输配电网地理信息系统解决方案

　　输配电网资源信息化管理是各供电公司、电业局等电力企业的一项重要日常性业务。如何能够利用先进的信息化手段改善输配电网资源管理效率低下的现状，并能与其它电力生产调度系统（如 SCADA 系统）等无缝集成，是当前电力信息化建设中的一项重要课题。 

　　输配电网地理信息系统主要是利用地理信息技术来对输变电主干网及子干网的输配电网设备设施空间分布数据、生产运行数据、电网运行状态等信息进行集中化管理，对电网的网络关系进行分析，并能集成已有的信息管理系统，形成以地理信息为支撑的综合电网管理信息系统。以将输配电网地理信息系统作为基础平台，还可集成访问其他已有电力业务系统的数据，并能通过各种数据接口方便后续集成，确保信息的完整性、准确性和及时性。 

　　该系统可广泛应用于各地电力公司、电业局单位生产技术部门及下属供电单位的生产技术部、客户服务中心、线路设备检修部、运行工区、调度中心及计算机信息中心。 

　　本方案以北京超图的 SuperMap GIS 为平台，以地理信息系统技术为支撑，通过建立电网空间基础信息库，紧密结合输配电网管理的业务流程，实现了输配电网图形化管理和电网自动化管理。该方案可作为建立对输配电网进行计算机管理和辅助决策的企业级应用软件系统的参考。

2. 应用需求分析 

2.1. 引入 GIS 的必要性 

　　整个供电生产活动围绕着向用户安全“送电”和向用户收取“电费”及相关费用展开。而生产活动中的“产品”──“电能”是一种不可分割的具有连续、动态特性的“物质流”，因而供电生产管理工作必须面对这样的问题： 

1. 部门设置“分散运作” 

　　由于电网分布于广阔的城乡地域上，且电网结构十分复杂，具体的生产活动不得不按区域、分专业来组织实施，所以必须设立彼此之间相对独立“分散运作”的多个级别的生产部门和机构（例如：“运行维护”专业的规划设计、运行调度、设备运行维护等部门和 " 营业服务 " 专业的业扩报装、用户报修、用电计费等部门），各部门按自己的工作需要占有相关生产信息和数据； 

2. 生产活动“集中统筹” 

　　供电生产及营业工作的性质决定了必须对各个部门的各项工作进行“集中统筹”安排，所有部门的业务必须环环相扣，部门间传递的各种生产信息不允许出现任何差错，不然轻则引发运行事故造成经济损失，重则导致人员伤亡。 

　　供电生产企业业务部门的“分散运作”与“电能”物理特性要求的“集中统筹”形成了一对矛盾统一体，实际上这对矛盾是供电生产管理活动中的“基本技术矛盾”。 

　　目前纳入计算机管理系统的基本生产数据主要是设备属性类信息，电网生产管理运行类信息。而涉及到设备设施的空间地理分布类信息、电网拓扑结构类信息的管理和空间查询分析还没有相应的系统来支撑。 

　　在传统模式下，设备设施的空间地理分布类信息的载体是图纸、模拟板、报表、语言（如调度命令等），许多没有形成信息数据的电子化，信息共享和传递方式则是物理载体的交换。在这种机制下，信息更新滞后于生产数据的变化，因而容易造成整个供电生产活动的各专业环节中生产信息“不全面、不一致、不及时”的现象。从技术层面看，这是目前阻碍供电企业生产管理水平提高的一个重要问题。 

2.2.GIS 应用模式 

　　通对对输配电网管理业务的分析， GIS 应用主要包括以下内容： 

消缺工作管理 

【问题】电力线路巡检发现异常或缺陷，不能很好的定位，安排处理。 

【影响】电力线路巡检发现异常或缺陷，不能高效的进行定位。 

【问题的后果】消缺工作管理不及时，影响供电服务质量，供电可靠性指标不能有效的保证。 

【成功的解决方案】 GIS 系统通过对电网空间数据进行缺陷定位。 

线路巡检工作的管理 

【问题】制定线路巡检计划周期长，不方便制定特巡计划和临时性的巡线方案；对巡检执行情况不能很好的进行监督和管理。 

【影响】容易出现没有巡检的线路，巡检执行工作中，出现漏检情况。 

【问题的后果】线路异常和缺陷不能很好的发现，容易引发电网事故，给企业带来设备损失和负面影响。 

【成功的解决方案】 GIS 系统通过对电网空间数据进行巡检计划制定，巡检路线叠加分析。 

对停供电范围无法进行合理的预测 

【问题】在供电企业生产管理中，有时需要有计划的进行停电安排，但人工分析操作后的停电范围，难免出现遗漏和错误的情况；计划供电时，人工分析操作后的供电范围，也会出现这样类似的情况。 

【影响】生产经营的计划停供电工作不能得到很好的执行。 

【问题的后果】容易出现停供电操作带来的事故后果和经济损失。 

【成功的解决方案】 GIS 系统通过对电网拓扑网络图进行模拟分析，分析出待操作的开关状态改变后、电网运行状态改变后的结果，同时分析出影响的线路与用电用户，通过运行状态着以不同的颜色表示带电、停电状态。如果出现电磁环网，系统将给出提示。 

输电网资料的人工管理 

【问题】输电管理中工程资料图纸，输电网空间地理图，还有其他相关图形、档案资料，目前是纸质管理方式。 

【影响】数据提取周期长，不能很好的进行数据查看，指导工作。 

【问题的后果】数据共享无法实现信息数据电子化管理的便利性。 

【成功的解决方案】利用 GPS 数据测量设备，根据大地测量方法，采集得到电网空间地理图数据，按照系统所构建的电网模型，和电网拓扑关系规则，生成电网图，成为 GIS 系统分析和管理操作的数据基础；同时根据数据兼容性，对工程资料图纸和其他相关图形资料，系统提供统一的工具进行编辑、查阅和管理；其他数据资料，系统提供工程文档的管理工具。 

电力抢修工作的执行方式发生改变 

【问题】检修管理部门，根据事故或者缺陷地点，根据可分配人员车辆情况，安排认为合适的车辆和人员前往工作；检修管理部门，根据事故或者缺陷地点，进行检修和抢修的车辆和人员的工作安排，工作人员人工选择去往工作路线；检修管理部门负责人，不能保证清楚的了解外派工作人员和车辆的位置情况。 

【影响】检修管理部门负责人，不能保证清楚的了解外派工作人员和车辆的位置情况，不便于进行新任务的工作安排；车辆抢修路线不能很好的得到保障，依赖于车辆驾驶人员的路线熟悉情况。 

【问题的后果】新的工作，或者需要优先考虑解决的工作任务，不能很好的保证及时有人员和车辆资源进行及时的安排解决；可能造成部分人员工作负荷繁重，部分人员工作负荷清闲甚至没有根据需要进行及时工作安排。 

【成功的解决方案】检修管理部门，根据事故或者缺陷地点，根据可分配人员车辆情况，远程安排就近的车辆和人员前往工作；系统根据道路网络拓扑关系，分析出最短抢修路径，为事故抢修争取最短时间，尤其是针对城市交通复杂的道路网。检修管理部门，根据事故或者缺陷地点，进行检修和抢修的车辆和人员的工作安排，工作人员根据提供的最短路径，决定去往的工作路线。 

输配电网运行自动化的数据同步问题 

【问题】电网调度自动监测与控制系统（ SCADA 系统）的数据，目前只能在该系统的使用部门内进行数据查看，实时数据服务对象单一；电网实时运行状况，以图形的方式，仅提供在 SCADA 系统的变电站一次主接线图上动态显示；而配电网的运行状态目前没有相应的图形来进行展示，有些供电单位专门采用模拟电路板的方式，人工调整配电网的运行状态，以方便配电管理工作人员的工作。 

【影响】 SCADA 系统的实时数据不能很好的被更多的部门和人员所共享查询；服务对象局限在变电站内和电力调度部门；配电网运行的实时数据和运行状态参数，没有准确的和快速的数据采集支持。 

【问题的后果】电网运行状态不能被需要的部门和人员及时知道，影响工作安排和计划停供电的工作。 

【成功的解决方案】输配电网中各变电站线路出口、电网中开关的实时遥测数据在线显示；输配电网中各变电站线路出口、电网中开关的实时遥测数据在线显示；配网变电站出口线路实时遥信数据更新，实现自动更新电网拓扑，即实现配电电网空间数据运行状态的实时自动更新同步。 

2.3.GIS 的主要用户分析 

　　根据以上的分析，可以归纳出系统的主要用户为： 

★供电急修人员：通过 GIS 系统提供的电网空间地图，结合缺陷管理，快速准确定位缺陷位置，进行消缺工作和安排；保持线路、配电设备的正常运行，及时排除线路异常、缺陷和事故。 

★业扩报装人员：通过 GIS 系统提供的电网空间地图，结合新用电用户报告位置，和线路架设等工作安排，快速准确定位施工位置，进行业扩报装工作和安排；直观的通过系统，查询到工作安排的施工安排，及时进行业扩报装的工作安排和执行。 

★电力客服工作人员：根据 GIS 系统提供的与用电用户的集成接口，查询用电用户用电信息，解答用户询问；提供方便快捷的服务，提高服务质量和响应能力。 

★用电营销人员：通过 GIS 系统的电网分析工具和与用电用户的集成接口，可以以各线路、变电站来分析供电范围和负荷能力，统计电力负荷中用电用户的详细信息； 可以很形象的查询用电负荷分布情况；可以人工模拟动态分析出线路、变电站的电力负荷数据；同时查询用电用户的如电能、电量、电费、电价的详细信息。 

★输电工区人员：通过 GIS 系统，提供的输电空间地理图，实现人机交互操作，直观的查询和统计线路和设备数据；系统提供多种信息查询和统计的方式，结合 GIS 应用技术，实现空间查询和分类检索的多种方式获取数据信息。 

★调度中心：通过 GIS 系统提供的电网模拟操作分析，进行真实操作的提前模拟试验，减少工作失误；同时根据系统提供的输配电网运行状态同步功能，可以查看调度控制后的配电网运行情况，作为 SCADA 系统的完美补充。通过 GIS 系统的电网分析功能，使电网调度操作有了一个好帮手，提前过滤错误操作所带来的事故和损失；辅助电力调度人员工作的工具；继续延伸了 SCADA 系统的配电网数据部分。 

★信息中心：通过系统提供的系统管理工具，对系统用户，操作权限，数据访问权限，操作日志等进行有效的控制和管理；对系统的安装和实施提供支持。统一的系统管理方式；合理的分配系统操作资源；监督系统的正常运行；执行数据安全和数据备份工作。 

★生产技术部门：通过 GIS 系统提供的多种功能模块，对电网运行状况进行监督；对电网运行的可靠性进行验证和监督；对电力生产工作的安排和执行上进行监督；通过系统分析，提出电网运行提出改造和新线路架设等工程的实施方案；使系统起到辅助决策的作用；通过对各种电网数据信息的全面掌握和了解，可以提高这些信息的利用率，提高工作能力和工作效率；使生产技术部为企业起到技术创新和提高工作质量的正确道路上来。 

★变电运维部门：通过 GIS 系统，提供的变电设备主接线图，实现人机交互操作，直观的查询和统计变电设备运行数据；系统提供多种信息查询和统计的方式，结合 GIS 应用技术，实现空间查询和分类检索的多种方式获取数据信息。 

★企业员工：通过提供的 Web GIS 服务系统，在用户登录验证后，即可查询到供电企业的电网运行图，进行有关设备和线路的运行数据检索；以网络浏览器的 WEB 方式，直接进行电网图的空间查询，以及更多信息的查询。 

3. 解决方案综述 

3.1. 系统数据分析 

　　为了更清晰地描述系统数据，我们可以用“设备空间”来描述“设备属性类信息”；用“地理空间”描述“设施地理分布类信息”；用“拓扑空间”来描述“电网拓扑结构类信息”；用“电物理空间”来描述“电网运行类信息”。以上各空间统称为“电网生产信息表述空间”，具体内容简要描述如下： 

1. 设备空间：为电网设备、设施台帐等信息管理构造的数字模型及其信息处理功能函数的集合；实现该空间的典型技术构成是关系型数据库技术，如生产运行管理信息系统（MIS 系统）所管理的数据。 

2. 地理空间：为电网设备、设施的地理分布信息（分布图、走向图等）管理构造的数字模型及其信息处理功能函数的集合；实现该空间的典型技术是地理信息系统（GIS）技术。构建的信息系统如“电网地理信息系统”。 

3. 拓扑空间：为电网逻辑结构信息（电系图、接线图等）管理构造的数字模型及其信息处理功能函数的集合；实现该空间的典型技术构成是计算机图形实时处理技术。应用系统范例：“电系图（接线图）管理系统”、“电网地理信息系统”。 

4. 电物理空间：为电网的电物理特性信息分析、模拟而构造的数字模型及其信息处理功能函数的集合；实现该空间的典型技术构成是电力计算分析技术、实时信息处理技术。应用系统范例：“ SCADA 信息后处理系统”、“电网潮流计算及网络状态估计系统”等。 

　　事实上四个空间是对电网生产运行特性从不同角度的抽象概括，实际应用中它们同时发生作用，因此还应有空间的叠加、耦合、映射关系存在。目前纳入计算机管理系统的基本生产数据主要是设备属性类信息，电网生产管理运行类信息。而涉及到设备设施的空间地理分布类信息、电网拓扑结构类信息的管理和空间查询分析还没有相应的系统来支撑。该系统在这方面将提供一个全面管理的可行方案。 

3.2. 总体技术路线 

　　系统采用了 Client/Server 结构 , 后台基于 Oracle 大型数据库，总体技术路线如下： 

　　组件化开发技术——系统采用了组件式 GIS 平台——SuperMap Objects ，并全面采用基于组件对象体系结构，对系统进行功能组件的封装，易于与其他系统集成。 

　　空间数据库处理技术，支持多用户处理和海量数据存储等机制。 

　　无线通信技术和 GPS 技术——GSM 、GPS 技术与地理信息系统的无缝结合，实现在电子地图上的被跟踪车辆实时定位，同时能够查询车辆位置历史数据，并可以绘制出历史行程线路轨迹。 

　　动态专题图技术——SCADA 实时遥测数据的在线显示， SCADA 实时遥信数据的动态自动更新电网拓扑，并完成动态着色，以反映最新电网拓扑运行情况。 

　　拓扑分析技术——电网拓扑示意图的电网编辑、电网分析采用自己从底层开发的网络分析算法直接计算，加快分析速度。 

　　基于 XML 异构系统集成技术——实现与其他系统的数据访问接口，体现为一个双向的查询过程，即从地图窗口主视图联接到设备管理、用电管理数据查询接口，其次就是从设备管理、用电管理数据接口查询出设备等数据在地图窗口主视图上显示。在每个查询操作界面内，系统均提供查找功能，允许用户表内查找，同时提供报表输出或打印。 

　　自动化成图技术——将 GPS 设备采集到的相关设备的地理位置信息通过适当的编辑和导入处理，能够自动生成相应的电力网络拓扑结构图。 

　　空间查询与分析技术——系统支持多种查询方式，用户可以对空间数据自定义查询条件和统计条件查询，可单条件、组合条件查询及模糊查询，同时提供多种空间查询的方法，如缓冲、相交、相邻、包含等空间查询方式，供用户灵活使用组合，从而达到自己的查询目的，并在系统主窗口上明显显示出来。 

3.3. 系统功能框架 

　　系统主要完成设计的功能总体范围，如“系统功能框架图”所示。 

4. 主要功能 

GIS 系统主界面框架 

　　提供一个统一的界面对基础地形图、输电网地理图、配电网地理图、电网联络图、线路单线图、变电站一次接线图、设备资料图纸等不同数据源对象进行管理，根据不同用户分配不同的图形数据及对应的操作权限界面，该框架是集成所有业务组件的宿主程序；提供 GIS 的基本操作、各种空间查询功能、图层管理、各种专题图制作、布局输出打印等功能。 

配电网运行模拟分析 

　　可以进行停 / 供电分析，电源点追踪，线路故障分析，变电站供电半径分析这样的专业 GIS 分析应用；在停 / 供电分析时，若出现电磁环网，则引发电磁环网警告，提示操作；停供电分析，可以查询分析出受到影响的用电用户； 

系统扩展接口 

　　系统实现一个双向的查询方式，即从图形数据中通过接口组件，关联实现用电用户数据和输电、用电设备管理数据的查询和统计，还有就是从设备管理、用电管理接口中查询的设备在电网地图上定位显示； 

　　虽然在电力自动化这个大的领域内， SCADA 系统的技术已经相当的完善，但将 SCADA 系统的实时数据单独取出，作为其他系统的数据源，从而进行其他系统的可以根据需要进行处理及显示的数据源，这的确提供了一种很好的方式。 SCADA 实时遥信数据的动态自动更新电网拓扑，并完成动态着色，以反映最新电网拓扑运行情况，同时 SCADA 系统实时遥测数据在电网图形上动态显示。 

车载 GPS 跟踪定位 

　　在实际应用中，电力部门如供电急修部需要对工程抢修车辆当前工作情况进行即时查询，进行工程车辆调度，同时也可以对某段时间内的指定工程抢修车辆进行历史轨迹查询，开发这个功能，满足了这个需求。在实际应用中，电力部门如供电急修部根据线路故障或者施工地点等情况，提前对预先路径进行优化选择，得到最佳路线，指导派出的工程抢修车辆将行驶的路线。 

图形数据编辑 

　　地图编辑时提供多种方法，如端点、线段等方法进行捕捉点，线，面图元要素，便于编辑图元要素选定某要素；另外系统提供许多的方便的专业编辑工具，如线路打断，增加、删除节点，节点移位，属性数据的特殊批量编辑等，方便电网数据的更新维护工作。 

　　变电站所一次主接线、电网示意图的编辑，包括各种电气元件的增加、删除、元器件联结关系的改变及元件定位的合法性判断等，支持动态的检测电网模型图的拓扑关系；电气元器件符号采用行业标准符号。 

　　系统支持用户根据各类设备的工程图纸资料进行分类，关联资料之间采用查询树的层次方式，逐层查询，方便检索图纸数据。 

　　系统支持模具的建立，因为在大量图纸数据进行管理时，有很多工程图纸资料基本上有很多的共性，这样系统引入图纸模具这个功能概念，对相同的基本图件，用户仅编辑一次形成模具，以后的图纸编辑可以直接使用模具数据同步的绘图工具来进行操作就可以了，引入模具，省时省力，快捷方便；同时模具的制作过程中，可以自由组合大量的基本图元，定义图形风格，形成可供使用的大量模具图形； 

系统管理 

　　在系统管理组件中，根据用户组织机构和人员工作情况，统一维护和分配用户权限，对系统操作界面上的控制，在各个业务组件的窗体主体中，根据这里设置的权限，进行操作权限的控制； 

电网数据查询与发布的 WebGIS 网站 

　　B/S 模式，即计算机软件系统应用的客户浏览器端 / 服务器模式，这种模式随着网络技术的成熟，网络传输速度和质量的提高，得到了很大的应用推广。同样在地理信息系统中，对专业空间地理数据的发布，实现空间数据共享，提供了很好的应用。同时用户通过客户浏览器可以进行空间查询、分析等操作，实现空间数据互操作。 

5. 软件配置 

　　系统基础软件平台由操作系统、数据库平台、地理信息系统平台、系统开发平台等组成，推荐使用的软件平台如下： 

（1）.服务器端操作系统：Windows Server2003/Linux/Unix 

（2）.客户端操作系统：Windows XP 

（3）.数据库平台：Oracle 

（4）.地理信息平台：SuperMap Objects——用于高级应用端开发 

　　　　　　　　　SuperMap IS.Net——用于 WebGIS开发 

　　　　　　　　　SuperMap Deskpro——用于数据处理 

（5）.开发平台：Visual Studio.Net 2005

6. 成功案例 

　　本方案已在奎屯电业局输配电网 GIS 系统和吐鲁番电业局输配电网 GIS 系统中得到了成功应用。 

　　2005 年 10 月 25 日 ，经过三个月的试运行，吐鲁番电业局输配电网 GIS 系统通过验收正式投入使用。吐鲁番电业局从 2004 年 2 月开始先后进行了输配电网 GIS 系统开发、数据采集，投资近 80 万元。 2005 年 3 月数据整合基本完成，开始基础数据的录入， 2005 年 8 月投入试运行。系统以 1：10000 和 1：50000 的数字地形图作为宏观背景图，其中吐鲁番市城市采用 1：1000 数字地形图作为微观背景图。 

　　通过 GIS 技术的应用，电网管理部门实现了对地区电网及时、有效、准确的运行管理，提高电力供电企业的供电可靠性服务质量，有力保障了地区电力用户用电的消费利益，促进了地区基础经济的持续发展。