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)組件的精確定位、狀態(tài)追蹤及故障偵測(cè)。

在整合配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)與生產(chǎn)PMS（工程生產(chǎn)管理系統(tǒng)）方面，GIS技術(shù)的應(yīng)用確保了數(shù)據(jù)交流的無縫進(jìn)行，起到了核心作用，實(shí)現(xiàn)了信息共享和系統(tǒng)集成。配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制及智能決策，提高了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性及效率。而生產(chǎn)PMS則管理生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度及運(yùn)行管理等方面的工作。結(jié)合兩種管理方式，不僅提高了對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和生產(chǎn)計(jì)劃的綜合管理，提升了電網(wǎng)作業(yè)的效率及盈利水平，而且為智能電網(wǎng)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這種基于GIS技術(shù)的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)集成整合方案設(shè)計(jì)展現(xiàn)出顯著實(shí)用價(jià)值與廣闊應(yīng)用潛力，為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化、高效化運(yùn)行提供了有力支持。

3.3集成配電主站系統(tǒng)與集控系統(tǒng)

基于GIS技術(shù)的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)集成整合方案設(shè)計(jì)包含全面視角與分階段實(shí)施。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要全面考慮配電主站系統(tǒng)與集控系統(tǒng)的無縫集成，這意味著在設(shè)計(jì)階段就需要確定兩個(gè)系統(tǒng)之間的信息共享和通信協(xié)議，以保證其能夠有效地互相通信和協(xié)作。并且在集成設(shè)計(jì)中，GIS技術(shù)的應(yīng)用具有關(guān)鍵意義，通過GIS技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)空間信息的精確管理和分析，涵蓋網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、設(shè)備位置、供電范圍等，這為系統(tǒng)的運(yùn)行和管理提供了重要的基礎(chǔ)。

在配電主站系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)中，須對(duì)各類設(shè)備實(shí)施監(jiān)控與操作考慮。設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控及管理需求與GIS系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換，以便系統(tǒng)能夠及時(shí)地響應(yīng)各種故障和事件。而在集控系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)中，必須詳細(xì)考慮對(duì)配電網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與操作。通過集成GIS技術(shù)，集控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，并能夠?qū)ε潆娫O(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，從而提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率和安全性。

在進(jìn)行配電主站系統(tǒng)和集控系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)時(shí)，需重視系統(tǒng)的可靠性和安全性。在設(shè)計(jì)階段，需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和安全分析，并依據(jù)評(píng)估結(jié)果制訂切實(shí)可行的安全防護(hù)策略。在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新方面，需要重視系統(tǒng)的備份和恢復(fù)機(jī)制，確保在發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)地進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)和系統(tǒng)重啟。

4實(shí)際應(yīng)用測(cè)試

（1）對(duì)光纖通信網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，評(píng)估其在配電網(wǎng)環(huán)境中的通信穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸效率。同時(shí)布署配電主站系統(tǒng)和集控系統(tǒng)，并利用GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，以模擬真實(shí)的工作場(chǎng)景。

（2）在測(cè)試過程中，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)診斷和處理可能出現(xiàn)的故障，以驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。并對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速度和管理效率進(jìn)行評(píng)估，以檢驗(yàn)系統(tǒng)能否滿足實(shí)際運(yùn)行的需求。

（3）收集測(cè)試數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，總結(jié)實(shí)際應(yīng)用測(cè)試的結(jié)果，為系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)提供參考和指導(dǎo)。通過實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，旨在驗(yàn)證基于GIS技術(shù)的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)集成整合設(shè)計(jì)方案的實(shí)用性和可靠性，為智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展提供有力支持。

5結(jié)束語

總而言之，通過集成GIS系統(tǒng)與配電自動(dòng)化系統(tǒng)，利用CIM模型、SVG圖形以及ESB總線等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的同步共享和來源的唯一性，顯著提高了配電網(wǎng)的運(yùn)行管理效率和供電可靠性。此設(shè)計(jì)不僅解決了電網(wǎng)模型及拓?fù)潢P(guān)系在兩套系統(tǒng)中分別建立導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不一致問題，還避免了重復(fù)工作，降低了人力、物力成本。同時(shí)，GIS技術(shù)的引入使得配電網(wǎng)的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)以及實(shí)時(shí)信息得以有機(jī)結(jié)合，提升了電力配網(wǎng)管理水平和工作效率。