基于地理信息系统的配电网通信管理系统的设计与实现

宁培松，刘 晴，杨 恺

（遵义供电局 贵州 遵义550002）

基于地理信息系统的配电网通信管理系统的设计与实现

宁培松，刘 晴，杨 恺

（遵义供电局 贵州 遵义550002）

随着电力企业采用的新设备，传统电网管理系统已经落后。本文针对配电网管理系统的特点、从配电网管理系统的功能需求出发，通过对地理信息系统（GIS）数据库的分析与建模，提出了一种基于地理信息系统（GIS）的管理系统。首先分析了电力地理信息系统平台设计的关键技术点，然后对配电地理信息系统的数据模型结构进行深入研究，讨论了设计以及实现过程中的各个结构与相互关系，最后对系统的数据库设计以及软件设计进行了详细的分析和解释。

GIS；配电网；管理系统；设计研究

随着我国的现代化建设逐步完善，对电力需求也逐步提高。但是，部分电力系统仍使用传统低效的配电管理方式，这不仅增加了人力、物力和财力的成本，较低的效率也远远满足不了人们对用电质量和性能的要求，为满足这些需求，电力企业陆续引进了先进的设备和技术。因为各个区域间的用电指标不同，并且配电网节点的布置、设备的转移等都与地理位置密切相关，地理信息系统（GIS），是实现新型配电网管理系统的主要技术之一，它可以将上述困难整合起来，非常直观的对配电网进行管理，而且也能保证信息准确无误[1-2]。

1　电力地理信息系统平台设计选择

1.1电力系统地理信息系统的特点

电力系统地理信息系统的特点主要有两个[3-4]。

第一个特点是有较为先进的二次开发能力。因为电力系统地理信息系统是专门针对电力应用方面的，所以必然会在原本地理信息系统的基础上再加入专业的电力应用程序，比如运行管理、两票管理等等，这些都是专业性非常强的应用，若没有较强的二次开发能力，所做的系统应用程度将不高，限制应用范围。

第二个特点是所针对的配电网距离不一，并且有多而散的特点，有的工作节点很近，而有的就需要远程操作，并且并发操作性较高，这些条件要求地理信息系统必须做到整齐划一，可以整体统一处理，而且数据可以安全进行分享。

1.2选择电力地理信息系统平台的要点

地理信息系统平台是电力平台的重要部分，与计算机系统不同的是，该系统投资大、人力成本消耗过大，所以选择地理信息系统平台是一件非常重要的事，选择的要点主要有以下几项[4]：

1）数据更新速度快、并且对于操作反应迅速、一致且可靠；

2）良好的网络分析能力；

3）强大的数据分析转化能力。

2　配电网管理系统的数据模型

2.1配电网系统的信息结构

配电网管理系统是各个分散的系统的整合，它将调度系统、负荷调度系统、营业系统、抄表系统等相统一，并最大程度地将各个系统的功能发挥出来，所以，配电网的信息量巨大、所分类也较多，那么如何科学合理得将这些庞大的数据整合起来，并有效率的满足管理系统的需要至关重要。因为配电网最直接的接触者还是用户，所以根据这一点，可以将配电网信息系统分为两块，一块是以配电网设备为中心的信息，另一块是以用户为中心的信息，并且这两部分信息是相辅相成，既有关联又各自独立的。结构模型如图1所示[5]。

图1　配电网信息结构模型

由图1可看出，基本信息、负荷信息、计量信息、业务扩展信息和电费信息是以用户为主体的。而配电网设备包括变电站、线路、支线、变压器、开关等，这些设备又与配电网地理信息、资产信息、运维信息等信息息息相关。这些信息相互依存，共同组成了配电网信息系统，并依靠这些信息来实现对配电网系统的管理。

2.2配电网地理信息系统的数据模型

图2是配电网地理信息系统的数据类型，不同属性的数据通过地理信息系统和空间数据进行连接联系的。

图2　配电网地理信息系统的数据模型

由图2可知，配电网地理信息系统的数据类型主要分为2类，一类是空间数据，一类是属性数据。下面分别介绍这两类数据。

空间数据的表现形式为变电站、电路设备的位置、用户的位置等，而这些数据则可以用点实体、线实体和面实体来分类管理。对于点实体而言，是可以将点的横纵坐标以及数据属性记录下来，作为特有属性来对待。对于线实体，利用起点和终点表示实体两端，中间点决定形状，左右多边形关系到线与面的关系，其中，包括部分属性关系。对于面实体，多边形数据真实正确反映位置与属性，并且还能表示与周边各个数据间的关系。

属性数据指的是设备的自身情况，比如运行时间、状态、检修时间等，还包括设备人员的各种情况，用户的用电情况等，该数据是与地理位置无关的非空间性数据。这些属性数据是由关系软件进行管理[6-7]。

3　配电地理信息系统的数据库设计

3.1电力地理信息系统数据库的地理基础

在对系统进行数据输入的过程中，必须充分将空间数据、属性数据和统一的地理基础相结合才可以。地理基础是将数据规范化的重要指标之一，因为在数据输入过程中，必须保证数据都是在同一个地理基础下所得到的，这样才能最真实直接并且确切的反应各个信息之间的地理位置关系等，进而保证系统的稳定工作。地理基础主要有三方面，分别是比例尺、地图投影和坐标系统[8-9]。

比例尺反应的是地图长度与实际大小的关系，比例尺的大小直接影响到系统的几何分辨率。在确定比例尺时，我们需要注意，针对不同数据种类，要相应的确定不同的比例尺标准。这样对于实际地表上的物体，我们可以真实准确的反应出来。因为地球是个椭圆形，而地图则是平面的，那么必须要根据一定的数学关系，将地表坐标转化为地图上的直角坐标系，又因为地球的椭圆形投影会产生变形，那么根据变形属性可分为等角、等面积和任意投影三类[10-11]。

3.2电力地理信息系统的空间数据库的设计

电力地理信息系统的数据模型由物理层、地理层等4层构成，构建电力地理信息系统的空间数据库是指在特定的坐标系中，用特定的拓扑方式来对物理位置及相互关系进行描述。在建立数据库时，先将所要描述的地图以数据形式导入计算机当中，在确定相互坐标时，用平面坐标系所显示的坐标作为数据的输入，而实际坐标则作为数据的空间属性保存到计算机的数据库当中。在确定的数据数字化以后，各个点、线、面都具有拓扑关系。在将数据数字化以后，对数据进行检查并与实际图形数据相比较，验证其是否匹配，最后再将矢量数据进行标注。上述过程都结束以后，并且检查无误后，再将得到的数据存储到空间数据库当中[12-13]。

4　软件系统结构

针对实际当中的需求，我们需要系统不仅需要功能强大，同时还需要具有可再次开发的能力。基于地理信息系统的配电网管理系统就是集平台、模块、工具及二次开发能力于一体的系统。

4.1一体化系统设计

一体化系统设计主要包括横向一体化和纵向一体化两方面[14-15]。

横向一体化是指各个应用系统之间具有很强的关系，通过科学的结构设计与合理的数据规划，实现数据信息的统一与共享，使各个系统统一为一个整体。在设计横向一体化的过程中，要尽量使用三层结构来设计各个系统，对于特定的共享数据，要各自建立服务点，其他的将共用统一的接口。

纵向一体化是指对各个系统的功能进行剥离，将抽象的功能需求统一用同一个平台进行支持，基于统一的平台不仅可以保证系统工作的稳定性，还有利于系统的开发、维护和扩展。

一体化系统设计结构如图3所示。

4.2三层结构体系

由4.1可知，各个系统尽量采用三层结构体系设计，通过该设计，可以使各个系统的功能更加完善。对于开放的网络架构，采用TCP/IP协议实现网络通讯，并且确保与其他网络之间的正常连接。三层结构体系如图4所示。

图3　一体化系统设计的层次结构

图4　三层结构体系

三层结构体系的特点有：

1）可以使应用功能与系统平台较为容易的分开；

2）使地理属性数据得到充分完全地分享；

3）对于通用的C/S结构和B/S结构，该系统都支持。

4.3软件结构设计

图5为系统软件结构。

图5　系统软件结构

由图可知，针对地理信息系统的多功能、繁琐输入等特点[16]，系统软件采用平台化结构，进而满足系统在实际当中的要求。系统首先针对所需建模的对象设立模型，然后通过图像系统将模型数据化，再创建配电网管理业务逻辑，最后在图形化，将这些功能在用户界面上表达出来。在这些主要功能实现的基础上，再添加其他辅助性功能。

5　结束语

文中在国外地理信息系统分析的基础上，对我国电力企业进行分析，针对电力企业配电网的特点，结合地理信息系统的优点，设计了一款基于地理信息系统的配电网管理系统，在分析了平台的选择，数据结构的分析以及数据库的设计以后，对管理系统进行软件设计，采用三层结构体系，增加了系统的应用功能，同时利用一体化、平台化等技术，保证系统在实现正常管理功能的同时，还具备较强的二次开发能力，大大提高了系统的实际应用需求。

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Design and implementation of distribution network management system based on GIS

NING Pei-song，LIU Qing，YANG Kai
（Zunyi Power Supply Bureau，Zunyi 550002，China）

In today's world，the development of the country can not do without electricity.With the new equipment used in power enterprises，the traditional power grid management system has lagged behind.In this paper，according to the characteristics of distribution network management system，from the functional requirements of distribution network management system，through the analysis and modeling of geographic information system（GIS）database，a kind of management system based on geographic information system（GIS）is proposed.Firstly，the key technologies of the platform design of power GIS platform are analyzed，and then the data model structure of distribution geographic information system is deeply studied.

GIS；distribution network；management system；design research

TM933.4

A

1674－6236（2016）21-0079-03

2015-11-14稿件编号：201511133

宁培松（1976—），男，贵州安顺人，工程师。研究方向：电力通信信息化技术。