智能电网防灾减灾信息系统设计与实现

李　冬，孙世军，张　昊，曲晓白，孙晓丽

（1.国网山东省电力公司，济南　250001；2.国网山东省电力公司济阳县供电公司，山东　济阳　251400）

智能电网防灾减灾信息系统设计与实现

李冬1，孙世军1，张昊1，曲晓白2，孙晓丽1

（1.国网山东省电力公司，济南250001；2.国网山东省电力公司济阳县供电公司，山东济阳251400）

气象灾害是破坏电网系统稳定的重要原因之一，给电网设施造成了严重的危害和损失。电网GIS平台是国家电网公司智能电网的重要支撑平台，能够实现智能电网设备的地理位置精确定位、属性状态结构化管理和可视化展现。为降低气象灾害对智能电网的不良影响，国网山东省电力公司将精细化气象数据引入到电网GIS平台之中，采用先进的RUC（快速更新循环）预报、SWAN（短时临近预报）等技术，建立智能电网防灾减灾信息系统，提高智能电网供电可靠性，确保智能电网运行安全。

智能电网；防灾减灾；信息系统；设计与实现

0　引言

中国电力科学研究院近20年的统计结果显示，自然灾害是影响电网系统稳定的第二大因素，70%以上的自然灾害是气象灾害。2000年以来，山东电网220 kV及以上电网和设备故障，50%以上是气象灾害引起。特别是2010年以来，雨雪冰冻（导致线路覆冰引起倒塔断线）、大风寒潮（导致线路舞动引起风偏放电）、暴雨（侵害电气绝缘）、强风（引起倒塔断线及电气设备故障）、雷暴（引起变压器等供电设备闪络或绝缘击穿）等极端天气频繁发生，给电网设施造成了严重的危害和损失。

电网GIS平台是构建在国家电网公司一体化信息平台之内的企业级空间信息服务平台，是智能电网的重要支撑平台，国网山东省电力公司在电网GIS平台的基础上引入高时间分辨率和高空间分辨率的气象数据，采用RUC（快速更新循环）预报和SWAN（短时临近预报）技术，建立智能电网防灾减灾系统，将气象数据与电网设备数据进行关联分析，在灾害天气时，对涉及的电网设备进行预警。

1　智能电网防灾减灾信息系统建设基础

1.1电网GIS平台

电网GIS平台由国家电网公司统一组织设计和开发，是构建在国家电网公司一体化信息平台之内的企业级空间信息服务平台，采用总部、网省两级部署三级应用的部署模式，实现电网资源的结构化管理和可视化展现。功能架构分为：电网资源图形管理、空间信息服务、典型应用框架、GIS高级应用和平台支撑应用5个部分。其中，电网资源图形管理用于维护电网图形资源的空间信息、属性信息及拓扑关系，是平台的数据支撑；空间信息服务基于SOA架构以标准的WebService服务形式发布图形数据和基础图形服务，为业务应用提供服务支撑；典型应用框架通过调用GIS后台服务为业务应用提供综合数据展示和图形分析应用［1-2］；GIS高级应用通过电网GIS平台与业务应用基础提供线损分析和潮流计算等高级应用，为智能电网的经济、高效运行提供辅助决策；平台支撑应用为电网资源图形管理、空间信息服务、典型应用框架及GIS高级应用提供配置、管理等相关支撑的管理应用。电网GIS数据包括基础地理数据和电网设备数据，覆盖了全省的电网设备和营销设施。

1.2精细化的气象监测数据

山东省气象部门在山东省内高山、沿海、丘陵、平原等地带布设了123个国家基本气象观测站、1 600多个区域气象观测站、6部新一代多普勒天气雷达，以及雷电监测网和FY2E气象卫星等多要素综合气象监测系统，获得高时间分辨率、高空间分辨率的精细化气象监测数据［3］。

1.3RUC预报

基于3DVAR变分同化系统的山东省RUC中尺度数值预报模式，可提供未来24 h高时空分辨率地面风向、风速、温度、湿度、降水量、降水类型、能见度等气象预报要素场及相关物理量场。最高时间分辨率为1 h，最小空间分辨率4 km，对电力设施周围环境进行预报，对预测超出一定阈值的气象要素进行有效提示，如风力超过5级（8 m/s）、12 h降水超过暴雨级别（30 mm）等［4］。

1.4SWAN

依托最新的中尺度分析技术，提供未来省内强对流天气潜在可能性预测。可以提供未来1～3 h强对流天气位置、强度、影响范围等信息，并给出精细化定量降水预报，空间分辨率达乡镇级。

2　智能电网防灾减灾信息系统设计

2.1智能电网防灾减灾信息系统应用构架

软件系统采用SOA层次结构，包括气象数据接入解析及存储层、地理信息发布及应用层、气象信息展示及应用层，如图1所示。其中，气象数据接入解析及存储层包括气象数据接入、解析，负责将外部数据接入并解析为内部数据；地理信息发布及应用层调用电网GIS平台标准服务，显示地图切片和电网矢量数据、地图基本操作、区域电网设备分析和其他拓扑分析功能；气象信息展示及应用层包括气象信息展示、预报及态势分析，负责基于电网GIS平台的综合监测预警与应急处置辅助决策。

图1　智能电网防灾减灾信息系统的应用架构

2.2智能电网防灾减灾信息系统技术架构

图2　智能电网防灾减灾信息系统的技术架构

在统一的电网对象模型基础上，按照展现层、服务交互层、逻辑层和数据层4个逻辑层次进行多层结构体系设计，如图2所示。展现层包括前端业务页面、二维地图，提供统一的展现框架和丰富的界面交互组件用于快速构建高性能、易操作、良好用户体验的业务页面。服务交互层包括运行于浏览器中的通信客户端和运行于服务端的服务接入点，系统提供统一的数据格式化、传输、封包与解包，实现URL处理与派发等功能；内部服务调用采用struts、BlazeDS机制，保证高效交互；系统间采用WebService服务，保证标准化交互。逻辑层由电网GIS平台逻辑组件和业务逻辑组件构成，WebService服务提供统一的对外服务接口。数据层通过集成Hibernate（开源的对象关系映射框架）完成对象的持久化，同时采用数据缓存机制，极大地提高了数据访问性能。

3　智能电网防灾减灾信息系统主要功能

智能电网防灾减灾信息系统主要功能包括实时监测、重要天气监测、阈值告警、雷达监测、雷电监测、云图监测、天气预报、台风预警、地质灾害预警、森林火险预警、灾害天气预警、统计查询等。

其中，实时监测内容包括各监测点大风、温度、降水、大雾等气象要素以分析监测点范围内运行的电网设备；重要天气监测显示暴雨、台风、高温、大风等重大灾害性、关键性、转折性天气的监测和预报，分析恶劣天气对电网设备的影响；阈值告警以滚动字幕等方式自动告警提示高温、低温、大风、暴雨、高湿、大雾等信息；雷达监测实时监测全省降雨范围、降雨强度与未来降雨发展趋势；雷电监测实时显示全省雷电范围、落雷强度及趋势，提供雷电预警服务以及雷击引发事故快速定位；云图监测实时监测台风、暴雨、强对流等灾害性天气的发生与发展，结合电网GIS平台叠加显示红外波段云图和综合云图；天气预报包括短时临近预报、短期天气预报、中期天气预报和旬天气预报；台风预警实时显示台风位置、速度、移动方向、未来路径预报；地质灾害预警以4个不同级别计算发布全省不同区域的地质灾害气象风险预警；森林火险预警实时显示森林火险预警信息及历史火区图；灾害天气预警对台风、暴雨、暴雪、寒潮、大风、沙尘暴、高温、干旱、雷电、冰雹、霜冻、大雾、霾、道路结冰等14类灾害天气，依据可能造成的危害程度、紧急程度和发展态势，分别发布蓝色、黄色、橙色和红色不同级别的预警信号，预警重要变电站、输电线路、交叉跨越及重要电力设施［5］；统计查询能够对不同时间段内各类信息进行查询。

4　智能电网防灾减灾信息系统应用

2014年5月，智能电网防灾减灾信息系统功能上线运行，在5月27日烟台强对流天气灾害、5月29日威海山火应急处置、2015年“4·17”烟台龙口山火监测预警、“6·10”强对流灾害天气、第9号台风“灿鸿”应急处置期间发挥了巨大作用，系统实效性初现成效。2015年3月系统实现省市县三级部署，功能进一步深化，在威海山火卫星遥感疑似火点监测定位、台风预警防范、“8·22”淄博润兴化工火灾等应急处置过程中发挥了重要作用，为智能电网防灾减灾提供科学依据，有效降低灾害对电网设备及人员造成的经济损失。

5　结语

本系统通过气象监测数据的接入、展现和分析预测，结合电网GIS平台的基础地理数据和电网资源数据，实现监视跟踪气象事件对智能电网的影响，预报预警气象灾害对电网设施的危害，降低灾害损失，具有重要防灾减灾作用和社会价值。目前，该系统已在国网山东省电力公司实现和应用，正在逐步推广到防汛、防山火、线路覆冰、污闪雾闪、负荷及风功率预测和供电服务预警等业务领域。

［1］姚楠，陈哲，刘玉林.基于GIS的电网气象灾害监测预警系统的研制［J］.电力信息化，2013，11（3）：41－45.

［2］薛丽芳，王亦宁，谢凯，等.基于防灾预警电网气象信息系统的设计与实现［J］.水电自动化与大坝监测，2013，37（2）：5－9.

［3］国家电网公司，国网福建省电力有限公司，国网福建德化县供电有限公司.山区配电网监测、预警系统：中国，201410067221.0 ［P］.2014－05－14.

［4］杭州辰青和业科技有限公司.基于精细网格的电网雷电灾害风险评估技术方法：中国，201310040152.X［P］.2013－05－08.

［5］山西省电力公司阳泉供电公司，华大天元（北京）电力科技有限公司，国家电网公司.公网气象数据在电网防灾减灾中应用的方法及系统：中国，201210226223.0［P］.2013－11－06.

Design and Implementation of Disaster Prevention and Mitigation Information System of Smart Grid

LI Dong1，SUN Shijun1，ZHANG Hao1，QU Xiaobai2，SUN Xiaoli1
（1.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China；2.State Grid Jiyang Power Supply Company，Jiyang 251400，China）

The meteorological disaster is an important factor，which can cause serious grid infrastructure damage and loss.Grid GIS is an important support platform for the smart grid，which can pinpoint locations of smart grid devices，and realize the structured management and visual display for status.In order to reduce adverse effects of meteorological disasters on the smart grid，the weather data is introduced into the Grid GIS platform by State Grid Shandong electric power company.Using advanced RUC（Rapid Update Cycle）forecast and SWAN（nowcasting）technology，the smart grid disaster prevention information system was established to improve smart grid reliability and ensure the safe operation of smart grid.

smart grid；disaster prevention and mitigation；information system；design and implementation

TM732

B

1007－9904（2016）07－0018－03

2016－03－04

李冬（1971），男，高级工程师，从事信息化管理工作。