GIS在配电管理系统中的应用研究

2012-02-11程天龙

长江工程职业技术学院学报 2012年2期

程天龙

（长江工程职业技术学院，武汉 430212）

1 引言

地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）在配电管理系统中的应用主要是结合了自动绘图（Automation Mapping，简称AM）和设备管理（Facility Management，简称FM），总称为配电地理信息系统AM／FM／GIS，是利用地理信息系统技术、配电网规划技术、生产运行管理技术等，实现配电管理的计算机系统。由于目前配电网存在设备类型众多、设备数量巨大、分布地域广阔、设备安装位置与地理信息紧密度高、配电网结构复杂并伴随着地域地理信息、电力负荷信息变化而变化等问题，采用人工处理方法或者传统的信息处理技术，不能有效地实现配电网规划的即时性、生产运行与维护管理及客户服务的及时性等，由此迎来了AM／FM／GIS系统在配电管理系统DMS中的应用时代。

2 配电地理信息系统的功能

AM／FM／GIS不但具有基本的地理信息系统的功能，而且具备配网设备应用管理的主要功能。图1所示为一个实际应用的AM／FM／GIS的功能列表，它包括地图操作、图元编辑、地图编辑、统计与查询和数据管理等部分。

图1 配电地理信息系统的功能结构框图

3 AM／FM／GIS在配电管理系统中的应用

3.1 AM／FM／GIS在离线方面的应用

以前，电网管理部门通过文件／数据库系统对网络状况进行局部的图文报表形式的统计分析，这样往往缺乏对全部资产有一个整体清晰的了解，并且导致电网设备管理难度大，使得投资未尽其效、安全系数不高、维修速度较慢。

运用AM／FM／GIS，电力部门将设备的属性数据叠加在相应的地理街道图层中，能确定每个地区的设备状况，再将不同地区根据设备状况不同用不同颜色表示，使电力管理部门对其管理一目了然；同时，对设备的定位查询、器材的更新维修提供简单明了的手段。使用人员利用AM／FM／GIS方便地查看配电线路设备的实际分布与走向情况同时，结合地图背景和后台公共数据库的强劲支持，利用最简单的鼠标点按操作得知线路设备的概要数据，或者利用简单的菜单操作查询完整的配网设备参数信息，包括线路档案、杆塔参数及相关材料表和安装图以及变压器、刀闸等杆上设备档案等。对于线路巡检与设备维护，这是简单、直观、有效的数据准备方式，真正实现了线路维护有的放矢。而且所有的系统设备档案和客户设备档案管理均可采用数据库管理软件进行管理，管理内容包括对变电所（开关站、配电站）、配电线路（架空线、电缆线）、杆塔、配电变压器、高压客户、开关以及避雷器等设备的基本档案进行管理。把AM／FM／GIS同实际中的配电网络有机地结合起来，在地图上表示出配电网络模型，用不同的图形元素代表配电网络中的线路、开关、刀闸、变压器、电压互感器、电容器等各种各样的配电设备，并把这些设备与外部数据库灵活地挂接起来，更直观形象地完成配电网设备的管理。

3.2 AM／FM／GIS在在线方面的应用

在DMS中，AM／FM／GIS把提供的准确的、最新的设备信息和空间信息与SCADA提供的实时运行状态信息有机地结合起来，有效地改进电力分配、紧急情况下的调度以及日常维护与抢修服务。

利用AM／FM／GIS提供的图形信息，SCADA在地图上动态显示配电设备的运行状态，从而有效地管理系统的运行。SCADA有它自己的专用数据库，同AM／FM／GIS数据库之间建立映射关系，相互交换数据。AM／FM／GIS数据库每天使用AM／FM中的使用程序把要传送的图形转换为标准交换格式（SIF—Standard Interchange Format）后向SCADA传送，这种传送一般在夜间进行。SCADA则把系统的实时运行状态信息周期性地传送给AM／FM／GIS，供其他应用系统使用。这种周期一般为1～2s。AM／FM／GIS和SCADA通过以太网连接起来，使用DECEN进行传送。利用这一系统，系统调度员使用最新的地图，发布正确的调度命令，提高调度质量。SCADA以这些地理图形为背景，与SCADA接收的实时信息相结合，反映电力系统当前的运行状态。调度员可以利用这些信息，准确及时地发布控制命令，减少突发故障造成的损失。

3.3 AM／FM／GIS在客户呼叫服务系统中的应用

客户呼叫服务系统TCM是DMS的一个重要组成部分，其目的是为了快速、准确地利用用户打来的大量故障投诉电话，判断发生故障的地点和故障影响范围，并根据抢修队目前所处的位置，及时派出抢修人员，使停电时间最短。这就需要了解设备目前的运行状态和故障发生的地点以及抢修人员所处的位置（应是具体的地理位置，如街道名称、门牌号等），因此，AM／FM／GIS系统提供的最新的地图信息、设备运行状态信息极为重要。

TCM应用DMS的“故障定位与隔离”和“恢复供电”两个功能来实现。调度员输人用户停电投诉电话的地点，故障定位与隔离程序根据投诉地点的多少和位置分析出故障停电范围，并排出可能的故障点顺序。然后，参照有地理图背景的单线图，用移动电话指挥现场人员准确找到故障点，并予隔离。故障定位与隔离完成后，起动“恢复供电”程序，按程序所指出的最优顺序尽快安全地恢复供电。

3.4 AM／FM／GIS与配电SCADA的集成应用

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA与AM／FM／GlS以松散集成和紧密集成两种方式集成。

在松散集成方式下，SCADA系统与AM／FM／GIS系统耦合比较松散。SCADA系统作为一个独立的平台存在，满足所有常规的调度自动化中SCADA的功能，同时将监控的对象由厂站内相对集中的设备扩充到馈线、配电站等分散的配网设备。SCADA系统和AM／FM／GIS或其他系统通过交换实时数据进行集成。

在紧密集成方式下，SCADA系统与AM／FM／GIS系统是一个整体。SCADA系统只提供基本的数据采集和监控服务，即不维护运行画面，也不对网络建模，只是作为后台系统向AM／FM／GIS系统提供实时数据，同时接受AM／FM／GIS系统的命令进行遥控操作。传统的SCADA（调度自动化中的应用）比如图形、报表、曲线、告警等表示层的应用都集成在AM／FM／GIS系统中。

紧密集成方式，数据维护、管理相对集中，无论是AM／FM／GIS，还是SCADA，或高级应用，都在统一的界面下操作，但系统结构中AM／FM／GIS系统为必选的功能，否则常规的SCADA功能也不能得到应用。

松散集成方式是目前国内DMS系统建设中比较常用的一种集成方案，但是随着配电管理系统一体化建设需求的增加，紧密集成方案是未来发展的趋势。

目前，SCADA和AM／FM／GIS采用无缝集成。无缝集成有两层含义：首先，SCADA和AM／FM／GIS是各自独立的系统；其次，集成是无缝的，可以整合成一个有机的整体。从SCADA方面考虑，除了提供常规配电SCADA系统的全部功能支持外，还应具备完整的配电网络拓扑建模功能，在此基础上，配电网高级应用软件系统也可以正常运行，尤其重要的是，SCADA应能为AM／FM／GIS提供实时数据的支持。从AM／FM／GIS方面考虑，除了常规的基于GIS的图形功能以及其他的一些和日常管理相关的非实时功能之外，必须能和SCADA进行很好接口，包括从SCADA取得实时数据并向SCADA发实时控制命令。为了实现SCADA和AM／FM／GIS的无缝集成，从数据库、系统体系结构和程序设计三方面来研究。

首先，SCADA和AM／FM／GIS各自有自己的数据库。SCADA数据库必须是向AM／FM／GIS开放的，或者向AM／FM／GIS提供一种检索机制。AM／FM／GIS的图形除了能显示本身数据库里的数据以外，还应能同时显示SCADA实时数据，它必须有多重数据定向的机制。

实现无缝集成，SCADA和AM／FM／GIS采用客户服务器（Client／Server）的系统体系结构。SCADA实时数据库及其管理系统作为整个系统的核心，必须是独立的可执行程序模块，是系统的服务器端。其他所有的功能模块，同样是独立的可执行程序模块，相对于服务器端程序，它是系统的外挂部分，是系统的客户端。AM／FM／GIS应用是SCADA系统的一个客户端程序。客户端和服务器端的数据通信基于网络的进程间的通信，做到系统不依赖于特定的硬件平台和操作系统平台。

SCADA系统脱离AM／FM／GIS平台独立运行，AM／FM／GIS脱离SCADA 平台独立运行。SCADA和AM／FM／GIS不但有自己的数据库，还有各自的图形系统。为实现无缝集成，从程序设计角度考虑，SCADA和AM／FM／GIS提供组件化的实时画面浏览控件，SCADA和AM／FM／GIS都能很方便地集成对方的图形系统。SCADA，提供实时数据接口控件和实时数据检索控件，使 AM／FM／GIS能方便地利用SCADA的实时数据实现自己的各种功能。SCADA和AM／FM／GIS采用组件化的程序设计方法。

武汉数威科技有限公司采用Super Map2000成功研制出新一代配电管理AM／FM／GIS／SCADA系统Super FM2000，并在长治市等电力管理部门得以成功应用。Super-Map是一个优秀的地理信息系统基础软件，其开放式的系统结构和全组件技术，为专业产品的开发提供了一个理想的平台。结合工程应用，基于Super-Map开发的SuperFM2000配电地理信息系统，具备强大的图形管理、配电设施管理、配电系统分析、电网规划设计等功能。系统采用Client／Server、Browser／Server相结合的模式，既满足了复杂的系统建摸、分析等工作，又考虑了一般的系统查询的要求，是AM／FM／GIS在DMS中的一个很好的应用。Super FM2000系统界面如图2所示。